NGHIÊN CỨU ĐÁNH GIÁ ĐỘ NHÁM MẶT ĐƯỜNG BÊ TÔNG NHỰA BẰNG PHƯƠNG PHÁP RẮC CÁP VÀ CON LẮC ANH

1.4 Ý nghĩa của đề tài  Ý nghĩa khoa học: • Xác lập thành phần hỗn hợp với yêu cầu kỹ thuật đặc trưng vật liệu hỗn hợp và qui định kỹ thuật cho vật liệu bê tông nhựa; • Đánh giá và so sánh độ nhám thay đổi theo cấp phối bê tông nhựa trong phòng thí nghiệm cũng như hiện trường. • Tìm mối tương quan giữa hai phương pháp thí nghiệm rắc cát và con lắc Anh.  Ý nghĩa thực tiễn: • Đánh giá độ nhám của bê tông nhựa trong điều kiện vật liệu ở Tp. HCM. • Đánh giá độ nhám của mặt đường bê tông nhựa chặt hiện hữu từ đó đưa ra giải pháp nâng cao, tăng cường độ nhám của mặt đường ô tô. 1.4 Ý nghĩa của đề tài  Ý nghĩa khoa học: • Xác lập thành phần hỗn hợp với yêu cầu kỹ thuật đặc trưng vật liệu hỗn hợp và qui định kỹ thuật cho vật liệu bê tông nhựa; • Đánh giá và so sánh độ nhám thay đổi theo cấp phối bê tông nhựa trong phòng thí nghiệm cũng như hiện trường. • Tìm mối tương quan giữa hai phương pháp thí nghiệm rắc cát và con lắc Anh.  Ý nghĩa thực tiễn: • Đánh giá độ nhám của bê tông nhựa trong điều kiện vật liệu ở Tp. HCM. • Đánh giá độ nhám của mặt đường bê tông nhựa chặt hiện hữu từ đó đưa ra giải pháp nâng cao, tăng cường độ nhám của mặt đường ô tô. 1.4 Ý nghĩa của đề tài  Ý nghĩa khoa học: • Xác lập thành phần hỗn hợp với yêu cầu kỹ thuật đặc trưng vật liệu hỗn hợp và qui định kỹ thuật cho vật liệu bê tông nhựa; • Đánh giá và so sánh độ nhám thay đổi theo cấp phối bê tông nhựa trong phòng thí nghiệm cũng như hiện trường. • Tìm mối tương quan giữa hai phương pháp thí nghiệm rắc cát và con lắc Anh.  Ý nghĩa thực tiễn: • Đánh giá độ nhám của bê tông nhựa trong điều kiện vật liệu ở Tp. HCM. • Đánh giá độ nhám của mặt đường bê tông nhựa chặt hiện hữu từ đó đưa ra giải pháp nâng cao, tăng cường độ nhám của mặt đường ô tô. 1.4 Ý nghĩa của đề tài  Ý nghĩa khoa học: • Xác lập thành phần hỗn hợp với yêu cầu kỹ thuật đặc trưng vật liệu hỗn hợp và qui định kỹ thuật cho vật liệu bê tông nhựa; • Đánh giá và so sánh độ nhám thay đổi theo cấp phối bê tông nhựa trong phòng thí nghiệm cũng như hiện trường. • Tìm mối tương quan giữa hai phương pháp thí nghiệm rắc cát và con lắc Anh.  Ý nghĩa thực tiễn: • Đánh giá độ nhám của bê tông nhựa trong điều kiện vật liệu ở Tp. HCM. • Đánh giá độ nhám của mặt đường bê tông nhựa chặt hiện hữu từ đó đưa ra giải pháp nâng cao, tăng cường độ nhám của mặt đường ô tô.

MỤC LỤC

MỤC LỤC BẢNG BIỂU

MỤC LỤC HÌNH ẢNH

CHƯƠNG 1 MỞ ĐẦU

1.1 Tính cấp thiết của đề tài

Tại thời điểm hiện tại Việt Nam đang trong giai đoạn phát triển vượt bậc về kinh

tế và xã hội Gắn liền với sự phát triển đó là sự phát triển về hạ tầng kỹ thuật – giaothông Vấn đề an toàn giao thông đã và đang là vấn đề nhức nhối mà nhà nước vàcác cơ quan chức năng đang đi tìm phương hướng xử lý và giải quyết

Các vụ tai nạn thường xảy ra tại các địa điểm, tuyến đường có lưu lượng và tốc

độ cao Đặc biệt khi trời mưa dẫn đến giảm độ ma sát giữa bánh xe và mặt đườnggây trơn trượt làm khả năng xảy ra tai nạn càng tăng lên đáng kể trong thời điểm đó

Hình 1.1: Hiện trạng vụ tai nạn tại Hòa Bình do mưa kéo dài gây trơn trượt [1].Đảm bảo độ nhám của đường là biện pháp hữu hiệu để nâng cao chất lượng antoàn giao thông Khi thiết kế, việc độ nhám mặt đường không tương ứng với tốc độthiết kế là một trong những nguyên nhân quan trọng gây ra tai nạn giao thông

Hình 1.2: Đường trơn trượt gây khó khăn cho người dân tại Tp Hồ Chí Minh [2].

Ở Việt Nam hiện tại chưa có nhiều nghiên cứu đánh giá tương quan giữa độnhám vi mô và độ nhám vĩ mô Vì vậy việc đánh giá mối tương quan giữa hai độnhám cần được thực hiện và đánh giá quan trọng hơn

Để trang bị được thiết bị con lắc Anh thì cần rất nhiều tiền, số phòng thí nghiệmđược trang bị thì không phổ biến nên việc thí nghiệm được phổ cập rộng rãi là khókhăn Trong khi đó thí nghiệm rắc cát dễ chế tạo, ít tiền và dễ thực hiện Nhiềutrường hợp thí nghiệm rắc cát không thực hiện được như mưa, đọng nước, cốt liệu bịướt, … Thí nghiệm con lắc Anh lại không thực hiện được trong trường hợp: vết nứt,các khe hở, bề mặt gồ ghề, … Cho nên việc xác định mối tương quan giữa hai thínghiệm là điều hết sức cần thiết

Từ những lý do trên chúng ta có thể thấy việc nghiên cứu đánh giá độ nhámcủa mặt đường bê tông nhựa chặt là hết sức cấp thiết

1.2 Mục tiêu nghiên cứu

• Đánh giá chất lượng độ nhám thay đổi theo cấp phối của bê tông nhựa trongphòng thí nghiệm

• Đánh giá chất lượng độ nhám hiện hữu của các công trình đo thực nghiệm.

• Tìm mối quan hệ tương quan giữa hai thí nghiệm bằng phương pháp rắc cát

và con lắc Anh trong thí nghiệm cũng như hiện trường

1.3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

 Đối tượng nghiên cứu:

• Nghiên cứu, so sánh, đánh giá độ nhám của mặt đường bê tông nhựa chặt

 Phạm vi nghiên cứu:

• Nghiên cứu tổng quan về độ nhám của mặt đường bê tông nhựa của Việt Nam

và các nước trên thế giới

• Nghiên cứu, chế tạo cấp phối bê tông nhựa chặt trong phòng thí nghiệm vàđánh giá độ nhám bằng phương pháp rắc cát và con lắc Anh

• Đánh giá độ nhám của mặt đường bê tông nhựa chặt ngoài hiện trường bằngphương pháp rắc cát và con lắc Anh

• Tìm mối tương quan giữa hai phương pháp thí nghiệm rắc cát và con lắc Anh

 Phương pháp nghiên cứu:

Sử dụng trong đề tài là sử dụng lý thuyết kết hợp với thực nghiệm:

• Nghiên cứu các tính chất kỹ thuật của vật liệu bê tông nhựa chặt

• Thực hiện các thí nghiệm tại phòng thí nghiệm bê tông nhựa thuộc trường đạihọc Bách khoa Thành phố Hồ Chí Minh

• Thực hiện các thí nghiệm hiện trường ở trường đại học Bách khoa Tp HCM.1.4 Ý nghĩa của đề tài

 Ý nghĩa khoa học:

• Xác lập thành phần hỗn hợp với yêu cầu kỹ thuật đặc trưng vật liệu hỗn hợp

và qui định kỹ thuật cho vật liệu bê tông nhựa;

• Đánh giá và so sánh độ nhám thay đổi theo cấp phối bê tông nhựa trongphòng thí nghiệm cũng như hiện trường

• Tìm mối tương quan giữa hai phương pháp thí nghiệm rắc cát và con lắc Anh

 Ý nghĩa thực tiễn:

• Đánh giá độ nhám của bê tông nhựa trong điều kiện vật liệu ở Tp HCM

• Đánh giá độ nhám của mặt đường bê tông nhựa chặt hiện hữu từ đó đưa ragiải pháp nâng cao, tăng cường độ nhám của mặt đường ô tô

1.5 Cấu trúc của luận văn

 Cấu trúc luận văn gồm các chương sau:

• Chương 1: Mở đầu

• Chương 2: Nghiên cứu tổng quan

• Chương 3: Đánh giá độ nhám mặt đường bê tông nhựa chặt

• Chương 4: Kết luận và kiến nghị

 Nội dung nghiên cứu được thể hiện theo sơ đồ sau:

Hình 1.3: Nội dung thực hiện luận văn.

