Nghiên cứu biện pháp áp dụng công nghệ novachip trong xây dựng kết cấu lớp mặt chịu tải của áo đường mềm trong các công trình xây dựng đường ô tô khu vực tp HCM và các tỉnh phía nam

Phái: Nam Nơi sinh: Bắc Ninh MSHV: 00109801 1- TÊN ĐỀ TÀI: “Nghiên cứu biện pháp áp dụng công nghệ Novachip trong xây dựng kết c ấu lớp mặt chịu tải của áo đường mềm trong các công t



CHUYÊN NGÀNH: XÂY D ỰNG ĐƯỜNG Ô TÔ – ĐƯỜNG THÀNH PHỐ

MÃ S Ố NGÀNH: 60 58 30

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HỒ CHÍ MINH Cán bộ hướng dẫn khoa học: TSKH TRẦN QUANG HẠ

Cán bộ chấm nhận xét 1:

Cán bộ chấm nhận xét 2:

Luận văn thạc sĩ được bảo vệ tại Trường Đại học Bách Khoa, ĐHQG TP.Hồ Chí Minh ngày tháng năm

Thành phần Hội đồng đánh giá luận văn thạc sĩ gồm: (Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị của Hội đồng chấm bảo vệ luận văn thạc sĩ) 1 ………

2 ………

3 ……….…

4 ……… …

5 ………

Xác nhận của Chủ tịch Hội dồng đánh giá luận văn và Bộ môn quản lý chuyên ngành sau khi luận văn được sửa chữa (nếu có)

Ch ủ tịch Hội đồng đánh giá luận văn B ộ môn quản lý chuyên ngành

Tp.HCM, ngày tháng n ăm

Họ và tên học viên: NGUYỄN TUYỂN GIÁP

Ngày, tháng, năm sinh: 01/01/1984

Chuyên ngành: Xây d ựng đường ô tô – đường thành phố

Phái: Nam

Nơi sinh: Bắc Ninh

MSHV: 00109801

1- TÊN ĐỀ TÀI: “Nghiên cứu biện pháp áp dụng công nghệ Novachip trong xây dựng kết

c ấu lớp mặt chịu tải của áo đường mềm trong các công trình xây dựng đường ô tô khu vực

Tp.H ồ Chí Minh và các tỉnh phía Nam”

Ch ương 1: Mở đầu

Ch ương 2: Tổng quan về nghiên cứu ứng dụng công nghệ Novachip trong xây dựng lớp mặt

c ủa áo đường mềm

Ch ương 3: Nghiên cứu thực nghiệm công nghệ Novachip làm lớp mặt chịu tải trong kết cấu

áo đường mềm

Ch ương 4: Đánh giá và biện pháp áp dụng công nghệ Novachip làm lớp mặt chịu tải trong

k ết cấu áo đường mềm

Ch ương 5: Phương pháp tính toán và thiết kế lớp mặt chịu tải trong kết cấu áo đường mềm

Ch ương 6: Biện pháp thi công lớp mặt chịu tải theo công nghệ Novachip

Ch ương 7: Kết luận và kiến nghị

5- H Ọ VÀ TÊN CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: TSKH.TRẦN QUANG HẠ

tạo với đề tài “Nghiên cứu ứng dụng công nghệ Novachip trong xây dựng kết cấu

l ớp mặt chịu tải của áo đường mềm trong các công trình xây dựng đường khu vực Tp.H ồ Chí Minh và các Tỉnh phía Nam” đã thực hiện tại Đại học Quốc Gia Tp.Hồ

Chí Minh - Đại học Bách Khoa

Tôi xin chân thành cảm ơn TSKH Trần Quang Hạ, người thầy trực tiếp hướng

dẫn, đã có những ý kiến góp ý, chỉ dẫn quí báu, động viên tôi trong suốt quá trình

thực hiện luận văn

Xin gửi lời cảm ơn đến quý thầy cô bộ môn Cầu đường, những người đã cho tôi

những kiến thức và kinh nghiệm quý báu trong suốt quá trình học tập tại trường

Cảm ơn gia đình đã động viên và tạo điều kiện tốt nhất cho tôi về vật chất và tinh

thần trong thời gian học tập tại trường

Đề tài nghiên cứu:“Nghiên c ứu ứng dụng công nghệ Novachip trong xây dựng

k ết cấu lớp mặt chịu tải của áo đường mềm trong các công trình xây dựng đường khu v ực Tp.Hồ Chí Minh và các tỉnh phía Nam” với mục đích xác định thành phần

cấp hỗn hợp, các tính chất cơ lý của bê tông nhựa Novachip để ứng dụng công nghệ Novachip làm lớp mặt chịu tải trong các công trình đường

Luận văn đã trình bày cơ sở lý thuyết và thực nghiệm, các vấn đề của bê tông

nhựa Novachip qua đó xác định thành phần hỗn hợp, các tính chất cơ lý của bê tông

nhựa Novachip Kết quả thí nghiệm cho 2 loại hỗn hợp bê tông nhựa Novachip với hai loại nhựa đường là nhựa đường 60/70 và nhựa đường Polymer Các chỉ tiêu qui định cho loại bê tông nhựa Novachip và bê tông nhựa chặt được sử dụng cho bê tông nhựa Novachip làm lớp mặt chịu tải trong kết cấu áo đường mềm Kết quả

thực nghiệm cho thấy loại bê tông nhựa Novachip nghiên cứu có các chỉ tiêu cơ lý phù hợp để làm lớp mặt chịu tải của kết cấu mặt đường mềm

Cuối luận văn đã đề nghị và kiểm toán cho hai hỗn hợp bê tông nhựa Novachip

để áp dụng cho xây dựng lớp mặt chịu tải của kết cấu áo đường mềm trong các công trình đường khu vực Tp.Hồ Chí Minh và các tỉnh phía Nam

MỤC LỤC

Trang

CHƯƠNG I: MỞ ĐẦU 9

1.1 Mục đích nghiên cứu đề tài 9

1.2 Nội dung nghiên cứu của đề tài 11

1.3 Phương pháp nghiên cứu 11

1.4 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu của đề tài 12

CHƯƠNG II : TỔNG QUAN VỀ NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ NOVACHIP TRONG XÂY DỰNG MẶT ĐƯỜNG MỀM 13

2.1 Lịch sử phát triển và hình thành công nghệ Novachip 13

2.2 Tình hình áp dụng dụng công nghệ Novachip trong xây dựng mặt đường trên thế giới 14

2.3 Tình hình áp dụng công nghệ Novachip xây dựng mặt đường tại Tp.Hồ Chí Minh và các tỉnh phía Nam 14

2.4 Đặc điểm của công nghệ Novachip áp dụng trong kết cấu áo đường mềm 16

2.5 Vật liệu công nghệ Novachip 18

2.5.1 Yêu cầu vật liệu Novachip 18

2.5.2 Hỗn hợp trộn 21

2.5.3 Yêu cầu các tính chất cơ lý của BTN Novachip 22

2.6 So sánh BTN Novachip với hỗn hợp BTN chặt 23

CHƯƠNG III : NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM CÔNG NGHỆ NOVACHIP LÀM LỚP MẶT CHỊU TẢI TRONG KẾT CẤU ÁO ĐƯỜNG MỀM 25

3.1 Tiến hành thí nghiệm xác định các tính chất cơ lý của BTN theo công nghệ Novachip bằng phương pháp Marshall 25

3.1.1 Chuẩn bị vật liệu cho BTN Novachip 25

3.1.2 Tiến hành thí nghiệm các chỉ tiêu cơ lý của vật liệu 25

3.2 Chế tạo mẫu BTN Novachip và tiến hành thí nghiệm BTN Novacip 40

3.3.2 Lựa chọn thành phần hạt và đúc mẫu 41

3.3.3 Tiến hành thí nghiệm mẫu 44

3.3.4 Thí nghiệm các mẫu BTN theo các tiêu chuẩn cho các mẫu bê tông với hàm lượng nhựa tối ưu 57

CHƯƠNG IV : ĐÁNH GIÁ VÀ BIỆN PHÁP TRỘN HỖN HỢP VẬT LIỆU LÀM LỚP MẶT CHỊU TẢI THEO CÔNG NGHỆ NOVACHIP 64

4.1 Đánh giá các chỉ tiêu cơ lý của vật liệu chế tạo 64

4.2 Biện pháp trộn hỗn hợp BTN Novachip 65

4.3 Yêu cầu sử dụng lớp NovaBond 66

4.4 Các biện pháp nâng cao các chỉ tiêu cơ lý cho BTN Novachip để làm lớp mặt chịu tải 67

CHƯƠNG V : PHƯƠNG PHÁP TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ LỚP MẶT CHỊU TẢI TRONG KẾT CẤU ÁO ĐƯỜNG MỀM 68

