Tải bản đầy đủ
3 Các nghiên cứu và ứng dụng vật liệu gia cố nhựa trên thế giới và ở Việt Nam

3 Các nghiên cứu và ứng dụng vật liệu gia cố nhựa trên thế giới và ở Việt Nam

Tải bản đầy đủ

14

T0

T1

PF1

PF2

1 7cm BTN-I
2 7cm BTN-II
3 15cm ÐTN-III

1 8cm BTN-I
2 18cm ÐTN

1 8cm BTN-I
2 18cm ÐTN

4 28cm CPÐgcxm

3 25cm CPÐgcxm

3 25cm CPÐgcxm

1 7cm BTN-I
2 7cm BTN-II
3 15cm ÐTN

1 8cm BTN-I
2 15cm ÐTN-III

1 8cm BTN-I
2 15cm ÐTN-III

3 22cm CPÐgcxm

3 20cm CPÐgcxm

4 28cm CPÐgcxm

T2

T3

1 8cm BTN-I
2 15cm ÐTN

1 6cm BTN-I
2 12cm ÐTN

3 28cm CPÐgcxm

3 28cm CPÐgcxm

PF3

1 6cm BTN-I
2 12cm ÐTN
3 20cm CPÐgcxm

Ghi chú bảng 3.1:

(1) BTN: Bê tông nhựa nóng
(2) ĐTN: Cấp phối đá dăm trộn nhựa nóng
(3) CPĐgcxm: Cấp phối đá dăm gia cố xi măng
Ở Đức kết cấu áo đường có cường độ cao cũng có lớp cấp phối đá trộn nhựa,
lớp này được xếp ngay trên lớp cấp phối đá dăm và ở dưới lớp bê tông nhựa chặt [15].

15

Hình : Mặt cắt ngang một kết cấu áo đường tại Đức [15].

Tại việt nam, việc dùng cấp phối đá dăm gia cố nhựa còn ít được chú trọng,
nhiều công trình thiết kế móng cấp phối đá dăm có chiều dày lớn như.
(1) Đường xa lộ Hà Nội mở rộng

16

1 7 cm BTN hat min
2 8 cm BTN hat trung

3 80 cm CPÐD-I

4 20 cm CP soi do

(2) Đường ĐT 741 – Tỉnh Bình Dương

1 4 cm BTN hat trung
2 6 cm BTN hat tho
3 20 cm CPÐD-I

4 35 cm CPÐD-II

5 20 cm CP soi do

Tuy vậy quan điểm thiết kế hiện nay đã dần thay đổi, một số công trình lớn
hiện nay đã bắt đầu quan tâm và sử dụng lớp cấp phối đá dăm trộn nhựa có thể kể đến
như
Công trình đường cao tốc Hà Nội - Hải Phòng [15].
Phần đường chính dà 71 cm lớp cấp phối đá trộn nhựa được đặt trên lớp cấp
phối đá dăm loại 1 và dưới lớp bê tông nhựa hạt trung C19 cụ thể chiều dày các lớp
như sau
+ Lớp BTN hạt mịn: 5cm;
+ Bê tông nhựa hạt trung C19 : 14 cm chia hai lớp rải mỗi lớp 7cm;
+ Lớp móng CPĐD gia cố nhựa ATB dày 12 cm;
+ Lớp CPĐD loại 1 dày 40 cm.
Phần dừng xe khẩn cấp: dày 66 cm bao gồm 7,5cm ATB và 68,5 cm CPĐD.
Cân nhắc kỹ thuật cho làn dừng xe khẩn cấp ở công trình này được lý giải

17

+ Mặt đường làn dừng xe khẩn cấp chỉ có 7,5 cm ATB đặt trên móng đá dăm
dày khoảng 60cm và thấp hơn mặt đường chính 5cm. Đây là một kết cấu đủ chịu lực,
không có vấn đề gì khi xe nặng đỗ hay di chuyển chậm. Kết cấu này cũng thuộc loại
mặt đường cấp cao A2, cho đường quốc lộ. Nó cũng là mặt đường kín, không sợ nước
thấm xuống dưới. Với lượng xe trục 10T dưới 100 ngàn xe chạy qua thì châu Âu cũng
chỉ dùng mặt đường này. Việc dùng kết cấu như thế trong dự án của chúng ta là rất
hợp lý, không chỉ là rẻ tiền mà liên quan đến an toàn giao thông [15].
Đường cao tốc Sài Gòn – Long Thành – Dầu Giây, Công trình nâng cấp và mở rộng
quốc lộ 1A, Công trình nâng cấp quốc lộ 5 cũng đã đưa cấp phối đá dăm gia cố nhựa
vào sử dụng như lớp móng trên. Và sử dụng các tiêu chuẩn của bê tông nhựa rỗng
trong việc kiểm soát chất lượng thi công lớp cấp phối đá dăm trộn nhựa tại công
trường [17].
Nhận xét chương 1:
- Nguyên lý hình thành cường độ của cấp phối đá dăm gia cố nhựa gần giống với
bê tông nhựa, phụ thuộc vào cấp phối hạt, hàm lượng, tính chất của nhựa, nhiệt độ lúc
thi công và làm việc
- Nhiều nơi do điều kiện kinh tế khó khăn nên lớp mặt đường vẫn là cấp phối đá
dăm, cường độ chống trượt thấp, dễ chịu tác động của môi trường, gây hư hỏng mặt
đường.
- Kết cấu của áo đường mềm gồm nhiều lớp, hiện nay do tải trọng trục xe ngày
càng lớn, chúng ta thường đặt lớp bê tông nhựa trên lớp cấp phối đá dăm dày, dẫn đến
bất lợi về kết cấu và trạng thái ứng suất chịu kéo uốn sinh ra khi chịu tải, sớm gây
biến dạng, mất bằng phẳng mặt đường, hoặc gây nứt mặt đường.

