Thiết kế trạm trộn bê tông Asphalt

ở nước ta trong những năm gần đây đang bước vào công cuộc công nghiệp hóa - hiện đại hóa.

Mục lục

Lời mở đầu 3

Chơng I Tổng quan về Bêtông Asphalt I Khái niệm 5

II Phân loại 6

III Cấu trúc của Bêtông Asphalt 7

IV.Những đại lợng đặc trng cho tính chất của Bê tông Asphalt 7

1 Cờng độ 8

2 Độ biến dạng 11

3 Tính tạo hình 12

4 Tính bền với môi trờng 13

V Thí nghiệm xác định các chỉ tiêu về vật liệu chế tạo Bêtông Asphalt 18

VI Các loại trạm trộn bê tông Asphalt 20

1 Sơ lợc về các loại trạm trộn 20

2 Giới thiệu về mặt bằng trạm trộn 29

Chơng II Yêu cầu vật liệu chế tạo bêtông Asphalt I Đá dăm 30

II Cát 32

III Bột khoáng 33

IV Bi tum 37

Chơng III Thiết kế thành phần bêtông Asphalt 42

I tính cấp phối 54

II Tính cân bằng vật chất 59

Chơng IV lựa chọn thiết bị máy móc 67

A chọn máy 67

B Tính toán hệ thống nhà kho - b i nguyên vật liệu 75ãi nguyên vật liệu 75

ChơngV Hạch toá kinh tế 78

Chơng VI Thi công các mặt đờng bê tông Asphalt 82

Chơng VII

Giám sát, kiểm tra và nghiệm thu 88 Chơng IV

An toàn lao động và bảo vệ môi trờng 98

Tài liệu tham khảo 100

ở một số nớc hiện nay các xí nghiệp bê tông Asphalt không những đã đạt đợccơ giới hoá cao mà còn đợc tự động hoá, nhờ đó mà chất lợng của sản phẩm đợc nângcao và giảm đợc nhiều lao động nặng nhọc.Việc dùng những thiết bị tự động hoá trong

xí nghiệp bê tông Asphalt có thể đảm bảo dễ dàng sai số cho phép cuả lợng bitum, bột

đá và nhiệt độ vật liệu theo các quy trình sản xuất bê tông Asphalt Một tiến bộ nữatrong bê tông Asphalt hiện nay là việc cải tiến các thiết bị hút bụi Trớc kia các thiết bịhút bụi chỉ có thể giữ lại loại hạt lớn hơn 20 Bây giờ đã có thể giữu lại 100% loạihạt bụi lớn hơn 8 Và đến 95% loại hạt bụi lớn hơn 2 Đây là một việc quan trọngvì nhờ đó mà đảm bảo đợc việc vệ sinh môi trờng sinh hoạt trong xí nghiệp cũng nhkhu vực xung quanh xí nghiệp, làm cho thiết bị máy móc không chóng bị hỏng vàhoạt động đợc dễ dàng, nhất là các bộ phận đợc tự động hoá

2

Tuỳ theo thời gian sử dụng xí nghiệp bê tông Asphalt có thể đợc xây dựng cố

định hay tạm thời Loại cố định thờng đợc xây dựng ở các thành phố lớn hoạc khi phảilàm nhiều đờng xá tập trung trong một vùng

Để có thể xây dựng, quản lý và xử dụng xí nghiệp, trạm trộn bê tông Asphaltcần phải biết các yêu cầu cơ bản trong quá trình công nghệ sản xuất, cách chọn lựamáy móc và thiết bị cho xí nghiệp, cách tổ chức và bố trí các kho, bãi vật liệu, cách bốtrí các đờng ra vào để vận chuyển vật liệu đến và thành phẩm đi

Bằng những kiến thức đã học trong trờng ĐHXD và những kiến thức tích luỹ

đ-ợc trong thời gian thực tập cán bộ kỹ thuật, chúng em xin đa ra phơng án "Thiết kế

trạm trộn bê tông Asphalt" Đây cũng là một nội dung bản báo cáo tốt nghiệp Kỹ s

ngành vật liệu xây dựng

Chúng em xin chân thành cảm ơn thầy giáo Ts Phạm Hữu Hanh, thầy giáo ThsNguyễn Văn Tuấn cùng toàn thể các thầy cô giáo trong bộ môn công nghệ vật liệuxây dựng đã giúp chúng em hoàn thành đồ án này Chúng em rất mong đợc sự góp ýcủa các thầy cô và các bạn

và rắn chắc hỗn hợp.

Bêtông Asphalt dùng trong xây dựng đờng gồm có các thành phần là đá dăm,cát, bột khoáng, bitum và một lợng nhỏ chất phụ gia khi cần thiết đợc lựa chọn thànhphần hợp lý, nhào trộn gia công thành một hỗn hợp thống nhất Bêtông Asphalt đợcphân thành nhiều loại khác nhau tùy theo phơng pháp thi công, nhiệt độ lúc rải, kích

cỡ đá lớn nhất, thành phần cấp phối và hàm lợng đá dăm, độ rỗng còn d, theo loại vàchất lợng vật liệu sử dụng

Trong các vật liệu thành phần của bêtông Asphalt, đá dăm chủ yếu làm khungchịu lực và ảnh hởng lớn đến độ ổn định (độ bền) của bêtông Asphalt Cát có vai tròlấp đầy lỗ rỗng giữa các cốt liệu làm tăng độ đặc của hỗn hợp Bột khoáng là mộtthành phần quan trọng trong bêtông Asphalt Nó không những làm tăng độ đặc củahỗn hợp mà còn làm tăng diện tích tiếp xúc, làm cho màng bitum trên mặt hạt khoángcàng mỏng và nh vậy lực tơng tác giữa chúng tăng lên, cờng độ của bêtông Asphalttăng lên Bitum có tác dụng liên kết các hạt cốt liệu với nhau, lấp đầy chỗ trống đồngthời liên kết với bột khoáng tạo thành lớp mỏng bao bọc các hạt cốt liệu làm chobêtông Asphalt có tính đàn hồi dẻo, tăng khả năng chịu kéo cho bêtông Asphalt đồngthời có khả năng chống thấm

Bêtông Asphalt đợc sử dụng trong xây dựng cầu đờng thực tế chiếm tới 80% vềkhối lợng so với bêtông thờng do bêtông Asphalt có nhiều u điểm hơn, thể hiện:

a Theo phơng pháp thi công:

 Bêtông Asphalt không cần lu lèn(bêtông Asphalt đúc)

 Bêtông Asphalt cần lu lèn

b Theo nhiệt độ lúc rải:

 Bêtông rải nóng – chế tạo ở nhiệt độ 140 0 – 1700C rải ở t0 > 1000C

 Bêtông rải ấm – chế tạo ở nhiệt độ 1400 – 1700C rải ở t0 > 600C

 Bêtông rải nguội – chế tạo ở nhiệt độ 1100 – 1200C rải ở t0 không khí

 Bêtông Asphalt nhiều đá dăm (A): đá dăm chiếm 50 – 65%

 Bêtông Asphalt vừa đá dăm (B): đá dăm chiếm 35 – 50%

00C, 200C, 500C), hệ số ổn định nớc, độ dính bám của bitum với vật liệu khoáng, độ ổn

định và độ bền vững Marshall [9]

III Cấu trúc của bêtông Asphalt

Tính chất vật lý, cơ học của bêtông Asphalt phụ thuộc vào chất lợng tỷ lệ thànhphần các vật liệu chế tạo và cấu trúc của bêtông Cấu trúc phụ thuộc vào tỷ lệ của vậtliệu và độ đặc của hỗn hợp

Cấu trúc của bêtông Asphalt có 2 loại: có khung và không có khung

Cấu trúc khung là cấu trúc trong đó hệ số lấp đầy lỗ rỗng giữa các hạt của bộkhung đá dăm bằng chất liên kết Asphalt  1 Nh vậy, các chất Asphalt không dễchuyển động, những hạt đá dăm và cát tiếp xúc với nhau một cách trực tiếp hoặc thông

qua một lớp cứng bitum tạo cấu trúc Bộ khung chỉ có thể là đá dăm Trong trờng hợpnày, đá dăm không đợc cùng chuyển động với hỗn hợp vữa (hỗn hợp gồm cát, bộtkhoáng và bitum) Sự có mặt các khung cứng không gian làm tăng sự ổn định độngcủa lớp phủ mặt đờng Cấu trúc khung quen thuộc thờng chứa lợng bột khoáng từ 4 –14% và lợng bitum từ 5 – 7%.

