Bê tông Asphalt có những đặc điểm cơ lý đặc trưng và các phương pháp thí nghiệm phức tạp. Sau đây mời quý khách cùng với công ty thi công thảm bê tông nhựa nóng tại Hà Nội uy tín T&C tìm hiểu ngay sau đây nhé!
Độ ổn định và độ dẻo Marshall
Mục lục
Độ ổn định Marshall là lực lớn nhất tác động lên mẫu khi bị phá hủy (S).
Độ dẻo Marshall là độ lún của mẫu tại thời điểm phá hoại (F).
Hai chỉ tiêu này được sử dụng trong phương pháp thiết kế Marshall (22TCN 62–84, AASHTO T245) và xác định thông qua thí nghiệm Marshall.
Thí nghiệm Marshall:
- Mẫu bê tông asphalt hình trụ (D = 101,6mm, H = 63mm) được chế tạo trong phòng thí nghiệm hoặc lấy từ mặt đường.
- Sau khi trộn ở nhiệt độ quy định, mẫu được tạo trong khuôn Marshall với số lần đầm xác định.
- Mẫu ngâm trong nước 60°C khoảng 30–40 phút, sau đó đặt vào thiết bị Marshall để thử nghiệm.
- Lực nén với tốc độ 50,8mm/phút tác động dọc theo phương đường sinh đến khi mẫu bị phá hủy.
Nếu mẫu có chiều cao khác tiêu chuẩn, độ ổn định Marshall sẽ được điều chỉnh bằng hệ số hiệu chỉnh. Thiết kế hỗn hợp bê tông asphalt theo Marshall cần đảm bảo các yêu cầu về thể tích và cơ học tương ứng với loại giao thông.
Độ ổn định HVEEM
Độ ổn định Hveem là một chỉ tiêu quan trọng trong thiết kế hỗn hợp bê tông nhựa asphalt theo phương pháp Hveem (Asphalt Institute).
Thí nghiệm xác định độ ổn định Hveem được thực hiện trên mẫu bê tông asphalt hình trụ (D = 101,6mm; H = 63,5mm), được chế tạo theo phương pháp Hveem hoặc khoan trực tiếp từ mặt đường.
Quy trình thí nghiệm:
- Mẫu được bảo dưỡng trong tủ sấy ở 60 ± 3°C trong 3–4 giờ trước khi tiến hành thí nghiệm.
- Ban đầu, tác dụng một áp lực hông 34,5 kPa lên mẫu.
- Máy nén được kích hoạt, tạo tải theo phương dọc trục với tốc độ 1,3 mm/phút, ghi nhận áp lực hông tương ứng khi tải trọng đạt 13,4 kN, 22,3 kN, 26,7 kN.
- Sau đó, tải trọng dọc trục giảm xuống 4,45 kN, áp lực hông duy trì 34,5 kPa.
- Sử dụng bơm thủy lực quay tay để tăng dần áp lực hông từ 34,5 kPa đến 690 kPa, đồng thời đo chuyển vị tương ứng.
Cường độ chịu nén, tính ổn định nước và ổn định nhiệt của bê tông asphalt
Cường độ chịu nén, tính ổn định nước và ổn định nhiệt của bê tông asphalt là những chỉ tiêu cơ học quan trọng, được sử dụng trong phương pháp thiết kế theo tiêu chuẩn của Liên bang Nga (22TCN 249–98). Các chỉ tiêu đánh giá bao gồm:
- Cường độ chịu nén giới hạn
- Hệ số ổn định nước
- Hệ số ổn định nhiệt
Theo tiêu chuẩn 22TCN 62–84, thí nghiệm được thực hiện trên mẫu bê tông asphalt hình trụ tròn có đường kính (D) bằng chiều cao (H), với kích thước D = 50,5mm, 71,5mm hoặc 101,6mm, tùy thuộc vào cỡ hạt lớn nhất của bê tông asphalt. Mẫu được chế tạo bằng phương pháp ép tĩnh hoặc khoan trực tiếp từ hiện trường.
Quy trình thí nghiệm:
- Mẫu được nén dọc trục với tốc độ 3 ± 0,5 mm/phút cho đến khi bị phá hủy
- Tải trọng phá hoại được ghi nhận để tính toán cường độ chịu nén giới hạn.
