Nghiên cứu sử dụng cát xay khai thác tại tỉnh đồng nai phục vụ sản xuất bê tông nhựa làm mặt đường ôtô

Mục đích nghiên cứu của luận án - Khắc phục sự khan hiếm nguồn cát tự nhiên để sản xuất bê tông nhựa - Tạo ra hỗn hợp bê tông nhựa từ cát xay từ đá đảm bảo được giá thành hợp lý và chất

HV: Lª Thμnh Trung Trang 1

Bằng Luận án Thạc Sỹ KHKT này, tác giả xin trân trọng cám ơn sự giúp đỡ tận tình của Trường ĐH GTVT, Phòng đào tạo đại học và sau đại học, Khoa công trình, Bộ môn đường bộ, các Nhà giáo: PGS.TS Bùi Xuân Cậy; TS.Nguyễn Văn Hùng; TS Nguyễn Mạnh Hùng; TS Lê Văn Bách

Tác giả cũng trân trọng cám ơn Phòng thí nghiệm Công ty Cổ phần Xây dựng Công trình Giao thông 610 (thuộc Tổng Công ty CTGT 6) nay là Công ty CP Đầu tư xây dựng Nam Phương, Công ty CP đá núi nhỏ,Phân viện KHCN GTVT phía Nam và các đồng nghiệp đã tận tình giúp đỡ tôi hoàn thành luận án này

HV: Lª Thμnh Trung Trang 2

II.Mục đích, nội dung và phương pháp nghiên cứu của luận án 5

CHƯƠNG I: TỔNG QUAN TÌNH HÌNH SỬ DỤNG CÁT SẢN XUẤT BÊ TÔNG NHỰA

I Khảo sát nguồn vật liệu cát tự nhiên dùng sản xuất bê tông nhựa 7

1 Nguồn cung cấp cát sản xuất bê tông nhựa đạt chất lượng để sản xuất bê tông nhựa 7

1 Tình hình sử dụng cát xay để sản xuất bê tông nhựa trên thế giới 13

2 Tỉnh hình sử dụng cát sản xuất bê tông nhựa tại các tỉnh vùng kinh tế trọng điểm phía N 13

I Khảo sát nguồn vật liệu đá sản xuất cát xay, bê tông nhựa tại tỉnh Đồng Nai 15

2 Nguyên lý hoạt động của máy Titan gối đệm không khí 18

4.Tính ưu việt của máy nghiền roto trục đứng gối đệm không khí Titan 20

1 Thành phần và tính ưu việt của hỗn hợp bê tông nhựa 23

2 Lý thuyết về cường độ ổn định về biến dạng của hỗn hợp bê tông nhựa 23

2.2 Tính ổn định về biến dạng của hỗn hợp bê tông nhựa 25

3 Cường độ yêu cầu và độ ổn định của mặt đường nhựa tác dụng của tải trọng xe

ở các điều kiện thời tiết khác nhau 25 3.1 Cường độ yêu cầu và độ ổn định của mặt đường nhựa ở nhiệt độ cao 25 3.2 Cường độ yêu cầu và độ ổn định của mặt đường nhựa khi chịu tác dụng của nước 28

MỤC LỤC

HV: Lª Thμnh Trung Trang 3

4 Cơ sở lý luận của quá trình tác dụng tương hỗ hóa lý giữa nhựa và hạt khoáng chất 29

II Phương pháp thiết kế thành phần hỗn hợp bê tông nhựa 30 III Vai trò, vị trí và yêu cầu đối với vật liệu chế tạo bê tông nhựa 33

IV Các chỉ tiêu kỹ thuật yêu cầu của bê tông nhựa 39

2 Yêu cầu về các chỉ tiêu cơ lý của bê tông nhựa chặt 41 V.Thí nghiệm xác định mô đun đàn hồi, độ bền chịu kéo uốn của bê tông nhựa 47

1 Thií nghiệm xác định mô đun đàn hồi của bê tông nhựa 47

2 Thí nghiệm xác định độ bền chịu kéo uốn của bê tông nhựa thông qua thí nghiệm ép ch 48

CHƯƠNG IV: THÍ NGHIỆM XÁC ĐỊNH CÁC CHỈ TIÊU CƠ LÝ

1 Thí nghiệm xác định thành phần hạt, mô đun độ lớn của cát (TCVN 242 - 86) 50

4 Xác địn hàm lượng chung bụi, bùn và sét có trong cát (TCVN 343 - 86) 51

5 Khối lượng thể tích và độ xốp (TCVN 340 - 86) 52

6 Thành phần khoáng vật có trong cát (22TCN 61 - 84) 53

CHƯƠNG V: PHÂN TÍCH ĐÁNH GIÁ VỀ CHỈ TIÊU KỸ THUẬT VÀ KINH TẾ

I Thí nghiệm thiết kế bê tông nhựa sản xuất cát xay, cát tự nhiên 59

2 Kết quả thí nghiệm thiết kế và tính chất của bê tông nhựa 60 2.1 Kết quả thí nghiệm thiết kế bê tông nhựa cát xay 60 2.2 Kết quả thí nghiệm thiết kế bê tông nhựa cát tự nhiên 62 2.3 Kết quả thí nghiệm các chỉ tiêu của bê tông nhựa cát xay thay cát tự nhiên

theo đúng tỷ lệ cát tự nhiên trong bê tông nhựa cát tự nhiên 64 2.3 Kết quả thí nghiệm các chỉ tiêu của bê tông nhựa cát xay thay cát tự nhiên

theo thành phần của bê tông nhựa cát tự nhiên 65

II Đánh giá về mặt kinh tế của việc sử dụng cát xay, cát tự nhiên sản xuất bê tông nhựa 66 III Xác lập mối quan hệ về sự biến đổi của mô đun đàn hồi và độ bền kéo uốn của bê tông nhựa.

cát xay và cát tự nhiên theo nhiệt độ 69

1 Sự biến đổi mô đun đàn hồi vật liệu bê tông nhựa cát xay theo nhiệt độ 69

2 Sự biến đổi độ bền kéo uốn vật liệu bê tông nhựa cát xay theo nhiệt độ 70

3 Đưa ra các chỉ tiêu trong tính toán và điều kiện kiểm toán

PHẦN II: PHẦN PHỤ LỤC THUYẾT MINH

Phụ lục 1:Thí nghiệm các chỉ tiêu cơ lý của cát xay, cát tự nhiên.

Phụ lục 2:Kết quả thí nghiệm thiết kế bê tông nhựa cát xay

Phụ lục 3:Kết quả thí nghiệm thiết kế bê tông nhựa cát tự nhiên

Phụ lục 4:Kết quả thí nghiệm các chỉ tiêu của bê tông nhựa cát xay thay cát tự nhiên

theo đúng tỷ lệ cát tự nhiên trong bê tông nhựa cát tự nhiên

Phụ lục 5:Kết quả thí nghiệm các chỉ tiêu của bê tông nhựa cát xay thay cát tự nhiên

theo thành phần của bê tông nhựa cát tự nhiên

Phụ lục 6:Kết quả thí nghiệm mô đun đàn hồi vật liệu bê tông nhựa cát xay, cát tự nhiên

Phụ lục 7:Kết quả thí nghiệm độ bền kéo uốn vật liệu bê tông nhựa cát xay, cát tự nhiên

Phụ lục 8:Một số hình ảnh thí nghiệm

Phụ lục 9:Một số văn bản pháp lý liên quan đến việc cấm khai thác cát trên sông đồng nai

HV: Lª Thμnh Trung Trang 5

PHẦN MỞ ĐẦU

I SỰ CẦN THIẾT CỦA ĐỀ TÀI

Vùng kinh tế trọng điểm phía Nam là một trong những vùng kinh tế phát triển năng động nhất cả nước, tốc độ tăng trưởng tăng trưởng bình quân hàng năm chiếm 13 - 14%, đóng gớp ngân sách cả nước chiếm gần 40% Hiện nay, nhu cầu xây dựng hệ thống hạ tầng giao thông rất lớn, đòi hỏi khối lượng rất lớn nguồn cát xây dựng các công trình: cầu, đường, san lắp mặt bằng bến, bãi, … Trong khi đó trong nhiều năm qua việc khai cát trên các sông thuộc khu vực phía Nam không tuân thủ yêu cầu về môi trường, dẫn đến nguồn tài nguyên bị kiệt quệ, hai bờ sông bị xói lở nghiêm trọng Chính vì vậy, một số sông lớn đã bị cấm khai thác cát, trong đó có sông Đồng Nai Do đó, một số công trình đã phải nhập nguồn cát từ Campuchia, nhưng lượng cát này cũng có hạn, giá thành cao từ

160 000 đến 180 000 VNĐ/m3 và không chủ động trong khâu sản xuất, đặc biệt trong sản xuất bê tông nhựa Cho nên, việc tìm kiếm nguồn vật liệu khác thay thế nguồn cát thiên nhiên đang được các công ty sản xuất bê tông nhựa đặc biệt quan tâm Hiện nay, một số trạm trộn đã sử dụng cát xay khai thác tại các mỏ đá thuộc tỉnh Đồng Nai để sản xuất bê tông nhựa làm mặt đường ô tô Tuy nhiên, để có cơ sở đánh giá hiệu quả kinh tế – kỹ thuật của việc sử dụng cát xay để chế tạo bê tông nhựa cũng như để được áp dụng đại trà trong thực tế thì việc “ Nghiên cứu sử dụng cát xay để sản xuất bê tông nhựa làm mặt đường ô tô” là hết sức có giá trị và rất cần thiết

II MỤC ĐÍCH, NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU CỦA LUẬN ÁN

1 Mục đích nghiên cứu của luận án

- Khắc phục sự khan hiếm nguồn cát tự nhiên để sản xuất bê tông nhựa

- Tạo ra hỗn hợp bê tông nhựa từ cát xay từ đá đảm bảo được giá thành hợp lý và chất lượng đảm bảo theo yêu cầu của tiêu chuẩn 22TCN 249 – 98 “Quy trình công nghệ thi công và nghiệm thu mặt đường bê tông nhựa – Yêu cầu kỹ thuật”

2 Nội dung nghiên cứu của luận án

- Phân tích sự khan hiếm nguồn vật liệu cát, dự báo nhu cầu sử dụng trong thời gian tới

- Đặc tính cơ lý của đá tại các mỏ khai thác tại Đồng Nai

- Tính chất và thành phần của cát xay

- Nghiên cứu chế tạo hổn hợp bê tông nhựa được sản xuất từ cát xay Đặc tính của hổn hợp bê tông bê tông nhựa sản xuất từ cát xay

- Đánh giá khả năng sử dụng cát xay để sản xuất bê tông nhựa

- So sánh về tính hiệu quả kinh tế – kỹ thuật cát xay với cát tự nhiên khi dùng sản xuất

bê tông nhựa

HV: Lª Thμnh Trung Trang 6

3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

- Nghiên cứu đá khai thác tại một số mỏ của tỉnh Đồng Nai: Mỏ Phước Tân, Hóa An, Châu Thới,

