Nghiên cứu đánh giá ảnh hưởng của nhiệt độ đến mô đun đàn hồi của mặt đường bê tông nhựa trên tuyến xa lộ hà nội đoạn từ ngã tư thủ đức đến cầu sài gòn

Hàm lượng nhựa tối ưu: Hàm lượng nhựa được xác định khi thiết kế BTN, ứng với một tỷ lệ phối trộn cốt liệu đã chọn, và thỏa mãn tất cả các yêu cầu kỹ thuật quy định với cốt liệu và BTN đ

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

Thành Phố Hồ Chí Minh - 2016

CHUYÊN NGÀNH: XÂY DỰNG ĐƯỜNG ÔTÔ VÀ ĐƯỜNG THÀNH PHỐ

LỜI CẢM ƠN

Luận văn thạc sĩ kỹ thuật với đề tài “nghiên cứu đánh giá ảnh hưởng

của nhiệt độ đến mô đun đàn hồi của mặt đường bê tông nhựa trên tuyến

Xa lộ Hà Nội đoạn từ Ngã tư Thủ Đức đến cầu Sài Gòn” được thực hiện với

kiến thức tác giả thu thập trong suốt quá trình học tập tại trường Cùng với sự cố gắng của bản thân là sự giúp đỡ, động viên của quý thầy cô, bạn bè, đồng nghiệp

và gia đình trong suốt quá trình học tập và thực hiện luận văn

Xin gửi lời cảm ơn đến quý thầy cô Bộ môn đường bộ, những người đã cho tôi những kiến thức và kinh nghiệm quý báu trong suốt quá trình học tập và công tác

Tôi xin gửi lời cảm ơn chân thành nhất đến TS Nguyễn Phước Minh,

người thầy đã nhiệt tình hướng dẫn, động viên tôi trong suốt quá trình thực hiện luận văn

Cuối cùng, tôi xin cảm ơn đến gia đình đã động viên và tạo điều kiện tốt nhất cho tôi về tinh thần và thời gian trong những năm tháng học tập tại trường

Luận văn được hoàn thành nhưng không thể tránh khỏi những thiếu sót và hạn chế Rất mong được sự đóng góp của quý thầy cô, bạn bè và đồng nghiệp để luận văn được hoàn thiện hơn

Tp, Hồ Chí Minh, ngày …/…/ 2016

Tạ Nam Quang

LỜI CAM ĐOAN

Tôi cam đoan đây là công trình nghiên cứu của bản thân xuất phát từ yêu cầu phát sinh trong công việc để hình thành hướng nghiên cứu, được thực hiện

dưới sự hướng dẫn khoa học của TS Nguyễn Phước Minh

Các số liệu trong luận văn có nguồn gốc rõ ràng, tuân thủ đúng nguyên tắc và kết quả thu thập được trong quá trình nghiên cứu là trung thực, chưa từng được ai công bố trong bất kỳ công trình nào khác

Tác giả

Tạ Nam Quang

MỤC LỤC

LỜI CẢM ƠN i

LỜI CAM ĐOAN ii

MỤC LỤC iii

DANH MỤC CÁC BẢNG v

DANH MỤC CÁC HÌNH vi

PHẦN MỞ ĐẦU 1

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ TUYẾN XA LỘ HÀ NỘİ 4

1.1 Tổng quan về dự án: 4

1.2 Vị trí địa lý của dự án 5

1.3 Đặc điểm, phạm vi, tính chất của dự án: 5

1.3.1 Đặc điểm: 5

1.3.2 Phạm vi dự án: 7

1.3.3 Tính chất của dự án: 8

1.4 Kết luận chương 1: 10

CHƯƠNG 2: LÝ THUYẾT VỀ BÊ TÔNG NHỰA VÀ PHƯƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH MÔ ĐUN ĐÀN HỒİ CỦA MẶT ĐƯỜNG BÊ TÔNG NHỰA 11

2.1 Lý thuyết về bê tông nhựa: 1 , 9 11

2.1.1 Định nghĩa: 16 , 17 11

2.1.2 Phân loại và các chỉ tiêu kỹ thuật yêu cầu với BTN: 8 , 16 , 17 13

2.2 Phương pháp xác định mô đun đàn hồi vật liệu BTN: 25

2.2.1 Ảnh hưởng của nhiệt độ đến mô đun đàn hồi vật liệu BTN: 5 , 10 25

2.2.2 Giới thiệu và lựa chọn phương pháp đo mô đun đàn hồi: 7 , 13 , 14 33 2.2.3 Phương pháp đo trong phòng thí nghiệm: 6 39

2.3 Kết luận chương 2: 41

Nội dung chương 2 nghiên cứu đã đạt được những vấn đề sau: 41

CHƯƠNG 3: NGHİÊN CỨU THỰC NGHİỆM ĐÁNH GİÁ ẢNH HƯỞNG CỦA NHİỆT ĐỘ ĐẾN MÔ ĐUN ĐÀN HỒİ CỦA VẬT LİỆU MẶT ĐƯỜNG BÊ TÔNG NHỰA TRÊN TUYẾN XA LỘ HÀ NỘİ 43

3.1 Trình tự các bước thiết kế, chọn cấp phối : 43

3.1.1 Thí nghiệm xác định các chỉ tiêu cơ lý của cốt liệu và nhựa đường 43

3.1.2 Phối trộn các cốt liệu 49

3.1.3 Chuẩn bị mẫu hỗn hợp cốt liệu để đúc mẫu Marshall 51

3.1.4 Trộn cốt liệu với nhựa đường, đầm mẫu Marshall 51

3.1.5 Thí nghiệm và tính toán các chỉ tiêu đặc tính thể tích của hỗn hợp BTN 54

3.1.6 Thí nghiệm xác định độ ổn định, độ dẻo trên các mẫu Marshall 59

3.1.7 Lựa chọn hàm lượng nhựa tối ưu 61

3.2 65

3.3 Thí nghiệm đánh giá ảnh hưởng của nhiệt độ đến mô đun đàn hồi trên tuyến đường nghiên cứu: 66

3.2.2 Đánh giá ảnh hưởng: 66

CHƯƠNG 4: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 73

4.1 Kết luận: 73

4.2 Kiến nghị: 73

DANH MỤC CÁC BẢNG

Bảng 1.1: Đặc trưng của chế độ nhiệt (0

C) 6

Bảng 1.2: Đặc trưng của chế độ mưa 6

Bảng 2.1 - Cấp phối hỗn hợp cốt liệu bê tông nhựa chặt (BTNC) 14

Bảng 2.2 - Cấp phối hỗn hợp cốt liệu bê tông nhựa rỗng (BTNR) 15

Bảng 2.3 - Các chỉ tiêu kỹ thuật yêu cầu với bê tông nhựa chặt (BTNC) 16

Bảng 2.4 - Các chỉ tiêu kỹ thuật yêu cầu với bê tông nhựa rỗng (BTNR) 16

Bảng 2.5 - Các chỉ tiêu cơ lý quy định cho đá dăm 17

Bảng 2.6 - Các chỉ tiêu cơ lý quy định cho cát 19

Bảng 2.7- Các chỉ tiêu cơ lý quy định cho bột khoáng 20

Bảng 2.8:Sự thay đổi lực dính, góc nội ma sát, ứng suất cắt của BTN ở nhiệt độ từ 30-600C 29

Bảng 3.1: Kết quả thí nghiệm vật liệu đá dăm 16x19 (Dmax 19mm) 43

Bảng 3.2: Kết quả thí nghiệm vật liệu đá dăm 10x16 (Dmax 16mm) 44

Bảng 3.3: Kết quả thí nghiệm vật liệu đá dăm 5x10 (Dmax 10mm) 45

Bảng 3.4: Kết quả thí nghiệm vật liệu đá dăm 0x5 (Dmax 5mm) 46

Bảng 3.5: Kết quả thí nghiệm vật liệu bột khoáng 47

Bảng 3.6: Kết quả thí nghiệm nhựa đường 48

Bảng 3.7: Bảng biểu đồ cấp phối bê tông nhựa 50

Bảng 3.8: Bảng tổng hợp kết quả thí nghiệm và các chỉ tiêu kỹ thuật của hỗn hợp BTN 60

Bảng 3.9: Biểu đồ hàm lượng nhựa tối ưu 63

Bảng 3.10: Kết quả thiết kê cấp phối BTN nóng C12.5 65

Bảng 3.11: Bảng tổng hợp nhiệt độ và số lượng mẫu nghiên cứu 67

DANH MỤC CÁC HÌNH

Hình 1.1: Tuyến Xa lộ Hà Nội 4

Hình 2.1: Đồ thị biến thiên nhiệt độ không khí, mặt đường và trong BTN 30

Hình 2.2: Đồ thị biến thiên nhiệt độ không khí, nhiệt độ mặt đường, độ ẩm, 31

tốc độ gió 31

Hình2.3: Đồ thị giữa nhiệt độ môi trường và nhiệt độ BTN ở sâu 2cm cách mặt đường 31

