Btl Vlxd F2.docx

Trường: ĐH Giao Thông Vận Tải. Môn: Vật liệu xây dựng F2.

BÀI TẬP LỚN. Thiết kế thành phần bê tông ASPHALT theo phương pháp Marshall (TCVN 8820- 2011) I.Nhiệm vụ thiết kế. Thiết kế thành phần bê tông Asphalt C12,5 theo phương pháp Marshall cho loại rải nóng, cấp phối đặc dùng cho lớp trên của kết cấu mặt đường. II.Các số liệu phục vụ thiết kế. Tập số liệu đính kèm. Hỗn hợp vật liệu khoáng (VLK) gồm: 1.Đá 5x15 2. Đá 5x10 3. Đá 0x5 4. Bột khoáng III.Yêu cầu thiết kế. 1,Tính toán tỷ lệ phối hợp các thành phần VLK. 2, Tính toán các đặc trưng thể tích của hỗn hợp VLK, hỗn hợp bê tông Asphalt và bê tông Asphalt. 3, Xác định hàm lượng bitum tối ưu.

BÀI LÀM. I,Tính toán tỷ lệ phối hợp các thành phần vật liệu khoáng. 1, Nguyên tắc chung. - Trong công tác thiết kế hỗn hợp BTN, công việc đầu tiên là phải phối trộn cốt liệu (đá dăm, cát, và bột khoáng) để chọn ra 1 hỗn hợp cốt liệu có thành phần hạt đạt yêu cầu kỹ thuật. - Việc phối trộn cốt liệu được tiến hành theo nguyên tắc sau: đối với bất kỳ 1 hỗn hợp cốt liệu nào thì lượng lọt sàng (%) của hỗn hợp cốt liệu qua 1 cỡ sàng bất kỳ đều tuân theo công thức sau: P = Aa + Bb + Cc + Dd +… (1) Trong đó: P – lượng lọt qua sàng (%) của 1 cỡ sàng bất kỳ của hỗn hợp cốt liệu. A, B, C, D,… - lượng lọt qua sàng (%) của 1 cỡ sàng bất kỳ của từng loại cốt liệu sử dụng để phối trộn. a, b, c, d,…- tỷ lệ phối trộn của từng loại cốt liệu sử dụng để phối trộn. a+b+c+d+…= 1 (100%) (2) - Dựa vào công thức (1), (2) trên cơ sở đã biết cấp phối của từng loại cốt liệu (lượng lọt sàng qua các cớ sàng bất kỳ A, B, C, D,…) tiến hành lựa chọn tỷ lệ phối trộn của từng loại cốt liệu (a, b, c, d,…) một cách hợp lý để sao cho hỗn hợp cốt liệu được chọn có thành phần hạt nằm trong miền giới hạn đường bao cấp phối hỗn hợp cốt liệu quy đinh tại Tiêu chuẩn thi công và nghiệm thu. - Dựa trên các nguyên tắc này để tính toán và phối trộn. Để thuận tiện cho việc tính toán phối trộn, ta tiến hành lập phần mềm tính toán hoặc sử dụng phần mềm Microsoft Excel. 2, Thiết kế phối trộn cốt liệu. - Theo bài ta có: do ta có 4 loại cốt liệu, nên ta có công thức cơ bản để áp dụng khi phối trộn 4 loại cốt liệu là: P = Aa+ Bb+ Cc+ Dd (3) a+ b+ c+ d=1 (4) Trong đó: A- đá 5x15, ký hiệu: Đ5x15 B- đá 5x10, ký hiệu: Đ5x10 C- đá 0x5, ký hiệu: Đ0x5 D- bột khoáng, Ký hiệu: BK - Cần phải tính tỷ lệ phối trộn 4 loại cốt liệu trên (a, b, c, d) để tạo thành hỗn hợp cốt liệu thỏa mãn yêu cầu quy định tại TCVN 8819-2011. Trong đó: a- tỷ lệ của đá Đ5x15 b- tỷ lệ của đá Đ5x10 c- tỷ lệ của đá Đ0x5 d- tỷ lệ của BK. - Ta sẽ sử dụng: hàm “SOLVER” của Microsoft Excel để tính toán: - Sau khi tính toán và chạy chương trình ta sẽ có bảng tính toán sau:

- Sau khi lập bảng và tính toán các số liệu, ta có biểu đồ của các lần chạy chương trình khác nhau như sau:

Kết quả chạy chương trình lần 1 120 100 80 60 40 20 0 0

2

4

6

8

10

12

14

(2)- Cận dưới

(1)- Cận trên

16

18

20

18

20

(3)- Hỗn hợp

Kết quả chạy chương trình lần 2 120 100

80 60 40 20 0 0

2

4

6

(1)- Cận trên

8

10

12

(2)- Cận dưới

14

16

(3)- Hỗn hợp

Kết quả chạy chương trình lần thứ 3

120 100 80 60 40 20 0 0

5 (1)- Cận trên

10 (2)- Cận dưới

15

20

(3)- Hỗn hợp

- Chọn tỷ lệ phối trộn hợp lý: Từ bảng tính toán trên và dựa vào các biểu đồ ta sẽ chọn tỷ lệ phối trộn cốt liệu theo kết quả chạy chương trình lần 3.  Vậy, tỷ lệ phối trộn cốt liệu như sau:  Cốt liệu Đ5x15 = 30%  Cốt liệu Đ5x10 = 23%  Cốt liệu Đ0x5 = 42%  Bột khoáng (BK) = 5% II, Tính các đặc tính thể tích của hỗn hợp bê tông nhựa. Báo cáo kết quả thiết kế hỗn hợp bê tông nhựa theo phương pháp Marshall. 1, Số liệu đầu vào và kết quả thí nghiệm. Theo bài ta có được: Ta sử dụng 4 loại cốt liệu Đ5x15, Đ5x10, Đ0x5 và BK đã biết tỷ lệ phối trộn như sau: 1. Cốt liệu Đ5x15 = 30% 2. Cốt liệu Đ5x10 = 23% 3. Cốt liệu Đ0x5 = 42% 4. Bột khoáng (BK) = 5% Để thiết kế hỗn hợp bê tông nhựa, loại có đường kính hạt lớn nhất danh định 12,5 mm làm lớp mặt dưới.  Kết quả thí nghiệm kiểm tra các chỉ tiêu cơ lý của 4 loại cốt liệu thỏa mãn yêu cầu quy định.  Kết quả thí nghiệm tỷ trọng của 4 loại cốt liệu và bitum được nêu tại bảng 1. Bảng 1. Kết quả thí nghiệm. Vật liệu Tỷ trọng (1) 1, Bitum 40/50 2, Đ5x15 3, Đ5x10 4, Đ0x5 5, BK

𝐺𝑏

(2) 1.034

Tải trọng Tỷ trọng khối (3)

(4)

𝐺1 𝐺2 𝐺3 𝐺4

2.726 2.722 2.722 2.656

Tỷ trọng biểu kiến (5) (6)

𝐺1′ 𝐺2′ 𝐺3′ 𝐺4′

2.740 2.745 2.745 2.656

Tỷ lệ phối trộn (%) (Tổng khối lượng hỗn hợp cốt liệu) (7) (8) 𝑃1 𝑃2 𝑃3 𝑃4 Σ=

33 26 36 5 100

 Chọn 5 hàm lượng nhựa (tính theo % khối lượng hỗn hợp BTN) là: 4.5%; 5.0%; 5.5%; 6.0% và 6.5%. Chuẩn bị các mẫu hỗn hợp cốt liệu riêng biệt, mỗi mẫu 1200 g. Tính 5 lượng bitum ứng với 5 hàm lượng bitum đã chọn để cho vào các mẫu hỗn hợp cốt liệu có khối lượng 1200 g theo bảng 2. Bảng 2.Khối lượng bitum dùng để đúc mẫu Marshall (tính theo 1200 g cốt liệu). STT 1 2 3 4 5

Hàm lượng bitum (% khối lượng hỗn hợp BTN) 4.5 5.0 5.5 6.0 6.5

Lượng nhựa (g) 56.5 63.2 69.8 76.6 83.4

Tổng khối lượng hỗn hợp BTN, (g) 1256.5 1263.2 1269.8 1276.6 1283.4

 Trộn 5 tổ mẫu (mỗi tổ 3 mẫu) với 5 lượng bitum đã chọn . Tiến hành đúc mẫu Marshall với số chày 75x2. Thí nghiệm xác định tỷ trọng khối của 5 tổ mẫu BTN ứng với 5 hàm lượng bitum, tính khối lượng thể tích mẫu BTN (sử dụng giá trị khối lượng riêng của nước bằng 1 𝑔/𝑐𝑚3 ). Kết quả thí nghiệm (giá trị trung bình).  Trộn 2 mẫu hỗn hợp BTN với hàm lượng 5.5% (hàm lượng nhựa tối ưu dự đoán). Thí nghiệm xác định tỷ trọng lớn nhất của 2 mẫu hỗn hợp BTN. Kết quả thí nghiệm (giá trị trung bình) nêu tại bảng 3. Bảng 3. Kết quả thí nghiệm mẫu BTN.

4.5 2.354

Hàm lượng nhựa, Pb (%) 5.0 5.5 6.0 2.378 2.392 2.395

6.5 2.389

2.354

2.378

2.389

Tên chỉ tiêu 1, Tỷ trọng khối của mẫu BTN đã đầm (Gmb) 2,Khối lượng thể tích của mẫu BTN đã đầm (𝑔/𝑐𝑚3 ) 3, Tỷ trọng lớn nhất của hỗn hợp BTN rời (Gmm)

2.392

2.395

2.484

2, Tính các chỉ tiêu đặc tính thể tích của hỗn hợp BTN. a, Tính tỷ trọng khối , tỷ trọng biểu kiến của hỗn hợp cốt liệu.  Tỷ trọng khối của hỗn hợp cốt liệu – 𝐺𝑠𝑏 . - Tỷ trọng khối của hỗn hợp cốt liệu được tính theo công thức:

𝐺𝑠𝑏 =

𝑃1 + 𝑃2 + ⋯ + 𝑃𝑛 𝑃1 𝑃2 𝑃𝑛 𝐺1 + 𝐺2 + ⋯ + 𝐺𝑛

(𝑪𝑻𝟏)

Trong đó: 𝐺𝑠𝑏 - tỷ trọng khối của hỗn hợp cốt liệu 𝑃1 , 𝑃2 , … , 𝑃𝑛 - hàm lượng từng loại cốt liệu, tính theo % của tổng khối lượng hỗn hợp cốt liệu. 𝐺1 , 𝐺2 , … , 𝐺𝑛 - tỷ trọng khối của từng loại cốt liệu có trong hỗn hợp cốt liệu.  Vậy, áp dụng công thức (2.1𝑎), kết hợp với kết quả thí nghiệm tại bảng 1 nên ta tính được giá trị tỷ trọng khối của hỗn hợp cốt liệu 𝐺𝑠𝑏 .