CHƯƠNG 2 NGHIÊN CỨU TỔNG QUAN

2.1.TỔNG QUAN VỀ CÁC LOẠI BÊ TÔNG NHỰA

1.1.1. Giới thiệu bê tông nhựa

Bê tông nhựa hay bê tông asphalt là một hỗn hợp vật liệu bao gồm: đá, cát,bột khoáng và phụ gia (nếu có) được phối hợp với nhau theo một tỉ lệ hợp lý để tạomột cấp phối tốt nhất, được trộn nóng hoặc nguội với nhựa theo một chế độ nhấtđịnh trong trạm trộn rồi được rải nóng (đối với bê tông nhựa trộn nóng) ở nhiệt độthích hợp và lu lèn [3], [4]

Trong đó:

• Cốt liệu thô là bộ khung chịu lực, tăng tính ổn định của bê tông nhựa Làmcho bê tông nhựa có khả năng chịu tác dụng của ngọai lực và tạo độ nhámcho bề mặt đường

• Cốt liệu mịn: đóng vai trò lấp đầy các lỗ rỗng giữa các hạt đá dăm, nó sẽ cùngvới đá dăm làm thành bộ khung chủ yếu của bê tông nhựa

• Bột khoáng đóng vai trò là thành phần rất quan trọng trong hỗn hợp bê tôngnhựa, nó vai trò lấp đầy lỗ rỗng giữa các cốt liệu lớn (cát, đá dăm hay sỏi)không những làm tăng độ đặc của hỗn hợp mà còn làm tăng nhanh tỷ diện bềmặt các cốt liệu, làm cho màng bitum trên mặt hạt khoáng vật càng mỏng vànhư thế sẽ làm lực tương tác của nó tăng lên, cường độ và độ bền của bê tôngnhựa cũng tăng

• Bitum là chất kết dính hữu cơ có khả năng dính kết các vật liệu khoáng vậttạo một hỗn hợp chịu lực mới

• Phụ gia: có vai trò trong việc cải thiện một số tính chất nào đó trong bê tôngnhựa như làm tăng tính dẻo, tính ổn định với nhiệt, …Thường phụ gia được

thêm vào để cải tiến một số tính chất của bitum như: Bitum có pha thêm lưuhuỳnh, Bitum có pha thêm cao su, Bitum có pha thêm mangan hữu cơ

• Như vậy ta có thể thấy rằng cường độ của bê tông nhựa được hình thành trên

cơ sở nguyên lý hình thành cường độ của hỗn hợp vật liệu theo nguyên tắccấp phối với chất kết dính là nhựa đường

1.1.2. Các loại cấp phối bê tông nhựa

 Bê tông nhựa cấp phối chặt (Dense-graded): [4]

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

 Bê tông nhựa cấp phối gián đoạn (Gap-graded): [4]

Loại BTN sử dụng cấp phối cốt liệu có lượng hạt thô và lượng hạt mịn lớn,nhưng lượng hạt trung gian rất nhỏ Đường cong cấp phối cốt liệu của loại BTN này

có xu thế gần nằm ngang tại vùng cỡ hạt trung gian Cấp phối cốt liệu này tạo khảnăng để các hạt cốt liệu thô chèn móc tốt với nhau, tuy nhiên có xu thế dễ bị phântầng trong quá trình rải BTN cấp phối gián đoạn thường có độ rỗng dư lớn hơn sovới BTN chặt

 Bê tông nhựa cấp phối hở (Open-graded): [4]

Loại BTN sử dụng cấp phối cốt liệu cấp phối có lượng hạt mịn chiếm một tỷ

lệ nhỏ trong hỗn hợp Đường cong cấp phối loại này có xu thế gần thẳng đứng tạivùng hạt cốt liệu trung gian, gần nằm ngang và có giá trị gần bằng không (0) tạivùng hạt cốt liệu mịn Loại BTN này có độ rỗng dư lớn do không đủ lượng hạt mịnlấp đầy lỗ rỗng giữa các hạt thô Thường được gọi là BTN rỗng BTN rỗng có độrỗng dư lớn nhất so với BTN chặt và BTN cấp phối gián đoạn

Loại BTN rỗng làm lớp móng (base course), thường không sử dụng bộtkhoáng, có độ rỗng dư từ 12% đến 16%

 Bê tông nhựa có độ nhám cao (Open Graded Friction Course OGFCA): [4]

Asphalt-Loại BTN sử dụng làm lớp phủ mặt đường, có tác dụng ngăn ngừa hiện tượngvăng nước gây ra khi xe chạy với tốc độ cao, tăng khả năng kháng trượt mặt đường

và giảm đáng kể tiếng ồn khi xe chạy

Thường sử dụng loại BTN rỗng, có độ rỗng dư 15-22% (Open graded frictioncourse –OGFC hoặc Porous friction course-PFC) hoặc BTN cấp phối gián đoạn, có

độ rỗng dư 10-15% (Very thin friction course-VTO) Cần sử dụng nhựa đường cảithiện để chế tạo loại BTN này

 Hỗn hợp đá- vữa nhựa (Stone matrix asphalt hoặc Stone mastic asphalt -SMA): [4]

Là loại BTN sử dụng cấp phối gián đoạn Hỗn hợp BTN này bao gồm nhựađường, cốt liệu và cốt sợi (fiber) SMA thường sử dụng lượng bột khoáng và nhựađường nhiều hơn so với BTN cấp phối chặt

Độ rỗng dư của SMA có phạm vi rộng, từ 2-8%, tùy thuộc vào việc sử dụngSMA làm lớp mặt hoặc lớp móng

1.1.3. Phân loại bê tông nhựa

2.1.3.1 Theo độ rỗng còn dư

Theo độ rỗng dư, bê tông nhựa thường được phân thành các loại [4]:

• BTN chặt, có độ rỗng dư từ 3% - 6%

• BTN rỗng, bao gồm các loại BTN có độ rỗng dư lớn hơn 6 %

2.1.3.2 Phân loại theo đặc tính của cấp phối hỗn hợp cốt liệu

Theo đặc tính của cấp phối cốt liệu, bê tông nhựa thường được phân thành cácloại [4]:

• BTN có cấp phối chặt (dense graded mix)

• BTN có cấp phối gián đoạn (gap graded mix).

• BTN có cấp phối hở (open graded mix)

2.1.3.3 Phân loại theo cỡ hạt danh định lớn nhất của cốt liệu

Theo cách phân loại này, BTN thường được phân thành các loại có cỡ hạtdanh định lớn nhất là: 37,5 mm; 25,0 mm; 19,0 mm; 12,5 mm; 9,5 mm và 4,75 mm(tương ứng với việc phân loại theo cỡ hạt lớn nhất là 50 mm; 37,5 mm; 25,0 mm;19,0 mm; 12,5 mm và 9,5 mm) [4]

2.1.3.4 Phân loại theo vị trí và công năng trong kết cấu mặt đường

Theo vị trí và công năng trong kết cấu mặt đường, BTN thường được phânthành các loại [4]:

• BTN có độ nhám cao, tăng khả năng kháng trượt: sử dụng cho đường ô tô cấpcao, đường cao tốc, các đoạn đường nguy hiểm Lớp BTN này được phủ trênmặt BTN, ngay sau khi thi công các lớp BTN phía dưới hoặc được phủ saunày, khi nâng cấp mặt đường

• BTN dùng làm lớp mặt (surface course mixture), bao gồm: BTN dùng làmlớp mặt trên (wearing course mixture) và BTN dùng làm lớp mặt dưới (bindercourse mixture): thường sử dụng BTN chặt

• BTN dùng làm lớp móng (base course mixture): loại BTN chặt và BTN rỗngđều có thể sử dụng làm lớp móng BTN rỗng có giá thành thấp hơn do khôngcần sử dụng bột khoáng và hàm lượng nhựa thấp hơn so với BTN chặt

• BTN cát (sand-asphalt mixture): sử dụng làm lớp mặt tại khu vực có tải trọng

xe không lớn, vỉa hè, làn dành cho xe đạp, xe thô sơ Có thể sử dụng để làm 1

lớp bù vênh mỏng trước khi rải lớp BTN lên trên Cốt liệu sử dụng cho BTNcát là cát nghiền, cát tự nhiên hoặc hỗn hợp của hai loại cát này.