Trong bêtông Asphalt không khung, hạt đá dăm bị dịch chuyển do lợng thừacủa chất kết dính Asphalt (hệ số lấp đầy lỗ rỗng > 1), cờng độ và độ kết dính của cấutrúc này giảm khi chịu nhiệt làm cho lớp phủ mặt đờng bị biến dạng dẻo

Sự tạo nên cấu trúc tối u của bêtông Asphalt phụ thuộc vào các thành phần, chấtlợng vật liệu, công nghệ sản xuất và việc lựa chọn tối u thành phần hỗn hợp bêtôngAsphalt

IV Những đại lợng đặc trng cho tính chất của bêtông Asphalt

Các tính chất của bêtông Asphalt thay đổi đáng kể theo nhiệt độ ở nhiệt độbình thờng chúng có tính chất đàn hồi – dẻo, khi nhiệt độ tăng – chảy dẻo, khi nhiệt

độ giảm, bêtông Asphalt trở nên giòn

Để đặc trng cho các tính chất của bêtông Asphalt, ngời ta dùng các đại lợng nh:

Cờng độ chịu nén là cờng độ giới hạn khi nén mẫu chuẩn trong điều kiện nhiệt

độ và đặt tải theo quy định Kích thớc mẫu chuần có đờng kính bằng chiều cao và cócác cỡ nh sau: d = 101,6mm; 71,4mm; 50,5mm và đem nén ở nhiệt độ nhất định 500C

Cờng độ của bêtông Asphalt đợc xác định trên thiết bị Marshall Cờng độ chịunén đợc xác định bằng cách nén nghiêng các mẫu nén Giới hạn cờng độ chịu kéo Rk

đợc xác định theo công thức:

h d

Trong đó: F: tải trọng phá hủy mẫu KG

 : hệ số (đối với bêtông Asphalt   1Các yếu tố ảnh hởng đến cờng độ bêtông Asphalt:

 ảnh hởng của bitum

Cờng độ của bêtông Asphalt phụ thuộc vào tỷ lệ, tính chất và thành phần bitum.Cờng độ chịu nén của bêtông Asphalt đạt cực trị ở trong trạng thái khô hoặc trạng tháibão hòa nớc, chỉ khi lợng bitum trong hỗn hợp thích hợp nhất

Khi lợng bitum nhỏ hay lớn hơn lợng bitum hợp lý ứng với chế độ lèn chặt nhất

định, cờng độ bêtông Asphalt đều giảm xuống

Nếu lợng bitum nhỏ hơn lợng bitum thích hợp thì hỗn hợp không đủ độ dẻo cầnthiết, để lèn chặt đợc tốt, đa đến hỗn hợp khô đặt đợc độ đặc lớn Mặt khác, khi lợngbitum quá ít sẽ không đủ bao bọc bề mặt hạt vật liệu khoáng làm cho khả năng liênkết của nó giảm xuống, do đó cờng độ bêtông Asphalt giảm xuống

Trong trờng hợp ngợc lại, nếu lợng bitum lớn hơn lợng bitum thích hợp thì lợngbitum hấp phụ bị thừa ra, nghĩa là tạo ra trong hỗn hợp một lợng bitum tự do, làm chocác hạt vật liệu khoáng khó dịch lại gần nhau, nội ma sát của hỗn hợp giảm xuống,

đồng thời lực liên kết giữa các hạt cũng giảm xuống Hai yếu tố đó làm cho cờng độcủa bêtông Asphalt giảm xuống rất nhiều

Khi lợng bitum không thay đổi, cờng độ của bêtông Asphalt sẽ giảm xuống nếu

nh tính quánh của bitum giảm xuống Tính quánh của bitum giảm xuống là do bitumchứa nhóm chất rắn là các axit Asphalt ít làm cho sự liên kết Asphalt giảm xuống.Bitum chứa nhiều chất hoạt tính bề mặt thì khả năng liên kết của bitum với vật liệukhoáng tăng lên

 ảnh hởng của vật liệu khoáng

Cờng độ của bêtông Asphalt phụ thuộc vào độ lớn, cờng độ, thành phần hạt,thành phần khoáng, đặc trng bề mặt của đá, tính chất bề mặt của bột khoáng và tỷ lệcủa bitum/ bột khoáng

Khi tỷ diện của hạt cốt liệu tăng lên, cờng độ chịu nén, cờng độ chịu kéo củabêtông Asphalt đều tăng lên Nh vậy có nghĩa là khi độ lớn của hạt cốt liệu giảmxuống và hệ số chạy Kc (hệ số chạy Kc là hệ số tỷ lệ khối lợng của các cỡ hạt tính raphần trăm) sẽ đa đến cờng độ chịu nén, chịu kéo của hỗn hợp bêtông Asphalt tăng lên

Cờng độ của cốt liệu lớn hay nhỏ có ảnh hởng lớn đến cờng độ của bêtôngAsphalt Ngoài ra, cờng độ của cốt liệu cũng là nguyên nhân về độ ổn định co uốn mặt

đờng trong quá trình sử dụng khi bitum tác dụng với đá vôi tốt hơn loại đá silic Sở dĩ

nh vậy vì khi bitum tơng tác với bề mặt của đá vôi thì bitum sẽ bị hấp phụ lớn nhất.Khi đó các phân tử của chất hoạt tính bề mặt của bitum sẽ định hớng cực tính và tơngtác hóa học với các phân tử của đá vôi ở bề mặt của nó tạo thành muối canxi R-COOCa, chất này không hòa tan trong nớc

Khi bitum tơng tác với đá silic thì sự dính bám của bitum với đá xảy ra dới tácdụng của lực hút phân tử Lực liên kết này nhỏ hơn rất nhiều so với lực liên kết hóahọc, do đó khả năng liên kết của nó dần đến bề mặt này thì các loại đá bazơ sẽ liên kếtvới bitum tốt hơn loại đấ axit

Hình dạng và đặc trừng bề mặt của vật liệu hạt, vật liệu khoáng cũng có ảnh ởng đến cờng độ của bêtông Asphalt Những hạt tròn cạnh bề mặt phẳng sẽ có tỷ diệnnhỏ hơn các hạt có cùng kích cỡ nhng có dạng hình khối hay tứ diện về bề mặt gồ ghề

h-Nh vậy loại vật liệu sau có khả năng hấp phụ bitum tốt hơn Do đó khi thành phần nhnhau thì lực liên kết và cờng độ của hỗn hợp bêtông dùng cốt liệu loại sau sẽ cao hơn

Đối với bột khoáng thì thành phần khoáng vật, tỷ lệ của nó trong hỗn hợp có ảnh hởngrất lớn đến cờng độ của bêtông Asphalt Vì tỷ diện của bột khoáng lớn hơn rất nhiều

so với tỷ diện của cát, đá trong hỗn hợp bêtông Asphalt còn lại Ví dụ trong 1 kg vậtliệu khoáng: đá dăm, cát, bột khoáng trong thành phần của bêtông Asphalt thì tỷ diệncủa nó vào khoảng 100 – 200 m2 Trong đó tỷ diện của đá xấp xỉ 1%, cát từ 2 –20%, còn bột khoáng 70 – 95% Vì vậy phần bột khoáng sẽ hấp phụ phần lớn lợngbitum khi đó hạt càng nhỏ thì màng bitum đợc tạo thành càng mỏng, sự liên kết giữacác hạt càng tốt, đa đến cờng độ bêtông Asphalt tăng lên

Tỷ lệ bột khoáng trong bêtông Asphalt nhiều hay ít phụ thuộc vào tỷ lệ bitumtrong hỗn hợp đó Qua nhiều nghiên cứu ngời ta xác định rằng trong những điều kiệnnhất định (khi cùng một loại vật liệu, phơng pháp chế tạo và lèn chặt) cờng độ củabêtông Asphalt đạt đợc cao nhất khi tỷ lệ giữa bitum và bột khoáng là thích hợp

 ảnh hởng của độ đặc của hỗn hợp bêtông Asphalt

Cờng độ của bêtông Asphalt không những phụ thuộc vào các yếu tố vật liệu nh

đã nêu ở trên mà còn phụ thuộc vào độ đặc của hỗn hợp nghĩa là phụ thuộc vào khungcủa vật liệu khoáng và mức độ lèn chặt

Độ đặc của khung vật liệu khoáng là do thành phần hạt quyết định Khi lựachọn thành phần hạt tốt, hỗn hợp sẽ có độ đặc cao Ngoài ra độ đặc của khung vật liệukhoáng còn phụ thuộc vào độ đặc của thành phần bột khoáng Nếu nh hỗn lợp lèn épchặt, cờng độ của nó càng tăng Nhng mức độ lèn chặt lại phụ thuộc không những vàotrị số tải trọng hay công dùng để nén (số lến lèn) mà còn phụ thuộc vào lợng bitumtrong hỗn hợp Nếu tăng lợng bitum trớc khi đạt đến giá trị thích hợp, mức độ lèn chặt