𝐺𝑠𝑏 =

30 + 23 + 40 + 5 = 2.72 30 23 40 5 2.726 + 2.722 + 2.722 + 2.656

 Tính tỷ trọng biểu kiến của hỗn hợp cốt liệu - Gsa . - Tỷ trọng biểu kiến của hỗn hợp cốt liệu được tính theo công thức: 𝑃1 + 𝑃2 + ⋯ + 𝑃𝑛 𝐺𝑠𝑎 = (𝑪𝑻𝟏𝒂) 𝑃1 𝑃2 𝑃𝑛 + + ⋯ + 𝐺′ 𝐺1′ 𝐺2′ 𝑛

Trong đó: 𝐺𝑠𝑏 - tỷ trọng khối của hỗn hợp cốt liệu 𝑃1 , 𝑃2 , … , 𝑃𝑛 - hàm lượng từng loại cốt liệu, tính theo % của tổng khối lượng hỗn

hợp cốt liệu.

𝐺1′ , 𝐺2′ , … , 𝐺𝑛′ - tỷ trọng biểu kiến của từng loại cốt liệu có trong hỗn hợp cốt liệu.  Vậy, áp dụng công thức (2.2𝑎), kết hợp với kết quả thí nghiệm tại bảng 1 nên ta tính được giá trị tỷ trọng khối của hỗn hợp cốt liệu 𝐺𝑠𝑎 .

𝐺𝑠𝑎 =

31 + 26 + 38 + 5 = 2.739 31 26 38 5 2.740 + 2.745 + 2.745 + 2.656

b, Tính tỷ trọng có hiệu của hỗn hợp cốt liệu - 𝑮𝒔𝒆. - Tỷ trọng có hiệu của hỗn hợp cốt liệu được tính theo công thức:

𝐺𝑠𝑒 =

𝑃𝑚𝑚 − 𝑃𝑏 𝑃𝑚𝑚 𝑃𝑏 𝐺𝑚𝑚 − 𝐺𝑏

(𝑪𝑻𝟐).

Trong đó: 𝐺𝑠𝑒 - tỷ trọng có hiệu của hỗn hợp cốt liệu. 𝐺𝑚𝑚 – tỷ trọng lớn nhất của hỗn hợp BTN (bảng 3). 𝑃𝑚𝑚 - phần trăm khối lượng của tổng khối lượng hỗn hợp ở trạng thái rời (𝑃𝑚𝑚 = 100). 𝑃𝑏 - hàm lượng bitum, tính theo % tổng khối lượng hỗn hợp BTN. 𝐺𝑏 - tỷ trọng của bitum. (𝐺𝑏 = 1.034).  Vậy, áp dụng công thức (𝐶𝑇2), kết hợp với bảng 3, tương ứng với hàm lượng bitum 𝑃𝑏 = 5.5% nên ta tính được tỷ trọng có hiệu của hỗn hợp cốt liệu:

100 − 5.5 = 2.705 100 5.5 2.484 − 1.034 𝐺𝑠𝑏 = 2.72 > 𝐺𝑠𝑒 = 2.705 Ta thấy: { 𝐺𝑠𝑒 = 2.705 < 𝐺𝑠𝑎 = 2.739 𝐺𝑠𝑒 =

⇒ Kết quả thí nghiệm và tính toán không đủ độ tin cậy. Vậy, ta thay vật liệu Đ0x5 bằng cát tự nhiên vào hỗn hợp vật liệu trên. Với C – Cát tự nhiên (CTN). c- tỷ lệ của CTN. - Ta sẽ sử dụng: hàm “SOLVER” của Microsoft Excel để tính toán: - Sau khi tính toán và chạy chương trình ta sẽ có bảng tính toán sau:

- Sau khi lập bảng và tính toán các số liệu, ta có biểu đồ của các lần chạy chương trình khác nhau như sau:

Kết quả chạy chương trình lần 1 120

100 80 60 40 20 0 0

2

4

6

8

10

12

14

(2)- Cận dưới

(1)- Cận trên

16

18

20

18

20

(3)- Hỗn hợp

Kết quả chạy chương trình lần 2 120

100

80

60

40

20

0 0

2

4

6

(1)- Cận trên

8

10

12

(2)- Cận dưới

14

16

(3)- Hỗn hợp

- Chọn tỷ lệ phối trộn hợp lý: Từ bảng tính toán trên và dựa vào các biểu đồ ta sẽ chọn tỷ lệ phối trộn cốt liệu theo kết quả chạy chương trình lần 2.  Vậy, tỷ lệ phối trộn cốt liệu như sau:  Cốt liệu Đ5x15 = 38%  Cốt liệu Đ5x10 = 13%  Cốt liệu CTN = 39%  Bột khoáng (BK) = 10% Để thiết kế hỗn hợp bê tông nhựa, loại có đường kính hạt lớn nhất danh định 12,5 mm làm lớp mặt dưới.  Kết quả thí nghiệm kiểm tra các chỉ tiêu cơ lý của 4 loại cốt liệu thỏa mãn yêu cầu quy định.  Kết quả thí nghiệm tỷ trọng của 4 loại cốt liệu và bitum được nêu tại bảng 1-a. Bảng 1-a. Kết quả thí nghiệm. Vật liệu Tỷ trọng (1) 1, Bitum 40/50 2, Đ5x15 3, Đ5x10 4, CTN 5, BK

𝐺𝑏

(2) 1.034

Tải trọng Tỷ trọng khối (3)

(4)

𝐺1 𝐺2 𝐺3 𝐺4

2.726 2.722 2.648 2.656

Tỷ trọng biểu kiến (5) (6)