Hình 2.4: Đồ thị giữa nhiệt độ môi trường và nhiệt độ BTN ở sâu 7cm cách mặt đường 31

Hình 2.5: Đồ thị hệ giữa nhiệt độ BTN sâu 2cm so với mặt đường và độ ẩm 32

Hình 2.6: Đồ thị giữa nhiệt độ BTN sâu 7cm so với mặt đường và độ ẩm 32

Hình 2.7: Máy vạn năng 39

Hình 2.8: Khuôn giữ mẫu 40

Hình 3.1: Mẫu bê tông nhựa dùng để thí nghiệm kiểm tra mô đun đàn hồi 66

Hình 3.2: Đồ thị thể hiện mối quan hệ giữa nhiệt độ và mô đun đàn hồi 71

PHẦN MỞ ĐẦU

1 Tính cấp thiết của đề tài

Áo đường được xem là đủ cường độ nếu dưới tác dụng của tải trọng trùng phục

do xe chạy trong suốt thời hạn đã định giữ tính toàn khối và sự bằng phẳng của bề mặt tầng phủ

Cường độ mặt đường mềm sẽ bị phá hoại do: phát sinh các biến dạng dư khi xảy ra phá hoại sự cân bằng giới hạn về trượt trong nền đất và các lớp vật liệu kém dính của kết cấu áo đường (cát, sỏi, ), do phát sinh ứng suất kéo – uốn tại bề mặt đáy của các lớp bê tông nhựa (BTN) khi xe chạy vượt quá trị số ứng suất kéo uốn RKU cho phép của vật liệu BTN và do hiện tượng “mỏi” của BTN phát triển theo thời gian khai thác mặt đường gây ra các vết nứt trong lớp mặt bê tông nhựa

Các điều kiện về trạng thái giới hạn đó đều có liên quan với độ võng đàn hồi (hay mô đun đàn hồi) dưới tải trọng Đây là một đại lượng mà qua nhiều nghiên cứu đặc trưng cho cường độ của áo đường mềm Vì thế quy trình thiết kế áo đường mềm 22TCN 211-06 hiện đang áp dụng phương pháp tính toán áo đường dựa theo ba tiêu chuẩn về trạng thái giới hạn: Độ võng đàn hồi (hay mô đun đàn hồi) của áo đường dưới tải trọng, sức chịu kéo - uốn của các lớp BTN, và sức chống trượt của đất nền và các lớp vật liệu kém dính kết

Khi chịu ảnh hưởng của nhiệt độ có tính chu kỳ ngày đêm thì lớp bê tông nhựa trong áo đường mềm luôn tồn tại ứng suất riêng Ứng suất này biến đổi luân phiên và ngược chiều nhau tạo nên sự kéo nén ở đáy lớp bê tông nhựa trong áo đường mềm Ứng suất nhiệt gây ra hiện tượng mỏi nhiệt, lâu dần sẽ góp phần làm cho áo đường mềm xuất hiện rạn nứt hay bong tróc

Tuy nhiên để đánh giá cường độ thực tế của kết cấu áo đường mềm người ta vẫn dùng chủ yếu là độ võng đàn hồi vì tuy độ võng đàn hồi lớn nhất trong bản thân nó không phải là đặc trưng cho cường độ, nhưng lại có quan hệ chặt chẽ với khả năng kéo uốn, sức chống cắt trong lớp

Việt Nam nằm trong khu vực Đông Nam Á, kéo dài từ vĩ tuyến 80đến vĩ tuyến

230, có khí hậu nhiệt đới, nóng ẩm, có gió mùa Ở miền Bắc, mùa nóng kéo dài từ tháng 5 đến tháng 9 hàng năm Tại Hà Nội và phần lớn các tỉnh miền Bắc, nhiệt độ

không khí tăng lên rất cao Những tháng này, tháng nóng nhất là tháng 6 và tháng 7, nhiệt độ không khí dao động từ 260C đến lớn hơn 320C chiếm từ 100 – 120 ngày; lượng bức xạ tổng cộng rất lớn, có thể đến 950 – 1.080 kcal/m2.h Vào mùa lạnh từ tháng 11 năm trước đến tháng 4 năm sau, nhiệt độ không khí tổng hợp trong mùa đông xuống dưới 80C; vào mùa lạnh, ở khu vực Hà Nội và vùng đồng bằng Bắc bộ nhiệt độ thấp, trung bình vào khoảng 140

C

Ở Nam bộ có vị trí cận xích đạo, chỉ có hai mùa từ tháng 10 năm trước đến tháng 2 năm sau Mùa khô lượng mưa rất ít, nhiệt độ cao nhất trong ngày 32- 400C Số giờ nắng trung bình trong ngày từ 6 – 8h bức xạ mỗi ngày là 368,5 cal/cm2 Nhiệt độ không khí ít thay đổi giữa các tháng trong năm, biên độ dao động từ 5 – 70C, nhiệt độ trung bình là 270C (Với nhiệt độ này theo nhiều tài liệu tham khảo sẽ gây ảnh hưởng đến mô đun đàn hồi)

Tuyến đường Xa lộ Hà Nội là trục cửa ngỏ quan trọng về phía Đông - Bắc theo

đồ án điều chỉnh quy hoạch chung xây dựng TPHCM đã được duyệt và là trục giao thông công cộng khối lượng lớn (Metro Bến Thành - Suối Tiên), kết nối nhiều đầu mối giao thông liên vùng quan trọng Khu vực đô thị dọc đường trục này có chức năng giao thông đối ngoại, kết nối TPHCM với các đô thị đối trọng phía Đông Bắc trong Vùng trọng điểm kinh tế phía Nam

Vì vậy trong phạm vi nghiên cứu của luận văn “nghiên cứu đánh giá ảnh

hưởng của nhiệt độ đến mô đun đàn hồi của mặt đường bê tông nhựa trên tuyến

Xa lộ Hà Nội đoạn từ Ngã tư Thủ Đức đến cầu Sài Gòn” là một nghiên cứu có ý

nghĩa khoa học và thực tiễn

2 Nội dung nghiên cứu

Nội dung nghiên cứu của đề tài bao gồm các phần chính như sau:

1) Tổng quan về tuyến đường Xa lộ Hà Nội

2) Cơ sở lý thuyết xác định mô đun đàn hồi của mặt đường BTN

3) Ảnh hưởng của nhiệt độ đến mô đun đàn hồi của mặt đường BTN

4) Thí nghiệm, phân tích kết quả

3 Phương pháp nghiên cứu

- Phương pháp lý thuyết, kết hợp thực nghiệm hiện trường, trong phòng

- Phương pháp tổng hợp, đánh giá giá trị thí nghiệm

4 Ý nghĩa của đề tài

Đánh giá ảnh hưởng của nhiệt độ đến mô đun đàn hồi đối với lớp áo đường dưới tác dụng của tải trọng trùng phục do xe chạy trong suốt thời hạn đã định

5 Cấu trúc luận văn

Ngoài phần mở đầu, kết luận và kiến nghị, tài liệu tham khảo, luận văn kết cấu gồm 3 chương:

Chương 1: Tổng quan về tuyến Xa lộ Hà Nội

Chương 2: Lý thuyết về bê tông nhựa và phương pháp xác định mô đun đàn hồi của vật liệu mặt đường bê tông nhựa

Chương 3: Nghiên cứu thực nghiệm đánh giá ảnh hưởng của nhiệt độ đến mô đun đàn hồi của vật liệu mặt đường bê tông nhựa trên tuyến Xa lộ Hà Nội.

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ TUYẾN XA LỘ HÀ NỘİ

Trong chương này chúng ta sẽ tập trung nghiên cứu vào 3 vấn đề của tuyến đường:

- Tổng quan về dự án

- Vị trí địa lý của dự án

- Đặc điểm, phạm vi và tính chất của dự án

Hình 1.1: Tuyến Xa lộ Hà Nội 1.1 Tổng quan về dự án:

Con đường này trước đây được gọi là xa lộ Biên Hoà, khởi công vào 07/1957 thời Đệ nhất Cộng hòa đến 04/1961 thì hoàn tất với chiều dài 31 cây số Kinh phí xây cất

do Hoa Kỳ viện trợ Xa lộ được thiết kế ngăn hai chiều đi về Mỗi chiều có hai lối đi Trên

xa lộ này có hai cây cầu lớn bắc ngang là cầu Sài Gòn (dài 982m) bắc qua sông Sài Gòn và cầu Đồng Nai (dài 453 m) bắc qua sông Đồng Nai

Năm 1984 xa lộ Biên Hòa được đổi tên thành xa lộ Hà Nội nhân dịp kỷ niệm 30 năm giải phóng Hà Nội Một tên khác của con đường này là quốc lộ 52, thường được dùng để chỉ đoạn từ chân cầu Sài Gòn đến chỗ giao nhau với quốc lộ 1A tại ngã ba Thủ Đức (ngã ba Trạm 2) Hiện nay trên xa lộ Hà Nội có một đoạn quốc lộ 1A đi qua, bắt đầu

từ ngã ba Thủ Đức đến ngã ba Hố Nai hay còn gọi là ngã ba Chợ Sặt vì chợ Sặt thành phố Biên Hòa nằm gần ngã ba này, ngã ba Công viên 30 tháng 4, (giao với quốc lộ 1K, vượt quá ngã tư Tam Hiệp)