- Nghiên cứu cát xay do Công ty CP Đá Núi Nhỏ sản xuất từ cát mỏ đá trên để sản xuất bê tông nhựa

4 Phương pháp nghiên cứu

- Phương pháp lý thuyết: nghiên cứu lý thuyết cấp phối chế tạo hỗn hợp bê tông nhựa

- Phương pháp thực nghiệm: chế tạo các mẫu thử tại phòng thí nghiệm

- Trên cơ sở thống kê các số liệu từ thực nghiệm và các kết quả thu thập được; các kết quả nghiên cứu lý thuyết, đánh giá khả năng sử dụng cát xay để chế tạo BTN và hiệu quả kinh tế-kỹ thuật của giải pháp đề xuất

II KẾT CẤU ĐỀ TÀI:

Nội dung luận văn được trình bày trong 5 chương bao gồm :

Chương mở đầu

Chương I: Tổng quan tình hình sử dụng cát để sản xuất BTN làm mặt đường ô tô Chương II: Công nghệ sản xuất cát xay

Chương III: Nghiên cứu ứng dụng lý thuyết về bê tông nhựa

Chương VI: Thí nghiệm xác định các chỉ tiêu cơ lý của cát xay, cát tự nhiên

Chương V: Phân tích đánh giá theo cát chỉ tiêu kỹ thuật và kinh tế của bê tông nhựa cát xay, cát tự nhiên

Chương V: Kết luận & Kiến nghị

HV: Lª Thμnh Trung Trang 7

CHƯƠNG I: TỔNG QUAN TÌNH HÌNH SỬ DỤNG CÁT ĐỂ SẢN XUẤT

BÊ TÔNG NHỰA LÀM MẶT ĐƯỜNG Ô TÔ

I KHẢO SÁT NGUỒN VẬT LIỆU CÁT TỰ NHIÊN CUNG CẤP CHO SẢN XUẤT BÊ TÔNG NHỰA

1 Nguồn cung cấp cát sản xuất bê tông nhựa khu vự kinh tế phía Nam:

Các mỏ cát trên sông Đông Nai là nguồn cung cấp cát chủ yếu cho vùng kinh tế trọng điểm phía Nam Sông Đồng Nai đi qua địa phận của hai tỉnh Bình Dương và Đồng Nai Cát sông Đồng Nai là trầm tích lòng hiện đại đã tích tụ từ trước khi có đập thủy điện Trị An Các tài liệu lịch sử (ảnh hàng không, bản đồ) cho thấy, ở chế độ tự nhiên, sông Đồng Nai từ Trị An đến cầu Cát Lái thuộc vùng đồng bằng ngập lụt và đồng bằng thủy triều Khi chảy qua hai vùng đồng bằng này, hoạt động bồi tụ chiếm ưu thế đã tạo nên các bãi bồi dần lấp đầy lòng sông Đáy sông nhiều nơi nông cạn, tàu bè qua lại khó khăn khi thủy triều xuống

Trầm tích lòng phân bố suốt chiều dài sông đã hình thành các mỏ cát có trữ lượng đáng kể Trong những năm qua các mỏ cát này đã cung cấp hàng triệu m3 cát xây dựng

có chất lượng tốt, phục vụ cho việc xây dựng các khu đô thị, khu chế xuất, các hệ thống giao thông, cầu, cảng trong thành phố khu vực phía Nam

2 Chất lượng cát :

Dựa vào đặc điểm địa chất mỏ và địa chất khu vực có thể phân chia mỏ cát lòng sông Đồng Nai từ Tân Uyên đến Cát Lái thành hai mỏ riêng biệt, với chất lượng tương ứng như sau:

Mỏ Nam cầu Đồng Nai, kéo dài từ cầu Đồng Nai đến Cát Lái, nơi sông Đồng Nai chảy trên đồng bằng thủy triều Các thân cát thường phân bố tập trung ở những khúc uốn, dày 10-20 m Kích thước hạt cát trung bình đến mịn, màu xám, xám đen, một vài nơi bị nhiễm mặn yếu Cát phân bố trong lòng sông và khúc uốn rộng (500-1.700 m) Vách sông cấu tạo bởi các trầm tích bở rời chủ yếu là sét, sét bột, cao tương đối so với mực nước triều kiệt 1,0-1,5 m

Đánh giá chung: cát trong mỏ Nam cầu Đồng Nai có chất lượng trung bình, đáp ứng xây dựng các công trình dân dụng Hoạt động khai thác cát lòng sông ít ảnh hưởng đến môi trường khu vực

Mỏ cát Bắc cầu Đồng Nai, kéo dài từ Bến Trâu (Tân Uyên) đến cầu Đồng Nai, nơi sông Đồng Nai chảy trên đồng bằng ngập lụt Các thân cát có dạng kéo dài, dày 5-15 m Kích thước hạt cát trung bình đến thô, cát rất sạch, có màu vàng, xám vàng, không bị nhiễm mặn Cát phân bố trong lòng sông hẹp (rộng 200-300 m), vách bờ nhiều đoạn dốc đứng, cao tương đối 4-7 m so với mực nước Cấu tạo vách bờ là các trầm tích bở rời gồm hai phần: dưới là các lớp cát sét, cát sạn, trên là sét bột,sét

HV: Lª Thμnh Trung Trang 8

Đánh giá chung: cát trong mỏ Bắc cầu Đồng Nai có chất lượng tốt nhất vùng, đạt tiêu chuẩn sản xuất bê tông và xây dựng các công trình cao cấp Tuy vậy, môi trường địa chất

mỏ rất nhạy cảm với hoạt động khai thác

Tuy nhiên, mỏ cát Bắc cầu Đồng Nai, nơi có các đặc điểm môi trường tự nhiên nhạy cảm với hoạt động khai thác cát lòng sông

Mỏ cát Bắc cầu Đồng Nai có nguồn gốc trầm tích sông được hình thành từ trước khi

có đập thủy điện Trị An Cho đến khi ngưng khai thác (năm 2004), mỗi năm mỏ cát này

đã cung cấp hàng triệu m3 cát vàng chất lượng tốt để sản xuất bê tông và xây dựng các công trình cao cấp trong khu vực

Từ năm 1995 đến 2004, các doanh nghiệp khai thác mỏ này đã lấy vượt trữ lượng được phép, khai thác gần 3.000.000 m3 Khai thác không tuân thủ các quy định về độ sâu khai thác, khoảng cách xa bờ là nguyên nhân trực tiếp gây ra tai biến xói lở bờ sông Việc quản lý hoạt động khai thác chưa hiệu quả là nguyên nhân gián tiếp gây tác động xấu tới môi trường khu vực

Đến năm 2004, việc khai thác mỏ cát sông Đồng Nai đã chấm dứt do khai thác quá trữ lượng cho phép, hơn nữa hoạt động khai thác gây sạt lở nhiều đoạn vách bờ sông [1, 3]

Hình 1 Sơ đồ phân bố bãi cát mỏ Bắc cầu Đồng Nai

3 Trử lượng khoáng sản

Năm 1995, khi triển khai công trình “Thăm dò trữ lượng cát lòng sông Đồng Nai” [4] các tác giả đã áp dụng một số kỹ thuật mới như: đo địa hình lòng sông bằng thiết bị đo sâu hồi âm (Echosounder), định vị các điểm đo bằng hệ định vị toàn cầu (GPS), sử dụng máy khoan Air-lift để xác định bề dày lớp cát, ứng dụng kỹ thuật hệ thông tin địa lý

HV: Lª Thμnh Trung Trang 9

(GIS) để tính toán khối lượng cát và xử lý các loại bản đồ Trong các đợt khảo sát năm

1999 và 2004, các kỹ thuật này tiếp tục được hoàn thiện và nâng cao [1] Các dữ liệu của

ba lần khảo sát (1995, 1999, 2004) được xử lý trong môi trường GIS là cơ sở để đánh giá hoạt động khai thác tại mỏ cát Bắc cầu Đồng Nai trong thời gian qua

3.1 Trữ lượng xét duyệt

Cát lòng sông là một loại hình mỏ đặc biệt, việc khai thác thường có tác động mạnh đến môi trường, vì vậy trữ lượng khai thác là trữ lượng chỉ được tính trong điều kiện khai thác không ảnh hưởng đến môi trường (chủ yếu không gây sạt lở bờ sông) Như vậy, ngoài việc khoanh định các bãi cát cách bờ một khoảng cách an toàn (khoảng cách xa bờ đối với mỏ cát Bắc cầu Đồng Nai là 50 m), phải xác định độ sâu khai thác hợp lý, tức là

độ sâu khai thác đảm bảo không gây sạt lở vách bờ

Bảng 2 dưới đây là trữ lượng cát đã được Hội đồng Xét duyệt trữ lượng khoáng sản phê chuẩn ngày 25/11/1995, ứng với độ sâu được phép khai thác cho từng khu vực

Bảng 2 Trữ lượng cát được xét duyệt

Khu vực Tên bãi Độ sâu tính (m) Trữ lượng C1 (m 3 ) Trữ lượng C2 (m 3 ) Tổng

Cù lao

Bình Chánh

I.2 -7 1.538.000

1.901.000 I.3 -7 231.000

3.3 Khối lượng khai thác thực tế

Trong thực tế, hoạt động khai thác diễn ra không chỉ ở các bãi đã khoanh định Các xáng cạp cát thường xuyên di chuyển và khai thác trên khắp đoạn sông Việc đánh giá khối lượng khai thác thực tế là việc làm không đơn giản bởi có nhiều doanh nghiệp cùng khai thác trên một đoạn sông, tài nguyên lấy khỏi lòng sông đôi khi được chuyển sang ngay cho các cơ sở kinh doanh trung gian Ngay trong một công ty, việc quản lý sản lượng khai thác của từng xáng cạp cũng là vấn đề…

Nhằm xác định khối lượng đã khai thác, trong phần tính toán này chúng tôi dựa vào bề mặt địa hình lòng sông xây dựng cho từng khu vực ứng với ba thời điểm: tháng 7/1995,

HV: Lª Thμnh Trung Trang 10

tháng 8/1999, tháng 5/2004 Sử dụng kỹ thuật GIS để tính toán khối lượng: lấy bề mặt địa hình của thời điểm sau (bề mặt UPPER) trừ đi bề mặt địa hình thời điểm trước (bề mặt LOWER) sẽ xác định được khối lượng cát đã khai thác theo các giai đoạn (Bảng 3)

Bảng 3 Khối lượng khai thác trong giai đoạn 1995-1999, 1999-2004 (m 3 )

