Thiết kế hỗn hợp bê tông Asphalt theo Marshall

Thiết kế hỗn hợp bê tông Asphalt là một bước vô cùng quan trọng đòi hỏi tính chính xác cũng như các phương pháp phù hợp, với mục đích tạo ra được vật liệu đúng tiêu chuẩn, đảm bảo chất lượng.

Nếu bạn cũng đang quan tâm, hãy cùng công ty thi công thảm bê tông nhựa nóng tại Hà Nội uy tín T&C tìm hiểu ngay sau đây nhé!

Thiết kế hỗn hợp bê tông Asphalt – Lựa chọn cấp phối và hàm lượng bitum tối ưu

Quá trình thiết kế hỗn hợp bê tông asphalt nhằm mục tiêu xác định cấp phối cốt liệu hợp lý kết hợp với hàm lượng bitum tối ưu, đảm bảo hiệu quả kinh tế mà vẫn đáp ứng đầy đủ các yêu cầu kỹ thuật. Việc lựa chọn hỗn hợp bê tông asphalt cần phải thỏa mãn các tiêu chí sau:

• Hàm lượng bitum phù hợp để duy trì độ bền và khả năng làm việc ổn định của mặt đường trong suốt thời gian sử dụng.
• Cường độ đủ lớn, đảm bảo khả năng chịu tải tốt, không bị biến dạng trước tác động của phương tiện giao thông.
• Độ rỗng dư hợp lý sau khi lu lèn, cho phép mặt đường tiếp tục được nén chặt thêm dưới tác động của tải trọng xe cộ và sự giãn nở của bitum do nhiệt độ tăng cao mà không gây hiện tượng chảy nhựa hoặc suy giảm độ bền. Độ rỗng dư tối đa cần được kiểm soát để hạn chế sự xâm nhập của không khí và độ ẩm có hại vào kết cấu mặt đường.
• Tính công tác đảm bảo, giúp quá trình rải và lu lèn hỗn hợp diễn ra hiệu quả, tránh hiện tượng phân tầng vật liệu hoặc làm suy giảm chất lượng kết cấu.
• Đối với lớp phủ trên cùng, cốt liệu sử dụng phải có độ nhám và độ cứng thích hợp nhằm tăng khả năng kháng trượt, đảm bảo an toàn giao thông ngay cả trong điều kiện thời tiết bất lợi.

Tóm lại, thiết kế hỗn hợp bê tông nhựa asphalt là quá trình thí nghiệm nhằm xác định hàm lượng bitum tối ưu để đảm bảo hai yếu tố quan trọng: đặc tính thể tích của hỗn hợp và tính chất cơ học theo yêu cầu thiết kế. Các phương pháp thiết kế bê tông asphalt phổ biến trên thế giới, bao gồm phương pháp Nga, Marshall, Hveem, Superpave, đều tuân theo nguyên tắc chung này. Điểm khác biệt giữa các phương pháp chủ yếu nằm ở tiêu chí đánh giá các chỉ tiêu cơ học, được xác định thông qua các phương pháp thử nghiệm khác nhau

Phạm vi ứng dụng của phương pháp Marshall

Phương pháp thiết kế hỗn hợp bê tông asphalt theo Marshall được phát triển bởi Bruce Marshall và đã trải qua nhiều giai đoạn nghiên cứu, cải tiến trước khi được tiêu chuẩn hóa theo ASTM, đồng thời được Viện Asphalt Hoa Kỳ hướng dẫn áp dụng.

Ban đầu, phương pháp Marshall nguyên bản chỉ áp dụng cho hỗn hợp bê tông asphalt nóng với cỡ hạt cốt liệu có đường kính lớn nhất (theo sàng vuông) ≤ 25mm (đường kính danh định tối đa ≤ 19mm). Tuy nhiên, phiên bản Marshall cải tiến đã mở rộng phạm vi áp dụng cho các hỗn hợp có cỡ hạt lớn hơn, lên đến 38mm, đồng thời sử dụng khuôn cối và chày đầm có kích thước lớn hơn so với phương pháp gốc.

