Lựa chọn cốt liệu thô và chất độn mịn nhằm nâng cao chất lượng bê tông asphalt khu vực Đà Nẵng
1. Tính cần thiết của đề tài
Hiện tượng hư hỏng kết cấu áo đường mà biểu hiện rõ nhất là sự hư hỏng của tầng mặt đường bê tông asphalt. Hư hỏng mặt đường bê tông asphalt là vấn đề rất bức xúc hiện nay, đặc biệt trên các tuyến quốc lộ, đường cao tốc, đường chính đô thị sau một thời gian khai thác.
Chất lượng mặt đường bê tông asphalt phụ thuộc rất nhiều vào chất lượng của hỗn hợp bê tông asphalt, mà cụ thể là chất lượng vật liệu đá và bột khoáng.
Hiện nay, việc sử dụng đá và bột khoáng trong xây dựng mặt đường ô tô ở Tp. Đà Nẵng vẫn còn tràn lan, chưa tính toán hợp lý, chưa có quy hoạch cụ thể dẫn đến lãng phí tài nguyên và giảm hiệu quả trong việc chế tạo bê tông asphalt. Vì vậy cần phải tiến hành khảo sát, rà soát, lập quy hoạch các mỏ vật liệu đá và bột khoáng để sử dụng hiệu quả cao trong thi công mặt đường bê tông asphalt ở Tp. Đà Nẵng .
Vì vậy, học viên lựa chọn đề tài: ”Lựa chọn cốt liệu thô và chất độn mịn nhằm nâng cao chất lượng bê tông asphalt khu vực Đà Nẵng”.
2. Mục tiêu nghiên cứu
Luận văn tập trung nghiên cứu đánh giá chất lượng của các mỏ đá ở Tp Đà Nẵng và bột khoáng ở Nghệ An, Thành Trúc Đà Nẵng, Long Thọ Huế để chế tạo bêtông asphalt, nhằm giải quyết các vấn đề sau:
– Lựa chọn cốt liệu thô và chất độn mịn nhằm nâng cao chất lượng bê tông asphalt khu vực Đà Nẵng.
- Xác định tên mỏ đá và mỏ sản xuất bột khoáng kết hợp tạo nên hỗn hợp bê tông asphalt có chất lượng tốt nhất.
- Quy hoạch khai thác hợp lý, hiệu quả các mỏ đá và bột khoáng phục vụ chế tạo bê tông asphalt tại Tp. Đà Nẵng.
3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
- Đối tượng nghiên cứu: nghiên cứu các tổ hợp vật liệu đá và bột khoáng tạo nên hỗn hợp bê tông asphalt có chất lượng tốt nhất.
- Phạm vi nghiên cứu: các mỏ đá ở Tp Đà Nẵng và bột khoáng Nghệ An, bột khoáng Thành Trúc Đà Nẵng, bột khoáng Long Thọ Huế.
- Phương pháp nghiên cứu lý thuyết: Thiết kế thành phần cấp phối bê tông asphalt.
- Nghiên cứu thí nghiệm trong phòng chỉ tiêu cơ lý của các mẫu, ở các mỏ đá và bột khoáng khác nhau.
5. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài
Việc đánh giá chất lượng của các mỏ đá ở Tp Đà Nẵng và bột khoáng Nghệ An, bột khoáng Thành Trúc Đà Nẵng, bột khoáng Long Thọ Huế phục vụ chế tạo bêtông asphalt nhằm khai thác hiệu quả, hợp lý vật liệu xây dựng mặt đường ô tô. Đề tài xuất phát từ yêu cầu thực tế cho công tác lựa chọn vật liệu cho hỗn hợp bê tông Asphalt ở thành phố Đà Nẵng.