Tổng khối lượng khai thác trong giai đoạn 1999-2004 là 4.616.778 m3 Việc khai thác tập trung vào các khu vực Hóa An, cù lao Rùa và Tân Uyên Nếu tính cả lượng cát khai thác nạo vét ở khu vực Hóa An-cầu Ghềnh và sông Cái (cù lao Phố) thì khối lượng khai thác toàn mỏ Bắc cầu Đồng Nai sẽ lớn hơn

4 Điều kiện khai thác:

Khai thác cát lòng sông thuộc mỏ Bắc cầu Đồng Nai chắc chắn sẽ ảnh hưởng tới môi trường tự nhiên bởi lẽ lòng sông ở đây hẹp, uốn khúc mạnh, vách bờ sông dốc đứng, cấu tạo vách bờ là các trầm tích bở rời gắn kết yếu Chính vì những lý do đó, bộ Khoa học, Công nghệ & Môi trường đã yêu cầu các doanh nghiệp thực hiện nghiêm túc Luật môi trường trong hoạt động khai thác mỏ

Thực tế hoạt động khai thác diễn ra rất phức tạp, các xáng cạp có thể khai thác ở mọi

vị trí, miễn là tại đó có cát Việc kiểm tra khai thác cát dưới lòng sông không đơn giản do các moong khai thác nằm dưới lớp nước dày Các cơ quan chức năng chỉ có thể xác định

vị trí xáng cạp cách xa bờ, nhưng rất khó xác định độ sâu khai thác, muốn biết phải tiến hành đo đạc Ở những nơi cát có chất lượng tốt, các xáng cạp có thể móc rất sâu, lợi dụng ban đêm các xáng cạp có thể khai thác cát sát chân vách bờ

Ghi chú: Các mặt cắt ngang có hướng từ bờ phải sang bờ trái

So sánh tài liệu đo đạc địa hình các năm 1995, 1999 và 2004, có thể nhận thấy lòng sông bị biến động mạnh, có rất nhiều hố sâu bất thường xuất hiện Có thể lấy một số ví

dụ như sau:

HV: Lª Thμnh Trung Trang 12

- Ở Tân Uyên, tại mặt cắt MC.03 (Hình 2), đáy sông năm 1995 sâu 4 m, năm 1999 sâu

9 m, năm 2004 lạch sâu tới 17 m áp sát bờ trái Sự hình thành lạch sâu là nguyên nhân gây sạt lở mạnh mẽ bờ trái ở đoạn sông này

- Ở cù lao Bình Chánh tại mặt cắt MC.45 (Hình 3) đáy sông biến động phức tạp Bề

mặt bãi cát tự nhiên năm 1995 sâu 3 m, năm 1999 khai thác tới độ sâu 14 m

- Ở cù lao Rùa, tại mặt cắt MC.93 (Hình 4) đáy sông liên tục hạ sâu Năm 1995 đáy

sông sâu 7-8 m, năm 1999 lạch sâu 10 m lệch về phía bờ trái, năm 2004 sâu 11 m

- Ở Hóa An, nơi phân bố bãi cát III.1, theo giấy phép chỉ được khai thác tới độ sâu 8

m Mặt cắt MC.127 (Hình 5) cho thấy đáy sông biến động phức tạp Năm 1995, lạch sâu

16 m áp sát bờ phải Năm 1999, hoạt động khai thác từ các bãi cát phía trên đã gần như

lấp đầy lạch sâu Năm 2004, khai thác tạo lạch sâu 12,5 m lệch về bờ trái

Bảng 4 So sánh khối lượng cát khai thác tại các khu vực

Khu vực Trữ lượng được khai thác

(m 3 )

Khai thác 1995-2004

(m 3 )

Chênh lệch (m 3 )

So sánh giới hạn được phép khai thác với giới hạn khai thác thực tế (Hình 2-5, Bảng 4)

có thể dễ dàng nhận thấy ở tất cả các bãi, hoạt động khai thác đều vượt mức cho phép Riêng ở bãi III.1 (Hóa An) khối lượng còn lại gần nửa triệu m3, tuy vậy cho đến lúc điều

tra kết thúc khai thác (tháng 5/2004) vẫn còn 3 xáng cạp tiếp tục khai thác tại đây

Hoạt động khai thác không theo quy định về độ sâu, khoảng cách xa bờ và quy trình khai thác là nguyên nhân chính gây tai biến xói lở bờ sông Những nơi xói lở mạnh do hoạt động khai thác là bờ trái vùng Tân Uyên, bờ trái vùng cù lao Bình Chánh, bờ phải và

bờ trái vùng cù lao Rùa

5 Giá thành của cát xây dựng phục vụ sản xuất bê tông nhựa

Như ta trình bày ở trên, lượng cát đạt chất lượng sản xuất bê tông nhựa phân bố chủ

yếu ở mỏ Bắc cầu Đông Nai Kể từ khi tờ trình số 3914A/TTr-UBND ngày 14 tháng 7 năm 2009 có hiệu lực thì khu vực trên sông Đồng Nai (từ điểm cách cầu Hóa An 1km về

phía thượng nguồn đến điểm cách cầu Đồng Nai 01km về phí hạ nguồn) và 01 khu vực

xã Xuân Hưng, huyện Xuân Lộc có diện tích 773 ha với tài nguyên dự báo lên đến 19 triệu m3 bị cấm khai thác hoàn toàn Chính điều này đã đẩy giá cát xây dựng tăng đột

biến từ 100 000 VNĐ đến 120 000 đồng/m3 nhưng vẫn không đủ số lượng cung cấp cho thị trường Hơn nữa, chất lượng cát thật sự không đạt chất lượng theo tiêu chuẩn

HV: Lª Thμnh Trung Trang 13

II/ TÌNH HÌNH SỬ DỤNG CÁT SẢN XUẤT BÊ TÔNG NHỰA

1 Tình hình sử dụng cát để sản xuất bê tông nhựa trên thế giới

Nghiền đá thành cát nhân tạo thay thế cho việc sử dụng cát tự nhiên là giải pháp của các nước công nghiệp trên thế giới làm gần 20 năm nay Giải pháp này nhằm hạn chế tối

đa việc khai thác cát tự nhiên gây sạt lở bờ sông, thay đổi dòng chảy ảnh hưởng đến môi trường

Một vấn đề kỹ thuật khác khi xay cát ra thi những hạt cát đồng đều hơn, đều này gớp phần tạo thành khối bê tông chịu lực lớn hơn theo nguyên lý Volt

Cát nhân tạo là loại cát sạch không lẩn cát tạp chất: bụi, hạt sét Điều này tạo nên sự dính kết làm tăng cường độ của bê tông

Các số liệu cho thấy tình hình sử dụng cát nhân tạo trên thế giơi bước đầu cho kết quả : Cát nhân tạo sử dụng trong bê tông aphalt có thể tiết kiệm 14 – 15% khối lượng so với cát việc dùng cát tự nhiên nhưng độ liên kết giữa nhựa đường với đá dăm và cát tăng lên

rỏ rệt giúp cho độ bền của bề mặt bê tông aphalt tăng lên 10%

Viện asphalt (Mỹ), đã ban hành xong tiêu chuất hai qui trình thi công bê tông nhựa các xay chất lượng cao, gọi tắt là Superpave cấp 1

2 Tình hình sử dụng cát để sản xuất bê tông nhựa ở các tỉnh vùng kinh tế trọng điểm phía Nam

Từ trước cho đến năm 2004, thời điểm Thủ tướng chính phủ cấm khai thác các trên sông Đồng Nai thì lượng cát vàng đạt chất lượng xây dựng dòi dào Khi đó bê tông nhựa cung câp cho ngành giao thông phát triển kinh tế của Vùng kinh tế trọng điểm phía Nam chủ yếu được sản xuất từ cát tự nhiên đạt chất lượng: to, đạt mô đun độ lớn khai thác từ sông Đồng Nai Khi đó tỷ lệ thành phần cốt liệu như sau: đá dăm 20 – 65%, Cát vàng 4 – 14%, bột khoáng 5 – 7%, bi tum 5 – 7%

Tuy nhiên, kể từ năm 2004 đến nay lượng cát vàng đạt chất lượng để sản xuất bê tông nhựa ngày càng khan hiếm dần do các hoạt động khai thác cát trên sông Đồng Nai bị cấm theo tờ trình số 3914A /TTr – UBND của Ủy Bna Nhân Nhân tỉnh Đồng Nai ngày 14 tháng 7 năm 2006 Dẫn đến sự mất cân đối về nguồn nguyên liệu cốt liệu sản xuất bê tông nhựa: vật liệu đá còn đủ trử lượng cung cấp trong khi nguồn cát ngày càng bị càng kiệt, khang hiếm dần

Bởi vậy, chúng ta đã phải giải quyết vấn đề mất cân đói này để dây chuyền sản xuất bê tông nhựa không bị gián đoạn, đảm bảo lượng lớn bê tông nhựa phục vụ cho sự nghiệp phát triển kính tế của vùng kinh tế trọng điểm phía nam theo các cách khác nhau

Nhiều đơn vị sản xuất bê tông nhựa đi tìm nguồn cát vàng đạt chất lượng khác để bổ sung Nguồn cát này được khai thác tại các khu vực hạ lưu sông Mê Kông thuộc địa phận một số tỉnh Miền Tây Nam bộ và lảnh địa nước bạn Campuchia như ta đã biết là sông Mê Kông bắt nguồn từ Tây Tạng, xuôi về biển đông qua miệt sông nước Đồng bằng sông Cửu Long, dòng sông chảy qua 6 quốc gia : Trung Quốc, Mianma, Thái Lan, Lào, Campuchia và Việt Nám Tuy nhiên, với giá thành rất cao, do chi phí vận chuyển lớn,

HV: Lª Thμnh Trung Trang 14

hơn nữa ta cũng không chủ động được về số lượng do còn phục thuộc vào các chính sách pháp luật về khai thác cát của địa phương tỉnh, của đất nước Campuchia Cách giải quyết này hầu như bị phá sản hoàn toàn, thực tế đã cho thấy các nhà sản xuất bê tông nhựa đã

từ bỏ giải pháp này Giải pháp hợp lý nhất hiện nay là chúng ta đã tận dụng được nguồn nguyên liêu đá dòi dào tại các mỏ đá khai thác tại địa phương của vùng trọng điểm kinh

tế phía Nam để sản xuất ra được loại cát mới đạt chất lượng để thay thế cho cát tự nhiên

để sản xuất bê tông nhựa Đó là loại cát được xay từ các mỏ đá địa phương (đề tài này đề cập đến các mỏ đá tại tỉnh Đồng Nai) với trử lượng dòi dào và chất lượng để sản xuất cát xay theo qui trình qui định cụ thể như sau:

Cát xay phải được cần phải chế tạo từ đá gốc có cường độ không nhỏ hơn cường độ của đá dùng làm đá dăm (600 – 1000daN/cm2)