1.1.4. Cấu trúc của bê tông nhựa

Cấu trúc vi mô: gồm nhựa và bột khoáng tạo thành chất liên kết asphalt Cấu trúc trung gian: gồm cát và các chất liên kết asphalt tạo thành vữa asphalt.Cấu trúc vĩ mô: gồm đá dăm và vữa asphalt tạo thành hỗn hợp bê tông nhựa

• Về cấu trúc vi mô: thấy rõ quan hệ số lượng, sự bố trí và tương tác giữa

bitum và bột khoáng – thành phần phân tán hoạt động nhất của bê tông nhựa.Cường độ bê tông nhựa biến đổi rất nhiều tùy thuộc vào hàm lượng bộtkhoáng, vào tỉ số nhựa bitum và bột khoáng Khi lượng nhựa nhiều, bộtkhoáng ít, các hạt bột khoáng bọc màng nhựa dày, không tiếp xúc trực tiếpvới nhau Khi bột khoáng tăng lên tỉ lệ bitum/bột khoáng giảm, đến lúc lượngnhựa vừa đủ để bọc các hạt bột khoáng bằng một màng nhựa mỏng và các hạttiếp xúc với nhau có định hướng, nếu tiếp tục tăng bột khoáng lên nữa, bitum

sẽ không đủ để tạo màng bọc khắp các hạt, khi đó cấu trúc vi mô sẽ tăng lỗrỗng, các hạt không liên kết được với nhau, cường độ sẽ giảm

• Cấu trúc trung gian: khi đưa cát vào chất liên kết asphalt để tạo thành vữa

asphalt thì sẽ làm giảm cường độ của hệ thống vì cát đã làm giảm tính đồngnhất của hỗn hợp Cấu trúc trung gian cũng ảnh hưởng khá lớn đến cường độ,

độ biến dạng, độ chặt và các tính chất khác nhau của bê tông nhựa

• Cấu trúc vĩ mô: cốt liệu đá được bao bọc bởi bitum nhựa đường là một yếu tố

cơ bản để làm thành cấu trúc vĩ mô của bê tông nhựa Cấu trúc này được xácđịnh bằng quan hệ số lượng, vị trí tương hỗ, độ lớn của đá dăm Đá dăm đượcliên kết với nhau thành một khối sườn không gian trong vữa asphalt [5]

Các thành phần vật liệu cơ bản của hỗn hợp bê tông nhựa bao gồm các cốt

liệu hạt thô (đá dăm) và hạt mịn (cát) có thành phần cỡ hạt tuân theo một quy luậtnhất định, nhựa đường (bi tum) và bột khoáng (bột đá vôi, xi măng…) Các tính chấtcủa bê tông nhựa phụ thuộc vào tỉ lệ và tính chất của vật liệu thành phần, phụ thuộcvào sự phân bố chất kết dính trong hỗn hợp và chất lượng tương tác giữa cốt liệu vàchất liên kết [6].

• Cốt liệu: bao gồm cốt liệu hạt thô, cốt liệu hạt mịn với chức năng tạo bộ

khung chịu lực cho hỗn hợp Thành phần kích cỡ hạt cốt liệu phải đảm bảothỏa mãn đường cong cấp phối tiêu chuẩn được quy định cho mỗi loại bêtông nhựa khác nhau, với mục đích tạo khung chịu lực bền vững mà vẫn đảmbảo màng chất dính kết đủ bao bọc và kết dính các hạt cốt liệu

• Chất liên kết: Hỗn hợp bê tông nhựa thường dùng bitum gốc dầu mỏ để làm

vật liệu xây dựng đường làm chất kết dính Bitum sử dụng dùng chế tạo bêtông nhựa phải thỏa mãn yêu cầu kỹ thuật theo tiêu chuẩn cho từng loại bêtông nhựa khác nhau như bê tông nhựa chặc rãi nóng (bitum đặc)

1.1.6. Thiết kế cấp phối cốt liệu theo phương pháp

công Phương pháp Bailey có thể sử dụng kèm theo các phương pháp thiết kế bêtông nhựa như: Marshall, Hveem và Superpave [7].

Mức độ cài móc giữa các hạt cốt liệu là số liệu thiết kế đầu vào của phươngpháp Bailey và nhờ sự cài móc giữa các hạt cốt liệu tạo nên sức kháng lún trồi chohỗn hợp BTN Robert Bailey đã sử dụng phương pháp này để cải thiện khả năngphục vụ của đường cao tốc Illinos, tuy nhiên các kết quả nghiên cứu này không đượcông công bố Mối tương quan giữa cấp phối cốt liệu và các đặc trưng về thể tích củahỗn hợp BTN được công bố trong các nghiên cứu của Vavrik Hiện nay phươngpháp Bailey được sử dụng trong các chương trình nghiên cứu trong phòng ở Dubai,các tiểu vương quốc Ả Rập nhằm cải thiện khả năng kháng lún của hỗn hợp bê tôngnhựa Các phòng thí nghiệm hiện trường đã được đặt ở Pháp, Canada và nhiều bang

ở Mỹ Các kết quả nghiên cứu trong phòng và thực nghiệm đã được công bố và sửdụng rộng rãi [7]

Phương pháp thiết kế Bailey xem xét đến khả năng đầm chặt của hỗn hợp bê tôngnhựa khi chọn tỉ lệ giữa các thành phần hạt để tạo nên cấp phối Các hệ số trongphương pháp có liên quan chặt chẽ đến độ rỗng cốt liệu VMA, độ rỗng dư Va khảnăng đầm nén của cấp phối cốt liệu Để đảm bảo hỗn hợp BTN có hàm lượng nhựavừa đủ, VMA được thay đổi bằng cách điểu chình lượng cốt liệu thô và cốt liệu mịn.Với phương thức này, hỗn hỗn hợp bê tông nhựa có được bộ khung chịu lực cứng đểtạo nên độ ổn định và VMA vừa đủ, qua đó tạo nên hỗn hợp có độ bền cao [7]

2.1.6.2 Các nguyên tắc của phương pháp Bailey

Phương pháp Bailey là một phương pháp tìm ra một tỉ lệ giữa các loại cốt liệutrộn hợp lý, điều đó tạo ra sự cài móc giữa các hạt cốt liệu tạo nên xương sống củacấu trúc cốt liệu và cấp phối liên tục được cân bằng đến khi hoàn tất Phương phápBailey cung cấp một bộ các công cụ cho phép đánh giá mức độ trộn đều của cốt liệu.Các công cụ này đưa ra một cách nhìn rõ hơn về mối quan hệ giữa cấp phối cốt liệu

và độ rỗng Phương pháp Bailey cung cấp cho người thi công các công cụ để triểnkhai, đánh giá và điều chỉnh cốt liệu khi trộn Quy trình này giúp đảm bảo sự càimóc giữa các hạt cốt liệu và hỗn hợp BTN được đầm nén chặt, tạo ra sức kháng lại

các biến dạng lâu dài, trong khi vẫn duy trì các tính chất về thể tích điều đó tạo rasức kháng lại các yếu tố tác động từ môi trường [7].

Để phát triển một phương pháp kết hợp cốt liệu để có được sự cài móc tốt nhấtgiữa các viên cốt liệu và tạo nên các đặc tính thể tích tốt hơn, đều cần thiết là phảihiểu được một số nhân tố chi phối và sự ảnh hưởng nó đến công tác thiết kế và khảnăng làm việc của các hỗn hợp cốt liệu Nội dung cơ bản của phương pháp này là:

sự phân biệt giữa cốt liệu thô và cốt liệu mịn, và sự kết hợp cốt liệu theo thể tích đểđảm bảo mức độ gài móc của các hạt cốt liệu [8]

Theo định nghĩa truyền thống, cốt liệu thô là các hạt cốt liệu giữ lại trên sàng4.75 mm và cốt liệu mịn là các hạt cốt liệu lọt qua sàng 4.75 mm Theo phương phápBailey, cốt liệu thô là các hạt cốt liệu lớn tạo ra lỗ rỗng và cốt liệu mịn là các hạt cốtliệu lấp kín những lỗ rỗng do cốt liệu thô tạo nên Trong phương pháp Bailey để

phân định cốt liệu thô và cốt liệu mịn dùng sàng cấp I PCS (Primary Control Sieve).

Sàng cấp I PCS được tính toán dựa vào cỡ hạt lớn nhất danh định NMAS:

PCS = 0.22 * NMAS (2.1)Tùy theo các cỡ hạt lớn nhất danh định mà có các cỡ sàng PCS khác nhau đượcthể hiện ở Bảng 2.1

hợp cốt liệu tiến hành phối trộn cốt liệu theo thể tích và phân tích các mẫu trộnthông qua các chỉ số Bailey [7].

Các hạt cốt liệu không thể tự sắp xếp lèn chặt vào nhau để lấp đầy các lỗ rỗngtrong hỗn hợp Mức độ đầm nén phụ thuộc vào các yếu tố: loại và lượng đầm nén,hình dạng của cốt liệu, thành phần cỡ hạt của cấp phối, độ cứng của các hạt cốt liệu.Tất cả các hỗn hợp cốt liệu đều có chứa một đỗ rỗng nhất định, chính vì vậy mà hỗnhợp cốt liệu có đặc tính nén lún khi chịu tải Khi phối trộn cốt liệu, cần phải xác địnhkích cỡ lỗ rỗng được tạo nên từ cốt liệu thô và thể tích cần thiết của cốt liệu mịn lấpđầy các lỗ rỗng được tạo ra từ cốt liệu thô [7]

2.1.6.3 Phối trộn theo thể tích

Những phương pháp thiết kế hỗn hợp thông thường dựa trên việc phân tíchtheo đơn vị thể tích, nhưng để đơn giản cốt liệu được đo lường theo đơn vị trọnglượng Để đánh giá chính xác mức độ gài móc giữa các hạt cốt liệu thì người thiết kếcần phải phân tích cấp phối theo các đặc tính thể tích Phương pháp Bailey sử dụngkhối lượng chưa đầm và khối lượng sau đầm nén của cốt liệu để phân tích thể tích lỗrỗng trong cấp phối cốt liệu Đối với cốt liệu mịn, khối lượng chưa đầm và khốilượng sau đầm thay đổi không đáng kể nên chỉ cần xét đến khối lượng sau đầm củacốt liệu mịn Thông qua các giá trị khối lượng chưa đầm và sau đầm của cốt liệu tínhđược thể tích lỗ rỗng trong cấp phối và đánh giá được mức độ gài móc của cốt liệu[7]