18

CHƯƠNG 2: THỰC TRẠNG VÀ TÍNH CHẤT VẬT LIỆU ĐỂ CHẾ TẠO CẤP
PHỐI ĐÁ DĂM TRỘN NHỰA Ở KHU VỰC ĐỒNG NAI VÀ CÁC TỈNH LÂN
CẬN
2.1. Yêu cầu về vật liệu cấp phối đá dăm dùng làm móng mặt đường [5].
2.1.1. Yêu cầu về đường cong cấp phối hạt [5].
Ở nhiều nước, đã có nhiều tác giả nghiên cứu thành phần hạt của cấp phối sỏi
sạn hay cấp phối bê tông nhựa, bê tông xi măng theo các dạng đường cong liên tục
khác nhau. Việc nghiên cứu một phần dựa trên cơ sở lý thuyết, còn phần lớn dựa trên
cơ sở thực nghiệm.
Đã nhiều năm nay, các nhà nghiên cứu về lĩnh vực xây dựng đường ô tô trên thế
giới đã quan tâm nghiên cứu nhiều về thành phần của các vật liệu hạt cốt liệu có kích
cỡ khác nhau, phối hợp với nhau như thế nào để đạt được một hỗn hợp, sau khi đầm
nén có được độ chặt lớn nhất, dùng trong xây dựng nền móng đường ô tô. Nhìn
chung, đường cong cấp phối cốt liệu được nghiên cứu thường theo các dạng liên tục.
Việc nghiên cứu đường cong cấp phối cốt liệu một phần dựa trên cơ sở lý thuyết, còn
phần lớn dựa trên cơ sở thực nghiệm.
Các đường cong cấp phối lý thuyết được các học giả phương Tây nghiên cứu có
tính khả thi là các lý thuyết sau:


Lý thuyết cấp phối của Fuller;



Lý thuyết cấp phối của Talbot;



Lý thuyết cấp phối của Ivanop.
4.1.1. Lý thuyết cấp phối của Fuller

19

Kết quả nghiên cứu của Fuller đã chỉ ra rằng, đường cong cấp phối có dạng càng
gần với đường cong Parabol thì cấp phối đó có độ chặt càng lớn. Đường cong cấp
phối lý tưởng của Fuller có dạng:
P2=K.d

(2.1)

Trong đó:
P: Lượng lọt qua sàng (%);
d: Đường kính lỗ sàng (mm);
K: Hệ số.
Nếu một cấp phối có cỡ hạt lớn nhất là 50 mm, lượng lọt qua sàng tương ứng là
100%, thì:

d=50 (mm); P=100 (%)

Thay vào công thức trên ta có: 1002=K.50

K=1002/50=200

Như vậy, công thức đường cong cấp phối lý tưởng của Fuller với đường kính cỡ
hạt lớn nhất là 50 mm sẽ là:
P2=200.d

P=14,14.d0,5

(2.2)

Tương tự với một cấp phối có cỡ hạt lớn nhất là 37,5 mm thì công thức đường
cong cấp phối lý tưởng của Fuller sẽ là:
P2=266,67.d

P=16,33.d0,5

(2.3)

Tương tự với một cấp phối có cỡ hạt lớn nhất là 25 mm thì công thức đường
cong cấp phối lý tưởng của Fuller sẽ là:
P2=400.d

P=40.d0,5

(2.4)

Từ công thức (4.2) và (4.3) ta dễ dàng tính được tỷ lệ % lọt qua sàng khác nhau.
4.1.2. Lý thuyết cấp phối của Talbot
Theo nghiên cứu của Talbot, nếu cấp phối cốt liệu phù hợp với công thức sau thì
sẽ đạt được độ chặt lớn nhất:
n

d
P =   x100
D

(2.5)