Cát nghiền từ đá mácma có mác không nhỏ hơn 1000 daN/cm2 Hàm luợng các hạt nhỏ hơn 0,071mm ở trong cát nghiền không được lớn hơn 14% theo khối luợng, trong ñó luợng hạt sét không ñuợc lớn hon 0,5%, luợng hạt nhỏ hon 0,14mm không lớn hon 20% Giải pháp sử dụng cát xay sản xuất bê tông nhựa làm đường ô tô đã đưa vào thực tiển sản xuất, bước đầu đã đảm bảo được dây chuyền sản xuất bê tông như không bị gián đoạn

và đáp ứng được số lượng lớn nhu cầu sản xuất bê tông nhựa, gớp phần rất lớn vào công cuộc phát triển kinh tế đất nước, đặc biệt là vùng kinh tế trọng điểm phía Nam

III Kết luận:

Mặc dù, công nghệ sử dụng cát xay để sản xuất bê tông nhựa đang được áp dụng rộng rải trong thực tiển sản xuất, tuy nhiên vẫn chưa có được sự nghiên cứu cụ thể nào để phân tích, cũng như đánh gia việc sử dụng cát xay sản xuất bê tông nhựa hiệu quả như thế nào

về mặt kinh tế kỹ thuật so với cát tự nhiên để tiến đến sản xuất đại trà trên nhiều địa bàn trong cả nước Cũng như việc Bô Xây Dựng, Bộ Giao thông vận tải ban hành những tiêu chuẩn, qui trình để giám sát, kiểm soát chất lượng vật liệu bê tông nhựa và các chỉ dẫn kỹ thuật thi công Đây cũng chính là lý do quan trọng để hình thành đề tài: “ Nguyên cứu –

sử dụng cát xay tại các mỏ đá tỉnh Đồng Nai sản xuất bê tông nhựa làm mặt đường ô tô”

Công ty Cp Xây dựng CTGT 610, địa chỉ 968, QL 1A, Linh Trung, Thủ Đức, TpHCM

là đơn vị sản xuất bê tông nhựa, đi đầu về công nghệ sử dụng cát xay sản xuất bê tông nhựa cung cấp hàng chục công trình lớn nhỏ đạt chất lượng tốt của Khu vực kinh tế trọng điểm phía Nam

Trạm trộn BTN của Công ty CP Xây dựng CTGT 610

HV: Lª Thμnh Trung Trang 15

CHƯƠNG II: CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT CÁT NHÂN TẠO

I.Khảo sát nguồn vật liệu đá đạt chất lượng sản xuất cát xay chế tạo bê tông

nhựa

1.Nguồn cung cấp vật liệu đá

Nguồn cung cấp vật liệu đá phục vụ cho ngành xây dựng nói chung, sản xuất bê tông nhựa nói riêng tại vùng kinh tế trọng điểm phía Nam chủ yếu tại các địa phương các tỉnh Bình Dương và Đồng Nai

- Trử lượng đá nằm trong quy hoạch khai thác công nghiệp về đá xây dựng toàn tỉnh có 31mỏ đá Trong đó, có 22 mỏ đang hoạt động, 04 mỏ chưa hoạt động, 05 đã được phê duyệt trử lượng), tổng diện tích 1 032,28 ha, trử lượng khoảng 309,91 triệu m3 Trử lượng này được khai thác từ nay cho đến năm 2010

- Trử lượng đá nằm trong quy hoạch thăm dò, khai thác công nghiệp: khoanh định các khu vực cấp phép thăm dò khai thác công nghiệp từ nay đến năm 2010 và từ năm

2011 đến năm 2020 về đá xây dựng có 16 khu vực, diện tích 845,82 ha - tài nguyên dự báo khoảng 240,39 triệu m3 được cấp phép thăm dò từ nay đến năm 2010, có11 khu vực, diện tích 754,58 ha – tài nguyên dự báo khoảng 122,5 triệu m3 được cấp phép thăm dò từ năm 2011 đến 2020

3 Chất lượng đá:

Theo số liệu được lấy tại mỏ đá Phước Tân, huyện Long Thành, tỉnh Đồng Nai thì chất lượng đá được chia thành 02 loại như sau:

Đá loại 1: Gồm các loại đá phun trào anđesit porphyrit và tuf của chúng, với loại

đá này các chỉ tiêu cụ thể như sau:

-Cường độ kháng nén bảo hòa > 800 kG/cm2

-Hàm lượng SO3, trung bình khối tính trữ lượng < 1%

Đá loại 2: Gồm các loại đá phun trào anđesit porphyrit và tuf của chúng, với loại

đá này các chỉ tiêu cụ thể như sau:

-Cường độ kháng nén bảo hòa > 400 kG/cm2

-Hàm lượng SO3 đối với mẫu đơn < 3%

-Hàm lượng SO3, trung bình khối tính trữ lượng < 1%

Sự phân loại trên căn cứ theo TCVN 1771 : 1987, đá loại 1 là đá chủ yếu dùng làm cốt liệu chính cho công trình xây dựng và sản xuất bê tông nhựa

Kết cấu máy nghiền Titan như sau:

Máy nghiền Titan có tiền thân là máy nghiền mịn KID do hãng OAO DROBMASH liên kết với viện nghiên cứu công nghệ mới tại Len – ingrad (nay là Sant – Petersburg) với đường kính đĩa quay 600mm và 1200m Sau nhiều năm thử nghiệm và máy cũng được đưa vào sản xuất Tuy nhiên, thị trường đã không chào đón một cách nồng nhiệt do chi phí sản xuất cao, vật tư thay thế đắt tiền và thường xuyên xảy ra sự cố vòng bi Nếu thay thế bằng vòng bi của G7 thì giá thành sẽ rất cao Chương trình máy nghiền KID đi vào ngõ cụt Chính vì gối đở vòng bi mà đây là điểm yếu nhất của máy nghiền roto trục đứng Barmac phải sử dụng vòng bi đặc biệt và hệ thống cấp mở bôi trơn tự động rất phức tạp cho thiết bị của mình

Người Nga đã chế tạo máy nghiền roto trục đứng với nguyên lý hoàn toàn mới từ những năm 1980 của thế kỷ trước Nhưng là vì sáng chế bí mật quốc gia nên không ai

HV: Lª Thμnh Trung Trang 17

được tiếp cận Chỉ sau khi Liên Xô tan rã, theo đề nghị của tiến sĩ Lisitca Vasili Ivanovich – tác giả của công trình “ Gối đệm không khí” Công trình này mới được Viện nghiên cứu khoa học và sản xuất trực thuộc Viện hàn lâm khoa học Delarutsia (NPO) cho khởi động lại một cách chính thức Từ năm 1993, người ta đã thấy xuất hiện các loại máy nghiền li tâm va đập có kết cấu thật lạ không sử dụng gối đở vòng bi mà công suất thì gấp nhiều lần của G7 Như thế, thị trường đã bắt đầu biết đến máy roto trục đứng công nghệ gối đệm không khí của tiến sỉ Lisitca Vasili Từ năm 1993 đến năm 2000 hơn 60 thiết bị

đã được tiêu thụ Từ năm 2000, để nâng tầm cao mới của máy roto trục đứng dùng công nghệ “gối đệm không khí” , toàn bộ nhóm chế tạo do tiến sĩ Lisitca Vasili chủ trì đã chuyển về tập đoàn IST tại Sant – Peterburg để thành lập hãng “Công nghệ mới” với tên gọi sản phẩm Titan Gần 200 thiết bị đã được bán cho khách hàng thuộc Liên Xô cũ và xuất khẩu sang cả Pháp, Serbia trong thời gian ngắn ngủi đó

Với Việt Nam, máy Titan đã có mặt trên các công trình : Thủy điện Sơn La, Đồng Nai 4,… và đang tích cực tham gia vào chương trình nghiền cát nhân tạo trên cả nước Máy Titan ngày nay đã bước sang thế hệ thứ 4 và đang là công nghệ số 1 thế giới về lĩnh vực nghiền li tâm va đập Trên thế giới hiện nay, không có công nghệ nào tiên tiến hơn Người Nga tự hào về công nghệ chinh phục vũ trụ và sản xuất chưa được công bố

HV: Lª Thμnh Trung Trang 18

2 Nguyên lý hoạt động của máy Titan trong gối đệm không khí

Khi cho hệ chuyển động của máy quay (roto và đỉa gia tốc) chúng giống như một con quay tự do, có tâm quay là tâm của chỏm cầu và có 3 cấp chuyển động tự do

Chính nhờ có kết cấu đặc biệt như vậy, ta

dễ dàng thay đổi được vận tốc va đập nhờ thay đổi đường kính đĩa gia tốc và vận tốc quay của nó

Do vậy, chỉ có kết cấu gối đệm không khí mới cho phép tăng đường kính đỉa gia tốc đến trên 2m trong khi sử dụng gối

đở vòng bi thì tối đa không quá 1.1m Ngoài ra, tăng vận tốc quay

của đỉa gia tốc tùy thích mà không hạn chế so

với gối đở ổ bi bởi sức chịu đựng của vòng bi

là có hạn, không thể tăng mãi được Công

nghệ gối đệm không khí cho phép làm ra được

máy nghiền với công suất tới 650T/h, điều mà

Barmac không bao giờ có thể làm được Việc

thay đổi tốc độ va đập vô cùng quan trọng,

cho phép chúng ta điều chỉnh tỷ lệ thành phần

theo yêu cầu của công việc Dể thấy, với máy

Titan, có thể vận hành với tốc độ va đập từ

35m/s đến 120m/s, trong đó: - Với vận tốc va

đập 35 – 45m/s thì chưa xảy ra quá trình

nghiền mà chủ yếu đóng vai trò chuốt lại sản phẩm (làm tròn sản phẩm mà không nghiền)

- Với vận tốc va đập 45 – 65m/s thì lúc này mới xảy ra quá trình nghiền va đập và tỷ lệ hạt nhỏ (0-5mm) thường chưa cao

- Với vận tốc 65 – 120m/s thì thật sự là quá trình nghiền mịn, sản phẩm điều chỉnh được theo ý muốn

Tỷ lệ thành phần phụ thuộc vào vận tốc va đập Ví dụ sau thực hiện trên máy Titan D –

160, đá đầu vào 20 – 40mm

3.Thông số kỹ thuật của máy Titan D

Máy nghiền Titan D do New – Technologies sản xuất là thiết bị nghiền tỉnh với những

ưu điểm nổi bật mà không một thiết bị nghiền côn thông thường nào có thể có được Thiết bị nghiền Titan D có khả năng xử lý nguyên liệu đầu vào Max 110mm để nghiền ra sản phẩm tới 1mm với nhiều loại vật liệu khác nhau có độ cứng đến 3000kg/cm2 Với thiết kế mở cho phép thay đổi vận tốc va đập đến 120m/s nhờ đường kính đĩa gia tốc và tốc độ của động cơ nên thiết bị của Titan D được sử dụng phổ biến trong các dây chuyền nghiền sàng đá truyền thống để thay thế thiết bị nghiền côn thông thường Sản phẩm nghiền ra của Titan D có giá trị cao