5.1 Nguyên tắc cấu tạo 68

5.2 Lựa chọn kết cấu áo đường mềm 70

5.2.1 Yêu cầu lựa chọn lớp mặt 71

5.2.2 Yêu cầu lựa chọn lớp móng 72

5.3 Các phương pháp tính toán 72

5.3.1 Các phương pháp tính toán trên thế gới 72

5.3.2 Thiết kế lớp mặt chịu tải trong kết cấu áo đường mềm ở Việt Nam 73

5.4 Tính toán thử nghiệm lớp mặt BTN Novachip cho trong kết cấu mặt đường mềm cho công trình cụ thể 77

CHƯƠNG VI : BIỆN PHÁP THI CÔNG LỚP MẶT CHỊU TẢI THEO CÔNG NGHỆ NOVACHIP 83

6.1 Yêu cầu điều kiện thi công, chuẩn bị mặt bằng thi công 83

6.2 Thiết bị máy móc thi công .83

6.4 Giám sát và kiểm tra quá trình chế tạo và thi công 89

CHƯƠNG VII: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ .91

7.1 Những kết quả đạt được 91

7.2 Những tồn tại của kết quả nghiên cứu và đề xuất nghiên cứu 91

7.3 Kiến nghị và ứng dụng thực tiễn của đề tài 91

PHỤ LỤC A - KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM VẬT LIỆU 92

Phụ lục A.1 Kết quả thí nghiệm đá 0x10 92

Phụ lục A.2 Kết quả thí nghiệm đá 0x5 ( cát xay) 92

Phụ lục A.3 Kết quả thí nghiệm bột khoáng 93

PHỤ LỤC B - KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM MẪU BÊ TÔNG NHỰA NOVACHIP D12,5 VỚI CÁC HÀM LƯỢNG NHỰA KHÁC NHAU 94

PHỤ LỤC C - KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM MẪU BÊ TÔNG NHỰA NOVACHIP VỚI CÁC HÀM LƯỢNG NHỰA TỐI ƯU 107

PHỤ LỤC D - TÍNH TOÁN CHI TIẾT KẾT CẤU ÁO ĐƯỜNG 116

VỚI BÊ TÔNG NHỰA NOVACHIP (Theo Quy trình 22 TCN 211-06) 116

Phụ lục D.1 – Bảng tính kết cấu áo đường sử dụng BTN NVC PmB I-12.5 117

Phụ lục D.2– Bảng tính kết cấu áo đường sử dụng BTN NVC 60/70-12.5 126

TÀI LIỆU THAM KHẢO 137

LÝ LỊCH TRÍCH NGANG 141

DANH MỤC CÁC BẢNG

Trang

Bảng 2.1- Kết quả khảo sát chống trơn trượt của mặt đường Novachip tại Dự án PA

SR 442 (tại PennSylvania) 18

Bảng 2.2 - Các chỉ tiêu cơ lý của đá dăm 19

Bảng 2.3 - Các chi tiêu cơ lý của cát xay (cốt liệu mịn) 19

Bảng 2.4 - Các chỉ tiêu cơ lý của bột khoáng 19

Bảng 2.5 - Tiêu chuẩn kỹ thuật vật liệu nhựa đường polymer 20

Bảng 2.6 - Tiêu chuẩn kỹ thuật vật liệu nhũ tương nhựa đường Polymer 21

Bảng 2.7 - Bảng cấp phối cốt liệu của các loại BTN Novachip 22

Bảng 2.8 - Yêu cầu về các chỉ tiêu kỹ thuật của BTN Novachip .22

Bảng 2.9 -Thành phần cấp phối của BTN Novachip và BTN chặt 23

Bảng 3.1- Kêt quả thí nghiêm nhựa đường Polymer PmB-I 34

Bảng 3.2 - Kêt quả thí nghiêm nhựa đường 60/70 35

Bảng 3.3 – Khối lượng loại vật liệu tiến hành thí nghiệm thành phần hạt 36

Bảng 3.4 - Thành phần cấp phối cỡ hạt danh định 12,5mm sau khi phối hợp 42

Bảng 3.5 - Các hình thức chế bị mẫu BTN Novachip có đường kính cỡ hạt danh định hạt lớn nhất là 12,5mm 43

Bảng 3.6 – Bảng hệ số điều chỉnh khi chiều cao mẫu Marshall khác mẫu chuẩn 47

Bảng 3.7 - Hệ số diện tích bề mặt 49

Bảng 3.8 - Kết quả thí nghiệm các chỉ tiêu cơ lý hỗn hợp NVC PmB I – 12,5 52

Bảng 3.9 - Kết quả thí nghiệm các chỉ tiêu cơ lý hỗn hợp NVC 60/70 – 12,5 52

Bảng 3.10 - Kết quả thí nghiệm Marshall BTN Novachip với hàm lương nhựa tối ưu .58

Bảng 3.11 - Kết quả thí nghiệm xác định độ chảy nhựa, khối lượng riêng và tính toán chiều dày màng nhựa các mẫu BTN (với hàm lượng nhựa tối ưu) 58

Bảng 3.12 - Kết quả thí nghiệm Mô đun đàn hồi BTN Novachip 59

Bảng 3.13 - Kết quả thí nghiệm cường độ chiu nén của các mẫu BTN Novachip (với hàm lượng nhựa tối ưu) 61

Bảng 3.14 - Kết quả thí nghiệm sức kháng trượt bằng con lắc Anh cho mẫu BTN

NVC PmB I-12,5 với hàm lượng nhựa tối ưu 62

Bảng 3.15 - Kết quả thí nghiệm sức kháng trượt bằng con lắc Anh cho mẫu BTN NVC 60/70-12,5 với hàm lượng nhựa tối ưu 62

Bảng 4.1 - Tổng hợp kết quả thí nghiêm các chỉ tiêu cơ lý của BTN Novachip có đường kính hạt danh định lớn nhất D12,5 64

Bảng 4.2 - Công thức phối hỗn hợp cốt liệu 66

Bảng 5.1 - Kết cấu áo đường đề nghị có sử dụng lớp BTN Novachip NVC PmB I-12.5 làm lớp mặt chịu tải 78

Bảng 5.2 - Kết cấu áo đường đề nghị có sử dụng lớp bê tông nhựa Novachip NVC 60/70-12.5 làm lớp mặt chịu tải 80

Bảng A.1.1 – Bảng thí nghiệm các chỉ tiêu cơ lý của đá 0x10 92

Bảng A.1.2 – Bảng thí nghiệm thành phần hạt của đá 0x10 92

Bảng A.2.1 – Bảng thí nghiệm các chỉ tiêu cơ lý của đá 0x5 92

Bảng A.2.2 – Bảng thí nghiệm thành phần hạt của đá 0x5 93

Bảng A.3.1 – Bảng thí nghiệm các chỉ tiêu cơ lý của bột khoáng 93

Bảng A.3.2 – Bảng thí nghiệm thành phần hạt của bột khoáng 93

Bảng B.1 – Kết quả thí nghiệm và tính toán các chỉ tiêu khối lượng thể tích, độ rỗng cốt liệu, độ rỗng dư, độ rỗng lấp đầy nhựa của BTN NVC PmB I-12,5 94

Bảng B.2 – Kết quả thí nghiệm và tính toán các chỉ tiêu khối lượng thể tích, độ rỗng cốt liệu, độ rỗng dư, độ rỗng lấp đầy nhựa của BTN NVC 60/70 -12,5 96

Bảng B.3 - Kết quả thí nghiệm các chỉ tiêu Marshall với hỗn hỗn họp BTN NVC PmB I – 12.5 98

Bảng B.4 - Kết quả thí nghiệm các chỉ tiêu Marshall với hỗn hỗn họp BTN NVC 60/70 -12,5 100

Bảng B.5 - Kết quả thí nghiệm độ chảy nhựa với hỗn hợp BTN NVC PmB I-12,5 102

Bảng B.6 - Kết quả thí nghiệm độ chảy nhựa với hỗn hợp BTN NVC 60/70-12,5103 Bảng B.7 - Bảng tính toán diện tích bề mặt của hỗn hợp cốt liệu 104