Phương pháp này được áp dụng trong cả thiết kế hỗn hợp tại phòng thí nghiệm và kiểm soát chất lượng thi công thảm bê tông nhựa nóng thực tế đối với bê tông asphalt đặc (chặt) trộn nóng cấp phối liên tục. Hàm lượng bitum trong hỗn hợp được lựa chọn sao cho độ rỗng dư sau khi lu lèn nằm trong khoảng 3 – 5%, trong đó 4% là giá trị thường dùng để đánh giá ban đầu, nhưng có thể điều chỉnh tùy theo kết quả thử nghiệm thực tế.

Ban đầu, phương pháp Marshall được áp dụng phổ biến tại Mỹ, nhưng nhờ những ưu điểm vượt trội, nó cũng nhanh chóng được sử dụng rộng rãi tại nhiều quốc gia đang phát triển, bao gồm Việt Nam. Một số lợi thế đáng kể của phương pháp này bao gồm:

• Chi phí thiết bị thí nghiệm không quá cao, phù hợp với điều kiện của nhiều đơn vị nghiên cứu và quy trình thi công thảm bê tông nhựa nóng.
• Yêu cầu trình độ kỹ thuật của nhân viên thí nghiệm không quá phức tạp, dễ triển khai trong thực tế.
• Kinh nghiệm thiết kế hỗn hợp đã được tích lũy rộng rãi, giúp việc áp dụng trở nên thuận lợi.
• Tài liệu hướng dẫn chi tiết, thường xuyên cập nhật, bao gồm các tiêu chuẩn từ Viện Asphalt Mỹ, AASHTO, ASTM, tạo điều kiện cho quá trình nghiên cứu và thực hiện đạt hiệu quả cao.

Các chỉ tiêu kỹ thuật theo phương pháp Marshall

Theo hướng dẫn thiết kế hỗn hợp bê tông asphalt theo phương pháp Marshall của Viện Asphalt Hoa Kỳ, mẫu thiết kế (cùng với hàm lượng bitum tối ưu được lựa chọn) cần đáp ứng các yêu cầu về đặc tính thể tích và chỉ tiêu cơ học như độ ổn định, độ dẻo, tương ứng với điều kiện giao thông được quy định trong sau.

Bảng: Yêu Cầu Kỹ Thuật Của Hỗn Hợp Bê Tông Asphalt Theo Marshall

Chỉ tiêu kỹ thuật	Giao thông nhẹ	Giao thông vừa	Giao thông nặng
Số lần đầm nén	35 x 2	50 x 2	75 x 2
Độ ổn định (Stability), KN	≥ 3,4	≥ 5,5	≥ 8,0
Độ dẻo (Flow), mm	3,2 – 7,2	3,2 – 6,4	2,0 – 4,0
Độ rỗng dư (% VIM)	3 – 5	3 – 5	3 – 5
Độ rỗng lấp đầy nhựa (% VFA)	≥ 80	65 – 78	65 – 75

Bảng: Độ Rỗng Cốt Liệu Tối Thiểu Theo Cỡ Hạt Danh Định

Cỡ hạt danh định lớn nhất	Độ rỗng cốt liệu tối thiểu (% VMA) theo độ rỗng dư thiết kế (% VIM)
1.18 mm (No.16)	21.5
2.36 mm (No.8)	19.0
4.75 mm (No.4)	16.0
9.5 mm (3/8″)	14.0
12.5 mm (1/2″)	13.0
19.0 mm (3/4″)	12.0
25.0 mm (1.0″)	11.0
37.5 mm (1.5″)	10.0
50 mm (2.0″)	9.5
63 mm (2.5″)	9.0

Tìm hiểu thêm về trạm trộn bê tông nhựa nóng tại Hà Nội của T&C Việt Nam

Đặc điểm của phương pháp Marshall

Phương pháp Marshall sử dụng mẫu thí nghiệm hình trụ tròn tiêu chuẩn có chiều cao 64 mm và đường kính 102 mm. Các mẫu này được chế tạo theo quy trình tiêu chuẩn, bao gồm: chuẩn bị cốt liệu, trộn với bitum, tạo mẫu và đầm nén.

Hai yếu tố chính trong thiết kế hỗn hợp theo Marshall bao gồm:

• Phân tích độ chặt – độ rỗng để xác định đặc tính thể tích của hỗn hợp.
• Thí nghiệm độ ổn định – độ dẻo nhằm đánh giá khả năng chịu tải của mẫu thí nghiệm sau khi đầm chặt.