𝐺1′ 𝐺2′ 𝐺3′ 𝐺4′

2.740 2.745 2.677 2.656

Tỷ lệ phối trộn (%) (Tổng khối lượng hỗn hợp cốt liệu) (7) (8) 𝑃1 𝑃2 𝑃3 𝑃4 Σ=

38 13 39 10 100

 Khi đó ta tính lại tỷ trọng khối, tỷ trọng biểu kiến. Tỷ trọng khối của hỗn hợp cốt liệu. - Tỷ trọng khối của hỗn hợp cốt liệu được tính theo công thức:

𝐺𝑠𝑏 =

𝑃1 + 𝑃2 + ⋯ + 𝑃𝑛 𝑃1 𝑃2 𝑃𝑛 𝐺1 + 𝐺2 + ⋯ + 𝐺𝑛

(𝑪𝑻𝟏)

Trong đó: 𝐺𝑠𝑏 - tỷ trọng khối của hỗn hợp cốt liệu 𝑃1 , 𝑃2 , … , 𝑃𝑛 - hàm lượng từng loại cốt liệu, tính theo % của tổng khối lượng hỗn hợp cốt liệu. 𝐺1 , 𝐺2 , … , 𝐺𝑛 - tỷ trọng khối của từng loại cốt liệu có trong hỗn hợp cốt liệu.  Vậy, áp dụng công thức (𝐶𝑇1), kết hợp với kết quả thí nghiệm tại bảng 1 nên ta tính được giá trị tỷ trọng khối của hỗn hợp cốt liệu 𝐺𝑠𝑏 .

𝐺𝑠𝑏 =

38 + 13 + 39 + 10 = 2.688 38 13 39 10 + + + 2.726 2.722 2.648 2.656

Tỷ trọng biểu kiến của hỗn hợp cốt liệu. - Tỷ trọng biểu kiến của hỗn hợp cốt liệu được tính theo công thức:

𝐺𝑠𝑎 =

𝑃1 + 𝑃2 + ⋯ + 𝑃𝑛 𝑃1 𝑃2 𝑃 + + ⋯ + 𝐺𝑛′ 𝐺1′ 𝐺2′ 𝑛

(𝑪𝑻𝟏𝒂)

Trong đó: 𝐺𝑠𝑏 - tỷ trọng khối của hỗn hợp cốt liệu 𝑃1 , 𝑃2 , … , 𝑃𝑛 - hàm lượng từng loại cốt liệu, tính theo % của tổng khối lượng hỗn hợp cốt liệu.

𝐺1′ , 𝐺2′ , … , 𝐺𝑛′ - tỷ trọng biểu kiến của từng loại cốt liệu có trong hỗn hợp cốt liệu.

 Vậy, áp dụng công thức (𝐶𝑇1𝑎), kết hợp với kết quả thí nghiệm tại bảng 1 nên ta tính được giá trị tỷ trọng khối của hỗn hợp cốt liệu 𝐺𝑠𝑎 .

𝐺𝑠𝑎 =

38 + 13 + 39 + 10 = 2.707 38 13 39 10 + + + 2.740 2.745 2.677 2.656

Ta có: 𝐺𝑠𝑏 = 2.688 < 𝐺𝑠𝑒 = 2.705 < 𝐺𝑠𝑎 = 2.707 ⇒ Kết quả thí nghiệm và tính toán có đủ độ tin cậy. c, Tính tỷ trọng lớn nhất của hỗn hợp cốt liệu tại các hàm lượng bitum khác nhau - 𝑮𝒎𝒎 . - Công thức tính tỷ trọng lớn nhất của hỗn hợp BTN tại các hàm lượng bitum khác nhau:

𝐺𝑚𝑚 =

𝑃𝑚𝑚 𝑃𝑠 𝑃𝑏 + 𝐺𝑠𝑒 𝐺𝑏

(𝑪𝑻𝟑)

Trong đó: 𝐺𝑚𝑚 - tỷ trọng lớn nhất của hỗn hợp BTN. 𝑃𝑚𝑚 - phần trăm khối lượng của hỗn hợp BTN ở trạng thái rời (𝑃𝑚𝑚 = 100). 𝑃𝑠 - tỷ lệ cốt liệu, tính theo % tổng khối lượng hỗn hợp BTN.

𝑃𝑏 - hàm lượng bitum, tính theo % tổng khối lượng BTN.

𝐺𝑠𝑒 - tỷ trọng có hiệu của hỗn hợp cốt liệu. 𝐺𝑏 - tỷ trọng của bitum.  Vậy, áp dụng công thức (2𝑐), kết hợp với bảng 3, tương ứng với các hàm lượng bitum khác nhau nên ta tính được tỷ trọng lớn nhất của hỗn hợp cốt liệu:  Với hàm lượng bitum là 4.5% (𝑃𝑏 = 4.5; 𝑃𝑠 = 95.5) 𝐺𝑚𝑚 =

100 = 2.522 95.5 4.5 + 2.705 1.034

 Với hàm lượng bitum là 5.0% (𝑃𝑏 = 5.0; 𝑃𝑠 = 95.0) 𝐺𝑚𝑚 =

100

95.0 5.0 + 2.705 1.034

= 2.503

 Với hàm lượng bitum là 5.5% (𝑃𝑏 = 5.5; 𝑃𝑠 = 94.5) 𝐺𝑚𝑚 =

100 = 2.484 94.5 5.5 + 2.705 1.034

 Với hàm lượng bitum là 6.0% (𝑃𝑏 = 6.0; 𝑃𝑠 = 94.0) 𝐺𝑚𝑚 =

100 = 2.466 94.0 6.0 + 2.705 1.034

 Với hàm lượng bitum là 6.5% (𝑃𝑏 = 6.5; 𝑃𝑠 = 93.5) 𝐺𝑚𝑚 =

100

93.5 6.5 + 2.705 1.034

= 2.448

d, Tính hàm lượng bitum hấp phụ. - Hàm lượng bitum hấp phụ được tính theo công thức:

𝑃𝑏𝑎 = 100𝑥

𝐺𝑠𝑒 − 𝐺𝑠𝑏 𝑥𝐺𝑏 𝐺𝑠𝑏 . 𝐺𝑠𝑒

(𝑪𝑻𝟒)

Trong đó: 𝑃𝑏𝑎 - Hàm lượng bitum hấp phụ, tính theo % khối lượng của hỗn hợp BTN. 𝐺𝑠𝑒 - tỷ trọng có hiệu của hỗn hợp cốt liệu. (𝐺𝑠𝑒 = 2.705) 𝐺𝑠𝑏 - tỷ trọng khối của hỗn hợp cốt liệu. (𝐺𝑠𝑏 = 2.688) 𝐺𝑏 - tỷ trọng của bitum. (𝐺𝑏 = 1.034)  Vậy, theo công thức (2𝑑) ta tính được hàm lượng bitum hấp phụ tại hàm lượng bitum 5.5%.

2.705 − 2.688 𝑥 1.034 = 0.242 2.688𝑥 2.705 = 0.242 được coi là không đổi để sử dụng tính các thông số khác.

𝑃𝑏𝑎 = 100𝑥

Hàm lượng bitum hấp phụ 𝑃𝑏𝑎 e, Tính hàm lượng bitum có hiệu của hỗn hợp BTN. - Hàm lượng bitum có hiệu được tính theo công thức:

𝑃𝑏𝑎 𝑥𝑃 (𝑪𝑻𝟓) 100 𝑠 Trong đó: 𝑃𝑏𝑒 - hàm lượng bitum có hiệu, tính theo % khối lượng của hỗn hợp BTN. 𝑃𝑏- hàm lượng bitum, tính theo % khối lượng hỗn hợp BTN. 𝑃𝑏𝑎 - hàm lượng bitum hấp phụ, tính theo % khối lượng cốt liệu. 𝑃𝑠 - tỷ lệ cốt liệu, tính theo % khối lượng hỗn hợp BTN.  Vậy, theo công thức (2𝑒), biết 𝑃𝑏𝑎 =? ta tính được hàm lượng bitum có hiệu của hỗn hợp 𝑃𝑏𝑒 = 𝑃𝑏 −

BTN với các hàm lượng bitum khác nhau:  Với hàm lượng bitum là 4.5% (𝑃𝑏 = 4.5; 𝑃𝑠 = 95.5)

𝑃𝑏𝑒 = 4.5 −

 





0.242

𝑥 95.5 = 4.269 Với hàm lượng bitum là 5.0% (𝑃𝑏 = 5.0; 𝑃𝑠 = 95.0) 0.242 𝑃𝑏𝑒 = 5.0 − 𝑥 95.0 = 4.77 100 Với hàm lượng bitum là 5.5% (𝑃𝑏 = 5.5; 𝑃𝑠 = 94.5) 0.242 𝑃𝑏𝑒 = 5.5 − 𝑥 94.5 = 5.271 100 Với hàm lượng bitum là 6.0% (𝑃𝑏 = 6.0; 𝑃𝑠 = 94.0) 0.242 𝑃𝑏𝑒 = 6.0 − 𝑥 94.0 = 5.773 100 Với hàm lượng bitum là 6.5% (𝑃𝑏 = 6.5; 𝑃𝑠 = 93.5) 0.242 𝑃𝑏𝑒 = 6.5 − 𝑥 93.5 = 6.274 100 100

f, Tính độ rỗng cốt liệu của hỗn hợp BTN. - Độ rỗng cốt liệu được tính theo công thức: 𝐺𝑚𝑏 𝑥 𝑃𝑠 𝑉𝑀𝐴 = 100 − (𝑪𝑻𝟔) 𝐺𝑠𝑏 Trong đó: 𝑉𝑀𝐴- độ rộng cốt liệu, tính theo % tổng thể tích hỗn hợp BTN. 𝐺𝑠𝑏 - tỷ trọng khối của hỗn hợp cốt liệu. 𝐺𝑚𝑏 - tỷ trọng khối của mẫu BTN đã đầm nén.

𝑃𝑠 - tỷ lệ cốt liệu, tính theo % khối lượng hỗn hợp BTN.  Vậy, theo công thức (2𝑓), biết 𝐺𝑠𝑏 =2.688, 𝑃𝑠 , 𝐺𝑚𝑏 , ta tính được độ rỗng cốt liệu của hỗn hợp BTN với hàm lượng khác nhau:  Với hàm lượng bitum là 4.5% (𝑃𝑠 = 95.5, 𝐺𝑚𝑏 = 2.354) 2.354𝑥 95.5 𝑉𝑀𝐴 = 100 − = 16.366 2.688  Với hàm lượng bitum là 5.0% (𝑃𝑠 = 95.0, 𝐺𝑚𝑏 = 2.378) 2.378𝑥 95.0 𝑉𝑀𝐴 = 100 − = 15.956 2.688  Với hàm lượng bitum là 5.5% (𝑃𝑠 = 94.5, 𝐺𝑚𝑏 = 2.392) 2.392𝑥 94.5 𝑉𝑀𝐴 = 100 − = 15.9 2.688  Với hàm lượng bitum là 6.0% (𝑃𝑠 = 94.0, 𝐺𝑚𝑏 = 2.395)

