Thành phần và tính chất bê tông asphalt nóng tại Lào

 

ThS. NCS. Thongda SINGHANINH Trường Đại học Chămpasack (Lào) GS. TS. Phạm Duy Hữu Trường Đại học Giao thông vận tải Người phản biện: TS. Nguyễn Thanh Sang TS. Nguyễn Tiến Dũng

Tóm tắt: Bê tông asphalt nóng ở Lào dùng cốt liệu đá vôi nghiền, đá sỏi tự nhiên, cát nghiền, cát tự nhiên, bitum Thái Lan, bột đá vôi, xi măng. Tại Lào chưa sử dụng các chất liệu phụ gia và các cốt liệu nhân tạo. Bài báo giới thiệu thành phần, phương pháp thiết kế và các tiêu chuẩn của HMA tại Lào.

Từ khóa: Bê tông asphalt nóng.

Abstract: Hot asphalt concrete aggregate used in Laos crushed limestone, natural stone, sand mill, natural sand, bitumen Thailand, powdered limestone, cement. In Laos unused stuffs additives and artificial aggregates. The paper introduces components, design methods and standards of HMA in Laos.

Keywords: Hot asphalt.

1. Đặt vấn đề

Ở CHDCND Lào cần xây dựng nhiều đường bằng bê tông asphalt nóng, chế tạo trên cơ sở vật liệu tại Lào. Nghiên cứu đã đề xuất cấp phối bê thông asphalt nóng để làm cơ sở cho thiết kế cấp phối bê tông asphalt nóng Lào (Bảng 3.5). Cần tiến hành thí nghiệm kiểm chứng các tính năng của HMA quan hệ lượng xi măng và các tính năng của HMA.

2. Vật liệu chế tạo HMA Lào

2.1. Cốt liệu lớn

Ở Lào chủ yếu là đá vôi cốt liệu lớn có đường kính hạt từ 19-2.36mm được chia ra các loại: 0-5mm, 5-12mm, 12-19mm được nghiền từ đá vôi. Cấp phối hạt của cốt liệu lớn theo AASHTO T88. Cấp phối hạt dược ghi ở (Bảng 3.1).

2.2. Cốt liệu nhỏ

Cát nghiền từ đá vôi (bin3 có cỡ hạt từ 4,75 - 0,075mm). Trong một số dự án sử dụng cát sông Mêkông.

Thí nghiệm tỷ trọng khối: 2,681 (D19); 2.632 (D12.5) AASHTO T85;

Cát nghiền 0 - 5mm 2.13; độ hấp thụ nước: 3,9;

Cát sông Mê Kông có cấp phối đảm bảo và M_k = 2.89 - cát lớn;

Cát xay có cấp phối hạt hơi nhỏ và M = 2,307;

Cốt liệu lớn và cốt nhỏ tại Lào có thể sử dụng làm bê tông asphalt nóng.

Các nghiên cứu hiện nay cho thấy cần phối hợp giữa 5 - 15% cát tự nhiên với cát xay trong bê tông asphalt.

2.3. Bột khoáng

Ở Lào chủ yếu sử dụng xi măng portlant sản xuất  tại Lào ở tỉnh Viêng Chăn, tỉnh Tha Khac, tỉnh Saravan và nhập khầu thừ Thái Lan khối lượng riêng 3.15g/cm³. Tiêu chuẩn đối với bột khoáng cho bê tông asphalt AASHTO M17, xi măng đạt tiêu chuẩn thành phần hạt của bột khoáng.

2.4. Chất kết dính bitum

Ở Lào thường sử dụng bi tum dầu mỏ có độ quánh 60/70 nhập từ Thái Lan. Độ kim lún 68⁰C, tỷ trọng khôi lượng riêng 1,03g/cm³.

Ở Lào chưa sử dụng các loại bitum polime. Tuy nhiên, vì khí hậu nóng ở Lào các dạng phá hoại do thời tiết và thi công không rõ. Phá hoại chủ yếu là các vết nứt của bitum hóa già xuất hiện sau khai thác 4 - 5 năm, nhiệt độ hóa mềm là 49⁰C.

3. Thiết kế thành phần bê tông asphalt nóng ở Lào

Hỗn hợp vật liệu khoáng cho chế tạo bê tông aspalt được khiến nghị ở Bảng 3.1.

Bảng 3.1. Tiêu chuẩn cấp phối hạt HMA kiến nghị

 

Tỷ trọng trung bình của cốt liệu và cát 2,681g/cm³ (G_ag). Hàm lượng bùn sét đạt yêu cầu. Thành phần vật liệu và kết quả thiết kế của 3 loại HMA ghi ở Bảng 3.2, 3.3, 3.4, 3.5 với ba loại HMA 1,2,3.

Bảng 3.2. Thành phần hạt của từng cốt liệu

 

Bảng 3.3. Xi măng 5% + cốt liệu 60% + cốt liệu 35% =100% HMA1

 

Bảng 3.4. Xi măng 3.5% cốt liệu 60% + cốt liệu 31.5% =100% HMA2

 

Bảng 3.5. Xi măng 2% + 65 cốt liệu + 33 cốt liệu = 100% HMA3

 

Cấp phối thiết kế của HMA 1,2,3 ghi ở Hình 3.1

Hình 3.1: Cấp phối của HMA 2%, 3.5%, 5%

 

Trên Hình 3.1 cho thấy, thành phần HMA từng ứng với 2%, 3,5%, 5% xi măng thành phần hạt phù hợp với khiến nghị ở Bảng 3.1. Cỡ hạt từ 9,5 - 19 gần với giới hạn trên và cỡ hạt 0,075 - 4,75 gần với giới hạn dưới cấp phối này đạt yêu cầu đường cong thích hợp cho việc tạo độ rỗng cột liệu VMA theo yêu cầu của các tiêu chuẩn.