ảng B.8 - Kết quả bảng thí nghiệm khối lượng riêng BTN NVC PmB I-12,5 105

Bảng B.9 - Kết quả bảng thí nghiệm khối lượng riêng BTN NVC 60/70-12,5 105

Bảng B.10 - Kết quả bảng tính chiều dày màng nhựa BTN NVC PmB I-12,5 106

Bảng B.11 - Kết quả bảng tính chiều dày màng nhựa BTN NVC 60/70-12,5 106

Bảng C.1 - Kết quả thí nghiệm khối lượng thê tích và thí nghiệm Marshall của BTN

NVC PmB I-12,5 với hàm lượng nhựa 5.2% ( theo khối lượng hỗn hợp trong bê

tông) 107

Bảng C.2 - Kết quả thí nghiệm khối lượng thê tích và thí nghiệm Marshall của BTN

NVC 60/70-12,5 với hàm lượng nhựa 5.3% ( theo khối lượng hỗn hợp trong bê

tông) 108

Bảng C.3 - Bảng thí nghiệm độ chảy nhựa của BTN NVC PmB I-12,5 với hàm

lượng nhựa 5.2% ( theo khối lượng hỗn hợp trong bê tông) 109

Bảng C.4 - Bảng thí nghiệm độ chảy nhựa của BTN NVC 60/70 -12,5 với hàm

lượng nhựa 5.3% ( theo khối lượng hỗn hợp trong bê tông) 109

Bảng C.5 - Bảng kết quả thí nghiệm khối lượng riêng của BTN NVC PmB I -12,5

với hàm lượng nhựa 5.2% ( theo khối lượng hỗn hợp trong bê tông) 110

Bảng C.6 - Bảng kết quả thí nghiệm khối lượng riêng của BTN NVC 60/70-12,5 với

hàm lượng nhựa 5.3% ( theo khối lượng hỗn hợp trong bê tông) 110

Bảng C.7 - Bảng tính chiều dày màng nhựa của BTN NVC PmB I -12,5 với hàm

lượng nhựa 5.2% ( theo khối lượng hỗn hợp trong bê tông) 111

Bảng C.8 - Bảng tính chiều dày màng nhựa của BTN NVC 60/70-12,5 với hàm

lượng nhựa 5.3% ( theo khối lượng hỗn hợp trong bê tông) 111

Bảng C.9 - Kết quả thí nghiệm Mô đun đàn hồi của BTN NVC PmB I -12,5 với

hàm lượng nhựa 5.2% ( theo khối lượng hỗn hợp trong bê tông) 112

Bảng C.10 - Kết quả thí nghiệm Mô đun đàn hồi của BTN NVC 60/70-12,5 với

hàm lượng nhựa 5.3% ( theo khối lượng hỗn hợp trong bê tông) 113

Bảng C.11 - Kết quả thí nghiệm cường độ chịu nén của BTN NVC PmB I -12,5 với

hàm lượng nhựa 5.2% ( theo khối lượng hỗn hợp trong bê tông) 114

Bảng C.10 - Kết quả thí nghiệm cường độ chịu nén của BTN NVC 60/70-12,5 với

hàm lượng nhựa 5.3% ( theo khối lượng hỗn hợp trong bê tông) 115

DANH MỤC CÁC HÌNH

Trang Hình 1- Một số hình ảnh hư hỏng mặt đường thường gặp trong các công trình

đường ô tô 10

Hình 2.1- Mặt đường tại I-20/59 Birmingham, Al (Mỹ) sau 3 năm sử dụng 13

Hình 2.2- Mặt đường tại US281- San Antonio, Texas (Mỹ) sau 12 năm sử dụng 13

Hình 2.2 – Bản đồ sơ họa các bang tại Mỹ sử dụng mặt đường Novachip 14

Hinh 2.3 - Thảm thí điểm Công nghệ Novachip trên đường Bắc Thăng Long - Nội Bài 15

Hình 2.4- Mặt đường cao tốc Tp.Hồ Chí Minh – Trung Lương sau khi rải mặt đường Novachip 15

Hình 2.5- Hiệu quả giảm bắn tóe nước khi gặp trời mưa trên đường I-81(Virginia-Mỹ) sau khi rải mặt đường Novachip 17

Hình 2.6 - Đồ thị so sánh tiếng ồn do lốp xe gây ra giữa mặt đường Novachip và các loại mặt đường khác tại Michigan-Mỹ (được thực hiển bởi NCAT năm 2003) 18

Hình 2.7- Liên kết giữa màng nhũ tương Polyme và lớp BTN Novachip 21

Hình 2.8- So sánh đường miền cấp phối điển hình giữa BTN chặt và BTN Novachip .24

Hình 2.9 - Sự khác biệt cấu tạo giữa BTN Novachip và BTN chặt 24

Hình 3.1- Mẫu nhựa đường và thí nghiệm độ kim lún 26

Hình 3.2 - Bộ sàng tiêu chuẩn và máy sàng 37

Hình 3.3 - Đường biểu diễn thành phần hạt của đá 0x10 38

Hình 3.4 - Đường biểu diễn thành phần hạt của đá 0x5 (cát xay) 38

Hình 3.5 - Đường biểu diễn thành phần hạt bột khoáng 38

Hình 3.6 - Đường cong thành phần hạt lựa chọn loại cỡ hạt danh định 12,5mm để chế tạo BTN Novachip 42

Hình 3.7 - Mẫu BTN Novachip sau khi trộn xong và tiến hành đầm mẫu Marshall bằng máy 43

Hình 3.8 - Mẫu Marshall BTN Novachip sau khi đầm 44

ến hành thí nghiệm Marshall mẫu BTN Novachip 47

Hình 3.10 - Các đồ thị biểu diễn mối quan hệ hàm lượng nhựa với các chỉ tiêu cơ lý

của NVC PmB I – 12,5 53

Hình 3.11 - Các đồ thị biểu diễn mối quan hệ hàm lượng nhựa với các chỉ tiêu cơ lý của NVC 60/70-12.5 55

Hình 3.12 - Tiến hành thí nghiệm môđun đàn hồi BTN Novachip 59

Hình 3.13 - Đồ thị biểu thị đun đàn hồi của BTN Novachip biến đổi theo nhiệt độ60 Hình 3.14 - Cấu tạo thiết bị con lắc Anh 63

Hình 4 - Cấu tạo màng nhũ tương gắn kết hỗn hợp BTN Novachip (lớp trên) và mặt đường (lớp dưới) 66

Hình 5.1 – Phân tích tính chất của tải trọng tác dụng lên kết cấu mặt đường 68

Hình 5.2 - Cấu tạo hoàn chỉnh của mặt đường mềm 68

Hình 5.3 - Phân bố áp lực trên các lớp của mặt đường mềm 69

Hình 6.1 - Cấu tạo bộ phận cơ bản của máy rải Novapaver 85

Hình 6.2 - Sơ đồ hoạt động của máy rải Novapaver 85

Hình 6.3 - Hệ thống phun nhũ tương Novabond và rải BTN Novachip 88

Hình 6.4 - Một dạng sơ đồ dây chuyền thi công mặt đường Novachip 90

CH ƯƠNG I

1.1 M ục đích nghiên cứu đề tài

Từ năm 1996 đến năm 2000, tốc độ tăng trưởng kinh tế của khu vực Tp.Hồ Chí

Minh và các tỉnh phía Nam đạt trên 9%/năm, năm 2001- 2003 đạt 8.91%/năm, tuy

có thấp hơn chỉ tiêu đề ra (9,8%/năm) nhưng vẫn dẫn đầu cả nước và đã có nhiều

chuyển biến về chất lượng tăng trưởng do có sự dịch chuyển cơ cấu kinh tế đúng

hướng Viện chiến lược Bộ Kế Hoạch Đầu tư đề ra 2 phương án cho khu vực Tp.Hồ

Chí Minh và các tỉnh phia Nam [5]:

- Phương án thấp: Phấn đấu tốc độ tăng trưởng GDP bình quân hànng năm của

khu vực Tp.Hồ Chí Minh và các tỉnh phía Nam từ năm 2010 đến 2020 là

7,45%/năm

- Phương án cao: Phấn đấu đạt tốc độ tăng trưởng GDP bình quân hànng năm của

khu vực Tp.Hồ Chí Minh và các tỉnh phía Nam từ năm 2010 đến 2020 là

7,46%/năm

Song song sự phát triển kinh tế xã hội, cơ sở hạ tầng ngành giao thông của khu vực

Tp.Hồ Chí Minh và các tỉnh phía Nam được đầu tư nâng cấp, cải tạo và xây mới rất

nhiều làm cho bộ mặt hạ tầng giao thông vận tải có nhiều thay đổi đáng kể, để đáp

ứng nhu cầu phát triển của nền kinh tế xã hội của khu vực Việc áp dụng tiến bộ của