đợc tăng lên (khối lợng thể tích tăng) đa đến cờng độ của bêtông Asphalt tăng lên

8

Còn khi lợng bitum lớn hơn lợng bitum hợp lý thì do lợng bitum thừa ra làmngăn cản các hạt vật liệu khoáng dịch lại gần với nhau làm cho khung của vật liệukhoáng giảm xuống đa đến cờng độ cảu bêtông Asphalt cũng giảm xuống Nếu tiếptục tăng lên sự lèn chặt thì mức độ chặt của khung vật liệu khoáng cũng tăng lên nhngchỉ trong trờng hợp nếu lợng bitum thừa bị chảy ra ngoài Và dới tác dụng nh vậy của

ô tô sẽ gây hiện tợng dồn đống bitum trên mặt đờng

4.2 Độ biến dạng

Bêtông Asphalt cần phải có độ đàn hồi dẻo nhất định để đảm bảo cho mặt đờngkhỏi sinh nứt nẻ khi gặp nhiệt độ thấp Khi nhiệt độ hạ thấp, tính dẻo của mặt đờnglàm bằng bêtông Asphalt hầu nh mất hoàn toàn và trở nên giòn Lúc đó, dới tác dụngcủa ứng suất nhiệt hay ngoại lực sẽ làm mặt đờng bị nứt nẻ Chỉ tiêu độ dẻo có thể

đánh giá bằng độ dãn dài tơng đối khi chịu kéo hay có thể đặc trng bằng tốc độ biếndạng dẻo khi chịu tác dụng của lực kéo khi nhiệt độ không đổi Tốc độ biến dạng cànglớn, bêtông Asphalt càng dẻo

Độ dẻo là một yêu cầu cần thiết không thể thiếu đợc của bêtông Asphalt làmmặt đờng Song độ dẻo mà quá lớn cũng không có lợi vì ở nhiệt độ cao mặt đờng sẽ bịdồn đống, lợn sóng, hằn vết xe chạy, gây khó khăn cho xe cộ đi lại Vì vậy độ dẻo củahỗn hợp bêtông Asphalt cần nằm trong một khoảng nhất định Theo đề nghị của giáo

s N N Ivanop, mức độ dẻo của hỗn hợp bêtông Asphalt có thể đặc trng bằng hệ sốdẻo và xác định theo công thức sau:

2

2

1 2

R

hay

2 1 2 1

lg

lg

V V R

R

K 

Trong đó: R1, R2 là cờng độ chịu nén giới hạn của bêtông Asphalt khi tốc độbiến dạng là V1 và V2 (kg/cm2)

V1, V2 là tốc độ biến dạng, là tốc độ máy nâng ép (mm/ph) Thông thờng đối với

V1 thì lấy theo tốc độ nâng của pittong, nghĩa là bằng 3 mm/ph, còn V2 lấy khoảng0,05 – 0,06 mm/ph

Độ dẻo của bêtông Asphalt phụ thuộc chủ yếu vào tính chất và số lợng bitum

Độ quánh của bitum càng cao, độ dẻo của hỗn hợp bêtông Asphalt càng giảm khi lợngbitum trong hỗn hợp bêtông Asphalt không đầy đủ, độ dẻo của nó giảm xuống rấtnhiều Ngợc lại, tỷ lệ bitum tăng lên thì độ dẻo của hỗn hợp cũng tăng lên

4.3 Tính tạo hình

Điều kiện thi công khó khăn hay dễ và chất lợng của mặt đờng sau này chủ yếu

đợc xác định bằng tính dễ tạo hình của hỗn hợp bêtông Asphalt

Chất lợng của mặt đờng chỉ có thể tốt trong trờng hợp hỗn hợp bêtông Asphalt

dễ dải thành lớp mỏng có chiều dài yêu cầu và san bằng, lèn chặt tốt Hỗn hợp dễ tạohình sẽ tạo điều kiện thi công mặt đờng đợc đều, phẳng và đồng nhất Nó có ý nghĩaquan trọng đối với thi công thủ công

Mức độ thích hợp của tính dễ tạo hình đợc xác định bằng thực nghiệm hay bằngkinh nghiệm đối với hỗn hợp bêtông Asphalt khác nhau trong điều kiện khi rải và ph-

ơng pháp lèn chặt

Tính dễ tạo hình của hỗn hợp bêtông Asphalt đợc đặc trng bởi tính dẻo haycứng của nó, hỗn hợp càng dẻo càng dễ tạo hình Nhng khi độ dẻo lớn hơn độ dẻo yêucầu sẽ đa đến hạ thấp các tính chất cơ học của bêtông Asphalt Mặt đờng dễ bị biếndạng và khi vận chuyển hỗn hợp dễ bị phân tầng Còn khi độ dẻo nhỏ hơn độ dẻo yêucầu thì gây khó khăn cho thi công và trong nhiều trờng hợp làm hạ thấp chất lợng củamặt đờng

Tính dễ tạo hình của bêtông Asphalt cao hay thấp là do lực liên kết và ma sátgiữa các hạt vật liệu khoáng quyết định Lực liên kết của hỗn hợp lại phụ thuộc vàotính chất và số lợng bitum hay tỷ lệ giữa bitum và bột khoáng

Độ dẻo cần thiết của hỗn hợp bêtông Asphalt dùng bitum loại quánh chỉ đạt đợctrên cơ sở đun nóng nó lên Độ dẻo của hỗn hợp còn phụ thuộc vào hệ số nhét đầy lỗrỗng giữa các hạt vật liệu khoáng bằng bitum Khi hệ số này giảm xuống, hỗn hợp trởnên cứng và khó lèn chặt

Những hỗn hợp có tỷ lệ vật liệu khoáng cao hơn so với hỗn hợp khác có cùng ờng độ sẽ có độ cứng hơn Hỗn hợp dùng vật liệu khoáng ở dạng nghiền vỡ sẽ có độdẻo nhỏ hơn so với hỗn hợp dùng cuội, sỏi, cát thiên nhiên

c-Căn cứ vào mức độ dẻo ngời ta chia hỗn hợp bêtông Asphalt làm hai loại: dẻo

và dễ chảy Để đánh giá mức độ dễ tạo hình của hỗn hợp bêtông Asphalt ngời ta đa ranhiều phơng pháp Các phơng pháp này dựa trên cơ sở dạng hỗn hợp, phơng pháp chếtạo và lèn chặt hỗn hợp

Mức độ dễ tạo hình của hỗn hợp bêtông Asphalt dẻo, rải nóng có thể đợc đánhgiá theo phơng pháp I A Rbiep, phơng pháp này dựa trên cơ sở xác định thời gianhay lực dùng để thắng lực liên kết và ma sát của hỗn hợp khi kéo hình nón bằng kimloại ra khỏi hỗn hợp

4.4 Tính bền với môi trờng (Tính ổn định nớc, tính ổn định nhiệt độ)

 Tính ổn định nhiệt

Thiếu sót cơ bản của bêtông Asphalt khi dùng làm mặt đờng là các tính chất của

nó phụ thuộc nhiều vào nhiệt độ Khi nhiệt độ tăng cao, độ quánh của bitum ở trongbêtông Asphalt giảm xuống, lực liên kết giữa các phần tử yếu đi, đa đến cờng độ của

10

hỗn hợp giảm xuống Ngợc lại, khi nhiệt độ hạ thấp, tính quánh của bitum tăng lên đa

đến cờng độ của bêtông Asphalt cũng tăng lên

Sự thay đổi cờng độ khi nhiệt độ thay đổi nh vậy rõ ràng làm cho điều kiện làmviệc của mặt đờng bêtông Asphalt xấu đi Để đánh giá độ ổn định nhiệt độ của bêtôngAsphalt, ngời ta dùng hệ số Kt (gọi là hệ số ổn định nhiệt độ)

đến sự ổn định nhiệt độ của bêtông Asphalt

Các tính chất của vật liệu khoáng, đặc biệt là bột khoáng có ảnh hởng lớn đến

sự ổn định nhiệt độ của bêtông Asphalt Sự tơng tác của bitum với vật liệu khoáng làquá trình lý hóa phức tạp, trong nhiều trờng hợp làm thay đổi dạng cấu trúc của bitum.Nếu dùng vật liệu khoáng ở dạng đá vôi sẽ nâng cao tính ổn định nhiệt của bêtôngAsphalt Nếu dùng các loại đá có tính axít sẽ có hiệu quả ngợc lại