Khối lượng chưa đầm của cốt liệu thô LUW (Loose Unit Weight of Coarse

Aggregate): là khối lượng cốt liệu lấp đầy một đơn vị thể tích chưa đầm nén (Hình

2.3a) Trong trường hợp này, mức độ gài móc của cốt liệu là thấp nhất Khối lượngchưa đầm được xác định đối với mỗi loại cốt liệu tuân theo qui định trong AASHTOT-19[10], qui định cốt liệu được đựng trong điều kiện tự nhiên – không chặt khíttrong một cái thùng kim loại Khối lượng chưa đầm (kg/m3) được tính bằng cáchchia khối lượng của cốt liệu trong thùng cho thể tích của thùng Sử dụng tỷ trọngkhối của cốt liệu và khối lượng chưa đầm thì thể tích của độ rỗng trong trường hợpnày sẽ được xác định

Khối lượng đã đầm của cốt liệu thô RUW (Rodded Unit Weight of Coarse

Aggregate): là khối lượng cốt liệu lấp đầy một đơn vị thể tích sau khi được đầm chặt

(Hình 2.3 b) Áp lực nén làm tăng mức độ tiếp xúc giữa các hạt cốt liệu và làm giảm

độ rỗng trong hỗn hợp cốt liệu Khối lượng đã đầm của cốt liệu được xác định chomỗi loại cốt liệu thô sử dụng quy trình được qui định trong tiêu chuẩn AASHTO T-19[10], qui định cốt liệu được đựng trong một cái thùng kim loại và đã được đầmchặt Khối lượng đã đầm của cốt liệu (kg/m3) được tính bằng cách chia khối lượngcủa cốt liệu trong thùng cho thể tích của thùng Sử dụng tỷ trọng khối của cốt liệu vàkhối lượng đã đầm thì thể tích của lỗ rỗng trong trường hợp này sẽ được xác định

Khối lượng đã đầm của cốt liệu mịn (Fine Aggregate Rodded Unit Weight):

Với những cấp phối BTN chặt, thể tích các lỗ rỗng phải được lấp đầy với một lượngcốt liệu mịn tương đương Khối lượng đã đầm của của cốt liệu được sử dụng đểđánh giá độ chặt của hỗn hợp

(a) (b)

Hình 2.4: Khối lượng của cốt liệu thô [7]

1.1.7. Thiết kế cấp phối cốt liệu theo phương pháp

Marshall

Có nhiều phương pháp thiết kế thành phần BTN, song phổ biến và tin cậy nhất

là phương pháp dựa trên cơ sở lý thuyết về đường cong độ chặt hợp lý của hỗn hợpvật liệu khoáng, đó là phương pháp thiết kế kết hợp với thực nghiệm Công tác thiết

kế hỗn hợp theo phương pháp Marshall nhằm mục đích tìm ra hàm lượng nhựa tối

ưu ứng với hỗn hợp cốt liệu đã chọn Toàn bộ quá trình thí nghiệm thực hiên theoTCVN 8820:2011[3]

Công tác thiết kế hỗn hợp phải tuân thủ các yêu cầu như sau:

- Đường cong cấp phối của hỗn hợp cốt liệu sau khi phối trộn phải nằm trong giớihạn đường bao cấp phối và tất cả vật liệu đều phải thỏa mãn các chỉ tiêu cơ lýđược quy định tại tiêu chuẩn thi công và nghiệm thu mặt đường BTN TCVN8819: 2011 [4]

- Hàm lượng nhựa tối ưu lựa chọn phải thỏa mãn các chỉ tiêu liên quan đến cácđặc tính thể tích và các chỉ tiêu thí nghiệm theo Marshall (độ ổn định, độ dẻo,

…) và các chỉ tiêu bổ sung nếu có theo quy định của tiêu chuẩn thi công vànghiệm thu mặt đường BTN TCVN 8819: 2011[4]

Trình tự thiết kế hỗn hợp BTN theo phương pháp Marshall được tiến hành theo

7 bước được mô tả như sau:

- Bước 1: Thí nghiệm xác định các chỉ tiêu cơ lý của cốt liệu và nhựa đường

- Bước 2: Phối trộn cốt liệu (tìm ra tỷ lệ giữa các nhóm cốt liệu)

- Bước 3: Chuẩn bị mẫu hỗn hợp cốt liệu để đúc mẫu Marshall

- Bước 4: Trộn cốt liệu với nhựa đường, đầm mẫu Marshall

- Bước 5: Thí nghiệm và tính toán các chỉ tiêu đặc tính thể tích của hỗn hợpBTN

- Bước 6: Thí nghiệm xác định độ ổn định, độ dẻo trên các mẫu Marshall

- Bước 7: Xác định hàm lượng nhựa tối ưu

Nội dung công việc và yêu cầu của từng bước được thể hiện cụ thể tại mục 8 –Trình tự thiết kế hỗn hợp BTN theo phương pháp Marshall của TCVN 8820 – 2011[3]

2.2.TỔNG QUAN VỀ ĐỘ NHÁM MẶT ĐƯỜNG

Nhiều nghiên cứu đã chỉ ra rằng có nhiều yếu tố ảnh hưởng đến độ bám củabánh xe với mặt đường Về phương diện đường ô tô thì yếu tố chủ yếu và quan trọngnhất vẫn là độ nhám của mặt đường

Để nghiên cứu bản chất và các nhân tố ảnh hưởng đến độ bám của bánh xe vớimặt đường Về phương điện đường ô tô thì yếu tố chủ yếu và quan trọng nhất vẫn là

độ bám của mặt đường Độ nhám của mặt đường được tạo nên bởi hai thành phầnchính: nhám vĩ mô và nhám vi mô

Nhám vĩ mô (nhám thô – macrotexture): được định nghĩa là độ chênh cao giữa

bề mặt đường so với mặt phẳng chuẩn với các kích thước đặc trưng của bước sóng

và biên độ thấp nhất từ 0.5mm cho đến mức mà độ chênh cao đó không ảnh hưởngđến sự tác động giữa lốp xe và mặt đường Có thể nói độ nhám vĩ mô là độ nhámcủa toàn bộ mặt đường và được hình thành bởi hình dáng, kích thước của các hạt cốtliệu lộ ra trên bề mặt đường [9]

Nhám vi mô (nhám mịn – microtexture): được định nghĩa là độ chênh cao giữa

bề mặt đường so với mặt phẳng chuẩn với các kích thước đặc trưng của bước sóng

và biên độ nhỏ hơn 0.5mm Có thể nói độ nhám vĩ mô là độ nhám, độ xù xì của hạtcốt liệu lộ ra trên mặt đường và khó nhìn thấy [9]

Hình 2.5: Sự khác nhau giữa độ nhám vi mô và độ nhám vĩ mô [10]

Vai trò của độ nhám vĩ mô là tạo ra các kênh thoát nước Bằng cách giảm áplực ở trước và xung quanh lốp xe, nhám vĩ mô cho phép một diện tích lớn của lốp xevẫn duy trì sự tiếp xúc ma sát với về mặt mặt đường Điều này cho phép nhám vĩ môphát huy tác dụng kháng trượt

Diện tích cốt liệu thô nổi lên mặt đường: trong hỗn hợp bê tông nhựa thì cốtliệu lớn nhất nổi lên trên bề mặt đường là nơi mà lốp xe tiếp xúc nhiều nhất Vì thế

mà nó đóng góp phần lớn vào sức kháng trượt của bề mặt đường qua cả nhám vi mô

và nhám vĩ mô Nhám vĩ mô đạt được nhờ việc thiết kế tối ưu hàm lượng nhựa vàphụ thuộc trực tiếp vào cấp phối, góc cạnh và hình khối của cốt liệu Việc dùng một

tỷ lệ lớn các cốt liệu thô trong hỗn hợp sẽ cho kết quả là một diện tích lớn các cốtliệu thô được nổi lên mặt đường và do đó sẽ có độ nhám vĩ mô cao [11]

Hàm lượng nhựa trong hỗn hợp và hệ số đầm nén: Nếu lượng nhựa quá nhiềuhoặc độ đầm nén quá chặt sẽ làm giảm diện tích nổi lên mặt đường của các cốt liệuthô, do đó làm giảm sức kháng trượt mặt đường Ngoài ra, tính chất vật lý của bảnthân loại nhựa cũng ảnh hưởng đáng kể tới độ nhám vĩ mô Một loại nhựa có thuộctính ổn định nhiệt cao (nhựa cải thiện) sẽ hạn chế khả năng chảy nhựa vào mùa nónglàm cho bề mặt bê tông nhựa dễ duy trì được diện tích cốt liệu thô hơn [11]

Tính chịu mài mòn của cốt liệu: độ bền của nhám vĩ mô phụ thuộc chủ yếu vàotính chịu bào mòn của cốt liệu Cốt liệu có sức chịu bào mòn kém sẽ nhanh chóng bịmòn đi dưới tác dụng của xe cộ và cho kết quả là mặt đường bị mất sức kháng trượt.Tính chịu mài mòn được xác định bằng thí nghiệm Los Angeles [11]

Hình khối, góc cạnh của cốt liệu thô: để cho các hạt cốt liệu nhô lên bề mặtmặt đường không bị gãy vụn ra, để đảm bảo độ nhám vĩ mô bền vững thì các hạt cốtliệu phải có hình dạng hình khối, không được chứa nhiều hàm lượng hạt thoi dẹt[11]