Khoa học Công nghệ mới vào lĩnh vực Giao thông vận tải ở Việt Nam nói chung,

khu vực Tp.Hồ Chí Minh và các tỉnh phía Nam nói riêng làm cho chất lượng các

công trình giao thông vận tải cơ bản đang đạt trình độ khu vực và thế giới Tuy

nhiên việc lựa chọn và áp dụng khoa học công nghệ tiên tiến cần được nghiên cứu

đầy đủ phù hợp điều kiện của đất nước và của các khu vực cụ thể

Một trong những vấn đề còn tồn tại trong xây dựng mặt đường cho các công trình

xây dựng đường ô tô là một thời gian đưa vào khai thác các lớp mặt của công trình

đường ô tô thường bị hư hỏng, như nứt, dồn nhựa, lồi lõm cục bộ, bong bật, chảy

nhựa, thoát nước mặt đường kém Đặc biệt, các công trình đường ô tô hiện nay còn

có nhược điểm chưa khắc phục được đó là tiếng ồn, tầm nhìn bụi nước và thời gian

xây dựng kéo dài

a) Bong b ật đã phát triển sâu xuống b) B ắt đầu xuất hiện nứt và bong bật

c) Ch ảy nhựa tại vệt bánh xe d) Ch ảy nhựa trên cả mặt đường

e) Lún t ại phần xe chạy và mép đường f) N ứt dọc theo vệt bánh xe

Hình 1- M ột số hình ảnh hư hỏng mặt đường thường gặp

trong các công trình đường ô tô

Với tình hình phát triển kinh tế hiện nay nhu cầu vận tải lớn đẫn đến tăng trưởng

lưu lượng xe và tải trọng đòi hỏi yêu cầu kỹ thuật xây dựng công trình giao thông

mới, áp dụng các công nghệ xây dựng hiện đại các công trình đường ô tô đủ yêu cầu

kỹ thuật, đảm bảo yêu cầu sử dụng trong suốt thời kì khai thác, giảm các chi phí

khai thác thường xuyên, giảm chi phí cải tạo duy tu, kéo dài chu kì bảo dưỡng duy

tu, giảm vốn đầu tư ban đầu, giảm thời gian đi lại, giao thông thuận tiện…

Công nghệ Novachip, công nghệ này đã và đang được phát triển tại nước Mỹ; hiện

có 42 bang của Mỹ đã áp dụng công nghệ Novachip [6], [41]; ở Việt Nam đã áp

dụng loại hình công nghệ Novachip mới chỉ dừng lại ở lớp phủ mỏng tạo nhám cho

mặt đường cấp cao nên cần nghiên cứu biện pháp áp dụng công nghệ Novachip

để xây dựng lớp mặt chịu tải của kết cấu mặt đường mềm để áp dụng cho khu

vực Tp.Hồ Chí Minh và các tỉnh phia Nam Đặc biệt yêu cầu của quá trình công

nghệ xây dựng mặt đường là nghiên cứu để giải quyết được các yêu cầu về vật liệu,

về kỹ thuật thi công trên cơ sở đạt được các mục tiêu: cường độ và chất lượng sử

dụng của mặt đường tốt nhất; quá trình thi công tiện lợi, dễ dàng nhất và có thể áp

dụng cơ giới hoá làm giảm giá thành xây dựng Điều này không những có ý nghĩa

về mặt kỹ thuật mà còn có ý nghĩa về mặt kinh tế, xã hội…

1.2 N ội dung nghiên cứu của đề tài

Tiến hành nghiên cứu và thí nghiệm các chỉ tiêu cơ lý của loại bê tông nhựa (BTN)

dùng công nghệ Novachip Thông qua kết quả thí nghiệm đó, tiến hành thiết kế hỗn

hợp BTN để sử dụng công nghệ Novachíp trong xây dựng lớp mặt chịu tải của kết

cấu áo đường mềm; đánh giá và xem xét phạm vi áp dụng nó trong xây dựng mặt

đường bằng công nghệ Novachip làm lớp mặt chịu tải của áo đường mềm trong các

công trình xây dựng đường ôtô khu vực Tp.Hồ Chí Minh và các tỉnh phía Nam

1.3 Ph ương pháp nghiên cứu

- Thu thập tài liệu và tìm hiểu các tài liệu liên quan đến đề tài

- Tiến hành nghiên cứu lý thuyết và thực nghiệm để tuyển chọn vật liệu áp

dụng công nghệ Novachip Chế tạo BTN Novachip trong phòng thí nghiệm

- Tiến hành thí nghiệm xác định các chỉ tiêu cơ lý của hỗn hợp BTN từ đó

nghiên cứu biện pháp áp dụng công nghệ Novachip làm lớp mặt chịu tải

1.4 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu của đề tài

Xem xét lựa chọn loại vật liệu phù hợp cho lớp mặt chịu tải của mặt đường mềm

ứng dụng cho khu vực Tp.Hồ Chí Minh và các tỉnh phía Nam Đề tài tập trung

nghiên cứu loại cấp phối Novachip loại B với 2 loại nhựa đường Polymer PmB I và

nhựa đường bitum 60/70 là lớp mặt chịu tải cho kết cấu áo đường mềm đảm bảo

yêu cầu cường độ, tuổi thọ cao, sử dụng công trình giao thông hiệu quả nhất tại khu

vực TP.Hồ Chí Minh và các tỉnh phía Nam

CH ƯƠNG II

TRONG XÂY D ỰNG MẶT ĐƯỜNG MỀM 2.1 L ịch sử phát triển và hình thành công nghệ Novachip

Novachip là công nghệ rải một lớp BTN nóng, có cấp phối cốt liệu gián đoạn trên

lớp mặt đường được tưới dính bám bởi một loại nhũ tương nhựa đường polymer đặc

biệt gọi là Novabond Cấp phối gián đoạn là loại hỗn hợp sử dụng một cấp phối

tổng hợp các hạt khác nhau, từ thô đến cốt liệu mịn trong đó các cớ hạt trung gian bị

mất hoặc có hàm lượng nhỏ [47]

Công nghệ NovaChip để tạo lớp phủ mỏng cho mặt đường, lần đầu tiên được giới

thiệu và áp dụng tại Pháp vào năm 1986 [42] Công dụng chính của công nghệ này

là dùng để tạo ra lớp phủ mỏng, tạo nhám và độ bằng phẳng mặt đường trên các loại

mặt đường cũ Công nghệ NovaChip thường được sử dụng làm lớp phủ trên mặt

đường có xe chạy với tốc độ cao, lưu lượng xe lớn, trên đường cao tốc và các đường

quốc lộ quan trọng Được dựa vào Mỹ và kinh nghiệm Châu Âu, mặt đường được

sử dụng công nghệ NovaChip đã chứng tỏ tuổi thọ sử dụng của mặt đường từ 10 tới

12 năm [6], [41],[42]

Một số hình ảnh các dự án đã sử dụng công nghệ Novachip làm mặt đường qua thời

gian sử dụng [6]

Hình 2.1- M ặt đường tại I-20/59

Birmingham, Al (M ỹ) sau 3 năm sử dụng

Hình 2.2- M ặt đường tại US281- San Antonio, Texas (M ỹ) sau 12 năm sử dụng

2.2 Tình hình áp d ụng dụng công nghệ Novachip trong xây dựng mặt đường

trên th ế giới

Công nghệ NovaChip được giới thiệu lần đầu tiên tại Mỹ vào năm 1990 Dự án đầu

tiên sử dụng công nghệ NovaChip tại Mỹ được thực hiện vào năm 1992 tại bang

Alabama với thiết bị rải được nhập từ Pháp Trong cùng thời gian đó, nhiều đoạn

đường thử nghiệm công nghệ NovaChip cũng được áp dụng ở các bang Mississipi

và Texas Đến nay, đã có 42 bang ở nước Mỹ sử dụng công nghệ NovaChip trong

việc tạo lớp phủ mỏng mặt đường với diện tích trên 40 triệu m2 bề mặt các tuyến

đường bộ [6], [41],[42]