Thí nghiệm được thực hiện trong ba điều kiện khác nhau:
- Mẫu khô ở 20°C (Rnk20)
- Mẫu bão hòa nước ở 20°C (Rnbh20)
- Mẫu khô ở 50°C (Rnk50)
Tham khảo thêm: Quy trình thi công thảm bê tông nhựa nóng của T&C Việt Nam
Cường độ chịu kéo gián tiếp (ép chẻ) và cường độ chịu cắt trong thiết kế super pave
Phương pháp Super Pave (Mỹ) là một phương pháp tiên tiến trong thiết kế hỗn hợp bê tông asphalt, yêu cầu đánh giá các chỉ tiêu cơ học quan trọng nhằm đảm bảo chất lượng và độ bền của mặt đường. Các chỉ tiêu này bao gồm khả năng chịu kéo gián tiếp (IDT) và cường độ chịu cắt (SST), giúp xác định tính năng làm việc thực tế của mặt đường bê tông asphalt.
Thí nghiệm kéo gián tiếp (IDT)
Thí nghiệm kéo gián tiếp được thực hiện để đánh giá mô đun đàn hồi và hệ số Poisson của mẫu bê tông asphalt, sử dụng các tiêu chuẩn như 22TCN 274–01, ASTM D4123, và AASHTO TP31. Trong quá trình thí nghiệm, một áp lực nén được đặt vào mẫu hình trụ theo phương ngang, tạo ra ứng suất kéo gián tiếp.
Phương pháp thực hiện:
- Thí nghiệm được tiến hành ở ba mức nhiệt độ: 5°C, 30°C (hoặc 25°C), và 40°C.
- Tần số tác dụng tải trọng: 0.33Hz, 0.5Hz và 1.0Hz.
- Tải trọng trùng phục được điều chỉnh trong khoảng 10–50% tải trọng phá hoại, thông thường có giá trị từ 1–35N/mm theo chiều dài mẫu.
- Mẫu thí nghiệm có thể được chế tạo bằng dụng cụ đầm xoay hoặc lấy trực tiếp từ mặt đường bằng phương pháp khoan.
Tiến trình thí nghiệm:
- Giai đoạn sơ bộ: Áp dụng tải trọng trùng phục lặp lại để đảm bảo tiếp xúc tốt giữa mẫu và tấm truyền tải trọng, đồng thời ổn định biến dạng.
- Giai đoạn chính: Áp dụng tải trọng trùng phục trong khoảng 50–200 lần, quan sát đến khi biến dạng đàn hồi ổn định.
- Ghi nhận kết quả: Sau khi đạt trạng thái ổn định, tiến hành đo và ghi lại biến dạng đàn hồi ngang và đứng qua ít nhất 3 chu kỳ tải trọng liên tiếp.
Thí nghiệm cắt (SST)
Thí nghiệm cắt giúp đánh giá khả năng chống biến dạng vĩnh cửu của hỗn hợp bê tông asphalt, được thực hiện với các phương pháp:
- Thí nghiệm cắt tải trọng trùng phục với tỷ lệ ứng suất không đổi.
- Thí nghiệm cắt tải trọng trùng phục ở chiều cao không đổi.
- Thí nghiệm cắt đơn giản ở chiều cao không đổi.
Mô tả mẫu thí nghiệm:
- Đường kính mẫu: 152mm.
- Chiều cao mẫu: 50mm.
- Mẫu có thể chế tạo trong phòng bằng phương pháp đầm xoay hoặc khoan từ mặt đường.
- Hai đầu mẫu được gắn với các tấm cao su bằng chất kết dính (thường là epoxy).
Quy trình thí nghiệm:
- Trước khi thử nghiệm: Đặt mẫu trong tủ sấy duy trì ở nhiệt độ thí nghiệm từ 2–4 giờ tùy vào mức nhiệt độ thử nghiệm.
- Trong quá trình thử nghiệm: Đặt mẫu trong buồng nhiệt của thiết bị thử nghiệm để duy trì nhiệt độ ổn định.
Các loại thí nghiệm cắt cụ thể:
Thí nghiệm cắt ở chiều cao không đổi:
- Áp dụng ứng suất cắt ban đầu: 7kPa trong 100 chu kỳ.
- Tăng ứng suất lên 70kPa/giây, giữ trong 10 giây, sau đó giảm về 0 với tốc độ 21kPa/giây.
- Quan sát trong 30 giây sau khi tải trọng về 0.
- Thực hiện ở nhiệt độ 4°C, 20°C và 40°C.
- Kết quả ghi nhận: Ứng suất dọc trục, ứng suất cắt và biến dạng cắt.