4. Thí nghiệm

Kết quả thí nghiệm độ ổn định, độ dẻo và các đặc tính Va, VMA, VFB ghi ở Bảng 4.1, 4.2, 4.3.

Bảng 4.1. Thí nghiệm và tính toán hỗn hợp bê tông asphalt nóng theo phương pháp Marshall 5% xi măng

 

Bảng 4.2. Thí nghiệm và tính toán hỗn hợp bê tông asphalt nóng theo phương pháp Marshall 3.5% xi măng

 

 

Bảng 4.3. Thí nghiệm và tính toán hỗn hợp bê tông asphalt nóng theo phương pháp Marshall 2% xi măng

 

5. Kết quả và thảo luận

Phân tích kết quả thí nghiệm để xác định hàm lượng bitum tối ưu là 5% theo khối lượng hỗn hợp ghi ở Hình 5.2, 5.3, 6.1.

Hình 5.1: Kết quả thí nghiệm HMA 5% xi măng

 

Hình 5.2: Kết quả thí nghiệm HMA 3,5% xi măng

 

Hình 5.3: Kết quả thí nghiệm HMA 2% xi măng

 

6. Phân tích ảnh hưởng của hàm lượng xi măng đến tính năng HMA

- Các chỉ tiêu kỹ thuật của các loại HMA ghi ở Bảng 6.1.

Bảng 6.1. Tính năng của các loại HMA từng ứng 2%, 3,5%, 5%

 

Khi lượng xi măng tăng từ 2% - 5% độ ổn định Marshall tăng 104,6%.

Hình 6.1: Quan hệ độ ổn định Marshall

 

- Độ dẻo từ 3,2 - 3,95mm phù hợp với độ dẻo quy định Việt Nam: 2 - 4mm;

- Tỉ trọng khối: 2,35 - 2.410g/cm³;

- VMA đạt từ 14,1 - 14,9 >13,0 đạt yêu câu theo tiêu chuẩn;

- VFA: 67,4 - 71,9 >65 Min;

- Độ rỗng dư: AV từ 3,96 - 4,86% là phù hợp (2 - 4%).

Như vậy, hàm lượng xi măng có ảnh hưởng đến độ ổn định Marshall và thỏa mãn các chỉ khác. Như vậy, lượng xi măng nên dùng chỉ là 2 - 3,5%.

Kết luận

Bài báo với các kết quả ban đầu về thí nghiệm và phần tích có thể đưa ra một số kết luận:

- Độ lệch cho các cấp phối như sau:

R_i = L_max – L_min= 13,2

- Tiêu chuẩn thành phần cấp phối kiến nghị cho Lào với độ lệch 13,2.

 

- Trình tự thiết kế chia theo hướng dẫn TCVN 2011 gồm các bước sau:

+ Bước 1: Thiết kế sơ bộ (Preliminary design hoăc cold bin mix deesign).

+ Bước 2: Thiết kế hoàn chỉnh (hot bin mix degign).

+ Bước 3: Phê duyệt công thức chế tạo bê tông nhựa sau khi rải thử (Job-mix formula verification).

+ Bước 4: Kiểm soát chất lượng hàng ngày (Routine construction control).

+ Thiết kế sẽ kiến nghị sử dụng cho xây dựng đường bộ CHDCND Lào.

- Kết quả thí nghiệm cho thấy, thiết kế HMA theo thành phần cấp phối đề nghị cho các chỉ tiêu cơ lý phù hợp với tiêu chuẩn AASHTO.

- Hàm lượng xi măng có ảnh hưởng lớn đến tính chất của bê tông asphalt nóng chủ yếu là độ ổn định Marshall. Kiến nghị chọn hàm lượng xi măng khoảng 2 -3,5% so với lượng bitum.

Tài liệu tham khảo

[1]. GS. TS. Phạm Duy Hữu, PGS. TS. Vũ Đức Chính, TS. Đào Văn Đông, TS. Nguyễn Thanh Sang (2008), Bê tông asphalt, NXB. GTVT, Hà Nội.

[2]. H.B GOPELEISHEB NXB (Nga), Bê tông asphalt và các vật liệu bitum.

[3]. TCVN 8820-2011, Hỗn hợp bê tông nhựa nóng - thiết kế theo phương pháp Marshall.

[4]. TCVN 8819:2011, Hỗn hợp bê tông nhựa nóng - thiết kế theo phương pháp Marshall.

[5]. H.B GORELLIESHEB (1995), Bê tông asphalt và những vật liệu khoáng bitum khác, Moscow.

[6]. Quy phạm kỹ thuật thi công mặt đường bê tông JTG-F402004, Cộng hòa Nhân dân Trung Hoa.

[7]. Quy phạm kỹ thuật thi công mặt đường bê tông JTG-F402004, Cộng hòa Nhân dân Trung Hoa.