Hình 2.2 – B ản đồ sơ họa các bang tại Mỹ sử dụng mặt đường Novachip

2.3 Tình hình áp d ụng công nghệ Novachip xây dựng mặt đường tại Tp.Hồ

Chí Minh và các t ỉnh phía Nam

Vào tháng 9/2008, tại Km10+700 đường Bắc Thăng Long - Nội Bài, Tổng công ty

XDCTGT 1 (Cienco1) và Công ty Hall Brothers (Hoa Kỳ) đã tổ chức thảm thí điểm

công nghệ Novachip tạo nhám mặt đường Sau khi thi công, trên đoạn thảm áp dụng

Novachip, mặt đường gần như khô nguyên, mưa tới đâu là nước thoát ngay tức thì,

không xuất hiện những bụi nước bánh xe làm bắn lên Tốc độ thảm của máy rất

nhanh (21m/phút), sau khi thi công xong có thể thông xe Điều này rất quan trọng

cho các tuyến đường đô thị Ngày 29/10/2008, Bộ Giao Thông Vận Tải chính thức

ban hành “Qui định kỹ thuật về thi công và nghiệm thu lớp phủ siêu mỏng tạo nhám

siêu mỏng trên đường ô tô” theo Quyết định số 3287/QĐ-BGTVT

Hinh 2.3 - Th ảm thí điểm Công nghệ Novachip trên đường Bắc Thăng Long - Nội Bài

Tại khu vực Tp.Hồ Chí Minh và các tỉnh phia Nam thì mặt đường Novachip đã

được đưa vào thi công tại Dự án đường cao tốc Tp.Hồ Chí Minh – Trung Lương

Đường cao tốc TP HCM - Trung Lương tổng chiều dài 61,9 km Điểm đầu tuyến là

nút giao thông Chợ Đệm, xã Tân Túc, huyện Bình Chánh, TP HCM Điểm cuối là

nút giao thông Thân Cửu Nghĩa (Km 50) huyện Châu Thành, Tiền Giang Tuyến

này được thiết kế 8 làn xe, nhiều đoạn xây dựng cầu cạn, không có giao cắt đồng

mức với các tuyến đường khác Dự án đã chính thức thông xe ngày 03/02/2010.Dự

án Đường cao tốc TP HCM - Trung Lương được thi công lớp mặt đường Novachip

Hình 2.4- M ặt đường cao tốc Tp.Hồ Chí Minh – Trung Lương

ải mặt đường Novachip

2.4 Đặc điểm của công nghệ Novachip áp dụng trong kết cấu áo đường mềm

- Đặc điểm của công nghệ Novachip [6], [41], [42]

• Xử lý bề mặt bằng BTN nóng trong các công việc xây dựng đường và khai thác

sử dụng như:

° Duy tu, bảo dưỡng định kỳ và phòng ngừa

° Xây dựng lớp mặt trong các công trình xây dựng đường mới (trên mặt đường bê

tông xi măng hoặc mặt đường nhựa)

• Quá trình thi công là một hệ thống rải đơn (1 hành trình) bằng máy chuyên dụng

bao gồm các công tác được thực hiện:

° Phun màng kết dính nhũ tương Polymer

° Rải hỗn hợp BTN nóng cấp phối gián đoạn (BTN Novachip)

° Làm phẳng mặt đường sau khi rải

• Lựa chọn và sử dụng cấp phối gián đoạn có các đặc tính sau:

° Tạo ra các khoảng trống giúp cho màng nhũ tương thâm nhập để liên kết chặt

với lớp mặt đường phía dưới

° Đảm bảo liên kết đá chèn đá

° Cho phép hơi ẩm khô nhanh

° Thành phần cốt liệu mịn là một phần của chất kết dính trong bê tông nhựa

- Ưu điểm của công nghệ NovaChip

Qua quá trình sử dụng và khai thác trên thế giới, công nghệ Novachip cho thấy

những ưu điểm sau [6], [41], [42]:

• Thi công trong một hành trình (tưới màng kết dính nhũ tương, rải BTN và làm

phẳng) bằng máy chuyên dụng qua đó quá trình thi công nhanh chóng để trả lại

đường cho giao thông, tránh chậm tiến độ và giảm chi phí cho việc chậm tiến độ

• Việc sử dụng cấp phối gián đoạn cho phép giảm sự bắn nước trên đường để tầm

nhìn tốt hơn trong điều kiện thời tiết ướt và làm cho kết cấu mặt đường lớn tốt

hơn Cấp phối gián đoạn có chất lượng cốt liệu tốt tạo nên lớp chịu ma sát, bảo

vệ mặt đường, có độ bằng phẳng, độ nhám cao và thoát nước mặt tốt.đảm bảo

điều kiện xe chạy êm thuận

• Nhũ tương polymer NovaBondTM đặc biệt thay đổi màng asphalt thành chất kết

dính siêu việt để bảo về bề mặt hiện tại

• Lớp phủ mỏng sử dụng thành phần hạt có cấp phối gián đoạn nên có khả năng

hấp thụ nước khi trời mưa, hạn chế đáng kể hiện tượng các bụi nước văng dưới

bánh xe, đồng thời giảm được độ ồn (tới 3dBA) phát ra do bánh xe ma sát với

mặt đường khi chạy

• Lớp phủ mỏng có khả năng bám chặt với mặt đường cũ nhờ lớp lót dùng nhũ

tương Polymer NovaBond đặc biệt có độ dính bám cao (đặc tính quan trọng nhất

của công nghệ NovaChip) Đồng thời lớp phủ nhũ tương NovaBond còn có tác

dụng lấp kín và hàn gắn kẽ nứt mặt đường cũ, tạo nên độ chống thấm cao và ít

tiêu hao khối lượng

• Hiệu quả chi phí - chi phí bảo trì bảo dưỡng thấp

• Thi công bởi Nhà thầu được đào tạo chuyên nghiệp, đáng tin cậy làm cho chất

lượng mặt đường Novachip được đảm bảo các tính năng yêu cầu sử dụng

Dưới đây một số báo cáo nghiên cứu và khảo sát hiện trường tại Mỹ, được thực

hiện bởi NCAT (National Center for Appropriate Technology thuộc Đại học

Auburn –Mỹ) [6]

a) Tr ước khi rải mặt đường Novachip b) Sau khi r ải mặt đường Novachip

Hình 2.5- Hi ệu quả giảm bắn tóe nước khi gặp trời mưa trên đường I-81(Virginia-Mỹ) sau khi rải mặt đường Novachip

Hình 2.6 - Đồ thị so sánh tiếng ồn do lốp xe gây ra giữa mặt đường Novachip và

các lo ại mặt đường khác tại Michigan-Mỹ (được thực hiển bởi NCAT năm 2003)

Điều kiện thí nghiệm: - Đo độ ồn lóp xe ở vận tốc trung bình 97Km/h

- Th ực hiện trên 12 mặt đường ở Michigan

- S ử dụng 2 loại lốp xe

Trước khi rải thảm Công nghệ Novachip

Sau khi rải thảm mặt đường công nghệ

B ảng 2.1- Kết quả khảo sát chống trơn trượt của mặt đường Novachip

t ại Dự án PA SR 442 (tại PennSylvania) (ban đầu sử dụng mặt đường Novachip và sau khi rải mặt đường bê tông xi măng)

2.5 V ật liệu công nghệ Novachip

2.5.1 Yêu c ầu vật liệu Novachip

NovaChip là một hỗn hợp gồm các hạt đá dăm đóng vai trò như một bộ khung sườn

và sử dụng chất liên kết là mastic nhựa đường (cát xay + asphalt) Khoáng vật thành

phần hạt được thiết kế đạt được cấp phối theo yêu cầu Ngoài ra còn sử dụng một

lớp màng mỏng nhũ tương Novabond rải lên bê mặt đường lớp dưới nhằm mục đích

tạo ra sự liên kết tốt giữa lớp BTN NovaChip và lớp dưới [46]

a) Đá dăm, cát xay, bột khoáng và chất kết dính

Đá dăm phải đều cạnh và có cường độ cao Các chi tiêu cơ lý của đá dăm (lượng sót

trên sàng 4.75mm) và cát xay (lọt sàng 4.75mm) được quy định lần lượt ở bảng 2.2,

bảng (2.3), bảng (2.4), bảng (2.5)

Các ch ỉ tiêu Ph ương pháp thí nghiệm Yêu cầu

Magnesium Sulfate hoặc AASHTO T 104-94 18 max

Hàm lượng hạt thoi dẹt (tỷ lệ hạt 3:1), % ASTM D 4791 25 max

Hàm lượng hạt bị dập vỡ một mặt, % ASTM D 5821 95 min

Hàm lượng hạt bị dập vỡ hai mặt, % ASTM D 5821 85 min

B ảng 2.2 - Các chỉ tiêu cơ lý của đá dăm[4],[14]

Các ch ỉ tiêu Ph ương pháp thí nghiệm Yêu cầu

Xanh Methylene (vật liệu lọt sàng #200) AASHTO TP 57-99 10 max

Độ góc cạnh (Độ rỗng của cát ở tạng thái

B ảng 2.3 - Các chi tiêu cơ lý của cát xay (cốt liệu mịn)[6],[46]

Các ch ỉ tiêu Ph ương pháp thí nghiệm Yêu cầu

Chỉ số dẻo %(của bột khoáng

B ảng 2.4 - Các chỉ tiêu cơ lý của bột khoáng [14]