Khi tỷ lệ của bitum và vật liệu khoáng ở trong hỗn hợp bêtông Asphalt thíchhợp sẽ nâng cao sự ổn định nhiệt độ của hỗn hợp, lợng bitum trong hỗn hợp thừa ra sẽhình thành một lợng bitum khá lớn ở dạng tự do làm hạ thấp tính ổn định nhiệt củabêtông Asphalt

 Tính ổn định nớc

Nếu nh hỗn hợp kém ổn định nớc thì khi gặp bão hòa nớc, cờng độ chịu nén của

nó bị giảm xuống Khi nớc thâm nhập vào, nếu gặp khả năng liên kết của bitum vớivật liệu khoáng kém, thì nó có thể tách ra một phần hay toàn bộ màng bitum bao bọctrên mặt vật liệu khoáng, làm khả năng chịu lực của hỗn hợp giảm xuống

Để đánh giá chỉ tiêu này ngời ta dùng hệ số ổn định nớc

khoáng trong lúc trộn với bitum Độ rỗng của bêtông Asphalt càng nhỏ càng ổn địnhnớc Độ rỗng của bêtông Asphalt phụ thuộc vào độ đặc của khung vật liệu khoáng vàhàm lợng bitum Khi khung vật liệu khoáng không đợc đặc và lợng bitum không đầy

đủ, bêtông Asphalt có độ rỗng lớn Ngoài ra độ rỗng của bêtông Asphalt còn phụthuộc vòa sự lèn ép, nếu nh hỗn hợp đợc lựa chọn tốt mà lèn ép không tốt thì độ rỗngcủa hỗn hợp vẫn lớn

Trong thực tế, độ đặc của bêtông Asphalt đợc đặc trng bằng hai đặc trng, đó là

độ bão hòa nớc và độ rỗng còn lại

Sự liên kết giữa bitum và vật liệu khoáng càng tốt, màng bitum trên bề mặt vậtliệu khoáng càng tốt thì bêtông Asphalt càng ổn định nớc Sự liên kết này tốt hay xấuphụ thuộc vào loại vật liệu khoáng và tính chất của bitum

Theo kết quả của các nhà nghiên cứu thì chỉ tiêu cơ học: độ bền và độ ổn địnhMarshall cho ta đánh giá chung nhất về chất lợng của bêtông Asphalt Do đó vì thờigian có hạn nên trong đề tài này em chỉ đánh giá chất lợng bêtông Asphalt qua hai chỉtiêu: độ ổn định và độ biến dạng Marshall (chỉ tiêu này cho phép đánh giá về chất lợngbêtông Asphalt tổng hợp nhất)

Yêu cầu kỹ thuật Bê tông Asphalt Bảng I.1

12

Chỉ tiêu theo các phơng pháp thiết kế

hỗn hợp bê tông Asphalt

Cờng độ xe cao Cờng độ xe

trung bình

Cờng độ xethấp

A-Marshall

+ Số va đập vào mỗi đầu của mẫu khi

chế tạo mẫu thí nghiệm

333

16

-558

50

5008

333

18

558

35

5008

333

20

558

600005

120025005

200060005

12000-2

2000-5

-35

50-4

0.3-

-30

50-4

0.3-

-Yêu cầu các chỉ tiêu kỹ thuật của Bê tông Asphalt (22-TCN GTVT 63-84) Bảng I.2

TT Các chỉ tiêu Yêu cầu đối với Bêtông Asphalt loại Phong pháp thínghiệm

a) Thí nghiệm theo mẫu hình trụ

1 Độ rỗng cốt liệu khoáng chất, % thể tích 15 - 19 15 - 21

Quy trìng thí nghiệm Bê tôngAsphalt

Chỉ số dẻo qui ớc (flow) mm max 5,0min 2,0 max 5,0min 1,8

4 Độ ổn định còn lại sau khi ngâm mẫu ở 60o

C, 24 giờ so với ổn định ban đầu, %, lớn hơn 75 75

 Thí nghiệm xác định khối lợng riêng (TCVN 339 – 80)

 Thí nghiệm xác định khối lợng riêng thể tích (TCVN 340 –80)

14

 Thí nghiệm xác định khối lợng riêng (TCVN 57 – 84)

 Thí nghiệm xác định khối lợng thể tích (TCVN 57 – 84)

 Thí nghiệm xác định thành phần hạt của đá (TCVN 57 – 84)

 Thí nghiệm xác định hàm lợng hạt thoi, dẹt của đá (TCVN 57 – 84)

 Thí nghiệm xác định hàm lợng bùn đất của đá (TCVN 57 – 84)

 Thí nghiệm xác định cờng độ của đá (TCVN 57 – 84)

 Thí nghiệm xác định điểm bắt lửa và điểm bốc cháy (22 TCN-27-01)

 Thí nghiệm xác định điểm hóa mềm của bitum trong Ethylene Glycol

(22TCN-27-01)

 Thí nghiệm xác định độ kim lún của vật liệu bitum (22 TCN-27-01)

 Thí nghiệm xác định độ dãn dài của vật liệu bitum (22 TCN-27-01)

 Thí nghiệm xác định lợng tổn thất sau khiđun nóng Bitum(22TCN-27-01)

 Tỷ lệ độ kim lún của Bitum sau khi đun ở 163oC trong 5 giờ so với độ kim

 Thí nghiệm xác định độ dính bám của Bitum với đá(22 TCN-27-01)

 Thí nghiệm xác định lợng Paraphin trong Bitum(22 TCN-27-01)

VI.Các loại trạm trộn bêtông Asphalt

ga tự nhiên để làm khô và đốt nóng phối liệu Các loại trạm trộn này đợc phân biệtnhờ nguyên tắc hoạt động khác nhau của chúng (Bỏ qua trạm trộn liên tục vì nó ít đợc

sử dụng)

 Trạm trộn gián đoạn

Quá trình làm việc bắt đầu khi nguyên liệu (đá và cát) đợc máy xúc xúc lên đổvào các phễu định lợng Vật liệu đợc định lợng ở đây và đổ lên băng tải, nhờ các băngtải này nguyên liệu đợc chở đến thùng sấy Thiết bị sấy thùng quay có mỏ đốt phuntrực tiếp giúp cho quá trình làm khô nguyên liệu

16

Khi nguyên liệu khô nở ra khỏi thùng quay và sà xuống thiết bị gầu nâng, thiết

bị này làm nhiệm vụ chở nguyên liệu lên hệ thống sàng rung với nhiều cơ sàng khácnhau Nguyên liệu sau khi sàng đợc phân loại và chứa vào các thùng khác nhau Trongthời điểm này bột đá cũng đợc đa lên thùng gia nhiệt Để điều khiển các cỡ hạt nguyênliệu trong mẻ trộn nguyên liệu cuối cùng, ngời điều khiển mở các thùng đựng Các cỡhạt cốt liệu khác nhau cho tới khi đạt tỷ lệ thành phần nh cấp phối thiết kế

Lúc này chất kết dính bitum đợc bơm từ các tẹc tới thùng đựng Asphalt và tại

đó bitum đợc định lợng theo một tỷ lệ rồi đợc phun vào thùng trộn

Sau khi trộn xong chỉ hỗn hợp đợc vận chuyển đến xilô chứa ở đó có ô tô tiếpnhận chở ra công trình

 Trạm trộn chảy song song

Quá trình này là quá trình trộn liên tục sử dụng tỷ lệ định lợng thành phần cáchạt từ các phễu chứa nguyên liệu lúc đầu Sự khác nhau giữa quá trình này và quátrình trộn gián đoạn là thùng sấy không chỉ đợc sử dụng làm khô nguyên liệu mà còndùng để trộn cát đá với chất kết dính Asphalt Nguyên liệu đã đợc định lợng theo tỷ lệ

đợc đa vào thùng sấy Khi thùng quay, vật liệu khi đó chuyển dộng về đầu dốc củathùng trộn Chất kết dính lỏng bitum đợc điều khiển bởi bơm tự động tới vùng trộn vàvùng này có nhiệt độ thấp hơn nhiệt độ bốc cháy của bitum, ở đây bột đá cũng đợc

định lợng và đổ vào thùng trộn, và lợng bụi đợc lọc qua thiết bị lọc ở quá trính sấycũng đợc hồi lu ở đây

Hỗn hợp sau khi trộn xong đợc xả ở cuối thùng quay và đợc băng tải vậnchuyển lên xilô đựng