2.395𝑥 94.0 = 16.246 2.688  Với hàm lượng bitum là 6.5% (𝑃𝑠 = 93.5, 𝐺𝑚𝑏 = 2.389) 2.389𝑥 93.5 𝑉𝑀𝐴 = 100 − = 16.9 2.688 g, Tính độ rỗng dư của hỗn hợp BTN đã đầm. - Độ rỗng dư được tính theo công thức: 𝐺𝑚𝑚 − 𝐺𝑚𝑏 𝑉𝑎 = 100𝑥 (𝑪𝑻𝟕) 𝐺𝑚𝑚 Trong đó: 𝑉𝑎 - độ rỗng dư của hỗn hợp BTN đã đầm, tính theo % của thể tích mẫu BTN. 𝐺𝑚𝑚 -tỷ trọng lớn nhất của hỗn hợp BTN. 𝐺𝑚𝑏 - tỷ trọng khối của hỗn hợp BTN.  Vậy, theo công thức (2𝑔), biết các giá trị 𝐺𝑚𝑏 (Bảng 3), 𝐺𝑚𝑚 ta tính được độ rỗng dư của mẫu BTN với hàm lượng bitum khác nhau.  Với hàm lượng bitum là 4.5% (𝐺𝑚𝑚 = 2.522, 𝐺𝑚𝑏 = 2.354) 2.522 − 2.354 𝑉𝑎 = 100𝑥 = 6.661 2.522  Với hàm lượng bitum là 5.0% (𝐺𝑚𝑚 = 2.503, 𝐺𝑚𝑏 = 2.378) 2.503 − 2.378 𝑉𝑎 = 100𝑥 = 4.994 2.503  Với hàm lượng bitum là 5.5% (𝐺𝑚𝑚 = 2.484, 𝐺𝑚𝑏 = 2.392) 2.484 − 2.392 𝑉𝑎 = 100𝑥 = 3.704 2.484  Với hàm lượng bitum là 6.0% (𝐺𝑚𝑚 = 2.466, 𝐺𝑚𝑏 = 2.395) 2.466 − 2.395 𝑉𝑎 = 100𝑥 = 2.879 2.466  Với hàm lượng bitum là 6.5% (𝐺𝑚𝑚 = 2.448, 𝐺𝑚𝑏 = 2.389) 2.448 − 2.389 𝑉𝑎 = 100𝑥 = 2.410 2.448 h, Tính độ rỗng lấp đầy của hỗn hợp BTN đã đầm. - Độ rỗng lấp đầy được tính theo công thức: 𝑉𝑀𝐴 − 𝑉𝑎 𝑉𝐹𝐴 = 100𝑥 (𝑪𝑻𝟖) 𝑉𝑀𝐴 Trong đó: 𝑉𝐹𝐴- độ rỗng lấp đầy bitum của hỗn hợp BTN đã đầm, tính theo % của độ rỗng cốt liệu (𝑉𝑀𝐴) 𝑉𝑀𝐴- độ rỗng cốt liệu, tính theo % thể tích mẫu BTN. 𝑉𝑎 - độ rỗng dư của hỗn hợp BTN đã đầm, tính theo % của thể tích mẫu BTN. 𝑉𝑀𝐴 = 100 −

 Vậy, theo công thức (2ℎ), biết 𝑉𝑀𝐴, 𝑉𝑎 ta tính được độ rỗng lấp đầy của mẫu BTN với các hàm lượng bitum khác nhau.  Với hàm lượng bitum là 4.5% (𝑉𝑀𝐴 = 16.366, 𝑉𝑎 = 6.661) 16.366 − 6.661 𝑉𝐹𝐴 = 100𝑥 = 59.23 16.366  Với hàm lượng bitum là 5.0% (𝑉𝑀𝐴 = 15.956, 𝑉𝑎 = 4.994) 15.956 − 4.994 𝑉𝐹𝐴 = 100𝑥 = 68.701 15.956  Với hàm lượng bitum là 5.5% (𝑉𝑀𝐴 = 15.9, 𝑉𝑎 = 3.704) 15.9 − 3.704 𝑉𝐹𝐴 = 100𝑥 = 76.704 15.9  Với hàm lượng bitum là 6.0% (𝑉𝑀𝐴 = 16.246, 𝑉𝑎 = 2.879)

16.246 − 2.879 = 82.279 16.246  Với hàm lượng bitum là 6.5% (𝑉𝑀𝐴 = 16.9, 𝑉𝑎 = 2.410) 16.9 − 2.410 𝑉𝐹𝐴 = 100𝑥 = 85.740 16.9 3, Kết quả thí nghiệm mẫu Marshall.  Tổng hợp kết quả thí nghiệm và Tính các chỉ tiêu đặc tính thể tích của hỗn hợp BTN được báo cáo ở Bảng 4.  Kết quả thí nghiệm Marshall của 5 tổ mẫu BTN ứng với 5 hàm lượng bitum được báo cáo ở Bảng 5.  Trên cơ cở số liệu tại Bảng 5 , thiết lập các biểu đồ quan hệ giữa Hàm lượng bitum với các chỉ tiêu: Độ ổn định, Độ dẻo, Độ rỗng dư, Độ rỗng cốt liệu, Độ rỗng lấp đầy bitum, Khối lượng thể tích mẫu BTN.  Trên cơ sở số liệu thí nghiệm và theo yêu cầu thiết kế bê tông nhựa (TCVN 8819:2011, BTNC 12,5), lập biểu đồ xác định khoảng hàm lượng bitum thỏa mãn từng chỉ tiêu tương ứng:  Độ ổn định (4.5% đến 6.5%)  Độ dẻo (4.5% đến 6.5%)  Độ rỗng dư (5.0% đến 5.5%)  Độ rỗng cốt liệu (4.5% đến 6.5%) Xác định khoảng hàm lượng bitum tối ưu là từ 5.0% đến 5.5%. Chọn một giá trị hàm lượng bitum trong khoảng 5.0% đến 5.5% làm giá trị hàm lượng bitum tối ưu. 𝑉𝐹𝐴 = 100𝑥