Chất kết dính sử dụng cho BTN Novachip phải phù hợp với điều kiện khí hậu của

từng khu vực địa lý, mức độ phát triển giao thông và tốc độ xe chạy và được quy

định theo AASHTO MP1 Standard Specification for Performance Graded Asphalt

Binder (Tiêu chuẩn kĩ thuật về phân cấp hạng chất kết dính Asphalt) Ngoài ra, chất

kết dính được sử dụng trong BTN Novachip còn phải thỏa mãn độ đàn hồi tối thiểu

60 theo ASTM D 6084 [46] Hiện nay, Công nghệ Novachip sử dụng phổ biến chất

kết dính là nhựa đường Polymer và đưa vào nghiên cứu nhựa đường Polymer với 3

mác nhựa là PmB I, PmB II, PmB III, các chỉ tiêu kỹ thuật như trong bảng (2.5)

Tỷ lệ độ kim lún của nhựa

đường sau khi đun nóng ở

phần trên và dưới của mẫu)

B ảng 2.5 - Tiêu chuẩn kỹ thuật vật liệu nhựa đường polyme [20], [49]

b) Màng nh ũ tương Novabond

Novabond là một nhũ tương Polymer lớp màng mỏng, NovaBond tạo ra sự liên kết

bền vững giữa lớp BTN NovaChip với bề mặt đường phía dưới (cũ hoặc mới), đồng

thời tạo thành một lớp màng bao phủ có tác dụng ngăn nước thấm xuống kết cấu

dưới của mặt đường Thông thường, lớp NovaBond được sử dụng với liều lượng

0.6-1.4 l/m2 tùy thuộc vào tình trạng của mặt đường và loại BTN Novachip được rải

[6] Các yêu cầu sử dụng cho vật liệu nhũ tương nhựa đường polymer được thể hiện

trong bảng (2.6)

Hình 2.7- Liên k ết giữa màng nhũ tương Polyme và lớp BTN Novachip

TT Các ch ỉ tiêu Đơn vị Yêu cầu Ph thí nghi ương pháp ệm

I Thí nghi ệm trên mẫu nhũ tương

dioctyl sodium sulfosuccinate) % min 60 22 TCN 354 : 2006

II Thí nghi ệm trên mẫu nhựa thu được sau khi chưng cất

Lớp BTN NovaChip được lu lèn chặt đạt chiều dày xấp xỉ 1.25 ÷ 2.5 cm Có 3 loại

hỗn hợp NovaChip gồm có loại A, B và C (Bảng 2.4) Loại A thông thường ít được

sử dụng phổ biến, và chỉ thường áp dụng cho những nơi cần đảm bảo độ kín bề mặt,

chẳng hạn như sân bay, loại A cũng là loại có hệ số ma sát mặt thấp nhất Loại B

được sử dụng phổ biến và có cấu trúc ít kín khít với hệ số ma sát mặt cao hơn hơn

loại A Loại C có cấu trúc rỗng hơn và được sử dụng ở những khu vực có mật độ

giao thông cao, loại này có hệ số ma sát cao và có khả năng thoát nước tốt nhất

B ảng 2.7 - Bảng cấp phối cốt liệu của các loại BTN Novachip [6],[46]

2.5.3 Yêu c ầu các tính chất cơ lý của BTN Novachip

Cấp phối cốt liệu của BTN Novachip được chọn theo các yêu cầu của mỗi loại BTN

nằm trong giới hạn của bảng (2.6) Đường cong cấp phối cốt liệu thiết kế phải đều

đặn, không được thay đổi từ giới hạn dưới của một cỡ sàng lên giới hạn trên của cỡ

sàng kế tiếp hoặc ngược lại

Hàm lượng nhựa tối ưu được lụa chọn sao cho các chỉ tiêu kỹ thuật của BTN

Novachip thỏa mãn các yêu cầu trong bảng (2.8)

1 Số chày đầm (chế bị mẫu theo

phương pháp Marshall) chày 2 x 50 AASHTO T 245 : 1997 (2001)

2.6 So sánh BTN Novachip v ới hỗn hợp BTN chặt

Trong bảng (2.9) dưới đây đưa ra thành phần cấp phối côt liệu đại diện của BTN

chặt, và BTN Novachip cấp phối gián đoạn (với cỡ hạt danh định lớn nhất là

12,5mm)

Cỡ sàng Novachip D12,5mm Miền cấp phối BTN Michền cấp phối BTN ặt D12,5mm

B ảng 2.9 -Thành phần cấp phối của BTN Novachip và BTN chặt

Từ kết quả phân tích lượng lọt sàng ta có các nhận xét:

- BTN chặt, lượng lọt sàng biến đổi tương đối đều giữa các sàng (tạo thành cấp

phối liên tục); lượng hạt nhỏ nhiều làm cho hỗn hợp có độ rỗng dư nhỏ ( 3-6%)

- BTN Novachip (cấp phối gián đoạn), lượng lọt sàng biến đổi không đồng đều,

lượng lọt sàng 4,75mm tương đối thấp so với BTN chặt, điều này đã làm cho

hỗn hợp có tồn tại tiếp xúc đá chèn đá và đáp ứng các yêu cầu độ độ rỗng cốt

liệu tối thiểu

Sự khác biệt trong thành phần cấp phối cũng như trong hỗn hợp BTN chặt và BTN

Novachip thể hiên trong hình (2.8)

1.000 10.000

Hình 2.8- So sánh đường miền cấp phối điển hình giữa BTN chặt và BTN Novachip

Hình 2.9 - S ự khác biệt cấu tạo giữa BTN Novachip và BTN chặt

a) BTN ch ặt(Cấp phối chặt) b) BTN Novachip(C ấp phối gián đoạn)

Cơ sở của phương pháp tạo thành hỗn hợp BTN Novachip lá sựa pha trộn các hạt

cốt liệu theo nguyên tắc cấp phối gián đoạn để đạt được một bộ khung côt liệu

nghiền thô và chắc chắn [47] Các lực tác dụng từ tải trọng xe được các hạt côt liệu

thô đón nhận và truyền lại bằng ứng suất phần tử lên bộ khung cốt liệu Vì vậy luôn

có đủ một khoảng không gian cho một lượng chất kết dính (bột khoáng và nhựa

đường) nhất định chứa trong đó Điều này buộc bộ khung cốt liệu thô thành một kết

cấu cấu bền chắc (xem hình 2.9)

CH ƯƠNG III NGHIÊN C ỨU THỰC NGHIỆM CÔNG NGHỆ NOVACHIP

LÀM L ỚP MẶT CHỊU TẢI TRONG KẾT CẤU ÁO ĐƯỜNG MỀM

3.1 Ti ến hành thí nghiệm xác định các tính chất cơ lý của BTN theo công nghệ

Novachip b ằng phương pháp Marshall

3.1.1 Chu ẩn bị vật liệu cho BTN Novachip

Do đặc điểm khu vực Tp.Hồ Chí Minh và các tỉnh phia Nam nằm trong vùng

khí hậu nhiệt đới ẩm, nắng và mưa nhiều, mặt đường chịu tác động nhiều yếu tố

khắc nghiệt như khí hậu, chế độ thủy nhiệt, nhiệt độ, tải trọng xe lớn nhiều … cần

nghiên cứu lựa chọn các vật liệu phù hợp để chế tạo BTN Novachip dựa trên các

nguồn vật liệu của khu vực nghiên cứu Tìm lựa chọn các nguồn vật liệu đá dăm,

cát xay, bột khoáng và nhựa đường trên cơ sở yêu cầu vật liệu chế tạo BTN

Novachip Phân tích các tính chất cơ lý của các vật liệu để phục vụ cho việc thết kế

thành phần BTN Novachip

Đá 0x10

Đá 0x5 (cát xay) M- Biên Hòa - ỏ đá BBCC - Hóa An Đồng Nai M- Biên Hòa - ỏ đá BBCC - Hóa An Đồng Nai 20/07/2010

Nhựa đường 60/70

Nhựa đường

Polyme - PmB I

Công ty Shell Việt Nam Công ty XD 123 27/07/2010

3.1.2 Ti ến hành thí nghiệm các chỉ tiêu cơ lý của vật liệu

3.1.2.1 Các ch ỉ tiêu cơ lý của nhựa đường

a) Xác định độ kim lún

- Chu ẩn bị mẫu

• Mẫu nhựa đường thí nghiệm được đun nóng cẩn thận để không nóng cục bộ cho

đến khi chảy lỏng nhưng không được cao hơn 90o

C so với nhiệt độ hoá mềm

• Khuấy liên tục để tránh tạo bọt khí và không đun mẫu quá 30 phút Rót nhựa

đường vào các cốc chứa mẫu đến cách miệng cốc khoảng 5mm Đậy nắp để

không nhỏ hơn 15oC với thời gian từ 1- 1,5 giờ đối với cốc có dung tích 90ml

và từ 1,5 - 2 giờ đối với cốc có dung tích 175ml Điều kiện mặt mẫu phải ngập

dưới mặt nước ít nhất 100mm và đáy cốc phải kê cách đáy chậu là 50mm

- Ti ến hành thí nghiệm

• Điều chỉnh sao cho đầu mũi kim xuyên vừa chạm sát mặt mẫu, chỉnh kim đồng

hồ đo lún về vị trí 0 Nhanh chóng mở chiết hãm để kim xuyên vào mẫu nhựa

đường đồng thời bấm đồng hồ đo thời gian Sau 5 giây, đóng chốt hãm và điều

chỉnh thiết bị để đọc được trị số độ kim lún

• Lau sạch kim bằng giẻ mềm có tẩm dầu hoả Lau khô kim bằng giẻ mềm, lắp

kim vào trục, tiếp tục tiến hành tại các điểm cách thành cốc và cách nhau ít nhất