Đối với đá, độ bền của nhám vi mô phụ thuộc vào đặc tính kháng mài bóng.Sức kháng mài bóng của đá được đánh giá bằng thí nghiệm mài bóng thông qua chỉ

số mài bóng PSV (British Polish Stone Value Test, ASTM D3319) Vật liệu có chỉ sốPSV cao chứng tỏ có sức kháng mài bóng tốt [11]

Đối với cát, độ bền của nhám vi mô chủ yếu phụ thuộc vào hàm lượng thạchanh và silic Hàm lượng này càng cao thì độ bền của nhám vi mô càng lớn

2.3.TỔNG QUAN VỀ THÍ NGHIỆM XÁC ĐỊNH ĐỘ NHÁM

Ở Việt Nam có hai loại thí nghiệm đánh giá độ nhám thường được dùng là thínghiệm rắc cát và con lắc Anh Ngoài ra còn có nhiều phương pháp đánh giá độnhám trên thế giới

Thiết bị, dụng cụ:

Vật liệu cát tiêu chuẩn: là cát khô, sạch, tròn cạnh và có đường kính cỡ hạt nằmgiữa hai cỡ sàng 0,15 mm và 0,30 mm và được đựng trong hộp kín

Ống đong cát có thể tích bên trong là 25cm3, một đầu ống được bịt kín

Bàn xoa: là dụng cụ đáy hình tròn, bằng gỗ, có đường kính 6 – 7,5 cm, dày từ6,0 – 10 mm Mặt đáy của bàn xoa được gắn một lớp cao su mỏng dày khoảng 2mm,mặt trên có núm để cầm

21 mm

15mmcao su

Một thước dài 500 mm khắc vạch đến 1 mm để đo đường kính mảng cát

Các tấm chắn gió thích hợp đặt trên mặt đường để che cho cát khi thí nghiệmkhông bị gió thổi hoặc luồng không khí xoáy do phương tiện giao thông chạy trênđường gây ra

Một cân thí nghiệm có độ chính xác 0,1 g để kiểm tra thêm, đảm bảo lượng cátdùng cho các lần thí nghiệm không thay đổi về khối lượng

Cách tiến hành:

Tại các vị trí đo, mặt đường phải khô, bề mặt đồng đều, không có những đặcđiểm cá biệt như vết nứt, các mối nối Quét sạch mặt đường bằng bàn chải sắt cứng,dùng bàn chải lông mềm dọn sạch các mảnh vụn, hoặc các hạt cốt liệu dính kết rờirạc khỏi mặt đường Nếu trời có gió, phải đặt các tấm chắn gió xung quanh diện tíchthử nghiệm để cát khỏi bay Không được thử nghiệm khi mặt đường ẩm ướt

Đong cát, đổ đầy cát vào ống đong, gõ nhẹ đáy của ống đong nhiều lần trênmột mặt cứng Cho thêm cát vào ống đong cho đầy tới miệng rồi dùng thước rồi gạtphẳng miệng ống đong

Đổ ống đong chứa cát lên vị trí mặt đường đã làm sạch Dùng bàn xoa có bịtcao su, san cát từ trong ra ngoài theo hình xoắn ốc để tạo thành một mảng cát trònliên tục, lấp đầy các lỗ ng trên mặt đường cho ngang bằng với các đỉnh của các hạtcốt liệu Tiến hành xoa cho đến khi mảng cát không còn lan ra ngoài Cần chú ý đểmảng cát khi xoa có dạng hình tròn.

Đo ít nhất 4 đường kính đại diện của mảng cát đã xoa, gồm có đường kính lớnnhất, nhỏ nhất và trung gian Tính đường kính trung bình của mảng cát thí nghiệm,lấy tròn đến mm để làm trị số tính toán

Độ nhám của mặt đường tại mỗi vị trí thử nghiệm (hi), tính bằng milimét,chính xác tới 2 chữ số thập phân, theo công thức sau:

Trong đó:

+ Hi là độ nhám của mặt đường (chiều sâu cấu trúc vĩ mô) tại vị trí thửnghiệm thứ i, mm; V là thể tích cát đựng trong ống đong, 25000 mm3

+ D là đường kính trung bình của mảng cát thí nghiệm đo được, mm

Độ nhám của đoạn mặt đường được xem là đồng nhất, được tính theo côngthức sau

+ Htb là độ nhám (chiều sâu cấu trúc vĩ mô trung bình) của đoạnđường, mm;

+ Hi là độ nhám (chiều sâu cấu trúc vĩ mô) của mặt đường tại vị trí thửnghiệm thứ i, mm; N là số điểm thử nghiệm trên đoạn mặt đường đồng nhất.Trường hợp các phép thử mắc lỗi các do thao tác sai hoặc nếu mảng cát đo códạng hình elip quá dẹt (giá trị hai trục nhỏ nhất và lớn nhất của hình elíp chênh nhauquá 1,2 lần) thì nên loại bỏ kết quả đo ở những điểm này Loại bỏ các kết quả đo cótrị số hi khác biệt với trị số Htb quá 0,13 mm

Để thuận tiện cho việc xoa cát tạo nên mảng hình tròn, vẽ các đường tròn đồngtâm có bán kính lệch nhau từ 2,0 cm đến 5,0 cm, sau đó đổ cát vào tâm đường tròn

và dùng bàn xoa san cát theo đường tròn vạch sẵn

Quy định về xử lý số liệu: Độ lệch bình phương trung bình của các trị số độnhám thu được tại các điểm đo trên đoạn mặt đường được xem là đồng nhất khôngnên vượt quá 27% của giá trị độ nhám trung bình (Htb) của đoạn chia Trường hợp

độ lệch bình phương trung bình cao hơn, phải xem xét lại các giá trị sai số thô có thể

đã mắc phải, hoặc tăng thêm số lần đo, hoặc phân chia lại các đoạn được xem làđồng nhất cho phù hợp

Tiêu chí đánh giá độ nhám

Tiêu chuẩn kiểm tra nghiệm thu độ nhám đối với mặt đường mới làm

Đối với mặt đường bê tông xi măng mới làm, khi kiểm tra trong quá trình thựchiện dự án, độ nhám Htb phải bằng hoặc lớn hơn 0,50 mm Khi nghiệm thu bàn giaothì phải bảo đảm 95% tổng số điểm đo nhám có chiều sâu cấu trúc vĩ mô 0,50 mmvới điều kiện đo nhám được thực hiện trong vòng 1 năm từ khi làm xong mặt đường.Đối với mặt đường bê tông nhựa, khi kiểm tra trong quá trình thực hiện dự án,chiều sâu cấu trúc vĩ mô trung bình Htb phải lớn hơn hoặc bằng 0,45 mm Khinghiệm thu bàn giao thì phải bảo đảm 95% tổng số điểm thử nghiệm có độ nhám lớnhơn hoặc bằng giá trị quy định với điều kiện đo nhám được thực hiện trong vòngmột năm từ khi làm xong mặt đường

Đối với mặt đường bê tông nhựa có tính năng đặc biệt (bê tông nhựa mỏng tạonhám), giá trị chiều sâu cấu trúc vĩ mô trung bình Htb phải thoả mãn quy định củatiêu chuẩn thi công tương ứng

Tiêu chuẩn đánh giá độ nhám mặt đường đang khai thác

Đối chiếu giá trị đo nhám (chiều sâu cấu trúc vĩ mô trung bình) của mặt đườngvới các giá trị tại Bảng 2.2 để đánh giá độ nhám của các đoạn đường hiện có, đề rađược các biện pháp khắc phục như: cải thiện độ nhám, tăng cường một lớp tạo

nhám, hạn chế tốc độ xe chạy trong trường hợp không thỏa mãn quy định tại Bảng2.2.

Bảng 2.2: Tiêu chí đánh giá độ nhám (chiều sâu cấu trúc vĩ mô trung bình) của mặt

0,45 < Htb < 0,80 Trung bình 80 < V < 120 Km/giờ0,80 < Htb < 1,20 Nhám V > 120 Km/giờ

Htb > 1,20 Rất nhám Đường qua nơi địa hình đi lại

khó khăn, nguy hiểmCHÚ THÍCH: V là tốc độ chạy xe thực tế cho phép trên đường; V không phải là tốc

Quy trình kỹ thuật này mô phỏng sức kháng trượt giữa bánh xe ô tô và mặtđường khi xe chạy với tốc độ 50km/h, được sử dụng để nghiệm thu mặt đường mớihoặc khi đánh giá chất lượng của đường hiện đang khai thác có lớp phủ mặt là bêtông nhựa hoặc bê tông xi măng

Nguyên lý làm việc: Thiết bị đo nhám mặt đường kiểu con lắc xách tay có một

tấm cao su nằm bên dưới bụng của con lắc Khi dao động trên mặt đường, tấm cao

su được một lò so tì xuống mặt đường một lực đã được định trước và sẽ trượt trênmặt đường với một chiều dài đường trượt quy định Theo định luật bảo toàn nănglượng thì: độ cao văng lên của con lắc sau khi trượt trên mặt đường phụ thuộc vào

mất mát năng lượng do ma sát trượt của con lắc với mặt đường Bởi vậy, có thể tínhđược hệ số ma sát trượt (φ) của tấm cao su với mặt đường theo biểu thức sau:

Độ nhám cuả mặt đường đo bằng thiết bị con lắc (SRT) được xác định theobiểu thức:

SRT = φ x 100%

Cấu tạo thiết bị đo: Thiết bị con lắc đo nhám có trọng lượng khoảng 12-14

Kg Các bộ phận chính của thiết bị con lắc bao gồm: Giá đỡ là một bệ có gắn bọtthủy tròn, có ba chân, có thể điều chỉnh được để đảm bảo trục thẳng đứng của thiết

bị luôn trùng với phương thẳng đứng của dây dọi Trục thẳng đứng có núm điềuchỉnh cao thấp để nâng hạ con lắc lên xuống, tạo cho tấm trượt tiếp xúc với bề mặtthử nghiệm theo một chiều dài trượt quy định

Đầu trên của thiết bị có thể trượt theo hai trục dẫn hướng Có một núm hãm(ngay phía sau trục quay của con lắc), khi vặn núm này có thể cố định được tâmquay của con lắc ở một vị trí thích hợp Đầu phía tấm quay của con lắc có gắn cácvòng hãm ma sát để hiệu chỉnh ma sát của kim quay

Con lắc có gắn tấm trượt của thiết bị nặng 1500 ± 30 gam Khoảng cách từtấm giao động tới trọng tâm của con lắc là 411 ± 5mm Con lắc có phần đối trọng cóthể điều chỉnh được để giữ thăng bằng cho con lắc theo cả hai phương Phần dướibụng của con con lắc có tấm trượt bằng nhôm gắn cao su Hệ thống lò so và đòn bẩycủa con lắc sẻ cho một tải trọng trượt chuẩn trung bình là 2500 ± 100 gam, tác động

lên tấm trượt đế cao su rộng 76,2mm, truyền xuống bề mặt thử nghiệm Có một cần

để nâng bằng tay tấm cao su lên

Hình 2.7: Cấu tạo Thiết bị con lắc Anh [13]

Hình 2.8: Con lắc Anh trong phòng thí nghiệm

Thiết bị kèm theo gồm có: Một can đựng nước; một súng bắn nhiệt; một

thước dẹt có khắc vạch để đo chiều dài đường trượt; một số cà lê dẹt để nới chỉnh lạicác liên kết của thiết bị khi cần và bàn chải để quét sạch bề mặt đường trước lúc thửnghiệm

Các bước tiến hành thí nghiệm:

+ Gạt kim đo về vị trí thẳng đứng tiến hành thả thử bằng cách bấm nhẹ númkhóa hãm mà không cần xét đến vị trí của kim đó, xem hành trình dao động,

va chạm của con lắc đã tốt chưa

− Chỉnh thiết bị về số “0” Mục đích của thao này nhằm xác định giá trị đọc củakim trên bảng khắc độ khi con lắc văng tự do (không tiếp xúc với mặt đường)xem có đúng vạch “0” hay không Thao tác kiểm tra này được thực hiện vàolúc đầu ca, cuối ca và một vài lần trong quá trình thí nghiệm để kiểm tra độ

ổn định đọc giá trị của thiết bị Trình tự kiểm tra này được tiến hành như sau:+ Đưa thiết bị về trí cân bằng qua việc điều chỉnh ba chân của giá đỡ kết hợpvới quan sát bọt thủy tròn

+ Vặn lỏng núm khóa hãm (A) và vặn một trong hai núm di động dọc (B) đểnâng cơ cấu con lắc, đảm bảo con lắc dao động tự do không va chạm với bềmặt thí nghiệm; vặn núm hãm (A) chặt lại

+ Gạt kim đo về vị trí thẳng đứng; tiến hành thả thử con lắc bằng cáchbấm nhẹ núm khóa hãm (C) cho con lắc dao động kéo theo kim đo ởchu kỳ chuyển động “đi” của nó Sau đó, lấy tay giữ con lắc lại ở chu kỳchuyển động “về” Quan sát xem kim có chỉ về trị số vạch “0” trên bànkhắc độ hay không Nếu kim chỉ trị số vạch “0” thì quá trình kiểm trahoàn thành, nếu mức chênh lệch trung bình lớn vượt quá 3 đơn vị thìphải nới lỏng núm (A), vặn chặt hoặc nới lỏng nhẹ nhàng vòng ma sát(E), vặn chặt nút hãm (A) và tiến hành thử lại theo trình tự nêu trên chođến khi giao động của con lắc đưa kim chỉ về trị số “0” không bị vượtquá 3 đơn vị

− Điều chỉnh chiều dài đường trượt Thao tác này phải được thực hiện vớimỗi điểm thí nghiệm Trình tự tiến hành như sau:

+ Kéo cần nâng bằng tay của con lắc lên, đặt miếng đệm thép dưới vítđiều chỉnh cảu cần nâng; Nới lỏng núm (A), vặn núm (B) để nâng hạcon lắc sao cho tấm cao su của con lắc tiếp xúc vừa chạm với mặt phẳngtrượt;

+ Kéo tay nâng của con lắc và rút miếng đệm thép ra; hạ con lắc xuốngcho đến khi cạnh của tấm trượt cao su tỳ vào mặt phẳng trượt về cả haiphía để xác định chiều dài đường trượt Nếu chiều dài này không nằmtrong khoảng yêu cầu 124,5 đến 127 mm thì phải xác định lại vị trí đặtmiếng đệm thép Sau đó, phải vi chỉnh tiếp bằng cách nới núm (A), vặnnhẹ núm (B) nâng hạ cụm con lắc cho đến khi chiều dài đường trượt đạtyêu cầu thì vặn núm (A) hãm cố định cum con lắc lại Thiết bị đã điềuchỉnh xong

Tiến hành thí nghiệm đo nhám:

+ Vị trí thử nghiệm: trên mặt đường tại vệt xe chạy theo hướng cùng chiềuvới chiều chạy xe Cần làm sạch mặt đường bằng bàn chải, cần thiếtbằng cả nước để rửa

+ Lựa chọn số điểm thí nghệm: Thông thường, với một đoạn được coi làđồng đều về độ nhám, thì chỉ cần đo 20 vị trí

+ Định vị thiết bị thí nghiệm: Đặt thiết bị và điều chỉnh giá đỡ ở vị trí cânbằng

+ Chinh thiết bị về số “0”: Tưới nước sạch làm ướt mặt đường tại vị trícần thử nghiệm; Dùng nhiệt kế đo và ghi nhiệt độ của nước trên mặtđường, tại vị trí thử nghiệm

+ Nâng con lắc về phía phải, mắc nó vào vị trí núm giữ con lắc (C), gạtkim đo về vị trí thẳng đứng theo phương của dây dọi, bấm núm (C) đểthả con lắc rơi tự do, con lắc sẽ rơi quệt xuống mặt đường sau đó vănglên về phía trái, kéo theo kim đo Dưới tác động của trọng lực, con lắclại rơi quay lại, nhưng kim đo vẫn giữ nguyên ở vị trí cao nhất khi con

lắc văng lên Chú ý lấy tay làm ngừng chuyển động lượt về của con lắc,không để tấm cao su bị va quệt vào mặt đo làm hỏng miếng đệm cao su.+ Tiếp tục thực hiện theo trình tự một số lần Số đọc 2, 3 lần đầu tiên chỉ

để tham khảo Nếu kết quả đo ổn định, ở mỗi vị trí đo nhám thực hiệnliên tiếp năm lần thả con lắc Ghi kết quả sự hiệu chỉnh về số 0 để kiểmtra, hiệu chỉnh lại số hiệu đo và ghi kết quả mỗi lần thả theo biểu mẫuthí nghiệm bảng 2 Nếu giá trị các lần đo vượt qua 3 đơn vị phải làm lạithí nghiệm

+ Kiểm tra chiều dài ma sát sau khi đo nhám: nếu không nằm trong chiềudài cho phép thì cũng loại bỏ các thí nghiệm đã thực hiện để làm lại.Lưu ý giữ sao cho tấm trượt trong quá trình va quệt vẫn giữ song songvới mặt bảng đo của thiết bị và phần diện tích phía cuối của tấm cao sutiếp xúc đều với bề mặt thí nghiệm

+ Tại mỗi vị trí thử nghiệm, giá trị hệ số ma sát trượt đo bằng thiết bị conlắc xách tay, ký hiệu là SRT là giá trị trung bình các số đọc của 5 lần đoliên tục, sau khi đã hiệu chỉnh theo kết quả thử nghiệm về số 0 và hiệuchỉnh về nhiệt độ tiêu chuẩn ở 20oC Kết quả thí nghiệm được lấy tớimức đơn vị đo chính xác là 1 đơn vị SRT

xe rơ móc hãm cứng

Thí nghiệm được thực hiện theo tiêu chuẩn: ASTM E 274-97, “Standard TestMethod for Skid Resistance of Paved Surfaces Using a Full-Scale Tire” [14]

Rơ móc có bánh bị hãm cứng là thiết bị đo độ nhám được sử dụng phổ biến ở

Mỹ Nó đo độ bám ổn định, sử dụng bánh xe bị hãm cứng trên mặt đường ẩm ướt,các bánh xe trượt ở vận tốc không đổi Thiết bị kiểm tra bánh xe bị hãm cứng đượcgắn trên rơ móc của xe kéo Dụng cụ bao gồm một bộ chuyển đổi, thiết bị đo, hệthống cấp nước, điều khiển việc kiểm tra khóa bánh xe và máy vi tính Trong thờigian thử nghiệm, chiếc xe kéo đạt tốc độ thử nghiệm, nước được chuyền về phíatrước của bánh xe thử nghiệm và hệ thống phanh được kích hoạt để phanh hãm cứngcác lốp xe thử nghiệm Kết quả độ nhám giữa lốp xe thử nghiệm và bề mặt mặt