1.3 Đặc điểm, phạm vi, tính chất của dự án:

1.3.1 Đặc điểm:

- Địa hình

Tuyến đi qua địa hình bằng phẳng của vùng đồng bằng, địa hình hai bên tuyến chia cắt bởi các khu dân cư, các công trình dân dụng, các khu trung tâm chức năng đang được xây dựng Nhìn chung địa hình không phức tạp đối với việc xây dựng công trình

- Khí hậu – thủy văn

Điều kiện chung

Vị trí dự án nằm trong vùng khí hậu đồng bằng Nam Bộ với nét đặc trưng chủ yếu là thời tiết gió mùa Khí hậu ở đây mang đầy đủ những đặc điểm của khí hậu toàn miền với

sự phân chia hai mùa mưa và khô một cách rõ rệt

Một số đặc trưng chủ yếu của khí hậu khu vực được thể hiện theo tài liệu quan trắc tại trạm khí tượng Tân Sơn Nhất

Nhiệt độ không khí

Nhiệt độ trung bình năm vào khoảng 280C Biên độ chênh lệch nhiệt độ trung bình tháng nhỏ, trong năm không có tháng nào nhiệt độ trung bình vượt quá 300C và xuống dưới 250

C Tháng lạnh nhất là tháng XII có nhiệt độ trung bình 26,20C Nhiệt độ thấp nhất

tuyệt đối quan trắc tại Tân Sơn Nhất là 13,80C (04/01/1937) Tháng nóng nhất là tháng IV

có nhiệt độ trung bình là 29,80C Nhiệt độ cao nhất tuyệt đối quan trắc đƣợc là 400C Biên độ dao động ngày đêm của nhiệt độ trung bình 7,20

C Thời kỳ nhiệt độ dao động mạnh nhất là tháng III, IV; thời kỳ dao động ít nhất là tháng X, XI

Các đặc trƣng về chế độ nhiệt khu vực đƣợc thể hiện trong bảng sau:

Nhiệt độ trung bình năm 28,0 Nhiệt độ trung bình tháng cao nhất 29,8 Nhiệt độ trung bình tháng thấp nhất 26,2 Nhiệt độ cao nhất tuyệt đối 40,4 Nhiệt độ thấp nhất tuyệt đối 13,8 Biên độ ngày trung bình của nhiệt độ 7,2

Mƣa

Tại thành phố HỒ CHÍ MINH lƣợng mƣa trung bình năm là 1931mm; số ngày mƣa trung bình là 158,8 ngày với sự phân chia hai mùa rõ rệt Mùa mƣa kéo dài 7 tháng, từ tháng V đến tháng XI Trong mùa mƣa tập trung hơn

Các tháng còn lại, từ tháng XII đến tháng IV, thuộc về mùa khô Tháng I, II, III là thời kì ít mƣa nhất Mỗi tháng trung bình chỉ quan sát đƣợc 1- 4 ngày mƣa nhỏ Tháng có lƣợng mƣa cực tiểu là tháng II có lƣợng mƣa trung bình là là 4,1mm với 1-2 ngày mƣa

Bảng 1.2: Đặc trƣng của chế độ mƣa

Lƣợng mƣa trung bình năm (mm) 1.931 Lƣợng mƣa trung bình tháng lớn nhất (mm) 327,1 Lƣợng mƣa trung bình tháng nhỏ nhất (mm ) 4,1

Độ ẩm, nắng

Độ ẩm trung bình năm tại khu vực là 78% Các tháng mùa mƣa có độ ẩm lớn hơn các tháng mùa khô Độ ẩm trung bình mùa mƣa là 83%, mùa khô là 71% Tháng II và tháng III là tháng khô nhất với độ ẩm trung bình là 70%

Một trong những nét đặc trưng của khí hậu đồng bằng Nam Bộ là có tổng giờ nắng trung bình cả năm rất lớn, vào khoảng 2500 giờ ( yếu tố của khí hậu khu vực cận xích đạo) Tất cảc các tháng trong năm đều có giờ nắng trung bình lón hơn 160 giờ Trong tháng III, số giờ nắng trung bình lên tới 272 giờ, tức là hơn 9 giờ nắng trong 1 ngày

Gió

Nhìn chung, gió tại khu vực miền trung tương đối nhẹ, tốc độ gió phổ biến vào khoảng 0 3,5m/s theo phần lớn các hướng Tuy nhiên gió mạnh cũng xuất hiện trong khoảng thời gian gió mùa Tây Nam và trong các cơn bão

Tốc độ gió mạnh nhất quan trắc đươc tai Tân Sơn Nhất là 36m/s theo hướng Tây Tây Nam ( trong thời gian có gió mùa Tây Nam)

Điều kiện thủy văn

Trong khu vực có hệ thống sông ngòi dày đặc và liên thông nên chế độ thủy văn mang tính đặc trưng của cả vùng Ngày có hai lần triều lên và xuống, ảnh hưởng đến kết cấu công trình, mặt đường làm việc trong điều kiện không thuận lợi

Theo số liệu của trạm thủy văn Phú An thành phố Hồ Chí Minh, một vài số liệu phục vụ công tác thiết kế như sau (hệ cao độ Hòn dấu):

Mực nước cao nhất ( tần suất 1%) : +1,660m Mực nước thông thuyền ( mực nước cao tần suất 5%) : +1,55m Mực nước thường xuyên ( mực nước cao tần suất 99.99%): +1,08m

1.3.2 Phạm vi dự án:

Xa lộ Hà Nội đi qua các địa bàn gồm các quận Bình Thạnh, Q.2, Q.9, Q.Thủ Đức thuộc Thành phố Hồ Chí Minh, thị xã Dĩ An thuộc tỉnh Bình Dương, thành phố Biên Hoà thuộc tỉnh Đồng Nai

Chiều dài tuyến: 15,7km, từ chân cầu Sài Gòn đến điểm tiếp giáp dự án BOT cầu Đồng Nai

Chiều rộng mặt đường: 48m

Tổng bề rộng mặt cắt ngang: 113.5-153.5m

1.3.3 Tính chất của dự án:

Với tình hình kinh tế Thành phố Hồ Chí Minh và các vùng ngày càng phát triển dẫn đến tình trạng quá tải Xa lộ Hà Nội trong những năm gần đây, do đó Xa lộ Hà Nội sẽ được mở rộng lên đến 140 m, dự án dự định được bắt đầu triển khai trong năm 2009 cùng với dự án mở rộng Quốc lộ 51, thời gian thi công theo dự kiến ban đầu là 2 năm

Xa Lộ Hà Nội là tuyến đường thông thương huyết mạch duy nhất ở cửa ngõ phía Đông của thành phố nối các tỉnh phía Đông với thành phố Hồ Chí Minh và các tỉnh miền tây Nam Bộ Chính vì sự quan trọng đó mà trong thời gian tới tuyến đường này sẽ được nâng cấp từ 8 lên 16 làn xe để gia tăng sự thông thương

Theo đó, đoạn Xa Lộ Hà Nội mở rộng từ trường Đại Học Quốc Gia TP.HCM, quận Thủ Đức đến ngã ba Tân Vạn, tỉnh Đồng Nai, chiều dài 2,2 km Với 8 làn đường thì đây

sẽ là một trong những tuyến quốc lộ có lộ giới rộng nhất nước đáp ứng tốt nhất nhu cầu đi lại cũng như trung chuyển hàng hóa giữa các tỉnh miền Đông, thành phố Hồ Chí Minh và các tỉnh miền Tây Nam Bộ Trong tương lai đây sẽ là nơi thu hút rất nhiều nhà đầu tư bất động sản với những dự án căn hộ cao cấp quy mô lớn

Với dự án mở rộng Xa Lộ Hà Nội lần này, UBND TP.HCM vừa chấp thuận cho công ty cổ phần đầu tư Hạ Tầng Kỹ Thuật TP.HCM (CII) ứng vốn 1.410 tỷ đồng đền bù giải tỏa để tỉnh Bình Dương chi trả cho 167 hộ dân còn vướng mắc Như vậy, với số vốn này trên thì đoạn 2,2 km sẽ được thi công trở lại sau gần 2 năm bị đình trệ do vướng mắc các khoản chi phí đền bù và giải tỏa