• Chuẩn bị khuôn: Xoa đều vadơlin vào tấm đáy và mặt trong của hai mảnh

khuôn nhỏ phía bên hông, lắp khuôn vào tấm đáy

• Đun nóng chảy nhựa đường, duy trì nhiệt độ tối thiểu để hoá lỏng hoàn toàn

nhựa đường trong cốc chứa Tránh đun nóng cục bộ, khuấy đều nhựa đường

lỏng tránh tạo bọt khí

• Đổ nhựa đường lỏng vào khuôn: Rót đều nhựa đường lỏng sau khi dã lọc qua

rây No0 (300µm) vào khuôn sao cho nhựa dường chảy thành dòng từ sau ra

trước và từ đầu này đến đầu kia của khuôn cho đến khi dầy quá mặt khuôn Để

nguội mẫu ở nhiệt độ trong phòng khoảng 30 - 40 phút Sau đó đặt toàn bộ

khuôn mẫu vào trong bồn nước bảo ôn, duy trì ở nhiệt độ qui định trong thời

gian 30 phút Lấy khuôn mẫu ra khỏi bồn, dùng dao đã hơ nóng gọt cẩn thận

phần nhựa đường thừa trên mặt mẫu sao cho bằng mặt

• Giữ mẫu ở nhiệt độ chuẩn (bảo dưỡng mẫu): Đặt mẫu trở lại bồn bảo ôn, duy trì

ở nhiệt độ qui định trong thời gian 85-90phút Sau đó nhấc mẫu ra, tháo tấm đáy

và các mặt khuôn xung quanh và thí nghiệm ngay

- Ti ến hành thí nghiệm

• Trong khi thí nghiệm nước ở trong thùng máy phải ở nhiệt độ tiêu chuẩn qui

định, lượng nước phải bảo đảm ngập cả mặt trên và mặt dưới của mẫu 25mm

• Lắp mẫu vào máy, đóng công tắc cho máy kéo dài làm việc, theo dâi để đọc và

ghi trị số kéo dài của mẫu tại thời điểm mẫu bị đứt (tại thời điểm đọc, tiết diện

sợi chỉ nhựa đường gần như bằng không)

- K ết quả thí nghiệm (bảng (3.1) và bảng (3.2))

c) Xác đinh nhiệt độ hóa mềm của nhựa

Để xác định nhiệt độ hóa mềm của nhựa tiến hành theo Phương pháp bi và vòng

- Chu ẩn bị mẫu

• Đun nóng mẫu nhựa đường cẩn thận sao cho không Để nóng chảy cục bộ, khuấy

đều để tránh tạo bọt khí Nhiệt độ đun nóng không quá 50o

C so với nhiệt độ hoá

mềm dự kiến và không được đun mềm quá 30 phút

• Đặt 2 vòng lên bản đáy có bôi trơn bằng vadơlin Đổ nhựa đường đã đun vào 2

vòng cho đầy Để nguội trong không khí 30 phút, sau đó dùng dao nóng gọt

phẳng mặt mẫu nhựa Đường

- Ti ến hành thí nghiệm

• Đổ ethyleneglycol vào bình thuỷ tinh với chiều cao dung dịch khoảng

105±3mm Lắp khuôn mẫu, vòng dẫn hướng bi thép và nhiệt kế vào giá treo

Ngâm giá treo vào bình sao cho mặt trên khuôn mẫu cách mặt trên của dung

dịch lớn hơn 50mm và mặt dưới mẫu cách đáy đúng 5.08mm Treo nhiệt kế sao

cho bầu thuỷ ngân ngang đáy vòng mẫu nhưng không chạm vòng

• Duy trì nhiệt độ của dung dịch trong bình có chứa vòng mẫu ở nhiệt độ quy định

10oC trong 15 phút bằng cách thích hợp (để bình trong thùng nước đá) Sau đó

dùng kẹp đưa viên bi đã làm lạnh trước đó vào vị trí vòng dẫn hướng đặt phía

trên khuôn mẫu Nới các vít của vòng dẫn hướng sao cho viên bi nằm đúng ở

giữa mặt mẫu

• Gia nhiệt ở đáy bình với tốc độ ổn định 1o

C± 0,5o

C/phút Tất cả thí nghiệm mà trong đó việc tăng nhiệt độ quá giới hạn cho phép ở trên đều bị loại

• Ghi lại nhiệt độ hoá mềm của mỗi một trong 2 vòng và bi mà ở thời điểm đó

viên bi bọc nhựa đường rơi chạm tới tấm đáy của giá treo

• Nếu sự chênh lệch về nhiệt độ hóa mềm của 2 vòng và bi (trong 1lần thí

nghiệm) sai khác quá 1o

C đối với nước và 2o

C đối với ethyleneglycol thì phải làm lạithí nghiệm

- K ết quả thí nghiệm (bảng (3.1) và bảng (3.2))

d) Xác định nhiệt độ bắt lửa và nhiệt độ bốc cháy

- Chu ẩn bị mẫu

• Rửa sạch và làm khô cốc mẫu, đặt cốc mẫu vào vị trí định vị trên giá đỡ Lắp

nhiệt kế vào giá đỡ ở vị trí thẳng đứng tại tâm của cốc, bảo đảm đáy bầu nhiệt

kế cách đáy cốc 6-7mm

• Đổ mẫu nhựa đường thí nghiệm đã hâm nóng thành dạng lỏng vào cốc mẫu với

chiều cao thấp hơn miệng cốc 9-10mm Để mẫu nguội và ổn định ở nhiệt độ

bình thường trong thời gian 30 phút với nhựa đường đặc

- Ti ến hành thí nghiệm

• Châm lửa đèn đốt thí nghiệm, điều chỉnh ngọn lửa để đạt được tốc độ gia nhiệt

14oC-17oC/phút cho đến khi nhiệt độ của mẫu tăng xấp xỉ dưới nhiệt độ bốc

cháy 56oC (hoặc khi nhiệt độ của mẫu đạt xấp xỉ 120o

C) Sau đó hạ lửa từ từ để

tốc độ gia nhiệt chỉ còn 5o

C- 6oC/phút trong suốt quá trình còn lại

• Khi nhiệt độ của mẫu tăng xấp xỉ đến điểm dưới nhiệt độ bốc cháy 28o

C (hoặc khi nhiệt độ của mẫu đạt xấp xỉ 150o

C) thì bắt đầu phóng lửa hoặc hơ que lửa trên mặt mẫu nhựa đường không cao hơn 2mm trên mép trên của cốc Có thể

cho ngọn lửa đi theo dường thẳng hay đường vòng tròn có bán kính không nhỏ

hơn 150mm và đi theo một hướng Lặp lại thao tác tại các thời điểm khi nhiệt độ

mầu tăng lên từng 2o

C (hoặc 20 giây 1 lần)

• Tiếp tục tiến hành như trên và quan sát đến khi nào ngọn lửa đi qua mặt mẫu

nhựa đường làm bốc lên một ngọn lửa xanh mà khi rút que ra (hoặc ngừng

phóng lửa) thì ngọn lửa xanh tắt ngay thì ghi lại nhiệt độ Đó là nhiệt độ bắt lửa

• Sau khi xác định nhiệt độ bắt lửa như trên ta xác đinh nhiệt độ bốc cháy thì tiếp

tục gia nhiệt với tốc độ 5o

C- 6oC/phút và lặp lại các thao tác như trên Khi nào

ngọn lửa xanh xuất hiện trên bề mặt mẫu bitum và tồn tại ít nhất là 5 giây thì ghi

lại nhiệt độ Đó là nhiệt độ bốc cháy Nhiệt độ bắt lửa và nhiệt độ bốc cháy được

báo cáo chính xác tới 2o

C

- K ết quả thí nghiệm (bảng (3.1) và bảng (3.2))

e) Xác định lượng tổn thất sau khi đun nóng nhựa đường

- Chu ẩn bị mẫu

• Mẫu được khuấy và lắc đều hay làm ấm lên nếu cần (cốc mẫu bằng kim loại

hoặc thuỷ tinh hình trụ có đáy phẳng và kích thước bên trong của nó là: Đường

kính 55mm, sâu 35mm)