Vậy, sự khác nhau giữa quá trình trộn của thiết bị trộn song song so với thiết bịtrộn gián đoạn là: quá trình này là liên tục, vật liệu sấy đi cùng chiều cùng ngọn lửasâu, thùng sấy đồng thời là thùng trộn (chỉ khác vùng sấy và vùng trộn có nhiệt độkhác nhau)

Quá trình trộn song song có u điểm: việc xả ở cuối thùng quay thu đợc một lợngbụi lớn, làm giảm bớt sự hoạt động của hệ thống lọc bụi Vì lý do này mà hầu hết cáctrạm trộn song song chỉ cần lọc bụi một lần qua thiết bị lọc bụi sơ cấp Mặc dù vậy nócũng có nhợc điểm là các thiết bị nh phun dầu và phun bitum làm việc ở điều kiệnnhiệt độ cao hơn so với quá trình gián đoạn

 Trạm trộn chảy ngợc chiều

Đây là loại trạm trộn mà vật liệu chảy trong thùng quay là ngợc chiều so với ớng của khí nóng Thêm vào đó là vùng trộn nguyên liệu với chất kết dính bitum đợc

h-đặt đằng sau vùng đốt để cho vật liệu di chuyển không trực tiếp tiếp xúc với khí nóng

Bitum đợc điều khiển bằng máy bơm điện bơm vào cốt liệu và bột đá theo tỷ lệ,

ở đây lợng bụi đã lọc qua thiết bị sơ cấp và thứa cấp cũng đợc hồi lu vào và tiến hànhcùng trộn

Bới vì hỗn hợp bitum, cốt liệu, bụi đá đợc trộn trong thùng không tiếp xúc khínóng, nên trạm trộn chảy ngợc chiều có các thiết bị phun (phun bitum, phun dầu) đặtthấp hơn so với trạm trộn song song Mặc dù vậy, các dữ liệu đó không đủ để xác định

đợc sự khác nhau trong việc đặt thiết bị phun cho tới kết quả khác nhau của hai quátrình trộn chảy song song và trộn chảy ngợc chiều

Tùy theo sơ đồ bố trí của bộ máy trộn bêtông Asphalt mà chia ra ba loại:

 Trạm trộn bố trí trên cùng một mặt bằng:

Các thiết bị rang vật liệu, sàng, thiết bị cân đong và thiết bị trộn đợc bố trí cạnhnhau Các thiết bị này đợc nối liền với nhau nhờ các bng nâng chuyển Nh vậy trongcác loại này phải vận chuyển vật liệu cát, đá lên xuống nhiều lần Tổng số chiều caonâng chuyển vật liệu lớn hơn trong loại bố trí theo kiểu tháp

 Trạm trộn trung gian

Bộ phận sàng, các thùng chứa thiết bị cân đong, thiết bị trộn đợc bố trí cái nàydới cái kia trong cùng một tháp Còn thiết bị rang vật liệu thì đặt trên một móng riêngbên cạnh tháp

Tùy theo năng suất của bộ máy trộn bêtông Asphalt mà có thể chia ra loại năngsuất nhỏ dới 15 tấn/giờ, loại năng suất trung bình 25 – 30 tấn/giờ, loại năng suất lớn

60 – 100 tấn/giờ, loại có năng suất rất lớn 100 – 200 tấn/giờ và nhiều hơn nữa

Trạm trộn bêtông Asphalt còn phân ra loại cố định, loại di động và loại bán cố

định Thông thờng thì loại có năng suất nhỏ là loại di động, bộ phận máy trộn của loạinày đợc đặt trên bệ xe có bánh Loại có năng suất trung bình và năng suất lớn thờng làbán cố định Trong các loại này các thiết bị có thể tháo lắp dễ dàng khi cần di độnghoặc là từng thiết bị đợc đặt trên bệ có bánh xe để di chuyển mà không cần phải tháolắp Còn loại có năng suất rất lớn thì thờng là loại cố định và dùng cho các xí nghiệpbêtông Asphalt cố định

Hiện nay, ngời ta thờng dùng những thiết bị điều khiển tự động trong những bộmáy trộn bêtông Asphalt có năng suất từ 25 tấn/giờ trở lên

Bộ máy trộn bêtông Asphalt bao gồm các thiết bị sau:

 Thiết bị cân đong sơ bộ cát và đá dăm

 Thiết bị rang nóng vật liệu cát đá

 Thiết bị sàng vật liệu theo các kích cỡ đã quy định

 Thiết bị cân đong (trọng lợng hoặc thể tích) cho từng loại vật liệu khoáng

chất và nhựa

 Thiết bị trộn các loại khoáng chất với nhựa

 Thiết bị thu bụi

Ưu điểm của các loại trạm trộn chảy song song và trạm trộn chảy ngợc chiều là

có năng suất cao và tốn ít năng lợng hơn trạm trộn theo chu kỳ Nhng trạm trộn chu

kỳ lại có u điểm là trộn kỹ và đều ,chất lợng của mẻ trộn cao và khi cần thay đổi cácthành phần của hỗn hợp thì tiến hành nhanh và dễ dàng

Trên cơ sở các loại trạm trộn đã nêu, phân tích các u nhợc điểm của từng loại và

đặc biệt là ứng dụng vào điều kiện sản xuất trực tiếp ở Việt Nam, điều kiện khí hậu vàtiêu thụ nguyên liệu, chúng tôi lựa chọn dây chuyền sản xuất gián đoạn với sơ đồ bốtrí kiểu trung gian và có công suất 104 tấn/giờ đặt tại km 24+300 đờng Láng Hạ.Những u nhợc điểm của trạm

- Chất lợng đạt tiêu chuẩn xuất khẩu

- Tháo lắp dễ dàng nhanh chóng

- Vận chuyển thuận tiện

- Hệ thống cân điện tử hiện số chính xác, đầu đốt giảm ồn, tiết kiệm nhiên liệu

- hệ thống móng thép Tháo lắp nhanh chóng

- Đợc bằng khen và giải thởng VIFOTEC

- Giấy chúng nhận chất lợng SPCN : Cục đăng kiểm Việt Nam

- Giấy chứng nhận thay thế hàng nhập khẩu Trung tâm đo lờng chất lợng

- Giấy chứng nhận hiệu chuẩn của Tổng cục tiêu chuẩn đo lờng chất lợng

- Giấy chứng nhận của t vấn Hàn Quốc cho phép trạm đợc thảm theo tiêuchuẩn Quốc tế

2 Giới thiệu về mặt bằng trạm trộn

Trạm trộn đợc xây dựng tại km 24+300 đờng Láng Hòa Lạc cách trung tâmthành phố Hà Nội khoảng 30 km Đây là vị trí thuận lợi cho việc cung cấp nguyênnhiên liệu bằng đờng bộ từ các tỉnh lân cận nh Hòa Bình, Vĩnh Phúc Đặc biệt là thuậntiện cho việc tiêu thụ sản phẩm: cung cấp bêtông Asphalt nóng cho các công ty xâydựng cầu đờng ở Hà Nội, Hà Tây và các tỉnh lân cận, các công trình giao thông trongkhu vực, phục vụ cho công trình đờng 32, khu công nghệ cao Láng Hòa Lạc, TrungHòa – Nhân Chính Đồng thời trạm không nằm trong phạm vi trung tâm thành phố

24

nên việc sản xuất, vận chuyển ít ảnh hởng đến vệ sinh môi trờng, giao thông đi lại củadân c.

Các nguồn cung cấp nguyên vật liệu cho trạm:

 Đá dăm: Cung cấp từ mỏ đá Lơng Sơn - Hòa Bình vận chuyển về bằng ô

tô

 Cát: Sử dụng cát mua từ Vĩnh Phúc vận chuyển về bằng ô tô

 Bitum: Mua từ công ty Caltex Hải Phòng vận chuyển về bằng ô tô chuyên

 Nớc chủ yếu là nớc sinh hoạt đợc cung cấp từ nguồn nớc sạch trong vùng

 Điện: sử dụng máy phát điện chạy dầu Diezen công suất 350 kVA

Chơng II

Yêu cầu vật liệu chế tạo bêtông Asphalt

Hỗn hợp bêtông Asphalt đợc chế tạo bằng cách trộn vật liệu đá dăm (sỏi cuội),cát, bột khoáng, bitum với thành phần hợp lý

Chất lợng của bêtông Asphalt phụ thuộc vào chất lợng của vật liệu thành phầnchế tạo, do đó mỗi vật liệu chế tạo phải đạt đợc các yêu cầu quy định

I Đá dăm hay sỏi

Chất lợng của đá dăm hay sỏi về cờng độ, tính đồng nhất, hình dạng, trạng thái

bề mặt, thành phần khoáng vật có ảnh hởng lớn đến chất lợng của bêtông Asphalt [5,

Thành phần hạt của đá dăm hay sỏi đợc phân ra các nhóm 40 – 20, 20 – 10,

25 – 5, 15 – 5, 10 – 5 và sàng qua bộ sàng: 40, 25, 20, 5 mm

Đá dăm để chế tạo bêtông Asphalt phải đồng nhất về loái đá và cờng độ Trongbêtông Asphalt, nếu dùng đá dăm thuộc nhiều loại đá khác nhau có cờng độ khácnhau sẽ sinh ra ứng suất nhiệt làm mặt đờng kém ổn định

Tùy theo cờng độ chịu nén của đá gốc mà đá dăm dùng để tạo bêtông Asphalt

có các loại mác khác nhau nh ghi trong bảng II.1

Bảng II.1.