20

Trong đó:
P: Lượng lọt qua sàng, %;
d: Kích cỡ lỗ sàng, mm;
D: Kích cỡ lỗ sàng lớn nhất, mm;
n: Hệ số, thông thường n= 0,3 -0,5.
Nếu chọn n= 0,5, D=50, thay vào công thức (2.5) ta có:
P=14,14.d0,5

1/ 2

d 
P= 
 50 

(2.6)

x100

Nếu chọn n= 0,5, D=37,5, thay vào công thức (3.5) ta có:
 d 
P=

 37.5 

P=16,33.d0,5

1/ 2

(2.7)

x100

Nếu chọn n= 0,5, D=25, thay vào công thức (3.5) ta có:
d 
P= 
 25 

P=20.d0,5

1/ 2

(4.8)

x100

So sánh công thức (2.2) với (2.6), công thức (2.3) với (2.7) và công thức (2.4)
với (2.8) ta nhận thấy với n = 0,5 thì công thức của Talbot và công thức của Fuller là
như nhau.
Nhận xét: Công thức của Fuller là trường hợp riêng của công thức Talbot.
4.1.3. Lý thuyết cấp phối của Ivanop
Trên cơ sở thực nghiệm, Ivanop và Okhotina đã đưa ra các luận điểm cơ bản về
lý thuyết cấp phối tốt nhất như sau:
1

Độ rỗng của cấp phối hạt có kích cỡ kề nhau chênh nhau 2 lần sẽ như nhau khi tỷ lệ
về khối lượng của các hạt kề nhau không đổi.

2

Độ rỗng của cấp phối sẽ nhỏ nhất, nếu kích thước của các hạt chèn vào lỗ rỗng của
các hạt to hơn sẽ lần lượt giảm đi 16 lần và khối lượng của các loại hạt sau (hạt nhỏ

21

hơn) bằng 43% khối lượng của các loại hạt trước (hạt lớn hơn). Hệ số K=0,43 được
gọi là hệ số giảm khối lượng.
3

Khi chọn cấp phối hạt có kích cỡ hạt chênh nhau 1/8; 1/4; 1/2 thì độ rỗng của cấp
phối sẽ lớn hơn và do đó khối lượng hạt chèn phải tăng lên. Vì vậy để cấp phối vẫn
đảm bảo có độ chặt lớn nhất (độ rỗng nhỏ nhất ) thì khối lượng của các loại hạt sau
(hạt nhỏ hơn) sẽ bằng 55%, 66% và 81% khối lượng của các loại hạt trước (hạt lớn
hơn) (hệ số K=0,55; 0,66 và 0,81) tương ứng với kích cỡ hạt chênh nhau là 1/8; 1/4;
1/2 lần.
Dựa vào nguyên tắc đã nêu trên và dựa vào thực nghiệm, Ivanop đã định ra
đường cong giới hạn của cấp phối. Trong trường hợp các cỡ hạt chênh nhau 2 lần,
khoảng bao của hệ số K theo Ivanop là K = 0,70 - 0,84. Ở CHLB Đức dùng đường
cong cấp phối tương ứng với K < 0,7, Thụy Điển: với K < 0,65, ở Mỹ sử dụng đường
cong cấp phối tương ứng với hệ số khối lượng giảm dần K = 0,75-0,85 [5].
Việc so sánh lý thuyết của Ivanop với lý thuyết Talbot được tiến hành trên cơ sở
số liệu của đường bao cấp phối Ivanop và công thức Talbot với loại cấp phối D max=32
mm, là loại có cỡ hạt thích hợp với cấp phối đá dăm.
Trình tự tiến hành như sau:
Tiến hành xác định các giá trị lượng lọt qua sàng trên cơ sở đường cong cấp phối



Ivanop với Dmax=32 mm, hệ số K=0,65; 0,88 và 0,9.
Tiến hành xác lập công thức cấp phối theo Talbot với D max=32 mm tương ứng với



số mũ n=0,6; 0,5; 0,4 và 0,3. So sánh giữa cấp phối Talbot và Ivanop.
Kết quả so sánh được thể hiện ở bảng 4.1.
Bảng 2.1. So sánh lý thuyết cấp phối của Ivanop với Talbot

Kích cỡ sàng
(mm)

Lượng lọt sàng, %
Lý thuyết Talbot

Lý thuyết Ivanop

n=0.6

n=0.4

n=0.3

K=0.65

K=0.88

K=0.9

32

100

100

100

100

100

100

16

66

76

81

62

79.8

83

22

8

44

57

66

44

60

72

4

29

44

54

30

45

62

2

19

33

44

20

35

53

1

13

25

35

14

27

46

0.5

8

19

29

9

21

37

0.25

5

14

23

6

16

31

0.12

4

11

19

4

11

25

0.06

2

8

15

3

9

19

0.03

2

6

12

2

7

14

0.015

1

5

10

1

4

10

0.008

0.7

3.6

8.3

0.5

2.5

5

Nhận xét:


Đường cấp phối Ivanop với K= 0,65 tương đương với đường cấp phối Talbot với
n=0,6.