đường, lực pháp tuyến, tốc độ của xe thử nghiệm được ghi lại với sự trợ giúp củacác thiết bị phù hợp Bánh xe vẫn bị hãm cứng 1.0s và dữ liệu đo được giá trị trungbình Độ nhám của mặt đường được ký hiệu (SN) (ASTM E-274-97) Thử nghiệmnày cần thiết để mô tả thử nghiệm lốp bị hãm cứng ở một tốc độ quy định Việc tínhtoán độ nhám được mô tả trong công thức:

F: Lực kéo hay lực ma sát (daN)

W: Lực pháp tuyến của bánh xe thử nghiệm (daN)

Các thử nghiệm được thực hiện bằng cách sử dụng lốp trơn hoặc lốp 1 gân.Kiểm tra áp suất bánh xe ở 1.65Mpa Đo độ nhám mặt đường có thể được tiến hành

ở các tốc độ khác nhau Tốc độ thử nghiệm tiêu chuẩn là 64km/h

Hình 2.9: Thí nghiệm xác định độ nhám bằng bánh xe rơ móc hãm cứng.Thiết bị này được thiết lập để phát hiện các giá trị độ nhám cao điểm vì các dữliệu liên tục được ghi nhận trong thời gian lốp xe bị hãm cứng Một trong những hạnchế của hệ thống này đó là không đo liên tục và những vị trí ma sát thấp có thểkhông được đo do chủ quan của người thí nghiệm

Thí nghiệm sử dụng lốp trơn vì các phép đo độ nhám bằng cách sử dụng loạilốp này nhạy cảm hơn với độ nhám vi mô và độ nhám vĩ mô Ngoài ra việc dùng lốp

trơn có sự tương quan tốt hơn với các tai nạn trên mặt đường ẩm ướt so với lốp cógân Tuy nhiên, một số thử nghiệm không sử dụng lốp trơn Do kết quả đo ma sátmặt đường thấp hơn so với lốp có gân Các lốp tiêu chuẩn có gân thoát nước tốt hơnđối với độ nhám vĩ mô Hơn nữa, khi sử dụng lốp có gân cho thử nghiệm ma sát lúcđầu, nếu thay bằng lốp trơn thì dữ liệu không so sánh được với các dữ liệu đo trướcđó.

Thí nghiệm đo độ nhám động được thực hiện theo tiêu chuẩn: ASTM E

1911-98, “Standard Test Method for Measuring Paved Surface Frictional Properties Usingthe Dynamic Friction Tester” [15]

Thiết bị đo độ nhám động (DF Tester) là một thiết bị tĩnh cầm tay được sửdụng trong phòng thí nghiệm và ở hiện trường Các bước kiểm tra được mô tả trongASTM E-1911-1998 Thiết bị bao gồm một đĩa nằm ngang quay trong một mặtphẳng song song với bề mặt kiểm tra Thiết bị có ba miếng đệm cao su bên dưới đĩa.Khi đĩa đạt đến một tộc độ tiếp tuyến là 90km/h, nước được lan truyền trên bề mặtđĩa thử nghiệm và hạ xuống đến bề mặt đường

Hình 2.10 Thiết bị thử nghiệm độ nhám động (DT Tester)

Mô men xoắn được kiểm soát bởi một bộ chuyển đổi từ lúc tốc độ của đĩa giảmcho đến khi nó dừng lại Đây là kết quả đo của độ nhám giữa các bề mặt mặt đường

và miếng đệm cao su Thông thường đo độ nhám ghi ở tốc độ 20, 40, 60 và 80 km/h

Theo nhà sản xuất, thiết bị đo độ nhám động có nhiều ưu điểm: giá trị đo cung cấpmột phổ liên tục của độ nhám, chính xác, thực hiện nhanh, thiết bị dễ dàng vậnchuyển với thiết kế nhỏ gọn và dễ mang theo, độ nhám ở tốc độ khác nhau được ghichép và báo cáo Điều này cho phép người đo có thể xây dựng quan hệ vận tốc – độnhám Nhược điểm của thiết bị ở hiện trường là khi đo phải có kiểm soát giao thông.

Ba miếng đệm cao su hoặc thanh trượt được ép xuống mặt đường bởi một lựcdọc ở hình 2.7 Các lực ngang được tạo ra do độ nhám tạo ra mô men xoắn làmchậm chuyển động quay của đĩa Các hệ số µ, thay đổi trong tỷ lệ trực tiếp với lựcngang (F), có thể xác định được bằng công thức:

F: Lực kéo hay lực ma sát (daN)

W: Lực pháp tuyến của bánh xe thử nghiệm (daN)

Hình 2.11 Nguyên tắc đo của thí nghiệm DT Tester

theo chỉ số độ gồ ghề quốc tế IRI [11]

Được xác định thông qua tiêu chuẩn kiểm tra và đánh giá độ bằng phẳng mặtđường theo chỉ số độ gồ ghề quốc tế IRI 22TCN 277-01

Độ gồ ghề mặt đường là sự phản ánh những mấp mô theo mặt cát dọc của mặtđường với bước sóng có biên độ đặc trưng ảnh hưởng đến đặc tính động lực của xe,chất lượng chạy xe, điều kiện thoát nước và gây ra tải trọng động tác động lênđường Chỉ số độ gồ ghề IRI là chỉ số biểu thị mức độ gồ ghề mặt đường theo chuẩnquốc tế Đơn vị của IRI thường sử dụng là m/km và có giá trị từ 0 (m/km) đến 20(m/km) Độ lớn của IRI phụ thuộc vào tình trạng gồ ghề của mặt cắt dọc đường, mặtđường càng kém bằng phẳng, chỉ số IRI càng lớn.

Hiện tại có 2 phương pháp xác định IRI là phương pháp đo gián tiếp vàphương pháp đo trực tiếp

Phương pháp đo gián tiếp không đưa ra trực tiếp giá trị của IRI của toàn bộtuyến đường thí nghiệm mà phải gián tiếp xác định IRI thông qua phương trình thựcnghiệm được thiết lập trên cơ sở quan hệ giữa giá trị độ xóc và giá trị IRI đo đượctrên các đoạn đường ngắn chọn trước gọi là các đoạn định chuẩn Phương pháp sửdụng kết hợp 2 thiết bị: thiết bị đo mặt cắt dọc chuyên dụng và thiết bị đo xóc kiểuphản ứng Trình tự đo IRI theo phương pháp đo gián tiếp:

− Kiểm tra hiệu chỉnh thiết bị đo và xe đo:

+ Kiểm tra thiết bị đo mặt cắt dọc chuyên dụng

+ Kiểm tra các thông số kỹ thuật của xe đo

+ Kiểm tra thiết bị đo độ xóc mặt đường kiểu phản ứng: Kiểm tra đồng hồ

đo chiều dài của xe Kiểm tra đồng hồ đo vận tốc của xe đo

− Thiết lập phương trình tương quan thực nghiệm giữa IRI và độ xóc cộng dồn:+ Lựa chọn vận tốc định chuẩn

+ Lựa chọn các đường định chuẩn

+ Thí nghiệm xác định IRI của các đoạn định chuẩn

+ Xác định giá trị độ xóc cộng dồn trên các đoạn định chuẩn

+ Thiết lập phương trình tương quan thực nghiệm giữa IRI và độ xóc cộngdồn

− Đo độ bằng phẳng trên toàn tuyến

− Tính toán và báo cáo kết quả thí nghiệm đo độ bằng phẳng IRI

Phương pháp đo trực tiếp đưa ra trực tiếp giá trị IRI của toàn bộ tuyến đườngthí nghiệm Thiết bị bao gồm các loại thiết bị đo kiểu mặt cắt dọc chuyên dụng đo

với tốc độ cao, có khả năng đo được mặt cắt dọc chính xác của đường và trực tiếpđưa ra giá trị IRI thông qua phần mềm tính toán chuyên dụng kèm theo Thiết bị baogồm các bộ phận chủ yếu đảm bảo các tính năng kỹ thuật sau: bộ phận đo gia tốcchuyển dịch thẳng đứng, bộ phận đo cao độ bề mặt đường, bộ phận đo chiều dài vàvận tốc xe, máy tính xách tay Trình tự đo IRI theo phương pháp đo trực tiếp:

− Kiểm tra hiệu chỉnh thiết bị đo và xe đo:

+ Kiểm tra bộ phận đo cao độ bề mặt của mặt đường

+ Kiểm tra bộ phận đo gia tốc chuyển dịch thẳng đứng

+ Kiểm tra các thông số kỹ thuật của xe đo

+ Kiểm tra các bộ phận đo hành trình xe chạy

+ Kiểm tra bộ phận đo vận tốc

+ Kiểm tra sự làm việc của toàn bộ hệ thống

− Đo độ bằng phẳng trên toàn tuyến

− Báo cáo kết quả thí nghiệm đo độ bằng phẳng IRI

Độ bằng phẳng mặt đường bê tông nhựa và bê tông xi măng khi nghiệm thuhoàn công phải đảm bảo đạt được độ bằng phẳng với giá trị IRI tùy thuộc vào cấpđường thỏa mãn yêu cầu quy định của đường cải tạo, nâng cấp và đường xây dựngmới

Chất lượng mặt đường theo chỉ tiêu IRI phục vụ cho công tác quản lý, lập kếhoạch duy tu bảo dưỡng đường oto được phân làm 4 cấp: tốt, khá, kém và rất kémvới giá trị IRI tùy thuộc vào loại mặt đường và cấp đường

2.4.CÁC NGHIÊN CỨU TRONG VÀ NGOÀI NƯỚC

Bài báo khoa học: “Đánh giá các đặc tính khai thác vật liệu bê tông nhựa lớptạo nhám và đề xuất giải pháp nâng cao chất lượng khai thác” [16]

Bài báo trình bày các đặc tính của lớp bê tông nhựa tạo nhám cho lớp mặtđường: Độ nhám theo thời gian, hệ số độ bám bề mặt, độ rỗng dư còn lại, độ hútnước, … từ đó xem xét và kiểm tra chất lượng vật liệu, thiết kế thành phần cũng như

đưa ra các giải pháp nâng cao chất lượng khai thác BTN lớp tạo nhám có hiệu quảhơn.