• Kiểm tra mẫu thí nghiệm, nếu có lẫn nước, cần tách nước bằng phương pháp

thích hợp trước khi thí nghiệm sự tổn thất trong quá trình đun nóng hoặc thay

thế bằng những mẫu khác không có nước

- Ti ến hành thí nghiệm

• Cân chính xác tới 0,01g khối lượng của hộp đựng mẫu (A) Cho 50g nhựa

đường vào hộp đựng mẫu Làm mát mẫu ở nhiệt độ trong phòng trước khi cân

khối lượng ban đầu Cân chính xác tới 0,01g khối lượng của cả mẫu và cốc mẫu

(B) Gia nhiệt lò xấy đến 163o

C Đặt cốc mẫu vào giá quay trong lò xấy Đóng

cửa lò xấy và bật máy để giá chứa mẫu quay vớt tốc độ 5-6 vòng/phút Giữ

• Kết thúc giai đoạn sấy nóng, lấy mẫu từ trong lò xấy đưa ra làm mát mẫu ở nhiệt

độ trong phòng Cân chính xác tới 0,01g khối lượng của hộp và mẫu (C)

• Xác định nhiệt độ bằng một nhiệt kế được đỡ bởi trụ của giá tròn, cách chu vi

trong của giá 19mm, đáy của bầu nhiệt kế ở cách mặt giá treo khoảng 6mm

• Xác định lượng tổn thất sau khi đun nóng nhựa đường được tính toán theo công

thức:

% 100

C B

• Nếu mẫu ở trạng thái đặc thì phải gia nhiệt làm lỏng nhựa đường nhưng không

được cao hơn 111o

C so với nhiệt độ hoá mềm Thông thường, nhiệt độ để tiến hành thí nghiệm này không phải là cực hạn và nó có thể được tiến hành ở nhiệt

độ không khí trong phòng thí nghiệm Tuy nhiên, đối với phép thử tiêu chuẩn,

bình và mẫu ở trạng thái dung dịch phải được đặt trong thùng nước ổn nhiệt

38±0,25o

C trong một giờ trước khi thí nghiệm lọc

- Ti ến hành thí nghiệm

• Chuyển khoảng 2g mẫu sang bình chứa mẫu đã cân bì Để nguội bình và mẫu

đến nhiệt độ của môi trường và cân chính xác tới 1mg

• Cho 100ml Trichloroethylene vào bình từng lượng nhỏ và quấy liên tục (lắc)

cho đến khi mẫu tan hết, không còn mẫu dính vào bình Kiểm tra vật liệu không

được hoà tan ít nhất 15 phút

• Đặc cốc nung đã chuẩn bị và cân trước vào trong một ống lọc Làm ướt lưới lọc

sợi thuỷ tinh bằng Trichloroetylene rồi gạn dung dịch (nhựa đường +

trichloroetylene) qua lưới lọc sợi thuỷ tinh của cốc nung Có thể có hoặc

không sử dụng bơm hút chân không

• Khi dung dịch đã dược chảy (hút) cạn qua lưới lọc, rửa bình chứa bằng một

lượng nhỏ dung môi Chuyển tất cả chất không hòa tan vào cốc nung Tráng kỹ

bình chứa, rửa chất không hòa tan trong cốc nung bằng dung môi cho đến khi

chất lọc được thực tế không có màu, sau đó hút mạnh để lấy đi dung môi còn sót

lại

• Lấy cốc nung ra khỏi ống, rửa sạch đáy cốc và đặt cốc nung lên đầu một tủ sấy

hoặc trên bể hơi nước cho đến khi hết hoàn toàn mùi Trichloroethylene

• Đặt cốc vào một tủ sấy ở nhiệt độ 110o

C ± 0,5o

C trong ít nhất 20 phút,để nguội trong bình hút ẩm 30 ± 5 phút và cân Thao tác sấy được lập lại cho đến khi

trọng lượng coi như không đổi (sai số - 0,3mg)

B D C

Trong đó:

A - Khối lượng bình, g

B - Khối lượng giấy lọc đã sấy khô, g

C - Khối lượng bình chúa mẫu nhựa,g

D - Khối lượng bình, giấy lọc có cặn đã sấy khô, g

• Kết quả thí nghiệm (bảng (3.1) và bảng (3.2))

g) Xác định độ dính bám của nhựa đường với đá

- Chu ẩn bị mẫu

• Mẫu nhựa đường dùng trong thí nghiệm

• Chọn khoảng 20 viên đá dăm có kích cỡ 30-40mm, rửa sạch bằng nước

- Ti ến hành thí nghiệm

• Sấy khô 10 viên đá ở l05o

C tới khi ổn định khối lượng

• Buộc dây vào từng viên đá và đưa vào tủ sấy ở nhiệt độ làm việc của nhựa

đường dùng thí nghiệm trong khoảng thời gian 60 phút Nhiệt độ làm việc tuỳ

thuộc vào cấp độ kim lún của nhựa đường,

• Nhúng từng viên đá vào vào nhựa đường cũng đã được dun nóng tới nhiệt độ

làm việc Thời gian nhúng 15 giây

• Treo những viên đá đã nhúng nhựa lên giá treo trong 15 phút đĐể nhựa thừa

chảy bớt và đá nguội đi ở điều kiện trong phòng thí nghiệm

• Nhúng từng viên đá vào cốc mỏ có nước cất đun sôi trong 10 phút Trong thời

gian nước sôi, viên đá không được chậm vào thành cốc

• Nhấc các viên đá ra và quan sát ngay từng viên, Đánh giá Độ dính bám của

nhựa trên mặt viên đá theo 5 cấp quy định

• Độ dính bám của mẫu nhựa đường với đá được xác định theo trị số trung bình

Độ dính bám của 10 viên đá được dùng trong thí nghiệm

- K ết quả thí nghiệm (bảng (3.1) và bảng (3.2))

h) Xác định khối lượng riêng

- Chu ẩn bị mẫu nhựa đường

Đun mẫu nhựa đường cẩn thận, khuấy đều để tránh nóng cục bộ và khử bọt khí

đun cho đến khi nhựa đường đủ lỏng để có thể róc vào bình nhưng không quá

111oC so với nhiệt độ hoá mềm của nhựa và không lâu quá 30 phút

- Ti ến hành thí nghiệm

• Rót nhựa đường lỏng vào trong bình tỷ trọng khô, sạch, ấm khoảng 3/4 dung

tích của bình rồi đậy nút lại (Chú ý: Không để cho nhựa đường dính vào thành

bình phía trên kể từ bề mặt phần nhựa rót vào, và không để tạo bọt trong nhựa

đường)

• Duy trì nhiệt độ thí nghiệm cho bình tỷ trọng có chứa nhựa Đường trong thời

gian lớn hơn 40 phút Cân bình tỷ trọng có chứa nhựa đường cả nút chính

xác đến 1mg Gọi trị số đọc đó là C

• Nhấc cốc thuỷ tinh khỏi chậu nước Mở nút bình tỷ trọng có chứa nhựa đường,

rót nước cất vào đầy, đậy nhẹ nút lại và tránh tạo bọt khí trong bình Cho bình tỷ

trọng trở lại cốc và ấn chặt nút bình Chuyển toàn bộ cốc có chứa bình tỷ trọng

vào trong chậu nước

• Duy trì nhiệt độ thí nghiệm cho bình tỷ trọng có chứa nhựa đường trong chậu

nước với thời gian lớn hơn 30 phút Nhấc bình tỷ trọng ra, lau khô và cân chính

xác đến 1mg Gọi trị số đọc đó là D

- K ết quả thí nghiệm

• Khối lượng riêng của nhựa đường tính theo công thức :

n D A C B

A C

Trong đó: A - Khối lượng của bình tỷ trọng rỗng và nút, g

B - Khối lượng của bình tỷ trọng chứa đầy nước,g

C - Khối lượng của bình tỷ trọng chứa nhựa đường, g

D - Khối lượng của bình tỷ trọng có chứa nhựa đường và nước,g

γn- Khối lượng riêng của nước ở nhiệt đội 25o

C, g/cm3

• Kết quả thí nghiệm (bảng (3.1) và bảng (3.2))

K ết quả thí nghiệm nhựa đường Polymer PmB I

11 Độ đàn hồi ở 25o

K ết quả thí nghiệm nhựa đường 60/70

B ảng 3.2 - Kêt quả thí nghiêm nhựa đường 60/70