Đường cấp phối Ivanop với K= 0,88 tương đương với đường cấp phối Talbot với
n=0,4.



Đường cấp phối Ivanop với K= 0,90 tương đương với đường cấp phối Talbot với
n=0,3.
Kết luận: Về lý thuyết, đường cong cấp phối của Fuller và Ivanop đều tuân theo
lý thuyết của Talbot. Để tiện cho việc phân tích ở các phần sau, sử dụng công thức
của Talbot làm cơ sở để so sánh với các tiêu chuẩn vật liệu cấp phối đá dăm.
4.1.4. Xác định đường cong cấp phối lý thuyết theo Talbot
Trên cơ sở các công thức lý thuyết về cấp phối lớn nhất của Talbot, tiến hành
tính toán thành phần cấp phối theo lý thuyết để đạt được độ chặt lớn nhất với ba loại
cấp phối có đường kính cỡ hạt lớn nhất là 50 mm; 37,5 mm và 25 mm. Với công thức
Talbot, ta chọn hệ số n với các giá trị là 0,3; 0,4 và 0,5. Để tiện cho tính toán, các
công thức tương ứng với đường kính hạt lớn nhất 50 mm; 37,5 mm và 25 mm, với
n=0,3; n=0,4 và n=0,5 được thống kê ở bảng 4.2:

23

Bảng 2.2. Công thức xác định thành phần cấp phối theo Talbot
Công thức cấp phối theo Talbot
n=0,5

n=0,4

n=0,3

P=20,91.d 0,4

P=30,92.d 0,3

P=23,46.d 0,4

P=33,71.d 0,3

P=27.59.d 0,4

P=38.07.d 0,3

Dmax=50 mm
P=14,14.d0,5
Dmax=37,5 mm
P=16,33.d0,5
Dmax=25 mm
P=20.00.d0,5

Căn cứ vào các công thức ở bảng 4.2, thành phần cấp phối theo lý thuyết để đạt
được độ chặt lớn nhất với hai loại cấp phối có đường kính cỡ hạt lớn nhất là 50 mm;
37,5mm và 25 mm theo Fuller và Talbot được tính toán và thể hiện ở bảng 4.3, 4.4 và
4.5.
Bảng 2.3. Đường cong cấp phối chuẩn theo Talbot, Dmax=50 mm
Kích cỡ sàng vuông
(mm)

Lượng lọt sàng (%)
Fuller
Talbot (n=0,5)

Talbot (n=0,4)

Talbot (n=0,3)

50

100.0

100.0

100.0

37.5

86.6

89.1

91.7

25

70.7

75.8

81.2

19

61.6

67.9

74.8

12.5

50.0

57.4

66.0

9.5

43.6

51.5

60.8

4.75

30.8

39.0

49.3

2.0

20.0

27.6

38.1

1.18

15.4

22.3

32.5

0.60

11.0

17.0

26.5

0.425

9.2

14.8

23.9

0.075

3.9

7.4

14.2

24

Bảng 2.4. Đường cong cấp phối chuẩn theo Fuler và Talbot, Dmax=37,5 mm

Kích cỡ sàng vuông
(mm)

Lượng lọt sàng (%)
Fuller
Talbot (n=0,5)

Talbot (n=0,4)

Talbot (n=0,3)

37.5

100.0

100.0

100.0

25

81.7

85.0

88.5

19

71.2

76.2

81.5

12.5

57.7

64.4

71.9

9.5

50.3

57.7

66.2

4.75

35.6

43.8

53.8

2.36

25.1

33.1

43.6

2.0

23.1

31.0

41.5

1.18

17.7

25.1

35.4

0.60

12.6

19.1

28.9

0.425

10.6

16.7

26.1

0.075

4.5

8.3

15.5

Bảng 2.5. Đường cong cấp phối chuẩn theo Fuler và Talbot, Dmax=25 mm

Kích cỡ sàng vuông
(mm)

Lượng lọt sàng (%)
Fuller
Talbot (n=0,5)

Talbot (n=0,4)

Talbot (n=0,3)

25.0

100

100

100

19.0

87.2

89.6

92.1

12.5

70.7

75.8

81.2

9.5

61.6

67.9

74.8

4.75

43.6

51.5

60.8

2.36

30.7

38.9

49.3

2.0

28.3

36.4

46.9

1.2

21.7

29.5

40.0