Thí nghiệm cắt tải trọng lặp với tỷ lệ ứng suất không đổi:
- Áp dụng đồng thời ứng suất dọc trục và ứng suất cắt có dạng nửa hình sin với tỷ lệ ứng suất không đổi từ 1.2–1.5 lần.
- Số chu kỳ tải trọng ban đầu: 100 chu kỳ (0.1 giây tác dụng, 0.6 giây nghỉ).
- Tiếp tục tác dụng tải trọng với 5000 chu kỳ.
- Nhiệt độ thí nghiệm tương ứng với nhiệt độ trung bình của 7 ngày trong năm ở độ sâu 50.8mm dưới mặt đường.
- Kết quả ghi nhận: Ứng suất dọc trục, ứng suất cắt và biến dạng cắt.
Thí nghiệm cắt tải trọng lặp với chiều cao không đổi:
- Áp dụng ứng suất cắt có dạng nửa hình sin với số chu kỳ 100, sau đó tăng lên 5000 chu kỳ.
- Thời gian tác dụng: 0.1 giây, nghỉ 0.6 giây.
- Ứng suất dọc trục không vượt quá 7kPa.
- Nhiệt độ thí nghiệm: Tương ứng với nhiệt độ trung bình của 7 ngày trong năm đo ở độ sâu 50.8mm.
- Kết quả ghi nhận: Ứng suất dọc trục, ứng suất cắt và biến dạng cắt.
Như vậy, phương pháp Super Pave cung cấp các tiêu chuẩn thí nghiệm cụ thể giúp đánh giá chính xác khả năng làm việc của bê tông asphalt, góp phần nâng cao chất lượng mặt đường và đảm bảo tuổi thọ công trình giao thông.
Tìm hiểu thêm kiến thức về trạm trộn bê tông nhựa nóng tại Hà Nội trong bài viết nhé!
Các chỉ tiêu cơ học phục vụ thiết kế kết cấu
Mô đun đàn hồi (22TCN211–2006)
Mô đun đàn hồi của bê tông asphalt được xác định thông qua thí nghiệm trên mẫu hình trụ có đường kính và chiều cao bằng nhau (thường là D = H = 10cm). Mẫu được nén dọc trục trong điều kiện nở hông tự do, với tải trọng tĩnh và bảo dưỡng theo từng điều kiện thử nghiệm cụ thể:
- Nhiệt độ 30°C: Xác định cường độ theo tiêu chuẩn độ lún đàn hồi.
- Nhiệt độ 10°C hoặc 15°C: Dùng để tính toán cường độ theo tiêu chuẩn chịu kéo uốn, áp dụng cho các lớp bê tông asphalt có chiều dày dưới 6cm hoặc từ 7–12cm.
- Nhiệt độ 60°C: Xác định cường độ theo điều kiện trượt.
Mẫu được gia tải một lần với áp lực p=5p = 5p=5 daN/cm², giữ nguyên đến khi biến dạng đạt trạng thái ổn định (tốc độ biến dạng dưới 0.01 mm/phút). Sau khi dỡ tải, chờ đến khi biến dạng hồi phục ổn định rồi tiến hành đo biến dạng đàn hồi.
Lực dính đơn vị và góc nội ma sát (22TCN 211–2006)
Thí nghiệm được tiến hành trên mẫu trụ tròn đường kính 30 cm, được tạo ra bằng phương pháp gia tải tĩnh hoặc lấy từ mẫu khoan mặt đường.
Thử nghiệm diễn ra ở nhiệt độ từ 10°C đến 15°C trên thiết bị cắt phẳng với tốc độ cắt 0.1 cm/phút. Mỗi mẫu được thử nghiệm với ít nhất 3 mức áp lực thẳng đứng khác nhau, đảm bảo tải trọng tối đa không vượt quá ứng suất thực tế trong kết cấu mặt đường.
Cường độ kéo uốn giới hạn (22TCN 211–06)
Thí nghiệm này được thực hiện trên mẫu dầm kích thước tối thiểu 4x4x16 cm, chế tạo trong phòng thí nghiệm hoặc cắt từ mặt đường.
Trước khi tiến hành thử nghiệm, mẫu được bảo dưỡng trong bể ổn định nhiệt ở 15°C trong khoảng 2 giờ. Thử nghiệm được thực hiện bằng cách đặt mẫu lên hai gối tựa cách nhau 14 cm, trong đó một gối cố định, một gối di động.
Tải trọng được tác dụng ở giữa mẫu thông qua một tấm đệm kim loại có dạng trụ tròn (bán kính 10 mm) hoặc mặt phẳng dày 8 mm.