Sau khi đã đền bù và giải tỏa đầy đủ các khoản cho người dân thì trong tháng 2/2016 đoạn này sẽ tiến hành thi công mở rộng đoạn 2,2 km với lộ giới 113m, đủ đáp ứng 16 làn

xe lưu thông Trong đó bao gồm 8 làn xe lưu thông trên trục đường chính và 8 làn xe ô tô chạy ở hai bên đường song hành Theo bản báo cáo mới nhất thì dự án mở rộng này sẽ hoàn thành sớm nhất vào tháng 4/2017 Có thể dễ dàng nhận thấy sau khi mở rộng thì nơi đây sẽ là tuyến đường hiện đại bậc nhất cả nước, cùng với đó là tuyến Metro Bến Thành – Suối Tiên sẽ góp phần thu hút một lượng lớn khách hàng đến với các căn hộ nơi đây Giá nhà đất nơi đây cũng sẽ vào loại cao, góp phần sinh lợi rất nhiều nếu các chủ đầu tư biết nắm bắt thời cơ từ bây giờ

Theo UBND TP, trục Xa lộ Hà Nội là trục cửa ngỏ quan trọng về phía Đông - Bắc theo đồ án điều chỉnh quy hoạch chung xây dựng TPHCM đã được duyệt Theo đó, dọc tuyến Xa lộ Hà Nội phát triển các khu đô thị mới với mức độ tập trung cao, đồng bộ

về hạ tầng xã hội và hạ tầng kỹ thuật

Để đảm bảo kiến trúc, cảnh quan dọc tuyến đường này, nhiều cơ sở công nghiệp và kho tàng ô nhiễm sẽ được di dời như: Nhà máy Xi măng Hà Tiên, Thép Miền Nam… để nhường chỗ cho các khu dân cư, công viên cây xanh, đường đi bộ công cộng, quảng trường

Trục xa lộ Hà Nội có tổng chiều dài gần 15km - bắt đầu từ cầu Sài Gòn (quận 2) đến cuối tuyến là Công viên Lịch sử-Văn hóa dân tộc (quận 9), gồm 10 phân khu chức năng, bao gồm khu A (Thảo Điền), khu B (An Phú), khu C (Rạch Chiếc) là các khu chức năng xây dựng mới và chỉnh trang khu hiện hữu Khu D (Phước Long) là khu đô thị với nhiều chức năng được tái thiết sau khi di dời các nhà máy, bến bãi gây ô nhiễm

Nhà cao tầng và chỉnh trang khu dân cư hiện hữu sẽ là khu E (Bình Thái) Khu F, G (Thủ Đức) là khu vực đặc trưng cảnh quan biệt thự Làng Đại học Thủ Đức, tập trung phát triển nhà ở; khu H (khu công nghệ cao) là khu đô thị hiện đại tập trung xung quanh nhà ga Metro Cuối cùng là khu K (Suối Tiên) và khu L (Bến xe Miền Đông)

Định hướng không gian đô thị dọc trục xa lộ Hà Nội sẽ phát triển mới khu trung tâm

đa chức năng cấp thành phố tại khu vực cảng Phước Long thuộc phường Trường Thọ (Thủ Đức) có quy mô hơn 106ha, bao gồm nhiều cơ sở công nghiệp và kho tàng ô nhiễm cần di dời như nhà máy Ximăng Hà Tiên, Thép Miền Nam, để nhường chỗ cho các khu dân cư, công viên cây xanh, đường đi bộ công cộng, quảng trường…

Ngoài ra, trục xa lộ Hà Nội sẽ được phát triển và kết nối hài hòa với các trung tâm chuyên ngành của thành phố trên tuyến xa lộ Hà Nội như Trung tâm thể dục thể thao Rạch Chiếc tại phường An Phú (quận 2), khu Công nghệ cao và Công viên Lịch sử-Văn hóa dân tộc thuộc địa bàn quận 9, khu Đại học Quốc gia; hình thành các trung tâm giao thông công cộng tại các nhà ga Metro thông qua việc đề xuất các ưu tiên về hệ số sử dụng đất, khuyến khích đầu tư xây dựng các dự án đa chức năng

Các công trình nhà ở dọc đường được khuyến khích xây dựng hàng rào thống nhất chiều cao Khuyến khích các công trình thương mại, đa chức năng và nhà ở cao tầng xây dựng không có hàng rào hoặc hàng rào thoáng kết hợp cây xanh

1.4 Kết luận chương 1:

Ở Chương 1 chúng ta đã nghiên cứu được những vấn đề sau:

- Đã nghiên cứu được quy mô, vị trí địa lý, đồng thời đề cập đến những ảnh hưởng của nhiệt độ, lượng mưa, độ ẩm, nắng, gió, điều kiện thủy văn của tuyến

- Nhiệt độ trung bình trong năm khoảng 280C

- Lượng mưa trung bình hàng năm 1.931(mm)

- Độ ẩm trung bình năm tại khu vực là 78%

- Tổng số giờ nắng trung bình cả năm vào khoảng 2500 giờ

- Tốc độ gió mạnh nhất quan trắc được tại Tân Sơn Nhất là 36m/s theo hướng Tây Tây Nam

- Mực nước cao nhất (tần suất 1%): +1,660m

- Những nội dung nghiên cứu được ở chương 1 nhằm phục vụ những nghiên cứu chương 2

CHƯƠNG 2: LÝ THUYẾT VỀ BÊ TÔNG NHỰA VÀ PHƯƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH

MÔ ĐUN ĐÀN HỒİ CỦA VẬT LIỆU MẶT ĐƯỜNG BÊ TÔNG NHỰA

Ở chương này luận văn nghiên cứu các nội dung cơ bản như sau:

- Lý thuyết về bê tông nhựa (BTN)

- Phương pháp xác định mô đun đàn hồi của vật liệu BTN

Bê tông nhựa cấp phối chặt: Loại BTN sử dụng cấp phối cốt liệu có lượng hạt thô, hạt trung gian và hạt mịn gần tương đương nhau, tạo điều kiện để khi đầm nén các hạt cốt liệu dễ chặt khít với nhau nhất Thường được gọi là BTN chặt BTN chặt có độ rỗng dư nhỏ, thường từ 3-6%

Bê tông nhựa cấp phối gián đoạn: Loại BTN sử dụng cấp phối cốt liệu có lượng hạt thô và lượng hạt mịn lớn, nhưng lượng hạt trung gian rất nhỏ Đường cong cấp phối cốt liệu của loại BTN này có xu thế gần nằm ngang tại vùng cỡ hạt trung gian Cấp phối cốt liệu này tạo khả năng để các hạt cốt liệu thô chèn móc tốt với nhau, tuy nhiên có xu thế dễ

bị phân tầng trong quá trình rải BTN cấp phối gián đoạn thường có độ rỗng dư lớn hơn so với BTN chặt

Bê tông nhựa cấp phối hở: Loại BTN sử dụng cấp phối cốt liệu cấp phối có lượng hạt mịn chiếm một tỷ lệ nhỏ trong hỗn hợp Đường cong cấp phối loại này có xu thế gần thẳng đứng tại vùng hạt cốt liệu trung gian, gần nằm ngang và có giá trị gần bằng không (0) tại vùng hạt cốt liệu mịn Loại BTN này có độ rỗng dư lớn do không đủ lượng hạt mịn lấp đầy lỗ rỗng giữa các hạt thô Thường được gọi là BTN rỗng BTN rỗng có độ rỗng dư lớn nhất so với BTN chặt và BTN cấp phối gián đoạn Loại BTN rỗng làm lớp móng (base course), thường không sử dụng bột khoáng, có độ rỗng dư từ 7% đến 12%

Bê tông nhựa có độ nhám cao, tăng khả năng kháng trượt: Loại BTN sử dụng làm lớp phủ mặt đường, có tác dụng ngăn ngừa hiện tượng văng nước gây ra khi xe chạy với

tốc độ cao, tăng khả năng kháng trượt mặt đường và giảm đáng kể tiếng ồn khi xe chạy Thường sử dụng loại BTN rỗng, có độ rỗng dư 15-22% hoặc BTN cấp phối gián đoạn, có

độ rỗng dư 10-15% Cần sử dụng nhựa đường cải thiện để chế tạo loại BTN này

Hỗn hợp đá – vữa nhựa: Là loại BTN sử dụng cấp phối gián đoạn Hỗn hợp BTN này bao gồm nhựa đường, cốt liệu và cốt sợi SMA thường sử dụng lượng bột khoáng và nhựa đường nhiều hơn so với BTN cấp phối chặt Độ rỗng dư của SMA có phạm vi rộng,

từ 2-8%, tùy thuộc vào việc sử dụng SMA làm lớp mặt hoặc lớp móng

Cỡ hạt lớn nhất của cốt liệu: Cỡ sàng nhỏ nhất mà lượng lọt qua cỡ sàng đó là 100%

Cỡ hạt lớn nhất danh định của cốt liệu: Cỡ sàng lớn nhất mà lượng sót riêng biệt trên

cỡ sàng đó không lớn hơn 10%

Cốt liệu thô: Cốt liệu hầu hết có kích cỡ nằm trên sàng 4,75 mm; là sản phẩm khoáng nghiền từ đá tảng, sản phẩm thiên nhiên (cuội sỏi) Còn được gọi là đá dăm Cốt liệu mịn: Cốt liệu có kích cỡ lọt qua sàng 4,75 mm và hầu hết nằm trên sàng 0,075 mm; là sản phẩm khoáng thiên nhiên (cát tự nhiên) hoặc sản phẩm nghiền từ đá tảng (cát xay) Còn được gọi là cát