Đá dăm có tỷ lệ hạt dẹt không quá 4% và cát nhân tạo có thể thu được 70% tùy yêu cầu của người sử dụng máy nghiền Titan D để nghiền tất cả các loại khoáng sản khác nhau đến 1mm có độ cứng bất kì nên được sử dụng phổ biến để nghiền phụ gia cho các ngành sản xuất vật liệu xây dựng, đặc biệt là sử dụng trong lĩnh vực nghiền quặng vàng Ngoài ra, thiết bị Titan D ngày nay được sử dụng độc lập phục vụ các trạm trộn bê tông và bê tông nhựa nóng nhờ cát nhân tạo và đá dăm chất lượng cao được nghiền ngay tại chổ theo yêu cầu cụ thể rất tiện lợi và đạt hiệu quả sản xuất cao cho người sử dụng

HV: Lª Thμnh Trung Trang 20

Dây chuyền nghiền sàng đá dăm và cát nhân tạo công suất 100m3/h được lắp đặt rất

thành công tại mỏ đá Tân Đông Hiệp (Bình Dương)

4 Tính ưu việt của máy nghiền roto trục đứng gối điệm không khí Titan

Để nhận thấy tính ưu việc của máy nghiền Titan người ta thực hiện việc so sánh với các máy đang tồn tại phổ biến trên thị trường

* So sánh hiệu quả sử dụng giữa máy nghiền Titan và máy nghiền công

Ví dụ so sánh dưới đay được thực hiện vào thời điểm tháng 10/2007 Địa điểm để đối chứng Đá tại mỏ đá Tân Đông Hiệp (Bình Dương) có độ kháng nén 1.250 kg/cm2 và giá trung bình của các sản phẩm tại thời điểm so sánh

3 Công suất trong 1h sản xuất 0 – 5(30 tấn); 5 – 10 (

24 tấn); 10 – 22mm (46 tấn)

0 – 5(37 tấn); 5 – 10 (

22 tấn); 10 – 22mm (41 tấn)

5 Chi phí hao mòn vật liệu của

máy/tấn sản phẩm

1 bộ nén côn giá 42 triệu đồng nghiền được

40 000 tấn sẽ hỏng

0.16 USA/tấn = 2 560đ/tấn

HV: Lª Thμnh Trung Trang 21

trung bình tốn 10 000đ/ tấn

9 Hiệu qủa tương đối của 1h sản

xuất

Kết luận: Trung bình nếu dùng máy Titan D – 160 sẽ cho hiệu quả tối thiểu 10

000đồng /tấn sản phẩm làm ra (tính gộp) Ở đây về đầu tư thì máy nghiền côn KSD –

1200 GR có giá thành ½ so với máy Titan D

Ngoài ra, sử dụng máy nghiền côn sẽ còn phải tính đến các chi phí khác mà máy Titan

không có như: dầu nhớt bôi trơn, hao mòn vòng bi, hao mòn bộ bạc côn, hệ thống bánh

răng vành chặn và quả khế, trục dù, mà khi tính toán chúng tôi chưa liệt kê Sử dụng

máy Titan D-160 rõ ràng hiệu quả hơn dùng máy nghiền côn KSD – 1200GR với cũng do

sử dụng ổ đỡ vòng bi mà các loại máy Barmac đang phải gặp rất nhiều trở ngại về kỹ

thuật không thể vượt qua Còn với máy Titan, hầu như đã khắc phục được toàn bộ những

yếu điểm của máy Barmac

2 Chỉ xử lý đá đầu vào tối đa 50mm và

3 Chỉ làm được máy nghiền với đường

kính đĩa gia tốc phổ biến đến 0.8m

5 Khả năng tối đa khi sản xuất cát nhân

tạo (0 – 5) không quá 30%

Khả năng cho phép mất khả năng cân bằng động đĩa gia tốc : 2500gr

6 Khả năng cho phép mất cân bằng Công suất thiết kế có thể đến 650 T/h

HV: Lª Thμnh Trung Trang 22

động đĩa gia tốc 50gr

quả và rẻ tiền

thế giá rẻ và nhà sản xuất chuyển giao công nghệ để khách hàng tự làm lấy Chi phí sản xuất rẻ gần 10 lần trong cùng 1 điều kiện như nhau

9 Vật tư thay thế đắt tiền Không

chuyển giao công nghệ làm phụ tùng

thay thế cho người sử dụng

Nghiền được vật liệu có độ ẩm cao, trời mưa nhỏ, tuyết rơi máy vẫn có thể làm việc bình thường

nguyên liệu nghiền không nghiền

được vật liệu ướt

Nghiền được vật liệu có độ ẩm cao, trời mưa nhỏ, tuyết rơi máy vẫn có thể làm việc bình thường

5 Giá thành của cát xay

Hiện nay trên thị trường tồn tại 2 sản phẩm cát xay: cát xay 0x3 và cát xay không 0x6 Theo bảng báo giá nhận được từ Công ty TNHH Khoáng sản và xây dựng Trung Thắng , Công ty đã sử dụng công nghệ gối đệm không khí Ti tan D – 160 để xay đá 1x2 thành cát nhân tạo (kèm theo trong phụ lục) áp dụng từ ngày 01.10.2009 thì giá thành của 1 khối cát xay 0x3 là 152 000 đồng/m3 và cát 0x6 là 154 000 đồng/m3 Giá trên đã bao gồm VAT và giao lên phương tiện vận chuyển của khách

HV: Lª Thμnh Trung Trang 23

CHƯƠNG III: NGHIÊN CỨU -ỨNG DỤNG LÝ THUYẾT BÊ TÔNG NHỰA

I Tổng quan về bê tông nhựa

1.Thành phần và tính ưu việt của hỗn hợp bê tông nhựa:

Bê tông nhựa để làm mặt đường gồm có các thành phần chủ yếu là đá, cát, bột khoáng

và nhựa

Mặt đường bê tông nhựa được dùng phổ biến cho các đường có mật độ xe lớn, đường trong thành phố, đường khu nghĩ mát, trên mặt cầu bằng bê tông xi măng, tầng phủ sân bay đáp ứng được các yêu cầu về chịu lực thẳng đứngvà lực ngang cũng như các yêu cầu

2.Lý thuyết về cường độ và ổn định về biến dạng của hỗn hợp bê tông nhựa:

2.1 Cường độ hỗn hợp bê tông nhựa:

Tính chất của hỗn hợp bê tông nhựa phụ thuộc vào cấu trúc của nó, cấu trúc này phụ thuộc vào tính chất và hàm lượng của các thành phần cấu thành cấu thành, vào sự phân

bố đều đặn các cỡ hạt và nhựa, vào chất lượng kỹ thuật trong quá trình chế tạo hỗn hợp, đặc biệt là chế độ nhiệt và độ chặt hỗn hợp

Theo giáo sư N.N.Ivanop [2], cường độ hỗn hợp bê tông nhựa phụ thuộc chủ yếu vào 2 yếu tố: Lực ma sát do cốt liệu khoáng vật, lực dính do sự có mặt bột khoáng và các hạt keo trong cốt liệu khoáng vật, do các tính chất của nhựa và do sự móc vướng giữa các hạt

to với nhau

- Lực ma sát của hỗn hợp bê tông nhựa: chủ yếu do độ lớn, độ đồng đều và độ sắc cạnh của cốt liệu khoáng vật quyết định Lực ma sát ít thay đổi theo nhiệt độ và thời gian tác dụng của tải trọng, nhưng thay đổi nhiều theo hàm lượng nhựa

- Lực dính của hỗn hợp bê tông nhựa: Lực này đóng vai trò quan trọng trong hỗn hợp

bê tông nhựa Lực dính gồm 2 thành phần: Lực dính do sự móc vướng giữa các hạt; Lực dính do tác dụng dính bám tương hỗ giữa nhựa và đá và do lực dính kết bên trong bản thân nhựa

+Lực dính do sự móc vướng giữa các hạt: Phục thuộc độ lớn và độ sắc cạnh của hạt, không thay đổi theo nhiệt độ, độ ẩm và tốc độ biến dạng

HV: Lª Thμnh Trung Trang 24

+Lực dính do tác dụng dính bám tương hỗ giữa nhựa và đá và do lực liên kết bên trong bản thân nhựa: Phụ thuộc độ nhớt của nhựa (độ nhớt thay đổi theo nhiệt độ); tỉ diện cốt liệu khoáng vật; ái lực phân tử của nhựa và khoáng vật; khả năng trao đổi hóa học; mức độ ổn định của các tính chất liên kết tự nhiên của cốt liệu khoáng vật; sự biến đổi độ nhớt của nhựa, các chất nhẹ trong nhựa bay hơi và sự hấp thụ có chọn lọc của cốt liệu; chiều dày của màng nhựa; tốc độ biến dạng của hệ thống và hệ số dẻo của hỗn hợp

* Lực dính thay đổi theo độ nhớt của nhựa: Thực nghiệm cho thấy, trong những điều kiện khác nhau ,giống nhau, lực dính tăng lên khi độ nhớt tăng Độ nhớt lại thay đổi nhiều theo nhiệt độ (độ nhớt tăng khi nhiệt độ giảm) Lực dính từ 2 – 3kG/cm2 ở nhiệt độ 50oC, tăng lên đến 20kG/cm2 ở nhiệt độ 0oC, trị số này càng khác nhau nhiều khi hỗn hợp có hàm lượng nhựa lớn và tốc độ biến dạng nhỏ

*Lực dính thay đổi theo tốc độ biến dạng: Tốc độ biến dạng phụ thuộc vào tính dẻo của hỗn hợp Theo kết quả thí nghiệm của giáo sư N.N.Ivanop và các học trò của ông thì ở 1 nhiệt độ nhất định, sự biến đổi của lực dính theo tốc độ biến dạng có thể biểu diễn dưới dạng sau:

T

T v

v C

C

1

2 2

1 2

2

(2 – 1) Trong đó:

Theo giáo sư Rưbep [2], biểu diễn sự phụ thuộc của cường độ hỗn hợp bê tông nhựa vào cấu trúc, chiều dày trung bình của màng nhựa bọc ngoài mặt cốt liệu khoáng vật, nhiệt độ

và tốc độ biến dạng dưới dạng công thức tổng quát sau:

R1 = R2

m m n

t

t v

1 2

HV: Lª Thμnh Trung Trang 25

m - Chỉ số mũ, đặc trưng độ thay đổi cường độ khi nhiệt độ biến đổi 1oC

2.2 Tính ổn dịnh về biến dạng của hỗn hợp bê tông nhựa:

Quá trình biến dạng của hỗn hợp bê tông nhựa, có liên hệ rất chặt chẻ với thời gian tác dụng của tải trọng, tốc độ đặt tải trọng, còn trị số ứng suất thì phụ thuộc vào tốc độ biến dạng và trị số biến dạng