Ngoài phần mở đầu, kết luận, luận văn gồm 3 chương:
Chương 1: Tổng quan về tình hình khai thác và sử dụng đá, bột khoáng chế tạo bê tông Asphalt trong xây dựng mặt đường ô tô tại thành phố Đà Nẵng
Chương 2: Tổng quan lý thuyết thành phần vật liệu bê tông Asphalt
Chương 3: Nghiên cứu thực nghiệm trong phòng các đặc trưng cơ lý của cốt liệu đá, bột khoáng và các chỉ tiêu cơ lý của bê tông Asphalt sử dụng trong xây dựng đường ô tô tại thành phố Đà Nẵng
CHƯƠNG 1
TỔNG QUAN VỀ TÌNH HÌNH KHAI THÁC VÀ
SỬ DỤNG ĐÁ, BỘT KHOÁNG CHẾ TẠO BÊ TÔNG ASPHALT TRONG XÂY DỰNG MẶT ĐƯỜNG Ô TÔ
GIỚI THIỆU THỰC TRẠNG VỀ CÁC MỎ ĐÁ VÀ BỘT KHOÁNG Ở THÀNH PHỐ ĐÀ NẴNG
Vật liệu đá dùng cho bê tông asphalt (BTAP) khu vực Đà Nẵng trước đây được cung cấp chủ yếu bởi các mỏ Sơn Trà, Phước Tường. Hiện nay số lượng mỏ đá ở Đà Nẵng đã tăng lên rất nhiều vào khoảng 34 cơ sở khai thác đá thuộc các công ty cổ phần, công ty TNHH và doanh nghiệp được cấp phép khai thác, tập trung chủ yếu ở huyện Hòa Vang, Quận Cẩm Lệ và Quận Liên Chiểu. Hầu hết là mỏ nhỏ, lớn nhất là mỏ đá Phước Tường, trữ lượng khoảng 4,5 triệu m3 với diện tích 33,2ha.
TÌNH HÌNH KHAI THÁC, SỬ DỤNG ĐÁ VÀ BỘT KHOÁNG TRONG XÂY DỰNG MẶT ĐƯỜNG Ô TÔ Ở ĐÀ NẴNG
Tiềm năng đá xây dựng trên địa bàn thành phố Đà Nẵng được khoanh định làm 5 khu vực, tổng diện tích 894,96 ha. Tổng trữ lượng và tài nguyên đá xây dựng là 346.502.600m3, trong đó trữ lượng đã thăm dò là: 37.978.525m3, tài nguyên dự báo là 308.524.075m3 gồm:
Các loại đá khai thác ở các mỏ phần lớn có cường độ đá nguyên khai từ 900 – 1200 daN/cm2, độ hao mòn Los Angeles dao động từ 9-24%, hàm lượng hạt phong hóa thấp (nhỏ hơn 1%), hàm lượng hạt thoi dẹt tương đối cao: với đá 10×20 dao động từ 9 – 18%, đá 5×10 dao động từ 12-25%,. Nhìn chung các chỉ tiêu cơ lý cơ bản của các lọaị đá trong khu vực cho phép sử dụng trong BTN nói chung song theo TCVN8819-2011: yêu cầu đá có chất lượng cao thì số lượng các mỏ đá có chất lượng đạt yêu cầu không nhiều.
Trong giai đoạn từ nay đến năm 2020, nhu cầu đá xây dựng của Thành Phố sẽ tăng nhanh về khối lượng, đa dạng, phong phú về chủng loại để đáp ứng yêu cầu xây dựng và phát triển kinh tế ,xã hội. Thị trường vật liệu đá xây dựng sẽ phát triển nhanh, mạnh trong giai đoạn tới.
YÊU CẦU CỐT LIỆU CHO BÊ TÔNG ASPHALT
Đá dăm dùng để chế tạo bê tông asphalt có thể là đá dăm sản xuất từ đá thiên nhiên, đá dăm chế tạo từ cuội, hoặc đá dăm chế tạo từ xỉ lò cao, nhưng phải phù hợp với các yêu cầu của tiêu chuẩn. Không cho phép dùng đá dăm chế tạo từ đá vôi sét, sa thạch sét và phiến thạch sét.
Đá dăm cần phải dính bám tốt với bitum.
Cát dùng để chế tạo bê tông asphalt là cát thiên nhiên, cát xay, hoặc hỗn hợp cát thiên nhiên và cát xay.
Cát thiên nhiên không được lẫn tạp chất hữu cơ (gỗ, than …).
Cát xay phải được nghiền từ đá có cường độ nén không nhỏ hơn cường độ nén của đá dùng để sản xuất ra đá dăm.
Bột khoáng là sản phẩm được nghiền từ đá các bô nát ( đá vôi can xit, đolomit …), có cường độ nén của đá gốc lớn hơn 20 MPa, từ xỉ bazơ của lò luyện kim hoặc là xi măng.
Đá các bô nát dùng sản xuất bột khoáng phải sạch, không lẫn các tạp chất hữu cơ, hàm lượng chung bụi bùn sét không quá 5%.