Bảng 4. Tổng hợp kết quả thí nghiệm và tính toán các đăc tính thể tích hỗn hợp BTN. Mẫu: Địa điểm, lý trình:

Ngày:

Thành phần hỗn hợp BTN Tỷ trọng, G

Mẫu thí nghiệm (thành phần hỗn hợp, tính theo % khối lượng hỗn hợp BTN) 1 2 3 4 5

Khối Biểu kiến ′ 1, Cốt liêu thô Đ5x15 2.726 2.740 𝐺1 𝐺1 ′ 2, Cốt liệu thô Đ5x10 2.722 2.745 𝐺2 𝐺2 ′ 3, Cát tự nhiên CTN 2.648 2.677 𝐺3 𝐺3 ′ 4, Bột khoáng BK 2.656 2.656 𝐺4 𝐺4 5, Tổng cốt liệu 2.707 𝐺𝑠𝑏 2.688 𝐺𝑠𝑎 𝑃𝑠 6, Bitum 40/50 1.034 𝐺𝑏 𝑃𝑏 7, Tỷ trọng của tổng hỗn hợp cốt liệu, Công thức 𝐺𝑠𝑏 (𝐶𝑇1) 8, Tỷ trọng lớn nhất của mẫu BTN, Công thức 𝐺𝑚𝑚 (𝐶𝑇3) 9, Tỷ trọng khối của mẫu BTN đã đầm, 𝐺𝑚𝑏 10, Tỷ trọng có hiệu của hỗn hợp cốt liệu, Công thức 𝐺𝑠𝑒 (𝐶𝑇2) 11, Lượng bitum hấp phụ, tính theo % khối Công thức lượng hỗn hợp cốt liệu, (𝐶𝑇4) 𝑃𝑏𝑎 Tính toán:

95.5 4.5

95 5.0

94.5 5.5

94 6.0

93.5 6.5

2.522

2.503

2.484

2.466

2.448

2.354

2.378

2.392

2.395

2.389

2.705 0.242

12, Hàm lượng bitum có hiệu, 𝑑ò𝑛𝑔 11 𝑥 𝑃𝑠 𝑃𝑏𝑒 = 𝑑ò𝑛𝑔 6 − 100 13, Độ rỗng cốt liệu, 𝑑ò𝑛𝑔 9 𝑥 𝑃𝑠 𝑉𝑀𝐴 = 100 − 𝑑ò𝑛𝑔 7

Công thức

14, Độ rỗng dư,

Công thức

(𝑑ò𝑛𝑔 8 − 𝑑ò𝑛𝑔 10) 𝑉𝑎 = 100 𝑥 𝑑ò𝑛𝑔 8 15, Độ rỗng lấp đầy, (𝑑ò𝑛𝑔 13 − 𝑑ò𝑛𝑔 14) 𝑉𝐹𝐴 = 100 𝑥 𝑑ò𝑛𝑔 13

4.269

4.770

5.271

5.773

6.274

16.366

15.956

15.900

16.246

16.900

6.661

4.994

3.704

2.879

2.410

59.230

68.701

76.704

82.279

85.740

(𝐶𝑇5) Công thức

(𝐶𝑇6)

(𝐶𝑇7) Công thức

(𝐶𝑇8)

III, Xác định hàm lượng bitum tối ưu. 1, Cách thứ nhất. Áp dụng phù hợp với BTN chặt. Việc xác định hàm lượng bitum tối ưu được làm theo trình tự sau:  Căn cứ vào biểu đồ quan hệ Độ rỗng dư- Hàm lượng bitum. Xác định hàm lượng bitum ứng với độ rỗng dư bằng 4%.  Dưa vào các biểu đồ quan hệ còn lại, xác định các giá trị: Độ dẻo, Độ rỗng cốt liệu, Độ rỗng lấp đầy bitum ứng với hàm lượng bitum vừa xác định (hàm lượng bitum với độ rỗng dư là 4%).  So sánh các giá trị: Độ dẻo, Độ rỗng cốt liệu, Độ rỗng lấp đầy bitum vừa xác định với các yêu cầu kỹ thuật nêu trong Tiêu chuẩn thi công và nghiệm thu mặt đường BTN. Nếu các chỉ tiêu này thỏa mãn thì hàm lượng bitum chọn trên là hàm lượng bitum tối ưu.  Nếu không thỏa mãn, có thể chọn lại hàm lượng bitum ứng với độ rỗng dư lựa chọn, trong khoảng độ rỗng dư từ lớn hơn 3.5% đến nhỏ hơn 4.5% và tiến hành lặp lại cách xác định trên. Nếu vẫn không thỏa mãn cần phải điều chỉnh lại thiết kế phối trộn hỗn hợp. 2, Cách thứ hai. Áp dụng cho các loại BTN.  Căn cứ vào yêu cầu kỹ thuật nêu trong Tiêu chuẩn thi công và nghiệm thu mặt đường BTN tương ứng, Dựa vào từng đồ thị quan hệ đã lập, xác định khoảng hàm lượng bitum thỏa mãn với từng chỉ tiêu tương ứng: Độ ổn định, Độ dẻo, Độ rỗng dư, Độ rỗng cốt liệu, Độ rỗng lấp đầy bitum.  Xác định khoảng hàm lượng bitum thỏa mãn tất cả các chỉ tiêu trên. Đây là khoảng hàm lượng bitum tối ưu (khoảng hàm lượng bitum được chấp thuận).  Chọn 1 giá trị nằm trong khoảng hàm lượng bitum tối ưu này. Thường chọn giá trị ở giữa khoảng này làm hàm lượng bitum tối ưu. Nếu không thỏa mãn cần phải điều chỉnh lại thiết kế hỗn hợp BTN. ⇒ Vây, ta chọn cách thứ nhất để tính toán hàm lượng bitum tối ưu: - Dựa vào biểu đồ quan hệ: Độ rỗng dư- Hàm lượng bitum, ta xác định hàm lượng bitum ứng với độ rỗng dư 4%. Ta có bảng sau: Độ rỗng dư (Va), % 3.704 4.0 4.994 Hàm lượng bitum, % 5.5 5.0 a Từ bảng trên, dùng công thức nội suy ta được: 5.5−5.0 𝒂 = 5.0 + (3.704−4.994) 𝑥 (4.0 − 4.994) = 5.385% Vậy, Với Độ rỗng dư 4% thì ta có Hàm lượng bitum bằng 5.385%. - Dựa vào biểu đồ quan hệ: Độ dẻo- Hàm lượng bitum, ta xác định Độ dẻo ứng với hàm lượng bitum 5.385% vừa xác định (hàm lượng bitum với độ rỗng dư là 4%) . Ta có bảng sau: Hàm lượng bitum, % 5.0 5.385 5.5 Độ dẻo, mm 2.5 2.6 b Từ bảng trên, dùng công thức nội suy ta được: 2.6−2.5 𝒃 = 2.5 + (5.5−5.0) 𝑥 (5.385 − 5.0) = 2.577% Vậy, Với Hàm lượng bitum bằng 5.385% thì ta có Độ dẻo bằng 2.577%.