Bê tông nhựa và các loại hỗn hợp đá nhựa khác là vật liệu có tính lưu biến nên qui luật chung về biến dạng và phụ thuộc vào trị số của ứng suất Trong thiết kế hỗn hợp bê tông nhựa cần đảm bảo đạt được các tính chất cơ học – cấu trúc thích hợp như độ giản dài tương đối gần với giới hạn trên để dự phòng nhựa bị hóa già làm cho độ độ tăng thêm, độ

nở của hỗn hợp không được vượt quá một trị số nhất định Để tăng tính ổn định về biến dạng cần phải chọn loại nhựa có khả năng chịu biến dạng và ít bị hóa già, tuy nhiên phải chú ý đến khả năng chống trượt

3.Cường độ yêu cầu và độ ổn định của mặt đường nhựa dưới tác dụng của tải trọng

xe trong các điều kiện thời tiết khác nhau:

Mặt đường chịu tác dụng trực tiếp của tải trọng ô tô và của các yếu tố thiên nhiên như nhiệt độ, mưa,… Vào mùa nóng, nhiệt độ mặt đường nhựa thường cao hơn nhiệt độ không khí, do đó mặt đường có thể bị biến dạng, phát sinh gợn sóng, trượt Vào mùa mưa, nước tác dụng lâu dài có thể thấm xuống các kẽ nứt làm giảm lực dính giữa đá với nhựa, làm giảm cường độ và có khi làm phá vỡ tính toàn khối của bê tông nhựa Trong thiết kế mặt đường bê tông nhựa, cần thí nghiệm các chỉ tiêu cơ lý của hỗn hợp bê tông nhựa trong điều kiện tác dụng lâu dài, đồng thời của nhiệt độ cao và nước

3.1 Cường độ yêu cầu và độ ổn định chống trượt của mặt đường ở nhiệt độ cao: 3.1.1 Cường độ yêu cầu của mặt đường nhựa ở nhiệt độ cao:

Ngoài tác dụng của tải trọng thẳng đứng còn có tác dụng của tải trọng ngang phát sinh khi hãm xe, khi tăng và giảm tốc, khi khởi động

Dười tác dụng của lực thẳng đứng và lực nằm ngang, trong lớp mặt đường sẽ phát sinh ra các ứng suất thẳng đứng và ngang làm cho mặt đường có thể phát sinh ra các biến dạng trượt, làn sóng, nhất là trong mùa nóng nhiệt độ của mặt đường lên cao Nếu lực dính giữa lớp mặt và lớp móng quá nhỏ thì các biến dạng trượt, làn sóng sinh ra chủ yếu

là do lớp mặt trượt lên lớp móng Nếu lực dính giữa lớp mặt và lớp móng đủ thì các biến dạng trượt và làn sóng phát sinh chủ yếu là do hiện tượng trượt của bản thân khối vật liệu trong lớp mặt đường (Hình 2 – 1)

Q

D w

a)

Hình II-1 Sơ đồ tác dụng của các lực bánh xe ô tô trên mặt đường

HV: Lª Thμnh Trung Trang 26

a Lực thẳng đứng Q và lực nằm ngang W

b Lớp mặt trượt lên lớp móng

c Hiện tượng trượt của bản thân khối vật liệu trong lơp mặt đường

Theo giáo sư N.N.Ivanop [2], để đơn giản hóa trạng thái ứng suất phức tạp trong lớp mặt đường, thay lực thẳng đứng và lực nằm ngang dưới tác dụng đồng thời bằng một lực thẳng đứng tương đương (lực thẳng đứng nhân với hệ số k1); đưa vào hệ số k2 để kể đến tác dụng trùng phục của tải trọng xe làm tăng biến dạng mặt đường nhiều hơn so với tác dụng của tải trọng tĩnh; hệ số k3 kể đến tính dẻo của từng loại hỗn hợp vật liệu khoáng chất và nhựa khác nhau

Khi xe chạy, áp lực thẳng đứng tương đương tính toán tác dụng lên mặt đường có kể đến tác dụng của lực ngang, thời gian tác dụng, sự trùng phục và tính dẻo của hỗn hợp: p.k1.k2.k3

Cường độ kháng ép q của mặt đường chiều dày h dưới tác dụng của tải trọng phân bố đều trên diện tích đường kính D tương đương của vệt bán xe:

.k k p.h.k 1 2 3



o

tg D

(2-8) Với: k1 – Hệ số kể đến ảnh hưởng của lực ngang

k2 – Hệ số kể đến thời gian tác dụng của tải trọng và sự trùng phục của lực so với thời gian nén mẫu ở máy nén thủy lực (khoảng vài giây) với tốc độ biến dạng là 3mm/phút, k2 = 1,5 – 4

HV: Lª Thμnh Trung Trang 27

k3 – Hệ số kể đến tính dẻo của hổn hợp

k3 = 0,5 – 0,6 đối với hỗn hợp cứng (m=0.10 – 0.15)

k3 = 1,5 – 1,6 đối với hỗn hợp dẻo (m=0.25 – 0.36)

k = k1. k2. k3 = 3 – 6, trên đường trường; k = 12 – 18, nơi đỗ xe hay trên đoạn dốc Lấy trị số k nhỏ khi mật độ xe trung bình, lấy trị số k lơn khi mật độ xe lớn

C – Lực dính của hỗn hợp

 – Hệ số ma sát của hỗn hợp

3.1.2 Độ ổn định chống trượt của mặt đường nhựa ở nhiệt độ cao:

Trong mùa nóng, dưới tác dụng của bức xạ mặt trời, nhiệt độ của mặt đường nhựa tăng cao hơn rất nhiều so với nhiệt độ không khí, mặt đường bị nung nóng liên tục trong

5 – 6 giời mỗi ngày, trùng vào lúc mật độ giao thông khá cao Lực nằm ngang đạt trị số lớn nhất khi hãm xe Trong trường hợp này, mặt đường nhựa chủ yếu là chịu trượt và chịu nén, nhưng quan trọng hơn cả là phát sinh những biến dạng trong điều kiện chịu trượt Trong trường hợp mặt đường đủ cường độ, biến dạng phổ biến nhất là biến dạng trượt của vật liệu ở lớp trên Do đó, cần đánh giá cường độ và sự ổn định chịu trượt của hỗn hợp bằng những thí nghiệm về trượt

Đánh giá độ ổn định chống trượt của hỗn hợp ở nhiệt độ cao bằng phương pháp thí nghiệm nén một trục chưa phản ảnh được những đặc tính của mặt đường nhựa trong quá trình sử dụng như đã phân tích ở trên Qui trình của Việt Nam hiện nay dùng các chỉ tiêu thí nghiệm theo phương pháp Marshall về độ ổn định (Stalility), chỉ số dẻo qui ước (flow)

và thương số Marshall (Marshall Quotient) để đánh giá độ ổn định của bê tông nhựa ở nhiệt độ cao

Theo tiêu chuẩn ngành 22TCN 211 – 93, tính toán mặt đường mềm dựa trên ba tiêu chuẩn trạng thái giới hạn là: độ võng giới hạn, ứng suất kéo – uốn giới hạn và ứng suất cắt hoạt động giới hạn Cơ sở của phương pháp tính theo ba tiêu chuẩn trên là lời giải của tìm ứng suất và biến dạng của lý thuyết đàn hồi (bài toán hệ đàn hồi trên nhiều lớp) và trên cơ sở các thông số thực nghiệm, việc tính toán mặt đường mềm phải tính toán đảm bảo tiêu chuẩn cân bằng trượt

Theo tiêu chuẩn nghành 22TCN 274 – 01, tiêu chuẩn trạng thái giới hạn là chỉ số phục

vụ PSI đặc trưng cho chất lượng khai thác sử dụng của mặt đường Cơ sở của phương pháp này là theo nguyên lý thực nghiệm, việc tính toán mặt đường mềm không sử dụng tiêu chuẩn chóng trượt, quan điểm thiết kế là xác định bề dày kết cấu, biện pháp cấu tạo, biện pháp cấu tạo, yêu cầu vật liệu, yêu cầu về chất lượng thi công, chú trọng các giải pháp khối phục sửa chửa quản lý mặt đường và các phân tích so sánh, đánh giá hiệu quả kinh tế - kỹ thuật các giải pháp thiết kế và dự án đầu tư xây dựng mặt đường

HV: Lª Thμnh Trung Trang 28

Có sự khác biệt của hai phương pháp tính toán mặt đường mềm về tiêu chuẩn chống trượt, cần nghiên cứu sâu hơn để có qui định phù hợp giữa lý thuyết và thực tế sử dụng của mặt đường Phạm vi đề tài không nghiên cứu vấn đề này

3.2 Cường độ yêu cầu và độ ổn định của mặt đường nhựa khi chịu tác dụng của nước:

Nước tác dụng vào mặt đường nhựa làm thay đổi cấu trúc của hỗn hợp vật liệu đá nhựa và làm xấu các tính chất cơ lý của hỗn hợp đi

Các tính chất cơ học và cấu trúc của hổn hợp xấu đi là do nước len qua các màng mỏng nhựa bọc xung quanh đá, làm tách một phần hoặc hoàn toàn màng nhựa khỏi mặt viên đá, phá hại lực phá hại dính bám giữa nhựa và bề mặt viên đá, đặc biệt là khi giữa nhựa và đá là không có sự hấp thụ hóa học Ngoài ra, nước có thể mang đi các hợp chất

dể hòa tan của nhựa Nước thấm vào mặt đường nhựa dễ làm cho mặt đường rời rạc, mất tính liên kết toàn khối, nhất là dưới tác dụng trùng phục của xe cộ, và cũng do đó làm giảm phần nào hệ số ma sát trong

Sự thay đổi trên cấu trúc của mặt đường nhựa càng nhanh khi sự khuếch tán của nước trong mặt đường nhựa càng nhanh Sự khuếch tán của nước càng mạnh khi tiếp xúc với hỗn hợp vật liệu đá nhựa trong mặt đường càng lâu và nhiệt độ càng cao Ngoài ra, mức

độ khuếch tán của nước, tác dụng phá hoại của nước còn phụ thuộc nhiều vào các yếu tố khác, như thành phần của nhựa, tính chất của bột khoáng, độ đậm đặc của bột khoáng trong hỗn hợp, độ rỗng cốt liệu, độ rỗng còn lại của hỗn hợp, nguồn gốc của các hạt khoáng vật, hàm lượng đá dăm, lực dính và tính chất dính bám của đá nhựa

Nước có tác dụng xấu đến mặt đường nhựa, và tùy thuộc vào tính chất tứng loại hỗn hợp đá nhựa mà tính chất cơ lý của nó giảm đi nhiều hay ít, vì thế phải quy định về độ ổn định đối với tác dụng của nước cho từng loại hỗn hợp đá nhựa để đảm bảo cho mặt đường làm việc được lâu bền

