Tính chất vật lý và cơ học của bê tông asphalt chịu ảnh hưởng lớn từ chất lượng và tỷ lệ thành phần các vật liệu cấu thành, cũng như cấu trúc của hỗn hợp bê tông. Cấu trúc của bê tông asphalt thể hiện sự tương tác giữa các yếu tố thành phần, bao gồm mối quan hệ giữa đặc tính vật liệu với độ đặc, độ rỗng của vật liệu khoáng, cấu trúc và tính chất của bitum, cùng với sự liên kết và lấp đầy lỗ rỗng của vật liệu khoáng bằng bitum.
Cấu trúc bê tông asphalt bao gồm cả cấu trúc của hỗn hợp vật liệu khoáng và cấu trúc bitum trong hỗn hợp đó. Sau đây hãy cùng đơn vị thi công thảm bê tông nhựa nóng tại Hà Nội T&C Việt Nam tìm hiểu chi tiết về cấu trúc này!
Cấu trúc của vật liệu khoáng trong bê tông Asphalt
Mục lục
Cấu trúc của vật liệu khoáng trong bê tông asphalt có thể được phân loại thành ba loại chính: cấu trúc có khung, bán khung và không có khung. Tỷ lệ và khối lượng của đá, cát và bột khoáng sẽ quyết định loại cấu trúc mà hỗn hợp vật liệu khoáng tạo ra. Cụ thể, tỷ lệ đá trong hỗn hợp thường dao động từ 20% đến 65%, cát từ 20% đến 40%, và bột đá từ 14% đến 4%. Độ rỗng của vật liệu khoáng thường vào khoảng 15% đến 22%, trong khi độ rỗng còn lại chiếm từ 2% đến 7%.
- Cấu trúc có khung là loại cấu trúc mà độ rỗng của hỗn hợp được lấp đầy hoàn toàn bởi vữa asphalt. Thể tích vữa asphalt, bao gồm cát, bột khoáng và bitum, không vượt quá thể tích rỗng của đá dăm, và kích thước hạt cát không lớn hơn các lỗ rỗng trong bộ khung đá dăm. Trong cấu trúc này, các hạt cốt liệu không dễ di chuyển trong vữa asphalt và tiếp xúc với nhau trực tiếp hoặc qua lớp màng bitum cứng. Sự có mặt của các khung cứng không gian giúp tăng cường độ ổn định động cho lớp phủ mặt đường. Cấu trúc khung điển hình có chứa từ 4% đến 10% bột khoáng, 5% đến 7% bitum và 50% đến 60% đá.
- Cấu trúc bán khung là cấu trúc mà trong đó các phần cục bộ của hạt đá dăm tập trung lại với tỷ lệ lớn hơn thể tích vữa asphalt.
- Cấu trúc không có khung là cấu trúc trong đó các hạt đá dăm dễ di chuyển, do có lượng thừa chất kết dính asphalt, khiến hệ số lấp đầy lỗ rỗng lớn hơn 1. Cường độ và độ dính kết của cấu trúc này giảm khi chịu nhiệt, làm cho lớp phủ mặt đường dễ bị biến dạng dẻo.
Cấu trúc khung của hỗn hợp vật liệu khoáng có khả năng chịu lực chuyển động lớn và tỷ lệ thuận với hàm lượng đá dăm trong bê tông nhựa asphalt. Về thành phần hạt, các loại hỗn hợp này có thể không bao gồm các hạt có đường kính từ 5 mm đến 0.63 mm.
Hàm lượng đá dăm, bột khoáng và tỷ lệ giữa chúng không chỉ xác định cấu trúc của hỗn hợp mà còn ảnh hưởng đến các đặc tính của bê tông asphalt. Ví dụ, khi lượng đá dăm là 65% và bột khoáng là 4%, độ rỗng của hỗn hợp vật liệu khoáng sẽ khoảng 15%. Nếu tỷ lệ bột khoáng tăng lên 5%, độ rỗng dư sẽ khoảng 6%, mang lại độ ổn định cao cho bê tông asphalt. Trong khi đó, nếu lượng đá dăm giảm xuống 20% và bột khoáng là 14%, độ rỗng đạt đến 22%, và khi sử dụng đến 7% bitum, bê tông asphalt sẽ có độ ổn định và khả năng chống nứt thấp.
Tham khảo thêm về quy trình thi công thảm bê tông nhựa nóng nhé!
Cấu trúc của bitum trong bê tông Asphalt
Khi trộn vật liệu khoáng với bitum, các hạt đá dăm, cát và bột khoáng sẽ được bao phủ một lớp mỏng bitum trên bề mặt. Cấu trúc và đặc tính của lớp phủ này có ảnh hưởng đáng kể đến tính chất và chất lượng của bê tông asphalt. Sự liên kết giữa vật liệu khoáng và lớp bitum mỏng được hình thành nhờ các quá trình vật lý và hóa học phức tạp.