Mẫu được gia tải với tốc độ nén đảm bảo độ võng từ 100–200 mm/phút cho đến khi bị phá hủy. Trong quá trình này, đồng hồ đo biến dạng theo dõi độ võng của dầm tại đáy giữa và tại hai gối tựa.
Cường độ ép chẻ (22TCN 211–93, ASTM D4123, Trung Quốc, Liên Bang Nga)
Thử nghiệm này phục vụ cho việc xác định cường độ chịu kéo uốn giới hạn của bê tông asphalt, được sử dụng trong thiết kế kết cấu mặt đường theo tiêu chuẩn 22TCN 211–06.
Hiện nay, một số tiêu chuẩn thiết kế mặt đường mềm của Trung Quốc (JTJ 014–97) và Liên Bang Nga (SN–218.046.01) cũng áp dụng cường độ ép chẻ thay thế cho cường độ kéo uốn giới hạn.
Theo 22TCN 211–06, thí nghiệm được thực hiện ở nhiệt độ 10°C hoặc 15°C. Trong khi đó, theo ASTM D4123, nhiệt độ thử nghiệm được điều chỉnh theo các điều kiện xác định mô đun đàn hồi và hệ số Poisson (5°C, 25°C, 30°C hoặc 40°C).
Mẫu được nén dọc theo phương đường sinh với tốc độ 50.8 mm/phút cho đến khi bị phá hủy. Lực phá hủy PPP tại thời điểm đó được sử dụng để tính cường độ ép chẻ theo công thức:
Biến dạng vĩnh cửu – vệt hằn lún bánh xe
Các thí nghiệm mô phỏng được thực hiện nhằm đánh giá đặc tính biến dạng vĩnh cửu (vệt hằn bánh xe), nứt mỏi và nứt do nhiệt độ thấp của bê tông asphalt.
Hiện nay, các thiết bị mô phỏng thường sử dụng phương pháp thí nghiệm vệt bánh xe LWT (Loaded Wheel Tester). Trên thế giới có nhiều loại thiết bị mô phỏng, được chia thành hai nhóm chính:
- Thí nghiệm trong phòng;
- Thí nghiệm ngoài hiện trường.
Trong đó, thí nghiệm ngoài hiện trường có độ phức tạp cao, yêu cầu xây dựng đoạn đường thí nghiệm với chi phí lớn và thời gian thực hiện kéo dài hơn so với thí nghiệm trong phòng. Do đó, phương pháp thí nghiệm trong phòng được sử dụng phổ biến hơn.
Các thiết bị thí nghiệm mô phỏng trong phòng thường dùng gồm:
- Asphalt Pavement Analyzer (APA);
- Hamburg Wheel Tracking Device (HWTD);
- French Rutting Tester (FRT).
Bảng phía dưới thể hiện so sánh các ưu, nhược điểm chính của ba loại thiết bị này. Nhìn chung, nguyên lý hoạt động của cả ba thiết bị để xác định vệt hằn bánh xe là tương đương. Trong đó, thiết bị APA được ứng dụng rộng rãi tại Mỹ. Dưới đây là thông tin chi tiết về thiết bị và phương pháp thí nghiệm với APA.
Giới thiệu về thiết bị APA APA là thiết bị chuyên dùng để đánh giá đặc tính vệt hằn lún và khả năng chịu mỏi của bê tông asphalt. Thiết bị này mô phỏng tác động của bánh xe ô tô lên mặt đường thông qua các bánh xe di chuyển tuần hoàn trên ống cao su, tạo áp lực lên mẫu thí nghiệm.