Trong quy trình chế tạo các hỗn hợp vật liệu khoáng chất và nhựa của các nước đều có quy định các chỉ tiêu về độ ổn định đối với nước như độ rỗng, độ ngậm nước, độ nở, cường độ nén yêu cầu của mẫu ngâm nước, hệ số ỗn định nước

Cường độ chịu nén yêu cầu của mẫu ngâm nước được thí nghiệm ở nhiệt độ trung bình qui định nào đó mà mặt đường phải chịu đựng trong thời kỳ bị nước tác dụng nhiều nhất Tỉ số cường độ chịu nén của mẫu ngậm nước và của mẫu không ngậm nước là hệ số

ổn định nước của hỗn hợp đá nhựa ở nhiệt độ thí nghiệm qui định, nó cho biết mức độ chịu đựng tác dụng của nước của loại hỗn hợp đã chế tạo Tùy theo loại hỗn hợp và nơi

sử dụng mà qui định trị số tối thiểu của hệ số ổn định nước (khoảng 0.85 – 0.90 đối với

bê tông nhựa rải nóng)

Chất lương của màng nhựa mỏng bọc quanh và dính bám vào hạt khoáng chất là do tác dụng cơ - lý – hóa của nhựa, của vật liệu khoáng chất và quá trình tương tác giữa chúng quyết định

Đặc tính và mức độ tương tác giữa nhựa (đã nấu chảy) và đá (thể rắn) phụ thuộc vào các tính chất hóa lý của chúng, nhất là vào năng lượng bề mặt tự do

Do trên bề mặt của hạt khoáng chất và nhựa có những hạt cơ bản chưa cân bằng, nên

có thể xem như trên mỗi đơn vị diện tích của bề mặt chúng có trị số năng lượng tự do nhất định nào đó, nó bằng công tiêu hao để tạo thành bề mặt, và gọi là năng lượng bề mặt

tự do hay lực căng bề mặt

Nước có lực căng bề mặt rất lớn  = 72,75 erg/cm2 Lực căng bề mặt của các hyđrôcacbua lỏng bé hơn; ví dụ như lực căng bề mặt của nhựa ở nhiệt độ 100-180oC vào khoảng 15 - 33 erg/cm2

Chưa có phương pháp trực tiếp để xác định lực căng bề mặt của vật thể rắn, mà còn phải dùng phương pháp gián tiếp Dùng góc thấm ướt, công dính bám hay khả năng hấp thụ để đặc trưng cho các tính chất hóa – lý của vật thể rắn

Sự thấm ướt trong hệ thống ba pha gồm nước,không khí và hạt khóang chất tiếp xúc với nhau là một quá trình tự phát,quá trình đó ở một nhiệt độ nhất định sẽ diễn ra sự giảm năng lượng bề mặt tự do của hệ thống

Khi bề mặt chất rắn dễ bị nước thấm ướt hơn là chất lỏng hyđrôcacbua( ví dụ nhựa) thì bề mặt chất rắn gọi là háo nước

Khi bề mặt chất rắn dễ bị chất hyđrôcacbua( ví dụ nhựa) thấm ướt hơn là nước thì bề mặt chất rắn gọi là ghét nước hay háo nhựa

Tất cả các vật liệu háo nước điều có mạng tinh thể liên kết nới ion, do đó khi đập vỡ ra thì ngoài mặt có những ion chưa cân bằng, tức là ion có hóa trị tự do

Các vật thể ghét nước có mạng tinh thể liên kết với liên kết nguyên tử hay liên kết phân tử.Một vài loại vật liệu ghét bước có mạng tinh thể liên kết với ion và liên kết phân tử(phía trong của các hạt cơ bản thì có liên kết ion vững chắc, còn giữa các hạt với nhau thì có liên kết phân tử.Bề mặt của những hạt cơ bản này hầu như không có các liên kết chưa cân bằng)

Bề mặt khô ráo của vật thể rắn được nhựa thấm ướt tốt chưa phải là dính bám tốt Màng nhựa mỏng dính bám vào hạt khoáng chất có thể bị nước tác dụng làm bóc dần đi.Đây là một hiên tượng thường gặp.Trên mặt một hạt khoáng chất đá được bóc nhựa vì một lý do

Tính chất của lớp hấp phụ này phụ thuộc vào các chất được hấp phụ, vào tính chất và năng lượng tác dụng hỗ trợ của chất ấy với vật thể rắn

Lớp hấp phụ Nhất là khi hấp phụ thật đầy đủ, có tính chất cơ lý cao và tạo thành một màng mỏng cứng rắn

Do sự hấp phụ có chọn lọc các phân tử có hoạt tính bề mặt mà bề mặt háo nước của vật thể rắn trở thành ghét nước

Đa số trường hợp tác dụng tương hổ của chất lỏng với vật thể rắn chủ yếu diễn ra dưới tác dụng của các lực phân tử Tuy nhiên có nhiêu trường hợp đồng thời có tác dụng của các lực phân tử có thể có cả tác dụng của các lực hóa học.hấp phụ do tác dụng của các lực phân tử gọi là hấp phụ lý học,còn hấp phụ do tác dụng của các lực hóa học thì gọi là hấp phụ hóa học.Hấp phụ hóa học bền hơn hấp phụ lý học nên sự dính bám giữa nhưạ và đá

do tác dụng của hấp phụ hóa học sẽ ổn định hơn dưới tác dụng của nước,nhiệt…

Điều chỉnh quá trình tác dụng tương hổ giữa nhựa và các hạt khoáng vật, làm cho sự dính bám tốt và bền, đẻ nâng cao các chỉ tiêu cơ- lý –hóa của hỗn hớp đá nhựa,thường người

ta dùng biện pháp sau:

- Làm tháy đổi các tính chất lý - hóa của nhựa bằng cách thêm vào nhựa các chất phụ gia

có hoạt tính bề mặt hay trộn vào các loại nhưạ lấy từ dầu mỏ một lượng nhựa có hoạt tính

bề mặt cao hơn

- Làm thay đổi các tính chất hóa lý của vật liệu khoáng chất như làm chobề mặt của vật liệu khoáng chất trở nên ghét nước bằng các chất phụ gia có hoạt tính bề mặt cao, hoặc làm kích động bề mặt của vật liệu khoáng chất bằng các dung dịch điện phân của các koại muối khoáng, bằng vôi, xi măng hoặc rang nóng các vật liệu khoáng chất lên nhiệt độ cao; hoặc thêm vào ít nhựa, hắc ín khi rang nóng các vật liệu ấy

- Tác động đồng thời đến tính chất hóa lý của nhựa và vật liệu khoáng chất bằng cách phối hợp hai phương thức trên

Ngoài việc điều chỉnh quá trình tác dụng tương hổ giữa nhựa và các hạt khoáng vật còn

có thể thực hiện bằng cách lựa chọn đúng cácloại vật liệu theo tính chất lý- hóa của chúng và đảm bảo đúng chế độ nhiệt khi chế tạo hỗn hợp đá nhựa

II Phương pháp thiết kế thành phần hỗn hợp bê tông nhựa:

Để tính toán hàm lượng bitum có các phương pháp chủ yếu sau: Phương pháp Marshall, phương pháp nén mẫu

HV: Lª Thμnh Trung Trang 31

Trong các phương pháp này, các công thức chung để lựa chọn hàm lượng bitum là tính trung bình các lượng bitum tối ưu cho thuộc tính cơ học của hổn hợp lớn nhất và các thuộc tính mong muốn khác liên quan đến độ chặt, độ rổng của vật liệu Để thiết kế một hỗn hợp bê tông nhựa bằng các thử nghiệm trong phòng, các mẩu thử nghiệm được chế tạo càng gần sát với vật liệu hiện trường càng tốt

Phương pháp Marshall: Xác định lượng Bitum tính toán là giá trị trên đường cong quan hệ giữa lượng Bitum và khối lượng đơn vị lớn nhất và kiểm tra các thuộc tính khác của vật liệu ứng với hàm lượng Bitum này theo các tiêu chuẩn yêu cầu

Phương pháp Marshall dựa trên các chỉ tiêu thí nghiệm Marshall như độ ổn định, độ dẻo và các chỉ tiêu vật lý của mẫu được chế tạo bằng thiết bị đầm tiêu chuẩn như khối lượng riêng, độ rỗng dư, độ rỗng được lấp đầy bằng Bitum

Phương pháp thiết kế thành phần hỗn hợp bê tông nhựa

Bước 1: Xác định chất lượng của các loại vật liệu

Bước 2: Thiết kế thành phần hỗn hợp cốt liệu:

Thành phần cấp phối các cở hạt của các loại bê tông nhựa được lựa chọn phải nằm trong giới hạn qui định của đường bao cấp phối

Đường biểu diễn cấp phối hạt được chọn phải điều đặn, tỷ lệ thành phần hai cở hạt kế cận nhau không được biến đổi từ giới hạn trên ( dưới) đến giới hạn dưới (trên)

Hỗn hợp vật liệu khoáng có tổng thể thành phần như sau  3 :

HV: Lª Thμnh Trung Trang 32

B =

075 0

075 0

.C1.25C

100

.M1.25C

M 

= L1.25 - B

Từ kết quả tính toán và thành phần vật liệu thực tế, tiến hành tính toán lại trị số Lx với tất

cả các cở hạt So sánh đường biểu diễn Lx với thành phần khoáng vật hợp lý theo quy phạm Nếu thành phần chọn được không phù hợp qui phạm thì có thể đều chỉnh lại các lượng vật liệu để có Lx hợp qui phạm

Bước 3: Đúc mẫu bê tông nhựa:

Trên cơ sở cấp phối cốt liệu đã được phối hợp nằm trong đường bao chuẩn (bước 2), tiến hành cân đong xác định khối lượng cụ thể các tỷ lệ thành phần cho ít nhất là 12 tổ mẫu với hàm lượng tăng hoặc giảm với số gia là 0.5% xung quanh giá trị hàm lượng nhựa trung bình yêu cầu đã biết (bảng II – 5) Cần sử dụng tối thiểu 5 hàm lượng nhựa

Tiến hành đúc mẫu theo hàm lượng tính toán ở trên Số chày đúc là 75 chày 1 mặt, tổng cộng là 150 chày trên 2 mặt Phương pháp và tiêu chuẩn đúc mẫu thí nghiệm được trình bày chi tiết ở mục III, chương này

Bước 4: Thí nghiệm xác định các chỉ tiêu cơ lý của mẫu bê tông nhựa

Tiến hành nén mẫu trên máy nén Marshall chuyên dùng để xác định:

-Độ ổn định

-Độ dẻo qui ước Marshall

-Thương số Marsall

Tiến hành thí nghiệm và tính toán để xác định các chỉ tiêu sau:

-Độ rỗng dư thực tế của các tổ mẫu

-Độ rỗng cốt liệu

-Khối lượng thể tích của mẫu

Bước 5: Tính toán, xác định hàm lượng nhựa tối ưu

Lượng nhựa tính toán theo chỉ tiêu độ rỗng của hỗn hợp vật liệu khoáng của mẫu thí nghiệm bê tông nhựa và độ rỗng còn lại của bê tông nhựa theo qui phạm

Lượng nhựa tối ưu được xác định theo công thức:

HV: Lª Thμnh Trung Trang 33

k

B k k

V



.