Bột khoáng: Sản phẩm được nghiền mịn từ đá các bô nát ( đá vôi can xit, đolomit ), từ xỉ bazơ của lò luyện kim hoặc là xi măng, có ít nhất 70% lọt qua sàng 0,075 mm Hàm lượng nhựa: Lượng nhựa đường trong hỗn hợp BTN Có hai cách biểu thị hàm lượng nhựa, hoặc tính theo phần trăm của tổng khối lượng hỗn hợp BTN (cốt liệu thô, cốt liệu mịn, bột khoáng, nhựa đường), hoặc tính theo phần trăm tổng khối lượng cốt liệu (cốt liệu thô, cốt liệu mịn, bột khoáng)

Hàm lượng nhựa tối ưu: Hàm lượng nhựa được xác định khi thiết kế BTN, ứng với một tỷ lệ phối trộn cốt liệu đã chọn, và thỏa mãn tất cả các yêu cầu kỹ thuật quy định với cốt liệu và BTN được chỉ ra tại Tiêu chuẩn thi công và nghiệm thu mặt đường BTN Hàm lượng nhựa hấp phụ: Lượng nhựa bị cốt liệu hấp phụ vào trong các lỗ rỗng ở

bề mặt hạt cốt liệu, được biểu thị bằng tỷ lệ phần trăm khối lượng của hỗn hợp cốt liệu; ký hiệu là Pba

Hàm lượng nhựa có hiệu: Hàm lượng nhựa có hiệu của hỗn hợp BTN được tính bằng lượng nhựa có trong hỗn hợp BTN trừ đi lượng nhựa bị hấp phụ vào hạt cốt liệu, ký

hiệu là Pbe Hàm lượng nhựa có hiệu được biểu thị bằng phần trăm khối lượng của hỗn hợp BTN Lượng nhựa có hiệu tạo nên lớp phủ bề ngoài các hạt cốt liệu và là lượng nhựa chi phối các đặc tính cơ lý của hỗn hợp BTN

Tỷ trọng lớn nhất: Tỷ trọng của hỗn hợp BTN khi hỗn hợp đó không có độ rỗng dư (độ rỗng dư bằng 0), được ký hiệu là Gmm

Tỷ trọng khối: Tỷ số giữa khối lượng của BTN đã đầm nén so với khối lượng nước

có cùng thể tích ở cùng nhiệt độ

Khối lượng thể tích: Khối lượng của một đơn vị thể tích BTN đã đầm nén

Độ rỗng dư: Tổng thể tích của tất cả các bọt khí nhỏ nằm giữa các hạt cốt liệu đã được bọc nhựa trong hỗn hợp BTN đã đầm nén Độ rỗng dư được biểu thị bằng phần trăm của thể tích mẫu hỗn hợp BTN đã đầm nén, ký hiệu là Va Còn được gọi là độ rỗng

Độ rỗng cốt liệu: Thể tích của khoảng trống giữa các hạt cốt liệu của hỗn hợp BTN đã đầm nén, thể tích này bao gồm độ rỗng dư và thể tích nhựa có hiệu Độ rỗng cốt liệu được biểu thị bằng phần trăm của thể tích mẫu hỗn hợp BTN đã đầm nén, ký hiệu là VMA

Độ rỗng lấp đầy nhựa: Thể tích của khoảng trống giữa các hạt cốt liệu (VMA) bị phần nhựa có hiệu lấp đầy Độ rỗng lấp đầy nhựa được biểu thị bằng phần trăm của thể tích nhựa có hiệu chia cho độ rỗng cốt liệu (VMA), ký hiệu là VFA

2.1.2 Phân loại và các chỉ tiêu kỹ thuật yêu cầu với BTN: 8 , 16 , 17

2.1.2.1 Phân loại bê tông nhựa:

+Theo độ rỗng dư, bê tông nhựa được phân ra 2 loại:

- Bê tông nhựa chặt (viết tắt là BTNC): có độ rỗng dư từ 3% đến 6% , dùng làm lớp mặt trên và lớp mặt dưới Trong thành phần hỗn hợp bắt buộc phải có bột khoáng;

- Bê tông nhựa rỗng (viết tắt là BTNR): có độ rỗng dư từ 7% đến 12% và chỉ dùng làm lớp móng

+Theo kích cỡ hạt lớn nhất danh định của bê tông nhựa chặt, được phân ra 4 loại:

- Bê tông nhựa chặt có cỡ hạt lớn nhất danh định là 9,5 mm (và cỡ hạt lớn nhất là 12,5 mm), viết tắt là BTNC 9,5;

- Bê tông nhựa chặt có cỡ hạt lớn nhất danh định là 12,5 mm (và cỡ hạt lớn nhất là 19 mm), viết tắt là BTNC 12,5;

- Bê tông nhựa chặt có cỡ hạt lớn nhất danh định là 19 mm (và cỡ hạt lớn nhất là 25 mm), viết tắt là BTNC 19;

- Bê tông nhựa cát, có cỡ hạt lớn nhất danh định là 4,75 mm (và cỡ hạt lớn nhất là 9,5 mm), viết tắt là BTNC 4,75

Giới hạn về thành phần cấp phối hỗn hợp cốt liệu (thí nghiệm theo TCVN 7572-2: 2006) và phạm vi áp dụng của các loại BTNC quy định tại Bảng 2.1

Bảng 2.1 - Cấp phối hỗn hợp cốt liệu bê tông nhựa chặt (BTNC)

Lớp mặt dưới

Vỉa hè, làn dành cho xe đạp, xe thô

sơ +Theo kích cỡ hạt lớn nhất danh định với bê tông nhựa rỗng, được phân thành 3 loại:

- Bê tông nhựa rỗng có cỡ hạt lớn nhất danh định là 19 mm (và cỡ hạt lớn nhất là 25 mm), viết tắt là BTNR 19;

- Bê tông nhựa rỗng có cỡ hạt lớn nhất danh định là 25 mm (và cỡ hạt lớn nhất là 31,5 mm), viết tắt là BTNR 25;

- Bê tông nhựa rỗng có cỡ hạt lớn nhất danh định là 37,5 mm (và cỡ hạt lớn nhất là 50 mm), viết tắt là BTNR 37,5

Giới hạn về thành phần cấp phối hỗn hợp cốt liệu (thí nghiệm theo TCVN 7572-2: 2006) và phạm vi áp dụng của các loại BTNR quy định tại Bảng 2.2

Bảng 2.2 - Cấp phối hỗn hợp cốt liệu bê tông nhựa rỗng (BTNR)

tham khảo, % khối lượng

hỗn hợp bê tông nhựa 4,0÷5,0 3,5÷4,5 3,0÷4,0

4 Chiều dầy lớp bê tông

nhựa hợp lý(sau khi lu lèn),

cm

5 Phạm vi nên áp dụng Lớp móng trên Lớp móng Lớp móng + Cấp phối hỗn hợp cốt liệu của BTNC và BTNR khi thiết kế phải nằm trong giới hạn quy định tương ứng tại Bảng 2.1 và Bảng 2.2 Đường cong cấp phối cốt liệu thiết kế phải đều đặn, không được thay đổi từ giới hạn dưới của một cỡ sàng lên giới hạn trên của cỡ sàng kế tiếp hoặc ngược lại

+ Hàm lượng nhựa đường tối ưu của BTNC và BTNR (tính theo % khối lượng hỗn hợp

bê tông nhựa) được chọn trên cơ sở thiết kế hỗn hợp theo phương pháp Marshall, sao cho các chỉ tiêu kỹ thuật của mẫu bê tông nhựa thiết kế thoả mã n các chỉ tiêu kỹ thuật yêu cầu tại Bảng 2.3 đối với BTNC và Bảng 2.4 đối với BTNR Trình tự thiết kế hỗn hợp bê tông nhựa theo phương pháp Marshall theo hướng dẫn tại TCVN 8820:2011 và tại Phụ lục A

Bảng 2.3 - Các chỉ tiêu kỹ thuật yêu cầu với bê tông nhựa chặt (BTNC)

BTNR 25

BTNR 37,5 (*)

(**) : Thời gian ngâm mẫu là 60 phút

2.1.2.2 Yêu cầu về chất lượng vật liệu chế tạo bê tông nhựa:

Lớp mặt dưới Các lớp móng

Lớp mặt dưới Các lớp móng

6 Độ nén dập của cuội sỏi

- Cát:

+ Cát dùng để chế tạo bê tông nhựa là cát thiên nhiên, cát xay, hoặc hỗn hợp cát thiên nhiên và cát xay

+ Cát thiên nhiên không được lẫn tạp chất hữu cơ (gỗ, than )

+ Cát xay phải được nghiền từ đá có cường độ nén không nhỏ hơn cường độ nén của đá dùng để sản xuất ra đá dăm