Tại một số quốc gia, bao gồm Việt Nam, tiêu chuẩn thiết kế theo Marshall có thể được điều chỉnh so với bảng ở trên theo các hướng như:

• Lược bớt một số chỉ tiêu (ví dụ: bỏ yêu cầu về độ rỗng lấp đầy nhựa).
• Bổ sung chỉ tiêu mới (ví dụ: chỉ tiêu độ ổn định còn lại sau thí nghiệm).
• Điều chỉnh giá trị tiêu chuẩn (ví dụ: tăng yêu cầu về độ ổn định hoặc thu nhỏ phạm vi độ dẻo).

Hiện nay, phương pháp Marshall với số lần đầm nén 75 x 2 đang được áp dụng phổ biến cho mặt đường có lưu lượng giao thông lớn, đảm bảo độ bền vững và khả năng chịu tải lâu dài.

Tóm tắt quy trình thiết kế hỗn hợp theo phương pháp Marshall

Quy trình thiết kế hỗn hợp bê tông asphalt theo phương pháp Marshall được thực hiện qua các bước sau đây, tìm hiểu cũng công ty cổ phần xây dựng T&C Việt Nam ngay sau đây:

• Kiểm tra chất lượng vật liệu thành phần: Các vật liệu như cốt liệu lớn, cốt liệu nhỏ, bột khoáng và bitum phải đáp ứng các yêu cầu về cơ lý theo các tiêu chuẩn hiện hành hoặc chỉ dẫn kỹ thuật của dự án (Chương 2).
• Phối trộn cốt liệu: Tiến hành trộn các loại cốt liệu để tạo ra tối thiểu một hỗn hợp có cấp phối nằm trong phạm vi quy định của tiêu chuẩn áp dụng hoặc chỉ dẫn kỹ thuật của dự án (Chương 4).
• Xác định các đặc tính thể tích: Bao gồm độ rỗng dư, độ rỗng lấp đầy bitum, độ rỗng cốt liệu, được xác định thông qua thí nghiệm và tính toán trên các vật liệu thành phần cũng như hỗn hợp bê tông asphalt ở trạng thái chưa đầm nén và sau khi đầm nén với các hàm lượng bitum khác nhau (Chương 6).
• Đánh giá độ ổn định và độ dẻo: Tiến hành thí nghiệm trên các mẫu bê tông asphalt đã đầm nén để xác định độ ổn định và độ dẻo ứng với từng hàm lượng bitum khác nhau (Chương 6).
• Phân tích kết quả thí nghiệm: Lựa chọn hàm lượng bitum tối ưu sao cho hỗn hợp đáp ứng đầy đủ các yêu cầu kỹ thuật được quy định.

Quy trình thí nghiệm và tính toán đặc tính thể tích

• Xác định tỷ trọng khối của cốt liệu
  • Cốt liệu thô theo AASHTO T85 hoặc ASTM C127
  • Cốt liệu mịn theo AASHTO T84 hoặc ASTM C128
• Xác định tỷ trọng của bitum và bột khoáng
  • Bitum theo AASHTO T228 hoặc ASTM D70
  • Bột khoáng theo AASHTO T100 hoặc ASTM D854
• Tính toán tỷ trọng khối của cốt liệu
• Xác định tỷ trọng lớn nhất của hỗn hợp bê tông asphalt ở trạng thái rời
• Xác định tỷ trọng khối của hỗn hợp bê tông asphalt đã đầm nén
• Theo ASTM D1188 hoặc ASTM D2726
• Tính toán tỷ trọng có hiệu của cốt liệu
• Tính toán tỷ trọng lớn nhất của hỗn hợp bê tông asphalt tương ứng với từng hàm lượng bitum
• Đánh giá khả năng hấp phụ bitum của cốt liệu
• Xác định hàm lượng bitum có hiệu trong hỗn hợp
• Tính toán độ rỗng của cốt liệu khoáng
• Xác định phần trăm độ rỗng dư trong hỗn hợp sau khi đầm nén

Hiện nay T&C Việt Nam đang là một trong những đơn vị hàng đầu trong công tác thi công bê tông Asphalt địa bàn tại miền Bắc nói chung. Liên hệ ngay hôm nay để nhận báo giá thi công thảm bê tông nhựa nóng tại Hà Nội chính xác nhất nhé!