Các nghiên cứu trong nhiều năm của các nhà khoa học về kỹ thuật dầu mỏ và kỹ thuật giao thông đã đưa ra các lý thuyết cơ bản giải thích mối quan hệ giữa vật liệu khoáng và chất kết dính hữu cơ, đặc biệt là bitum. Sự dính bám của bitum với vật liệu khoáng được cho là phụ thuộc vào tổng diện tích bề mặt của các hạt.
Cụ thể, bề mặt riêng của đá có thể đạt trên 10 cm²/g, cát từ 100 đến 200 cm²/g, và bột đá lên đến 2000-3000 cm²/g. Ví dụ, trong 100g hỗn hợp có 50% đá dăm, 40% cát và 10% bột khoáng có kích thước nhỏ hơn 0.071mm, diện tích bề mặt của đá dăm sẽ là 500 cm², cát 8000 cm² và bột khoáng lên đến 30000 cm².
Do đó, bột khoáng có diện tích bề mặt lớn nhất, chiếm tới 80%, và lực dính bám trên bề mặt bột khoáng ảnh hưởng mạnh đến cấu trúc và tính chất của bê tông asphalt.
Để tính toán diện tích bề mặt của cốt liệu được bao phủ bởi bitum, có thể giả định rằng các hạt cốt liệu có hình dạng cầu và khối lượng riêng là 2.65, như đã tính toán bởi Hveem trong bảng dưới đây:
Bảng Tỷ diện tích bề mặt điển hình
| Cỡ hạt (mm) | Tỷ diện tích bề mặt (m²/kg) |
| 0.075 | 32.77 |
| 0.150 | 12.29 |
| 0.300 | 6.14 |
| 0.600 | 2.87 |
| 1.180 | 1.64 |
| 2.360 | 0.82 |
| > 4.750 | 0.41 |
Độ dày của lớp màng bitum có thể được tính theo công thức lý thuyết sau:
Trong đó:
- T là độ dày của màng bitum (mm)
- ρb là khối lượng riêng của bitum (kg/m³)
- SAF là tỷ diện tích bề mặt của cốt liệu (m²/kg)
- b là hàm lượng bitum (%)
Diện tích bề mặt của cốt liệu được tính bằng cách nhân tổng phần trăm lượng lọt qua lỗ sàng với tỷ diện tích bề mặt tương ứng. Nếu cốt liệu bao gồm các kích thước hạt khác nhau, có thể tính riêng cho từng cỡ hạt.
Về cấu trúc của bitum trong lớp phủ mỏng trên bề mặt của hạt đá và bột đá, có nhiều lý thuyết giải thích. Theo tác giả I.A. Rưbev, có một lực dính bám của lớp bitum với bề mặt đá. Tác giả Karolev cho rằng lớp bitum này bao gồm một lớp bitum tự do, một lớp bitum cứng và một lớp bitum kết hợp với bột đá (chất liên kết asphalt). Các nghiên cứu từ Mỹ cho rằng lớp bitum trên bề mặt khoáng bao gồm hai vùng: một vùng để thấm vào vật liệu đá và một vùng có hiệu quả tạo lực liên kết với đá.
Cường độ, khối lượng riêng và độ dẻo của bitum trong lớp phủ trên bề mặt của vật liệu khoáng sẽ ảnh hưởng đến khả năng dính bám của bitum với bề mặt của hạt. Độ dày lớp bitum phụ thuộc vào kích thước của các hạt. Theo Karolev, trên các hạt có đường kính nhỏ hơn 0.071mm, lớp bitum có độ dày khoảng 0.2μm, còn trên các hạt đá dăm, độ dày của lớp bitum dao động từ 10 đến 20μm. Khi có tác động đầm nén, chiều dày lớp bitum thường nhỏ hơn 10μm.
Thành phần bột đá phân tán mạnh có thể làm thay đổi cấu trúc bitum trong lớp mỏng bằng cách sử dụng thêm các phụ gia dạng keo, ví dụ như hệ xi măng nước. Bitum kết dính tốt với hầu hết các vật liệu làm đường, nhưng điều kiện là các vật liệu này phải sạch, khô và không có bụi bám.
Lực dính bám phụ thuộc vào độ nhớt của bitum: khi độ nhớt cao, thời gian làm ướt cốt liệu càng lâu. Khi bitum kết dính tốt với các hạt cốt liệu, sự dính kết này ít bị suy yếu, trừ khi có tác động của nước. Nếu cốt liệu là đá axít ưa nước, nước sẽ làm giảm lực dính kết và có thể thâm nhập vào giữa lớp bitum và cốt liệu, tách bitum ra khỏi cốt liệu.
Nếu có nhu cầu tham khảo báo giá thi công thảm bê tông nhựa nóng tại Hà Nội, vui lòng liên hệ (gọi điện) trực tiếp để kết nối với T&C Việt Nam ngay lập tức nhé!