+ Cát sử dụng cho bê tông nhựa cát (BTNC 4,75) phải có hàm lượng nằm giữa hai cỡ sàng 4,75 mm-1,18 mm không dưới 18 %

+ Các chỉ tiêu cơ lý của cát phải thoả mãn các yêu cầu quy định tại Bảng 2.6

Bảng 2.6 - Các chỉ tiêu cơ lý quy định cho cát

Chỉ tiêu Quy định Phương pháp thử

+ Bột khoáng phải khô, tơi, không được vón hòn

+ Các chỉ tiêu cơ lý của bột khoáng phải thoả mãn các yêu cầu quy định tại Bảng 2.7

Bảng 2.7- Các chỉ tiêu cơ lý quy định cho bột khoáng

Chỉ tiêu Quy định Phương pháp thử

TCVN 7572-2: 2006

3 Chỉ số dẻo của bột khoáng nghiền từ

đá các bô nát, (*) % ≤ 4,0 TCVN 4197-1995 (*) : Xác định giới hạn chảy theo phương pháp Casagrande Sử dụng phần bột khoáng lọt qua sàng lưới mắt vuông kích cỡ 0,425 mm để thử nghiệm giới hạn chảy, giới hạn dẻo

- Nhựa đường (bitum):

+ Nhựa đường dùng để chế tạo bê tông nhựa là loại nhựa đường đặc, gốc dầu mỏ thoả mãn các yêu cầu kỹ thuật quy định tại TCVN 7493-2005 Tham khảo Phụ lục A của TCVN 7493-2005 để lựa chọn loại nhựa đường thích hợp làm bê tông nhựa nóng Dùng loại nhựa đường nào do Tư vấn thiết kế quy định

+ Nhựa đường 60/70 rất thích hợp để chế tạo các loại BTNC và BTNR Nhựa đường 85/100 rất thích hợp để chế tạo BTNC 4,75

2.1.2.3 Thiết kế hỗn hợp bê tông nhựa:

Mục đích của công tác thiết kế là tìm ra được tỷ lệ phối hợp các loại vật liệu khoáng (đá, cát, bột khoáng) để thoả mãn thành phần cấp phối hỗn hợp bê tông nhựa được quy định cho mỗi loại tại Bảng 2.1, Bảng 2.2 và tìm ra được hàm lượng nhựa đường tối ưu thỏa mãn các chỉ tiêu kỹ thuật yêu cầu với bê tông nhựa tại Bảng 2.3 và Bảng 2.4

Việc thiết kế hỗn hợp bê tông nhựa được tiến hành theo phương pháp Marshall

Trình tự thiết kế hỗn hợp bê tông nhựa : Công tác thiết kế hỗn hợp bê tông nhựa được tiến hành theo 3 bước: thiết kế sơ bộ (Cold mix design), thiết kế hoàn chỉnh (Hot mix design) và xác lập công thức chế tạo hỗn hợp bê tông nhựa (Job mix formular) Trình tự thiết kế theo hướng dẫn tại TCVN 8820:2011 và tại Phụ lục A

Thiết kế sơ bộ:

Mục đích của công tác thiết kế này nhằm xác định sự phù hợp về chất lượng và thành phần hạt của các loại cốt liệu sẵn có tại nơi thi công, khả năng sử dụng những cốt liệu này để sản xuất ra bê tông nhựa thỏa mãn các chỉ tiêu quy định với hỗn hợp bê tông nhựa Sử dụng vật liệu tại khu vực tập kết vật liệu của trạm trộn để thiết kế Kết quả thiết kế sơ bộ là cơ sở định hướng cho thiết kế hoàn chỉnh

1.1 Thí nghiệm xác định thành phần hạt của từng loại vật liệu: đá dăm, cát và bột khoáng (sau khi vật liệu đã thoả mãn các yêu cầu kỹ thuật tương ứng quy định tại Bảng 2.5, 2.6 và 2.7 ) Tính giá trị thành phần hạt trung bình trên từng cỡ sàng của đá dăm, cát (trên cơ sở 5 kết quả phân tích thành phần hạt) và bột khoáng (trên cơ sở 2 kết quả phân tích thành phần hạt)

1.2 Căn cứ vào kết quả thành phần hạt trung bình trên từng cỡ sàng của từng loại cốt liệu, tính toán tỷ lệ phối hợp giữa các loại cốt liệu để lựa chọn đường cong cấp phối hỗn hợp cốt liệu thoả mãn yêu cầu tại Bảng 2.1 hoặc Bảng 2.2 tương ứng với mỗi loại bê tông nhựa thiết kế

1.3 Căn cứ tỷ lệ phối hợp giữa các loại cốt liệu vừa chọn tại A.1.2, chuẩn bị khoảng 25 kg hỗn hợp cốt liệu, sấy khô, sàng thành các cỡ hạt riêng biệt Phối trộn các

cỡ hạt lại thành 20 phần hỗn hợp riêng biệt, mỗi phần khoảng 1100 gam để tạo thành 5

tổ mẫu, mỗi tổ 4 mẫu khi thí nghiệm theo phương pháp Marshall thông thường Với loại bê tông nhựa thí nghiệm theo phương pháp Marshall cải tiến, chuẩn bị khối lượng mẫu hỗn hợp cốt liệu khoảng 80 kg để phối trộn thành 20 phần hỗn hợp riêng biệt, mỗi phần khoảng 4000 g

1.4 Cho nhựa đường vào trong tủ sấy và gia nhiệt đến nhiệt độ trộn được quy định Cho hỗn hợp cốt liệu vào một tủ sấy khác và nung nóng đến nhiệt độ cao hơn nhiệt độ trộn là 1500C

1.5 Trộn 5 tổ mẫu hỗn hợp cốt liệu (mỗi tổ 4 mẫu) với 5 hàm lượng nhựa đường (tính theo tổng khối lượng hỗn hợp bê tông nhựa) thay đổi khác nhau 0,5% xung quanh hàm lượng nhựa đường tham khảo Với mỗi tổ mẫu, 3 mẫu sẽ được đầm trong khuôn Marshall và 1 mẫu không đầm sẽ được thí nghiệm xác định tỷ trọng lớn nhất và khối lượng riêng bê tông nhựa

1.6 Xác định tỷ trọng lớn nhất của bê tông nhựa của 5 mẫu hỗn hợp bê tông nhựa tương ứng với 5 tỷ lệ nhựa đường

Ghi chú 1:

(Có thể chỉ cần thí nghiệm xác định một giá trị tỷ trọng lớn nhất của hỗn hợp BTN tương ứng với hàm lượng nhựa đường tối ưu dự kiến (thường nằm tại khoảng giữa của hàm lượng nhựa đường tham khảo) Sau đó sử dụng kết quả này để tính các giá trị tỷ trọng lớn nhất của hỗn hợp BTN ứng với các hàm lượng nhựa đường khác Trường hợp này, chỉ cần chế tạo 2 mẫu hỗn hợp BTN với hàm lượng nhựa đường tối

ưu dự kiến, thí nghiệm xác định tỷ trọng lớn nhất và lấy giá trị trung bình)

1.7 Đầm 5 tổ mẫu (mỗi tổ 3 mẫu) theo phương pháp Marshall với số lần đầm quy định tương ứng với 1 loại bê tông nhựa thiết kế Nhiệt độ đầm mẫu tuân theo quy định TCVN 8819:2011

1.8 Thí nghiệm xác định khối lượng thể tích bê tông nhựa của các mẫu đã đầm Tính khối lượng thể tích bê tông nhựa trung bình (g/cm3), độ rỗng dư trung bình (%),

độ rỗng cốt liệu trung bình (%) cho mỗi tổ mẫu

1.9 Ngâm mẫu đã đầm trong bể ổn nhiệt ở nhiệt độ 600C với thời gian quy định, sau đó nén trên máy nén Marshall để xác định độ ổn định và độ dẻo Marshall Tính giá trị độ ổn định trung bình, độ dẻo trung bình cho mỗi tổ mẫu

1.10 Chọn hàm lượng nhựa đường tối ưu theo Marshall: từ kết quả thí nghiệm của 5 tổ mẫu, thiết lập các đồ thị quan hệ giữa hàm lượng nhựa đường với các chỉ tiêu:

độ ổn định trung bình, độ dẻo trung bình, độ rỗng dư trung bình, độ rỗng cốt liệu trung bình, khối lượng thể tích trung bình Xác định khoảng hàm lượng nhựa đường thoả mãn cho từng chỉ tiêu: độ ổn định ở 600C, độ dẻo, độ rỗng dư, độ rỗng cốt liệu Xác định khoảng hàm lượng nhựa đường thoả mãn tất cả các chỉ tiêu trên Giá trị hàm lượng nhựa đường nằm giữa khoảng hàm lượng nhựa thoả mãn tất cả các chỉ tiêu trên

thường được chọn làm hàm lượng nhựa tối ưu theo Marshall Với bê tông nhựa chặt, nên chọn hàm lượng nhựa đường tối ưu sao cho giá trị độ rỗng dư khoảng 4% Xác định giá trị khối lượng thể tích bê tông nhựa tương ứng với hàm lượng nhựa đường tối