Trong đó:

V o k - Độ rỗng vật liệu khoáng của mẫu thí nghiệm, %

k - Trọng lượng riêng của vật liệu khoáng, g/cm3

V k - Độ rỗng bê tông nhựa theo qui phạm ở 20 oC,%

B - Trọng lượng riêng của bitum ở 20 oC,g/cm3

Căn cứ vào các thông số đã thí nghiệm: Độ bền, độ dẻo, độ rỗng dư, độ rỗng cốt liệu, khối lượng thể tích, tiến hành vẽ các đồ thị quan hệ giữa các chỉ tiêu đó với hàm lượng nhựa để đảm bảo các thông số thỏa mãn các yêu cầu theo qui định (bảng II – 10) hoặc bảng II – 11)

Nếu độ rỗng dư không phù hợp phải tính toán lại lượng nhựa, trong đó độ rỗng cốt liệu khoáng vật lấy theo mẫu của mẽ hỗn hợp vừa được kiểm tra

Nếu có một vài chỉ tiêu cơ lý yêu cầu không đạt thì phải tiến hành thay đổi thành phần cấp phối khoáng vật và tiến hành lại từ đầu

Công việc này có thể coi như là kết thúc khi đã chọn được một cấp phối hỗn hợp và hàm lượng tối ưu đảm bảo độ rỗng của cố liệu khoáng vật, độ rỗng dư của hỗn hợp nằm trong phạm vi cho phép cũng như tất cả các chỉ tiêu yêu cầu khác phải thỏa mãn theo qui định Mẫu bê tông nhựa thiết kế của loại hỗn hợp bê tông nhựa chặt (BTNC) theo tiêu chuẩn của Việt Nam phải thỏa mãn các chỉ tiêu cơ lý cho bảng II – 10

Mẫu bê tông nhựa thiết kế theo tiêu chuẫn của Mỹ phải thỏa mãn các chỉ tiêu cơ lý cho bảng II – 1

III Vai tròYêu cầu vật liệu sử dụng chế tạo hỗn hợp bê tông nhựa:

Đá dăm phải có các chỉ tiêu cơ lý thoải mẵn các yêu cầu cho ở bảng II-1

Loại đá ,nguồn cung cấp để tạo hỗn hợp bê tông nhựa, các chỉ tiêu cơ lý đã được giới thiệu chi tiết ở mục III chương I, đảm bao yêu cầu quy định

HV: Lª Thμnh Trung Trang 34

Bảng II-1

Các chỉ tiêu cơ lý quy định cho đá dăm dùng trong bê tông nhựa rải nóng

( Theo 22 TCN 249 – 98) Stt Các chỉ tiêu cơ lý của đá

Lớp mặt

Lớp móng

Phương pháp thí nghiệm

dưới Loại I Loại II

1 Cường độ nén (daN/cm3) không nhỏ hơn

a) Đá dăm xay từ đá macma và đá biến

2 Độ ép nát (nén dập trong xi lanh) của đá

5 Hàm lượng cuội sỏi được xay vỡ trong

tổng số cuội sỏi, % khối lượng, không

nhỏ hơn

5 Tỷ số nghiền của cuội sỏi

Bằng mắt kết hợp bằng sàngGhi chú: Dmin: Cỡ nhỏ nhất của cuội sỏi đem xay

dmax: Cỡ lớn nhất của viên đá đã xay ra được

2 Cát:

HV: Lª Thμnh Trung Trang 35

Vai trò của cát trong hỗn hợp bê tông asphalt là chèn kẻ hở giữa cát hạt cốt liệu

lớn, làm tăng độ đặc của hỗn hợp Có thể dung các thiên nhiên hay cát nhân tạo,

có các chỉ tiêu kỹ thuật phù hợp với qui phạm như khi dùng cho bê tông nặng

Cát dùng loại cát thiên nhiên hoặc cát xay Cát phải cứng, có cấp phối tốt, hạt

dạng hình khối, sạch và không lẫn tạp chất, có khả năng dính bám tốt với nhựa

Không dùng cát thiên nhiên có hàm lượng thạch anh trên 6%, cát ngiền từ đá

granít thạch anh và các đá gốc axít khác để làm mặt đường cao cấp Cát nghiền

phải được chế tạo từ đá có cường độ không nhỏ hơn đá để chế tạo đá dăm

Các chỉ tiêu yêu cầu đối với cát cho theo bảng sau II-2

3 Hàm lượng bụi, bùn, sét Cát thiên nhiên < 3%

Cát xay < 7%

TCN 343, 344,

345-86

Ở các tỉnh phía nam, nguồn cung cấp cát chủ yếu là sông Đồng Nai.Ngoài ra,một

số suối nhỏ cung cấp cát cho các việc xây dựng trong vùng tuy nhiên từ năm 2004

cát trên sông Đồng Nai đã cấm khai thác vì lý do ô nhiễm môi trường Cát dùng

cho đề tài là cát xay từ đá 1x2 khai thác tại mỏ đá Công ty CP Đá Núi Nhỏ,Hóa

An, Đồng Nai Với các thông số kỹ thuật như sau:

Mô đun độ lớn Mk

Hệ số đương lượng cát

ES

Hàm lượng bụi, bùn, sét ( %)

3 Bột khoáng:

Bột kháng là thành phần quan trọng trong hỗn hợp bê tông asphalt Nó không những

nhét đầy lỗ rỗng giữa các loại cốt liệu lớn hơn ( cát, đá dăm hay sỏi) làm tăng độ đặc của

hỗn hợp và còn làm tăng diện tích tiếp xúc, làm cho màng bi tum trên mặt hạt khoáng càn

mỏng và như vậy lực tương tác giữa chúng tăng lên, cường độ và độ bề nước của bê tông

asphalt cũng tăng lên

HV: Lª Thμnh Trung Trang 36

Khi trộn với bitum trong hỗn hợp bê tông asphalt, bột khoáng cần tạo nên một lớp hoạt tính với nước Mối quan hệ vật lý, hóa học giữa bề mặt hạt bột khoáng và bitum làm tăng cường độ của bê tông asphalt, nhưng cũng làm tăng tính giòn của nó Vị vậy, lượng bột khoáng trong bê tông chỉ được dùng trong một giới hạn nhất định để tránh làm tăng tốc độ hóa già của bitum trong bê tông

Được nghiền từ đá cacbonat( đá vôi canxit, dolomit,đá dầu…) bột than,bột xỉ lò cao dạng bazơ, ximăng, vôi… trong đó bột đá vôi la dolômitđược dùng nhiều nhất.Bột

khoáng nghiền từ đá vôi, dolomitphải có cường độ nén không nhỏ hơn 200 daN/cm2 Các vật liệu chế tạo bột khoáng phải sạch, không được chứa các chất bẩn va sét quá 5% theo trọng lượng Bột khoáng phải khô, xốp mịn và không được vón cục khi trộn với nhựa

Các chỉ tiêu chủ yếu theo bảng II – 4

Các chỉ tiêu kỹ thuật của bột khoáng nghiền từ đá cacbonat

>40g

6 Khả năng làm cứng nhựa

của bột khoáng (hiệu số nhiệt độ mềm của vữa nhựa với tỷ lệ 4 nhựa mác 60/70

và 6 bột khoáng theo trọng

10o < ∆ TNDN <

20oC (2)

22 TCN 63 – 84 (thí nghiệm vòng và bi)

HV: Lª Thμnh Trung Trang 37

lượng, với nhiệt độ mềm của nhựa cùng mác 60/70) Ghi chú:

(1) Nếu bột khoáng xay từ đá có Rnén > 400daN/cm2 thì cho phép giảm đi 5%

Thí nghiệm chưa bắt buộc

(2) Thí nghiệm chưa bắt buộc

Nguồn cung cấp bột khoáng sản xuất bê tông nhựa lấy từ nhà máy xi măng Sài Gòn, các chỉ tiêu kỹ thuật ở bảng II – 5

Khối lượng riêng

(g/cm3)

Khối lượng thể tích (g/cm3)

Tiêu chuẩn vật liệu nhựa đường đặc dùng cho đường bộ ở bảng II – 6

Tiêu chuẩn vật liệu nhựa đường đặc dùng cho đường bộ

Phương pháp thí nghiệm

2

Độ kéo dài ở 25 oC,

22TCN 63-84, ASTM D133-86, AASHT0 T51-89

AASHT0 T53-89

5

Tỷ lệ kim lún của nhựa sau khi đun ở

163 oC trong 5h so với độ kim lún ở 25

%

ASTM D6-80, AASHTO T47-83

7

Lượng hòa tan trong

Trichloroethylene (C2CL4)

%

ASTM D2042-81, AASHTO T44-90

8

Khối lượng riêng ở

ASTM D70-82, AASHTO T228-

90

B Các chỉ tiêu tham khảo

Paraphin

Có qui định riêng

Đề tài dùng loại nhựa đường Shell 60/70, các chỉ tiêu kỹ thuật ở bảng II-7

HV: Lª Thμnh Trung Trang 39

* Tiêu chuẩn thí nghiệm: 22TCN 249-98

IV Các chỉ tiêu kỹ thuật yêu cầu của bê tông nhựa:

1.Thành phần cấp phối các cở hạt của hỗn hợp bê tông nhựa nóng:

Thành phần cấp phối của các loại hỗn hợp theo tiêu chuẩn Việt Nam phải nằm trong giới hạn qui định theo bảng II – 9 Đường cong của cấp phối thiết kế phải điều đặn

Thành phần cấp phối hỗn hợp của Mỹ thay đổi rộng, tùy thuộc vào mục đích sử dụng và

vị trí của từng cấp phối trong áo đường Căn cứ vào các loại cấp phối cốt liệu chuẩn sử dụng cho bê tông nhựa theo AASHTO M43, Viện Asphalt đã kiến nghị bảng cấp phối cốt liệu sử dụng cho bê tông nhựa , xem ở bảng II – 8

Cấp phối hỗn hợp bê tông nhựa thường dùng của viện ASPHANLT Mỹ

25mm (1 inch)

19,0mm (3/4inch)

12.5mm (1/2inch)

9.5mm (3/8inch)

Ghi chú: Hàm lượng nhựa tính theo % của tổng trọng lượng hỗn hợp tham khảo

AASHTO M43-88 hoặc ASTM D448-86

HV: Lª Thμnh Trung Trang 40