Loại đá dăm

Mác của đá dăm dùng cho lớp trên Hỗn hợp

dùng cho lớp móng

Lợng bụi, bùn, sét xác định bằng phơng pháp rửa không đợc quá 20% đối với đádăm xay từ đá trầm tích Cacbonat và không quá 1% đối với đá dăm xay từ các loại đákhác.

Đá dăm ở trong hỗn hợp bêtông Asphalt dùng làm lớp móng không đợc chứacác hạt đá yếu và phong hóa lớn hơn 15% theo khối lợng

Đá dăm cần phải liên kết tốt với bitum Về mặt này, các loại đá vôi, đôlômit,diaba tốt hơn các loại đá axít Nếu dùng loại đá liên kết kém với bitum phải gia công

đá bằng chất phụ gia hoạt tính nh vôi, ximăng hoặc cho thêm chất phụ gia hoạt tính bềmặt vào bitum

Đá cần phải sạch, lợng ngậm chất bẩn không đợc vợt quá 1% theo khối lợng.Các chỉ tiêu cơ lý của đá dùng để chế tạo hỗn hợp bêtông Asphalt phải phù hợpvới quy định ghi trong bảng II.2

Bảng II.2.

Các chỉ tiêu

Mác của đá dăm lớp trên Hỗn hợp

dùng cho lớp móng

Cát thiên nhiên để chế tạo bêtông Asphalt dùng cát hạt lớn (k  2,5) và cát hạtvừa (k = 2 - 2,5) Trờng hợp dùng cát hạt nhỏ (k < 2) chỉ cho phép khi trộn thêm cátthiên nhiên hạt lớn hay cát nhân tạo (cát nghiền) Khi không có cát hạt lớn thì thànhphần hỗn hợp của bêtông Asphalt loại A và B sẽ lựa chọn dùng cát hạt nhỏ theonguyên tắc thành phần hạt không liên tục Cát thiên nhiên cần phải chế tạo từ đá có c-ờng độ không nhỏ hơn cờng độ của đá dùng làm đá dăm (600 – 1000 kg/cm3).

Cát thiên nhiên cần phải chế tạo từ đá có cờng độ không đợc lớn hơn cờng độcủa đá dùng làm đá dăm

Đối với hỗn hợp vữa Asphalt cát nhân tạo sẽ dùng cát nghiền Đá này thờng đợcnghiền từ đá măcma có mác không nhỏ hơn 1000 Hàm lợng các hạt nhỏ hơn 0,071

mm ở trong cát nghiền không đợc lớn hơn 5% theo khối lợng, trong đó lợng sét không

đợc lớn hơn 0,5%

Thành phần hạt của cát đợc xác định qua bộ sàng có kích thớc lỗ sàng: 5; 3;0,63; 0,315; 0,14; 0,071; < 0,071 mm

III Bột khoáng

Bột khoáng là một thành phần quan trọng trong hỗn hợp bêtông Asphalt Nókhông những nhét đầy lỗ rỗng giữa cá loại cốt liệu lớn hơn (cát, đá dăm hay sỏi) làmtăng độ đặc của hỗn hợp mà còn làm tăng diện tích tiếp xúc, làm cho màng bitum trênmặt hạt khoáng càng mỏng và nh vậy lực tơng tác giữa chúng tăng lên

Ngời ta có thể dùng các loại bột khoáng sau: bột đá vôi, đôlômit, bột than đá,bột xỉ lò cao dạng bazơ, ximăng, vôi Trong đó bột đá vôi, đôlômit đợc dùng nhiềunhất

Chất lợng của bột khoáng dùng trong bêtông Asphalt đợc đặc trng bằng thànhphần khoáng vật, độ nhỏ, độ rỗng và hệ số a nớc Loại đá để nghiền làm bột khoáng

28

chủ yếu là đá vôi, đôlômit Cờng độ nén của các loại đá này không đợc nhỏ hơn 200kg/cm3.

Khi trộn với bitum trong hỗn hợp bêtông Asphalt, bột khoáng cần tạo nên mộtlớp hoạt tính, ổn định nớc Mối quan hệ vật lý, hóa học giữa bề mặt bột khoáng vàbitum làm tăng cờng độ của bêtông Asphalt, nhng cũng làm tăng tính giòn của nó Vìvậy lợng dùng bột đá trong bêtông chỉ trong một giới hạn nhất định để tránh làm tăngtốc độ hóa già của bitum trong bêtông Các loại vật liệu chế tạo bột khoáng cần sạch,không chứa các chất bẩn và sét quá 5% theo khối lợng

Trong hỗn hợp bêtông Asphalt loại II và hỗn hợp làm móng thì có thể dùng bộtkhoáng của thải phần công nghiệp ở dạng bụi nh tro than, bụi ximăng và các mảng vỏ

sò, vỏ hến nghiền nhỏ, khi phù hợp với các yêu cầu về bột khoáng

Bột khoáng cần phải khô, xốp, khi trộn với bitum không chịu đợc vón cục vàphải thỏa mãn các yêu cầu sau:

V2: Thể tích lắng trong dầu (môi trờng không phân cực) của 5g bộtkhoáng

Đối với những hạt < 1,25 mm quy định Ku không lớn hơn 1

Nếu Ku >1 là vật liệu a nớc và ngợc lại Ku < 1 là vật liệu ghét nớc Vật liệu a

n-ớc và ghét nn-ớc có ảnh hởng rất lớn đến các tính chất của hỗn hợp Vì ta biết rằng bềmặt của các phân tử bột khoáng trong một đơn vị thể tích lớn hơn rất nhiều so với cát,

đá dăm hay sỏi cộng lại Những tính chất của bêtông Asphalt trớc hết phụ thuộc vàotính chất bề mặt của bột khoáng Vì vậy những vật liệu a nớc sẽ tích lũy một lợng nớclớn hơn nhiều so với vật liệu ghét nớc và nh vậy sự thấm ớt bằng bitum sẽ hơn, đa đếnlực liên kết của bột khoáng với vật liệu a nớc có thể kém, và khi bão hòa nớc cờng độcủa hỗn hợp sẽ bị giảm xuống Bột khoáng kỵ nớc liên kết tốt với bitum làm tăng cờng

độ bêtông Asphalt

Khi lựa chọn bột khoáng cần chú ý, nếu nh bột khoáng không đạt yêu cầu kỹthuật thì có thể cho thêm vào một loại hỗn hợp chất hoạt tính gồn bitum và chất hoạttính bề mặt dạng anion theo tỷ lệ 1:1 đến 1:1,1 Tỷ lệ chất hoạt tính chiếm 1,5 – 2%theo khối lợng bột đá.

Các chỉ tiêu kỹ thuật của bột khoáng nghiền từ đá Cacbonat phải thỏa mãn cácquy định trong bảng II.3

Các chỉ tiêu kỹ thuật của bột khoáng từ đá không phải loại Cacbonat, từ xỉ vàcác phế liệu công nghiệp dạng bụi phải thỏa mãn các quy định trong bảng II.4

B¶ng II.4.

S

TT

C¸c chØ tiªu

Bôi cña nhµm¸y xim¨ng

Hỗn hợp bêtông Asphalt thờng dùng bitum dầu mỏ xây dựng đờng làm chất kếtdính Loại bitum này phải có các chỉ tiêu kỹ thuật phù hợp với quy phạm.