ưu làm cơ sở để tính độ chặt đầm nén K

1.11 Chuẩn bị 2 mẫu hỗn hợp bê tông nhựa với thành phần hạt như 1.2, với hàm lượng nhựa đường tối ưu đã xác định tại 1.10, đúc 2 mẫu Marshall để xác định độ ổn định còn lại và tính độ ổn định còn lại trung bình của 2 mẫu Nếu độ ổn định còn lại trung bình thoả mãn yêu cầu quy định tương ứng với loại bê tông nhựa thiết kế thì hàm lượng nhựa đường tối ưu đã chọn theo 1.10 là hợp lý, chuyển sang giai đoạn thiết kế hoàn chỉnh

Thiết kế hoàn chỉnh:

Mục đích của công tác thiết kế này nhằm xác định thành phần cấp phối của hỗn hợp cốt liệu và hàm lượng nhựa tối ưu khi cốt liệu đã được sấy nóng Tiến hành chạy thử trạm trộn trên cơ sở số liệu của thiết kế sơ bộ Lấy mẫu cốt liệu tại các phễu dự trữ cốt liệu nóng để thiết kế Kết quả thiết kế hoàn chỉnh là cơ sở để quyết định sản xuất thử hỗn hợp bê tông nhựa và rải thử lớp bê tông nhựa

2.1 Đưa băng tải cấp đá dăm và cát của trạm trộn vào vận hành Thiết lập đường cong quan hệ giữa tốc độ cấp liệu (tấn/giờ) và tốc độ băng tải (mét/phút) cho đá dăm

và cát Xác định giá trị độ ẩm của vật liệu để đưa vào hiệu chỉnh cho chính xác Khi thiết lập đường cong quan hệ, phải có ít nhất 3 giá trị ứng với các tốc độ băng tải bằng:

20 %, 50 % và 70 % của tốc độ tối đa Phải điều chỉnh sao cho kích thước của cửa phễu bằng hoặc lớn hơn 3 lần kích thước hạt lớn nhất của cốt liệu

2.2 Đưa toàn bộ trạm trộn vào vận hành thử tương tự như khi sản xuất đại trà nhưng chỉ khác là không trộn cốt liệu với nhựa đường và bột đá Căn cứ vào kết quả tại A.2.1, tính toán tốc độ băng tải cho đá dăm, cát để đạt được tỷ lệ đá dăm, cát đã xác định tại 1.2

2.3 Khi trạm trộn đã ở trong trạng thái hoạt độ ng ổn định, lấy mẫu cốt liệu từ các phễu dự trữ cốt liệu nóng, lấy mẫu bột khoáng để phân tích thành phần hạt, tính toán tỷ

lệ phối hợp giữa các loại cốt liệu sao cho đường cong cấp phối hỗn hợp cốt liệu tương

tự như 1.2 Tiến hành thiết kế mẫu theo Marshall Trình tự tiến hành thí nghiệm xác

định đường cong cấp phối và hàm lượng nhựa đường tối ưu theo Marshall theo quy định từ 1.1 đến 1.10

2.4 Chuẩn bị 2 mẫu hỗn hợp bê tông nhựa với thành phần hạt và hàm lượng nhựa đường tối ưu chọn theo 2.3, đúc 2 mẫu Marshall để xác định độ ổn định còn lại và tính

độ ổn định còn lại trung bình của 2 mẫu Nếu độ ổn định còn lại trung bình thoả mãn yêu cầu quy định ở Bảng 3 hoặc Bảng 4 tương ứng với loại bê tông nhựa thiết kế thì hàm lượng nhựa đường tối ưu đã chọn tại 2.3 là hợp lý, chuyển sang giai đoạn sản xuất thử và rải thử

Xác lập công thức chế tạo hỗn hợp bê tông nhựa:

Trên cơ sở thiết kế hoàn chỉnh , tiến hành công tác rải thử bê tông nhựa Trên cơ

sở kết quả sau khi rải thử lớp bê tông nhựa, tiến hành các điều chỉnh (nếu thấy cần thiết) để đưa ra công thức chế tạo hỗn hợp bê tông nhựa phục vụ thi công đại trà lớp bê tông nhựa Công thức chế tạo hỗn hợp bê tông nhựa là cơ sở cho toàn bộ công tác tiếp theo: sản xuất hỗn hợp bê tông nhựa tại trạm trộn, thi công, kiểm tra giám sát chất lượng và nghiệm thu Công thức chế tạo hỗn hợp bê tông nhựa phải chỉ ra các nội dung sau:

- Nguồn cốt liệu và nhựa đường dùng cho hỗn hợp bê tông nhựa;

- Kết quả thí nghiệm các chỉ tiêu cơ lý của nhựa đường, cốt liệu đá dăm, cát, bột khoáng;

- Thành phần cấp phối của hỗn hợp cốt liệu;

- Tỷ lệ phối hợp giữa các loại cốt liệu: đá dăm, cát, bột đá tại phễu nguội, phễu nóng;

- Kết quả thí nghiệm Marshall và hàm lượng nhựa đường tối ưu (tính theo phần trăm khối lượng của hỗn hợp bê tông nhựa);

- Tỷ trọng lớn nhất bê tông nhựa (là cơ sở để xác định độ rỗng dư);

- Khối lượng thể tích của mẫu bê tông nhựa ứng với hàm lượng nhựa đường tối

2.2 Phương pháp xác định mô đun đàn hồi vật liệu BTN:

2.2.1 Ảnh hưởng của nhiệt độ đến mô đun đàn hồi vật liệu BTN: 5 , 10

2.2.1.1 Đặt vấn đề: 12

Trong quá trình xây dựng và cải tạo mạng lưới đường ô tô nước ta hiện nay, vật liệu bê tông nhựa được sử dụng rất phổ biến Trên 80% chiều dài các tuyến đường quốc lộ, tỉnh lộ, đường đô thị là bê tông nhựa Tính chất của bê tông nhựa phụ thuộc vào thành phần cấp phối, chất kết dính (nhựa đường), công nghệ chế tạo, chế độ nhiệt,

độ lớn tải trọng và thời gian tác dụng của tải trọng Tính chất đặc trưng của nó là đàn hồi – nhớt

+ Tính đàn hồi: Khi lực tác dụng nhanh và giá trị ứng suất nhỏ, nhiệt độ hỗn hợp không cao, vật liệu đàn nhớt là chủ yếu

+ Tính đàn hồi nhớt: Khi các lực tác dụng chậm và giá trị ứng suất lớn, nhiệt độ hỗn hợp cao, vật liệu cơ bản có tính nhớt dẻo

Vì thế, việc tạo được mặt đường bê tông nhựa có chất lượng, có cường độ ổn định và tuổi thọ cao, vốn đầu tư thấp là điều quan tâm của các nhà xây dựng cầu đường nước ta

Trong thực tế, xây dựng đường ở nước ta còn một số tồn tại được nghiên cứu giải quyết cho mặt đường bê tông nhựa như sau:

+ Rạn nứt mặt đường, các vết rạn nứt dọc, nứt ngang, hoặc nứt thành mạng lưới + Biến dạng dồn ụ, lún vệt bánh xe, mặt đường bị lượn sóng

+ Khuyết tật bề mặt, mặt đường bị mòn, bong tróc cốt liệu

Nguyên nhân gây các hư hỏng có thể là do khảo sát thiết kế, thi công, sử dụng vật liệu không đúng qui cách, bảo dưỡng không kịp thời và đúng kỹ thuật, tình trạng vượt tải và kẹt xe thường xuyên Ngoài ra còn do tác động của môi trường trong đó mặt đường làm việc ở nhiệt độ cao là yếu tố quan trọng cần quan tâm

Việt Nam nằm trong khu vực Đông Nam Á, kéo dài từ vĩ tuyến 80 đến vĩ tuyến

230, có khí hậu nhiệt đới, nóng ẩm, có gió mùa

Ở miền Bắc, mùa nóng kéo dài từ tháng 5 đến tháng 9 hàng năm Tại Hà Nội và phần lớn các tỉnh miền Bắc, nhiệt độ không khí tăng lên rất cao Những tháng này, tháng nóng nhất là tháng 6 và tháng 7, nhiệt độ không khí dao động từ 260C đến lớn hơn 320

C chiếm từ 100 – 120 ngày; lượng bức xạ tổng cộng rất lớn, có thể đến 950 – 1.080 kcal/m2.h Vào mùa lạnh từ tháng 11 năm trước đến tháng 4 năm sau, nhiệt độ không khí tổng hợp trong mùa đông xuống dưới 80C; vào mùa lạnh, ở khu vực Hà Nội

và vùng đồng bằng Bắc bộ nhiệt độ thấp, trung bình vào khoảng 140

C

Ở Nam bộ có vị trí cận xích đạo, chỉ có hai mùa từ tháng 10 năm trước đến tháng

2 năm sau Mùa khô lượng mưa rất ít, nhiệt độ cao nhất trong ngày 32- 400

C Số giờ nắng trung bình trong ngày từ 6 – 8h bức xạ mỗi ngày là 368,5 cal/cm2 Nhiệt độ không khí ít thay đổi giữa các tháng trong năm, biên độ dao động từ 5 – 70