Trong quá trình khai thác, vật liệu BTN lớp tạo nhám của kết cấu áo đườngmềm phải làm việc trong mọi điều kiện và chịu tác động của nhiều nhân tố: Tảitrọng, khí hậu và môi trường, theo thời gian sẽ bị suy giảm

Tác giả nghiên cứu đã thống kê xác định mối quan hệ các chỉ tiêu khai thácthông qua độ nhám vĩ mô gồm: Quan hệ giữa độ nhám vĩ mô và độ rỗng dư; độ rỗng

dư và độ hút nước; xác định sự thay đổi độ nhám vĩ mô (chiều sâu rắc cát trungbình) theo thời gian, từ đó có thể biết được độ rỗng dư còn lại theo thời gian khaithác của lớp vật liệu BTN tạo nhám

Các chỉ tiêu đánh giá chất lượng khai thác BTN lớp tạo nhám:

− Nghiên cứu mối quan hệ giữa độ rỗng dư và độ nhám vĩ mô

− Nghiên cứu mối quan hệ giữa độ rỗng dư và độ hút nước

− Nghiên cứu sự thay đổi độ nhám vĩ mô của mặt đường nhám theo thời gian

− Nghiên cứu hiệu quả tăng nhám

− Phương pháp thổi bằng khí nén

− Phương pháp phun rữa cao áp

Kết quả nghiên cứu mối quan hệ giữa độ nhám, độ rỗng dư, độ hút nước cũngnhư đánh giá khả năng suy giảm độ nhám mặt đường Từ cơ sở này có thể mở rộngnghiên cứu cho các tuyến cao tốc khác tại Việt Nam, giúp cho các kỹ sư quản lýđường cao tốc nắm được bản chất các đặc tính khai thác của vật liệu BTN lớp phủtạo nhám; thời hạn định kỳ bảo dưỡng mặt đường, phương pháp và kỹ thuật xử lý,cũng như đưa ra giải pháp nâng cao chất lượng vật liệu BTN lớp tạo nhám tại ViệtNam

Kiến nghị qui chế kiểm tra định kỳ độ nhám lớp phủ BTN tạo nhám trên cáctuyến cao tốc, từ đó có thể đề ra giải pháp duy trì hiệu quả làm việc mặt đường nhám

và có qui chế duy tu bảo dưỡng phù hợp đối với các tuyến đường cao tốc hiện nay

và cho thời gian sau này

1.1.16. Nghiên cứu của Nguyễn Tấn Bá và Nguyễn Mạnh

và nhựa polime được sử dụng phổ biến ở Tp Hồ Chí Minh

Để nâng cao tính đa dạng về vật liệu đặc biệt về cấp phối nên bài báo này trìnhbày loại hỗn hợp BTNTNC 12.5 (BTNTNC có đường kính hạt lớn nhất danh định12.5mm) với Dmax=19 mm được lựa chọn theo khuynh hướng của nước phát triển

là Mỹ

Bài báo trình bày về vật liệu và phương pháp thí nghiệm bao gồm: nhựađường, cốt liệu, đường cong cấp phối thiết kế Các bước thiết kế thành phần hỗn hợp

bê tông nhựa tạo nhám:

+ Bước 1: Lựa chọn thành phần hỗn hợp vật liệu lớp bê tông nhựa tạo nhám vàthí nghiệm xác định các chỉ tiêu cơ lý của cốt liệu và nhựa đường

+ Bước 2: Tính tỷ lệ phối trộn của các cốt liệu để tạo ra hỗn hợp cốt liệu cóthành phần hạt đạt yêu cầu kỹ thuật

+ Bước 3: Chuẩn bị mẫu hỗn hợp cốt liệu để đúc mẫu Marshall

+ Bước 4: Trộn cốt liệu với nhựa đường và đầm mẫu Marshall

+ Bước 5: Thí nghiệm và tính toán các chỉ tiêu đặc tính thể tích của hỗn hợp bêtông nhựa

+ Bước 6: Thí nghiệm xác định độ ổn định, độ dẻo trên các mẫu Marshall.+ Bước 7: Xác định hàm lượng nhựa tối ưu: Dựa trên kết quả của bước 5 vàbước 6 để xác định hàm lượng nhựa tối ưu cho hỗn hợp bê tông nhựa Trên

cơ sở các kết quả thí nghiệm, tính toán đã xác định ở trên, vẽ các đồ thị quan

hệ sau, trong đó trục hoành biểu thị các hàm lượng nhựa (5 hàm lượng nhựa

đã chọn); trục tung biểu thị các giá trị tương ứng: Độ ổn định Marshall, độdẻo, độ rỗng dư, độ rỗng cốt liệu, độ rỗng lấp đầy nhựa, khối lượng thể tíchcủa hỗn hợp bê tông nhựa.

Trên cơ sở phân tích các loại đường cong cấp phối bê tông nhựa tạo nhám caotrên thế giới và theo tiêu chuẩn Việt Nam, cấp phối với cỡ hạt lớn nhất là 19mm hayBTNTNC 12.5 được đề xuất sử dụng Cốt liệu cho hỗn hợp nghiên cứu đảm bảo tiêuchuẩn vật liệu bê tông nhựa tạo nhám 22 TCN 345-06 và nhựa đường là nhựapolime PMB-I đáp ứng theo tiêu chuẩn 22 TCN 319-04 Theo tiêu chuẩn TCVN8820-2011, hàm lượng nhựa tối ưu theo cốt liệu của hỗn hợp bê tông nhựa tạo nhámtrong nghiên cứu này là 3.95% Hệ số thấm của mẫu bê tông nhựa tạo nhám ở hàmlượng nhựa tối ưu là 2.9x10-3 (m/sec); kết quả thí nghiệm độ nhám mặt đường(SRT) bằng con lắc Anh cho hai mẫu bê tông nhựa là 80

1.1.17. Nghiên cứu của Lâm Thành Quý và Nguyễn

Phương pháp đánh giá độ nhám của mặt đường mang tính chất vi mô và vĩ mô.Các thí nghiệm đó là: Thí nghiệm con lắc Anh, thí nghiệm rắc cát, thí nghiệm đochiều sâu bằng tia laser, thí nghiệm độ nhám dựa trên dòng chảy ra, thí nghiệm dựatrên ánh sáng phản chiếu từ bề mặt đường, …

Bài báo đưa ra các thành phần vật liệu và cấp phối bê tông nhựa nhám cao sau

đó dùng các thí nghiệm để đánh giá độ nhám (thí nghiệm rắc cát và thí nghiệm conlắc Anh)

Bài báo đã sử dụng hai thí nghiệm xác định độ nhám vi mô và vĩ mô là thínghiệm rắc cát và con lắc Anh để đánh giá ba loại cấp phối Ba loại cấp phối nghiêncứu là bê tông nhựa có độ nhám cao có cỡ hạt danh định lớn nhất thay đổi là 19mm,12.5mm và 9.5mm Kết quả thí nghiệm cho thấy:

+ Độ nhám mặt đường của cấp phối 12.5mm là tốt nhất so với cấp phối 19mm

và 9.5mm Đây là một trong những lý do cấp phối 9.5mm hay 12.5mm được

sử dụng nhiều trên thế giới thay vì 19mm

+ Tỷ số giữa độ nhám xác định bằng con lắc Anh và độ nhám bằng rắc cát cóthể lân cận con số 33

độ Thử nghiệm khảo sát độ nhám tại các vị trí trong trung tâm sát hạch lái xe trườngCao đẳng Giao thông Vận tải Tp Hồ Chí Minh và đã xác định được mối quan hệgiữa độ nhám và tải trọng xe chạy Tham khảo số liệu hàng tháng sử dụng thiết bịDFTTester thử nghiệm độ nhám mặt đường bê tông nhựa

Từ kết quả thí nghiệm và phân tích số liệu cho thấy độ nhám mặt đường ô tôchịu ảnh hưởng bởi các yếu tốt môi trường như: nhiệt độ, tốc độ, lưu lượng và tảitrọng xe chạy với quan hệ có hệ số tương quan cao

Độ nhám tỷ lệ nghịch với nhiệt độ mặt đường, với điều kiện thời tiết nhiệt độmặt đường càng cao thì độ nhám mặt đường càng giảm do đó với các vùng thiết kế

có nhiệt độ mặt đường cao cần có độ nhám yêu cầu càng lớn