Bảng 6.4. So sánh các thiết bị APA, HWTD và FRT
| TT | Thiết bị APA | Thiết bị HWTD | Thiết bị FRT |
| 1 | Sử dụng phổ biến | Ít phổ biến, chủ yếu tại Đức | Rất ít sử dụng, chủ yếu tại Pháp |
| 2 | Thời gian thí nghiệm ngắn | Thời gian thí nghiệm dài | Thời gian thí nghiệm ngắn |
| 3 | Có thể thí nghiệm đồng thời 3-6 mẫu | Chỉ thí nghiệm đồng thời 2 mẫu | Chỉ thí nghiệm đồng thời 2 mẫu |
| 4 | Thực hiện được 3 loại thí nghiệm: vệt hằn, đánh giá độ ẩm, thí nghiệm mỏi | Chỉ thực hiện được 2 loại: vệt hằn, đánh giá độ ẩm | Chỉ thực hiện được thí nghiệm vệt hằn |
Các thông số kỹ thuật chính của APA:
- Kích thước: 1800 x 1000 x 2000 mm
- Khối lượng: 1500 kg
- Điện năng: 220V, 60Hz, 40A
- Bể chứa nước ổn nhiệt: 132 lít
- Nhiệt độ buồng chứa mẫu: 4 – 72°C, điều chỉnh với bước 1°C
- Gia tải độc lập trên 3 bánh xe với tải trọng quy định
- Áp lực trong ống cao su điều chỉnh và duy trì theo quy định
- Khả năng thí nghiệm đồng thời 3 mẫu dầm hoặc 6 mẫu hình trụ
- Thiết bị tự động đếm chu kỳ và dừng khi đạt số chu kỳ yêu cầu
Thí nghiệm vệt hằn bánh xe (AASHTO TP63) Thí nghiệm được thực hiện với các điều kiện:
- Tải trọng bánh xe: 578N
- Áp lực trong ống cao su: 896kPa
- Nhiệt độ thí nghiệm phù hợp với cấp nhựa sử dụng (theo tiêu chuẩn Superpave)
Thí nghiệm được tiến hành trên 6 mẫu hình trụ hoặc 3 mẫu hình dầm với kích thước quy định. Mẫu được chế bị trong phòng bằng thiết bị đầm xoay SGC hoặc thiết bị đầm rung, đảm bảo độ rỗng dư đạt tiêu chuẩn.
Trước khi thí nghiệm, mẫu được giữ trong tủ nhiệt 6 giờ, sau đó đặt vào vị trí thí nghiệm và chịu tác động của bánh xe trong 8000 chu kỳ. Sau khi hoàn tất, thiết bị sẽ tự động đo chiều sâu vệt hằn bánh xe.
Thí nghiệm đánh giá độ bền bê tông asphalt dưới tác động của độ ẩm Mẫu được bão hòa nước bằng phương pháp hút chân không trước khi thí nghiệm. Các bước thực hiện gồm:
- Đưa mẫu vào bình hút chân không, ngập nước tối thiểu 25.4mm
- Giảm áp suất xuống 13-67kPa, duy trì 5-10 phút rồi đưa về trạng thái bình thường
- Ngâm tiếp 5-10 phút rồi lấy mẫu ra, lau khô bề mặt và xác định khối lượng
Mẫu đạt yêu cầu nếu độ bão hòa nước trong khoảng 55-80%. Nếu dưới 55% cần tiếp tục hút chân không, nếu trên 80% phải thay mẫu khác. Sau đó, mẫu được đóng kín trong túi ni-lông, đặt vào tủ bảo dưỡng ở -18±3°C trong tối thiểu 16 giờ, rồi ngâm trong bể nước ở nhiệt độ thí nghiệm trong 24±1 giờ.
Thí nghiệm được thực hiện tương tự thí nghiệm vệt hằn bánh xe nhưng với tải trọng 450N, áp lực 830kPa. Kết quả là chiều sâu vệt hằn lún sau 8000 chu kỳ tác động.
Thí nghiệm mỏi Thí nghiệm này sử dụng tải trọng bánh xe 1113N, tác động trực tiếp lên mẫu mà không có ống cao su.
Mẫu thử là 3 mẫu hình dầm, chế bị bằng thiết bị đầm rung để đạt độ rỗng dư 7±1%. Trước khi thí nghiệm, mẫu được hóa già trong tủ sấy ở 85±5°C trong 120 giờ, sau đó để nguội về nhiệt độ phòng.
Quy trình thí nghiệm:
- Ủ mẫu trong tủ bảo dưỡng ở 20°C trong 4 giờ
- Đặt mẫu vào vị trí thí nghiệm
- Bánh xe tác động 1113N lên mẫu trong 50000 chu kỳ hoặc đến khi mẫu bị phá hoại
Kết quả thí nghiệm là số chu kỳ tác động gây phá hoại mẫu, được dùng để thiết kế kết cấu mặt đường hoặc tính toán tuổi thọ mỏi của bê tông asphalt.
Hãy tích thực tham khảo thêm các kiến thức về bê tông nhựa Asphalt được cập nhật liên tục trên website của công ty cổ phần xây dựng T&C Việt Nam được bổ sung mỗi ngày.
Nếu có nhu cầu thi công, vui lòng liên hệ trực tiếp với đội ngũ chúng tôi để nhận báo giá thi công thảm bê tông nhựa nóng tại Hà Nội và nhận tư vấn, trân trọng cám ơn!