C, nhiệt độ trung bình là 270C

2.2.1.2 Những hạn chế của mặt đường BTN khi làm việc ở nhiệt độ cao:

12

Các nhân tố ảnh hưởng đến các đặc tính cơ học của bê tông nhựa phụ thuộc và nhiệt độ và thời gian tác dụng của tải trọng Khi nhiệt độ giảm thì cường độ tăng và nhiệt độ tăng thì cường độ giảm Từ đó, khi chọn các thông số thiết kế mặt đường bê tông nhựa phải xét tới nhiệt độ tính toán của vùng lãnh thổ mà tại đó công trình được xây dựng và xét đến tình hình chịu tải cụ thể của kết cấu mặt đường

Điều bất lợi nhất của mặt đường bê tông nhựa làm việc ở nhiệt độ cao là cường

độ chống trượt giảm, đồng thời còn phải chịu tác dụng của lực ngang khi hãm xe, khởi hành hay tăng tốc Theo GS.N.N Ivanov, lực ngang có giá trị bằng 60-75% lực thẳng

và có khi xấp xỉ bằng áp lực bánh xe, dẫn đến mặt đường mất khả năng chống trượt, phát sinh trượt trồi, tạo lượn sóng trên mặt đường Lúc đó bê tông chuyển từ trạng thái đàn hồi nhớt sang đàn hồi dẻo

Khi nghiên cứu những nguyên nhân hư hỏng trước thời hạn của mặt đường bê tông nhựa, V.Kononov đã tổng kết: Ở nhiệt độ không khí cao, nhiều trường hợp trên mặt đường phát sinh những biến dạng dẻo dưới dạng trượt các lớp trên của mặt đường Khi chịu ảnh hưởng của nhiệt độ có tính chu kỳ ngày đêm thì lớp bê tông nhựa trong

áo đường mềm luôn tồn tại ứng suất nhiệt riêng Ứng suất này biến đổi luân phiên và ngược chiều nhau tạo nên sự kéo nén ở đáy lớp bê tông nhựa trong áo đường mềm Ứng suất nhiệt cũng gây ra hiện tượng mỏ nhiệt, lâu dần sẽ góp phần làm cho áo

đường mềm xuất hiện rạn nứt hay bong tróc 11

2.2.1.3 Một số kết quả nghiên cứu trong và ngoài nước: 5 , 12

Trên thế giới có nhiều tác giả nghiên cứu ảnh hưởng của biến thiên nhiệt độ không khí ảnh hưởng đến tính chất cơ lý của bê tông nhựa, mà đặc biệt là ảnh hưởng đến giá trị mô đun đàn hồi Điển hình là các tác giả sau:

+ Theo kết quả nghiên cứu của L.I.Goreski, quan hệ giữa nhiệt độ hỗn hợp và mô đun đàn hồi tương ứng của bê tông nhựa như sau:

E=28100 e-0,0446t (2.1) Trong đó: t0

C – Nhiệt độ hỗn hợp bê tông nhựa

+ Trong khi đó bằng nghiên cứu thực nghiệm của L.B Ghezensvay lại đưa ra công thức:

E= k(t55-t) – E55 (2.2) Trong đó: k – Hệ số góc đường thẳng E = f(t0

C)

E55 và t55 là mô đun đàn hồi và nhiệt độ của bê tông nhựa ở 550C + Trong quá trình nghiên cứu, M.Rafiloiu (Rumani) đã lập được công thức biểu thị quan hệ giữa mô đun đàn hồi của bê tông nhựa với nhiệt độ và bề dày lớp mặt đường như sau:

E = E (1-0,03h)(1-1,18 logt/10) (2.3) Trong đó: h - Bề dày lớp mặt bê tông nhựa (cm);

t – Nhiệt độ tính toán (0C);

E – Mô đun đàn hồi + Khi xem xét ảnh hưởng của thời gian tác dụng tải trọng, của nhiệt độ đối với các đặc tính ứng suất biến dạng của mẫu vật liệu hỗn hợp, C.Vander Poel đã kiến nghị

sử dụng mô đun độ bền làm chỉ tiêu biểu thị tính chất của vật liệu đàn hồi – dính dẻo

Mô đun độ bền là tỷ số ứng suất và tổng biến dạng của vật liệu trong điều kiện thời

gian tác dụng của tải trọng và nhiệt độ cao đã cho, tức là: 4

St,T = (σ/ε)t,T (2.4) Trong đó: ,T – Mô đun độ bền, Mpa

σ - Ứng suất tác dụng, Mpa

ε – Tổng biến dạng

t – Thời gian tác dụng tải trọng, s

T – Nhiệt độ của vật liệu, 0C

Ở Việt Nam, biến thiên nhiệt độ không khí ảnh hưởng đến mặt đường bê tông nhựa chưa được quan tâm

Tuy nhiên, một số tác giả cũng có những nghiên cứu thực nghiệm và lý thuyết được kết quả bước đầu

+ Kết quả nghiên cứu bằng thí nghiệm trên mẫu bê tông có nhiệt độ khác nhau 3

sau khi xử lý kết quả thí nghiệm đối với bê tông nhựa hạt trung, nhiều đá với quan hệ tương quan r = 0,76 tác giả đã tìm ra mối quan hệ giữa mô đun đàn hồi và nhiệt độ là:

E = 3775 e-0,0076t (2.5) Trong đó: t – Nhiệt độ của mẫu thí nghiệm

Bằng cách xây dựng phương trình số tại các lớp kết cấu áo đường bê tông nhựa 6

+ Biên độ dao động nhiệt của các lớp trong kết cấu áo đường giảm dần từ mặt trên cùng đến mặt dưới cùng

+ Thời điểm đạt giá trị cực đại giảm dần từ mặt trên xuống dưới cùng

+ Dạng dao động của nhiệt tại các điểm gần trên mặt không phải hình sin nhưng càng về sâu dạng dao động càng tiến tới dạng hình sin

Giống như mô đun đàn hồi, khi nhiệt độ tăng cao thì cường độ của bê tông nhựa cũng giảm Trong Bảng 2.5 là số liệu thí nghiệm của TS Trần Đình Bửu nghiên cứu

sự thay đổi lực dính, góc nội ma sát và ứng suất cắt ô của bê tông nhựa khi nhiệt độ của hỗn hợp tăng từ 30 – 600C

Bảng 2.8:Sự thay đổi lực dính, góc nội ma sát, ứng suất cắt của BTN ở nhiệt độ từ

Nghiên cứu về “Độ bền khai thác và tuổi thọ kết cấu mặt đường bê tông nhựa”

2 đã cho ta thấy rằng, tính chất cơ lý của nhựa đường chịu ảnh hưởng của nhiệt độ

thông qua các chỉ số: Độ kim lún, độ kéo dài, độ nhớt, độ ổn định nhiệt và tính chất hóa cứng và quá trình hóa cứng của nhựa đường trong mặt đương bê tông nhựa

Từ đó cho ta thấy rằng, đặc tính ứng suất và biến dạng của bê tông nhựa phụ thuộc vào tải trọng, thời gian tác dụng và nhiệt độ của hỗn hợp, ngoài ra còn phụ thuộc vào cấu trúc của nó, tức là phụ thuộc vào thành phần cấp phối, nhựa, công nghệ chế tạo và chế độ nhiệt

2.2.1.4 Kết quả thí nghiệm nhiệt độ trong lớp BTN dùng phổ biến ở Miền nam: 15

Các đồ thị thể hiện các tham số liên quan: Nhiệt độ không khí, độ ẩm, tốc độ gió với nhiệt độ trong BTN, ở độ sâu sâu 2cm, 5cm, 7cm và 12cm cách mặt đường:

Hình 2.1: Đồ thị biến thiên nhiệt độ không khí, mặt đường và trong BTN

Hình 2.2: Đồ thị biến thiên nhiệt độ không khí, nhiệt độ mặt đường, độ ẩm,

tốc độ gió

Hình2.3: Đồ thị giữa nhiệt độ môi trường và nhiệt độ BTN ở sâu 2cm cách mặt đường

Hình 2.4: Đồ thị giữa nhiệt độ môi trường và nhiệt độ BTN ở sâu 7cm cách mặt đường

Hình 2.5: Đồ thị hệ giữa nhiệt độ BTN sâu 2cm so với mặt đường và độ ẩm

Hình 2.6: Đồ thị giữa nhiệt độ BTN sâu 7cm so với mặt đường và độ ẩm

Biểu thức liên hệ giữa nhiệt độ BTN (T), nhiệt độ không khí (Tkk ), độ ẩm không khí (W) và tốc độ gió (V)

Dựa trên số liệu thực nghiệm, có thể xác định các biểu thức liên quan như sau:

Nhiệt độ trong BTN ở độ sâu h = 2cm