- Dựa vào biểu đồ quan hệ: Độ rỗng cốt liệu- Hàm lượng bitum, ta xác định Độ rỗng cốt liệu ứng với hàm lượng bitum 5.385% vừa xác định (hàm lượng bitum với độ rỗng dư là 4%) . Ta có bảng sau: Hàm lượng bitum, % 5.0 5.385 5.5 Độ rỗng cốt liệu, % 15.956 15.9 c Từ bảng trên, dùng công thức nội suy ta được: 15.956−15.9 𝒄 = 15.9 + ( ) 𝑥 (5.385 − 5.5) = 15.913% 5.0−5.5

Vậy, Với Hàm lượng bitum bằng 5.385% thì ta có Độ rỗng cốt liệu bằng 15.913%. - Dựa vào biểu đồ quan hệ: Độ rỗng lấp đầy bitum- Hàm lượng bitum, ta xác định Độ rỗng lấp đầy bitum ứng với hàm lượng bitum 5.385% vừa xác định (hàm lượng bitum với độ rỗng dư là 4%) . Ta có bảng sau: Hàm lượng bitum, % 5.0 5.385 5.5 Độ rỗng lấp đầy bitum, 68.701 76.704 d % Từ bảng trên, dùng công thức nội suy ta được: 76.704−68.701 𝒅 = 68.701 + ( 5.5−5.0 ) 𝑥 (5.385 − 5.0) = 74.863% Vậy, Với Hàm lượng bitum bằng 5.385% thì ta có Độ rỗng lấp đầy bằng 74.863%. Bảng 6 - Các chỉ tiêu kỹ thuật yêu cầu với bê tông nhựa chặt (BTNC) Quy định BTNC19; BTNC12,5; BTNC 9,5

BTNC 4,75

1. Số chày đầm

75 x 2

50 x 2

2. Độ ổn định ở 600C, 40 phút, kN

≥ 8,0

≥ 5,5

3. Độ dẻo, mm

2÷4

2÷4

4. Độ ổn định còn lại, %

≥ 75

≥ 75

TCVN 8860-12:2011

5. Độ rỗng dư, %

3÷6

3÷6

TCVN 8860-9:2011

≥ 17

TCVN 8860-10:2011

Chỉ tiêu

6. Độ rỗng cốt liệu (tương ứng với độ rỗng dư 4%), % -

Cỡ hạt danh định lớn nhất 9,5 mm

≥ 15

-

Cỡ hạt danh định lớn nhất 12,5 mm

≥ 14

-

Cỡ hạt danh định lớn nhất 19 mm

≥ 13

Phương pháp thử

TCVN 8860-1:2011

7(*). Độ sâu vệt hằn bánh xe (phương pháp HWTD-Hamburg Wheel Tracking Device), 10000 chu kỳ, áp lực 0,70 MPa, nhiệt độ 500 C, mm

≤ 12,5

AASHTO T 324-04

(*): Chỉ kiểm tra đối với các công trình đặc biệt theo yêu cầu của Chủ đầu tư. Có thể đầm tạo mẫu theo phương pháp Marshall cải tiến (TCVN 8860-1:2011).

 Chú thích: Bảng 6- Được lấy từ TCVN 8819:2011 Dựa vào bảng 6, và các số liệu đã tính toán từ các chỉ tiêu: Độ dẻo, Độ rỗng cốt liệu, Độ rỗng lấp đầy ứng với hàm lượng bitum 5.385% (được tính từ: Độ rỗng dư 4%) , ta thấy các chỉ tiêu đã thỏa mãn với các chỉ tiêu kỹ thuật tương ứng có tại Bảng 6. Vậy, Hàm lượng bitum bằng 5.385% (được tính từ: Độ rỗng dư 4%) là Hàm lượng bitum tối ưu.