Theo phơng pháp rải, tính chất xe chạy, điều kiện khí hậu mà chọn mác bitumcho hợp lý ở những đờng xe nặng chạy nhiều thuộc vùng khí hậu nóng ẩm thì dùngloại bitum mác cao Để tăng tính ổn định nhiệt có thể dùng hỗn hợp bitum với cao su,polime

4.1.Vai trò

Bitum có tác dụng liên kết các hạt cốt liệu với nhau, lấp đầy chỗ trống, đồngthời liên kết với hạt khoáng tạo thành lớp mỏng bao bọc các hạt cốt liệu làm chobêtông Asphalt có tính đàn hồi dẻo, tăng khả năng chịu kéo cho bêtông Asphalt, đồngthời có khả năng chống thấm, ở Việt Nam cũng nh các nớc khác trên Thế Giới, bitumdùng trong xây dựng đờng chủ yếu là bitum chng cất từ dầu mỏ

Khác với chất kết dính vô cơ khác, bitum là chất kết dính hữu cơ thành phầnchủ yếu là Hydrocacbua cao phân tử và một số phi kim loại khác tạo thành hệ thốngkeo phức tạp Nó có thể ở dạng rắn, quánh hay lỏng và có các tính chất xây dựng chủyếu nh: [1, 10]

 Khi đun nóng (đối với loại rắn và quánh) nó trở thành chất lỏng có khảnăng trộn lẫn với vật liệu đá tạo thành một hỗn hợp đồng nhất Qua một thời gian nhất

định, nó sẽ dính chặt vào bề mặt của các vật liệu này tạo nên một loại vật liệu đá nhântạo, có cờng độ và độ bền vững trong môi trờng nhiệt và nớc

Dựa trên cơ sở lý thuyết về tính chất hóa học và tính chất vật lý, ngời ta chiabitum dầu mỏ thành 5 nhóm chính:

Nhóm chất dầu: là những hợp chất thấp phân tử nhất, khối lợng phân tử vàokhoảng 300 – 500, không màu, khối lợng riêng nhỏ hơn 1

Nhóm chất nhựa: là những hợp chất cao phân tử, khối lợng phân tử vào khoảng

600 – 800, khối lợng riêng xấp xỉ bằng 1, có màu sẫm

Nhóm Asphalt: là những phần tử rắn, giòn, cao phân tử, khối lợng phân tử từ

1000 – 6000 và cao hơn, khối lợng riêng lớn hơn 1, có màu sẫm hoặc đen

32

Nhóm Cacben và Cacboit: là những hợp chất cao phân tử có màu đen sẫm, khốilợng riêng lớn hơn 1 Khác với nhóm Asphalt là không hòa tan trong benzen-CCl3 nh-

ng hòa tan đợc trong Disunfua cacbon Cacboit là một chất rắn dạng muội, không hòatan trong bất cứ dung môi hữu cơ nào

Nhóm axít Asphalt và các Anhydrit của chúng: là những chất nhựa hóa (nhựaaxít), là thành phần mang cực tính (gồm những phân tử có chứa gốc cacboxyn –COOH), khối lợng riêng nhỏ hơn 1, có màu nâu sẫm

Chất Parafin: là những chất hydro metan ở dạng rắn Thành phần hóa học củabitum thay đổi theo thời gian sử dụng kết cấu mặt đờng do đó chất lợng bị suy giảmhay giòn hóa

4.2.Tính chất của bitum quánh dùng trong xây dựng đờng ảnh hởng đến chất

l-ợng bêtông Asphalt.

Tính quánh: đặc trng cho khả năng chống lại sự dịch chuyển của các hạt bitum

dới tác dụng của ngoại lực, là lực nội ma sát sinh ra khi các tầng bitum di động Tínhquánh của bitum thay đổi trong phạm vi rộng ảnh hởng đến tính chất cơ học của hỗnhợp vật liệu khoáng với chất kết dính, đồng thời quyết định công nghệ chế tạo và thicông loại vật liệu có dùng bitum

Đây là chỉ tiêu quan trọng, thông thờng căn cứ vào tính quánh để xác định máccủa bitum

Tính quánh xác định bằng cách đo độ căn sâu kin (khối lợng 100g, đờng kính1mm trong 5 giây ở nhiệt độ 250C, tốc độ kéo dài 50 mm/phút)

Tính dẻo: đặc trng cho khả năng biến dạng của bitum dới tác dụng của ngoại

lực

Tính dẻo cũng nh tính quánh phụ thuộc vào nhiệt độ, khi nhiệt độ thay đổi thìtính dẻo tăng, khi nhiệt đội giảm thì tính dẻo cũng giảm, do đó bitum trở nên giòn,gây nứt rạn đờng

Tính dẻo của bitum đợc đánh giá bằng độ kéo dài của mẫu tiêu chuẩn trong

điều kiện thí nghiệm 250C, tốc độ kéo dài 50 mm/phút

Độ kéo dài càng lớn thì tính dẻo càng cao

Tính ổn định nhiệt: Khi nhiệt độ thay đổi thì tính dẻo và tính quánh thay đổi,

sự thay đổi càng nhỏ thì tính ổn định nhiệt càng cao do đó mặt đờng ít bị biến độngkhi thay đổi nhiệt độ

Để đánh giá độ ổn định nhiệt của bitum, ngời ta hay dùng hai đại lợng là nhiệt

độ hóa mềm và nhiệt độ hóa cứng Trong đó, nhiệt độ hóa mềm của bitum xác địnhbằng dụng cụ vòng và bi tiêu chuẩn, còn nhiệt độ hóa cứng của bitum có thể xác địnhbằng dụng cụ đo kim lún Nhiệt độ hóa cứng là nhiệt độ ứng với độ kim lún bằng 1 độ

Tính ổn định nhiệt khi đun: Trong công nghệ chế tạo bêtông Asphalt nóng,

ngời ta thờng phải đun bitum đến nhiệt độ 1600C trong thời gian khá dài, do đó cácthành phần dầu nhẹ có thể bị bốc hơi làm thay đổi tính chất của bitum

Yêu cầu:

 Sau khi đun khối lợng hao hụt không lớn hơn 1%

 Độ kéo dài và độ kim lún không đợclớn hơn 40% so với trị số ban đầu

Nhiệt độ bắt lửa và nhiệt độ bốc cháy bitum: Khi đun bitum đến một nhiệt độ

nhất định nào đó thì các loại dầu nhẹ trong bitum bốc hơi hòa lẫn vào trong môi trờngxung quanh tạo nên một hỗn hợp dễ cháy Nếu tiếp tục đun, nồng độ của hỗn hợp đótăng lên, gặp lửa dễ bốc cháy Đây là chỉ tiêu quan trọng về an toàn khi gia công nhiệtcủa bitum

Tính dính bám của bitum với bề mặt vật liệu khoáng:

Sự liên kết này đóng vai trò quan trọng trong việc tạo nên cờng độ và tính ổn

định với nớc, với nhiệt độ của hỗn hợp bitum và vật liệu khoáng

Khi nhòa trộn bitum với vật liệu khoáng, các hạt khoáng đợc thấm ớt bằngbitum và tạo thành một lớp hấp thụ Khi đó các phần tử bitum ở trong n ớc hấp phụ sẽtơng tác với lớp vật liệu bề mặt khoáng, tơng tác đó có thể là tơng tác lý học, hóa học(liên kết hóa học nhiều hơn rất nhiều so với liên kết lý học)

Liên kết bitum với vật liệu khoáng phụ thuộc vào tính chất bitum và vật liệukhoáng

 Tóm lại:

Bitum là chất kết dính hữu cơ đợc dùng trong bêtông Asphalt, là thành phầnquan trọng không thể thiếu đợc Hàm lợng của bitum quyết định tính ổn định củabêtông Asphalt

Nhng đối với mỗi cấp phối xác định chỉ có một hàm lợng bitum tối u, tức làhàm lợng cho ta dung lợng lớn nhất, cờng độ lớn nhất, biến dạng, độ rỗng nêu trongphạm vi quy phạm

Để tìm ra hàm lợng bitum tối u là bài toán mang tính kinh tế kỹ thuật thông ờng 5 – 7% khối lợng cốt liệu

th-Dựa vào những đặc tính của từng loại bitum, có thể chọn cho phù hợp với yêucầu của từng loại mặt đờng Nhìn chung trong điều kiện Việt Nam, bitum dùng chếtạo bêtông Asphalt theo phơng pháp rải nóng có chỉ tiêu nh: độ kim lún, độ dãn dài

độ nhớt Saybolt Tiêu chuẩn của các giá trị này đợc cho trong bảng II.5

Bảng II.5

34

Tên chỉ tiêu Đơn vị Tiêu chuẩn Các trị số quy định

Phơng pháp chung là phơng pháp tính toán kết hợp thực hiện

1 Tính toán thành phần:

Khi tính toán thành phần ta dùng bảng thành phần cấp phối các cỡ hạt của hỗnhợp bê tông Asphalt rải nóng:

% cốt liệu

5

0,6 3

95

100

95

100

95

100

95

100

95100

95100

95100

95100

Hạt

nhỏ 15 15 100

95

100

95

100

95

100

95

100

95

100

95

100

95100

9510 0

9510 0

95100 Hạt

95

100

95

100

95

100

95

100

95

100

95

100

95100

95100

95100

95100

95

100

95

100

95

100

95

100

95

100

95

100

95100

95100

95100

95100

Hỗn hợp vật liệu khoáng đợc lựa chọn có tổng tỷ lệ thành phần nh sau:

Đ + C + B = 100%

- Xác định lợng đá dăm: tỷ lệ thành phần của đá dăm đợc xác định theo côngthức sau:

Ax: lợng rót tích luỹ tại cỡ hạt x của hỗn hợp hợp lý theo quy phạm

Ad: lợng rót tích luỹ tại cỡ hạt x của đá dăm

- Xác định lợng bột khoáng: Tỷ lệ phần trăm của bột khoáng đợc xác định theocông thức sau:

B =

071 , 0

071 , 0

C

.C + 100

Vok : độ rỗng vật liệu khoáng của mẫu thí nghiệm %

Fk : khối lợng riêng của vật liệu khoáng g/cm3

Vk : trị số độ rỗng của bê tông Asphalt theo quy phạm ở 200c

Fb : khối lợng riêng của bi tum ở 200c (g/cm3)

2 Tối u hoá tỷ lệ bi tum

Sau tính toán lý thuyết nh trên ta phải tiến hành thực nghiệm tìm lợng bi tumtối u

Tỷ lệ bi tum tối u cho bê tông Asphalt là hàm lợng bi tum (% theo khối lợng bêtông Asphalt) làm cho bê tông Asphalt đạt đợc độ đặc và độ bền cao nhất

Việc quyết định tăng hay giảm thậm chí với lợng bi tum nhỏ trong một mẻ trộncũng sẽ rất đáng kể khi xây dựng hàng trăm km mặt đờng bằng bê tông Asphalt

Về mặt kỹ thuật thì việc tối u hoá tỷ lệ bi tum gắn chặt với chất lợng sử dụngmặt đờng bê tông Asphalt

Trong kỹ thuật mặt đờng bê tông Asphalt trên thế giới có nhiều phơng pháp tối

-u hoá hàm lợng bi t-um Về cơ bản có thể xếp chúng thành 4 nhóm

+ Phơng pháp kinh nghiệm:

Hàm lợng bi tum tối u hoá đợc ấn định cùng với cấp phối cốt liệu theo nhữngquy trình kỹ thuật đã đợc chính xác hoá Hàm lợng bi tum đợc xác định dựa theo kinhnghiệm nên không yêu cầu phải làm các thí nghiệm về độ bền cơ học

Quá trình tối u hoá tỷ lệ bi tum gồm có 5 bớc thực hiện nh sau:

- Bớc thứ nhất: chọn loại bi tum thích hợp

Bi tum có độ kim lún 40/60: cho điều kiện thông thờng

Bi tum có độ kim lún 60/80: cho vùng khí hậu ẩm và lạnh hơn

Bi tum có độ kim lún 30/40: cho bến xe buýt và những đờng chịu tải trọng nặng

- Bớc thứ hai: xác định cỡ hạt cốt liệu đá lớn nhất

Tuỳ theo chiều dày lớp dải tỷ lệ D/h thờng là (1/2.5)/(1/2) < D là đờng kính cỡhạt lớn nhất, h là chiều dày lớp dải>

- Bớc thứ ba: Xác định hàm lợng hạt thô ( trên 2.4mm) tuỳ theo yêu cầu về độnhám của mặt đờng, chiều dày lớp rải và loại cốt liệu đá

Hàm lợng hạt thô khi dùng cốt liệu đá nghiền có thể chọn từ 0 55% và khi

dùng cuội sỏi hay xỉ nghiền quy định khoảng 15 45%.

- Bớc thứ t: Xác định loại bê tông Asphalt

- Bớc thứ năm: Xác định các trị số tơng ứng của tỷ lệ thành phần cốt liệu đá và

tỷ lệ bitum cần dùng

+ Phơng pháp kinh nghiệm kết hợp tính toán

Dựa theo quy trình kỹ thuật hoặc theo kinh nghịêm ngời ta chọn cấp phối cốtliệu và dùng cách tính toán để xác định tỷ lệ bi tum tối u Khi đó cũng không cần tiếnhành các thí nghịêm độ bền cơ học của vật liệu bê tông Asphalt Chỉ hoàn toàn tínhtheo công thức, bảng hoặc biểu đồ có sẵn, dựa nhiều vào chỉ tiêu cấp phối cốt liệu

+ Tối u hoá tỷ lệ bi tum bằng cách tính toán:

Cơ sở của phơng pháp này dựa vào các lý thuyết

- Lý thuyết tối u hoá tỷ lệ bi tum theo độ rỗng cốt liệu

- Lý thuyết tối u hoá tỷ lệ bi tum theo bề dày tối u của lớp bi tum bọc hạt cốtliệu

- Lý thuyết của Duriez:

Để tính diện tích F, Duriez nêu ra nhiều công thức, tuỳ thuộc vào mức độ chínhxác của tỷ lệ bi tum Duriez đề ra công thức tính nh sau:

100F=0.17G + 0.33g + 2.35 + 12s + 135fTrong đó:

G: Tỷ lệ đá có d > 10mm có trong cấp phối (% khối lợng)

g: Tỷ lệ đá cỡ 5/10mm

S: Tỷ lệ cát cỡ 0.315/5mm

s : Tỷ lệ cát cỡ 0.08/0.315mm

f : Tỷ lệ bột đá cỡ hạt dới 0.08mm có trong cốt liệu, % khối lợng

Duriez cũng nêu công thức đơn giản hoá xác định diện tích bề mặt cốt liệu đá:

Đối với bê tông Asphalt: F = 2.5 + 104f

Đối với vữa bi tum: F = 5 + 1.4fTrong đó f là hàm lợng bột đá của bê tông Asphalt, % khối lợng

Hiện nay, theo những tài liệu mới công thức Duriez đã đợc cải tiến Công thức

có dạng:

B = K.5 F 

Trong đó  là hệ số hiệu chỉnh, khi khối lợng riêng của vật liệu khoáng khácgiá trị 2.65g/cm2,  = 2.65/a

+ Phơng pháp kinh nghiệm kết hợp với thực nghiệm

Phần đầu tính cấp phối sơ bộ tơng tự phơng pháp trên:

Cấp phối cốt liệu đợc chọn theo quy định của các quy trình kỹ thuật tơng ứng.Riêng hàm lợng bi tum tối u dùng cho một hỗn hợp cốt liệu đá này đợc xác định bằngkết quả của thí nghiệm độ bền cơ học Từ cốt liệu đá có cấp phối đã chọn, ngời ta sảnxuất các hỗn hợp bê tông Asphalt với ba, bốn hoặc năm tỷ lệ bi tum khác nhau Dùngcác hỗn hợp bê tông Asphalt đó đúc các mẫu thí nghiệm, thử các mẫu này và dựa vào

kết quả thí nghiệm, xác định đợc tỷ lệ bi tum tối u Ngày nay phơng pháp này đợc sửdụng rộng rãi nhất.

Ngày nay thí nghiệm độ bền cơ học phục vụ cho khâu thiết kế cấu tạo và tuyểnchọn vật liệu cũng nh cho khâu kiểm tra nghiệm thu chất lợng công trình đóng một vaitrò quan trọng trong kỹ thuật mặt đờng bê tông Asphalt, hầu nh tất cả các yếu tố ảnhhởng đến chất lợng của hỗn hợp vật liệu đều đợc phản ánh trong thí nghiệm này

Sau đây là một vài phơng pháp kiểm tra

Thí nghiệm nén mẫu lập phơngThí nghiệm ép chẻ

Phơng pháp thí nghiệm theo HveemPhơng pháp thí nghiệm Hubbard - FieldPhơng pháp nén mẫu hình trụ

Tra theo bảng sau:

(Tài liệu thí nghiệm VLXD, Chủ biên : Nguyễn Thúc Tuyên)

Ta kiểm tra 4 tính chất của bê tông Asphalt đổ nóng: khối lợng thể tích, độ bãohoà nớc, xác định giới hạn bền khi nén và kéo của bê tông Asphalt, độ nở thể tích của

bê tông Asphalt

Với 4 tính chất trên ta chế tạo 4 tổ mẫu, mỗi tổ 3 mẫu

1 Xác định khối lợng thể tích của bê tông Asphalt

* Dụng cụ thí nghiệm

40