Bột khoáng cần phải khô, xốp khi trộn với bitum, không được vón cục, có khả năng hút bitum tốt. Riêng bột khoáng đã được hoạt tính hóa cần phải đồng màu sắc và không hút nước
Nhựa đường bitum dùng để chế tạo bê tông asphalt là loại nhựa đường đặc, gốc dầu mỏ thoả mãn các yêu cầu kỹ thuật quy định tại TCVN 7493-2005.
Trong bê tông nhựa có nhiều trường hợp phải dùng thêm các chất phụ gia hoạt tính bề mặt hoặc các chất kích động để cải thiện tính chất vật liệu và nâng cao chất lượng bê tông asphalt.
Trong chương này, giới thiệu chung về thực trạng tình hình khai thác, sử dụng đá và bột khoáng tại các mỏ đá Đà Nẵng (07 mỏ đá và 03 loại bột khoáng). Trình bày các yêu cầu về cốt liệu trong sản xuất hỗn hợp bê tông asphalt theo các tiêu chuẩn hiện hành TCVN.
TỔNG QUAN LÝ THUYẾT THÀNH PHẦN
Bê tông asphalt là vật liệu khoáng–bitum xây dựng đường, nhận được khi làm đặc hỗn hợp bê tông asphalt. Hỗn hợp bê tông asphalt bao gồm đá dăm (hoặc sỏi), cát, bột khoáng, bitum dầu mỏ, phụ gia.
Theo các tiêu chuẩn quốc tế và TCVN 8819-2011 của Bộ Giao thông vận tải qui định như sau:
Hỗn hợp bê tông asphalt và bê tông asphalt được phân loại theo các đặc điểm sau:
Theo độ rỗng dư, bê tông nhựa được phân ra 2 loại:
Theo kích cỡ hạt lớn nhất danh định của bê tông nhựa chặt, được phân ra 4 loại
Theo kích cỡ hạt lớn nhất danh định với bê tông nhựa rỗng, được phân thành 3 loại:
CẤU TRÚC VÀ THÀNH PHẦN HỖN HỢP CỦA BÊ TÔNG NHỰA THÔNG THƯỜNG
Bê tông asphalt là một vật liệu gồm hai thành phần cấu trúc: một là khung sườn vật liệu khoáng vật gồm: đá và cát, hai là chất liên kết asphalt gồm bitum và bột khoáng.
Các thành phần vật liệu cơ bản của hỗn hợp bê tông asphalt bao gồm các cốt liệu hạt thô (đá dăm) và hạt mịn (cát) có thành phần cỡ hạt tuân theo một quy luật nhất định, nhựa đường (bitum) và bột khoáng (bột đá vôi, xi măng,…).
CÁC TÍNH CHẤT CỦA BÊ TÔNG ASPHALT
Các tính chất của hỗn hợp bê tông asphalt và bê tông asphalt đã đầm nén làm mặt đường bao gồm tính chất liên quan đến đặc tính thể tích và tính chất cơ học. Đặc tính thể tích của bê tông asphalt bao gồm các chỉ tiêu: độ rỗng dư (VIM), độ rỗng cốt liệu (VMA), độ rỗng lấp đầy nhựa (VFA).
a. Độ ổn định Marshall
b. Độ dẻo Marshall (Marshall Flow)
Các đặc tính về thể tích của hỗn hợp bê tông asphalt như độ rỗng dư, độ rỗng cốt liệu, độ rỗng lấp đầy nhựa và hàm lượng bi tum hữu ích thể hiện khả năng phục vụ của mặt đường.
THIẾT KẾ HỖN HỢP BÊ TÔNG ASPHALT THEO MARSHALL [17]
Thiết kế hỗn hợp bê tông asphalt là lựa chọn được cấp phối cốt liệu hợp lý và hàm lượng bitum tối ưu về mặt kinh tế mà vẫn thoả mãn các yêu cầu kỹ thuật. Hỗn hợp bê tông asphalt lựa chọn nhằm thoả mãn các tính năng sau:
– Đủ hàm lượng bitum nhằm đảm bảo cho mặt đường bê tông asphalt làm việc lâu dài.
– Đủ cường độ nhằm thoả mãn các yêu cầu giao thông mà không bị biến dạng.
– Đủ độ rỗng dư của hỗn hợp sau khi lu lèn và cho phép mặt đường được đầm nén thêm nhờ tải trọng của các phương tiện giao thông chạy trên đường, nhờ sự giãn nở của bitum do nhiệt độ gia tăng nhưng mặt đường không bị chảy bitum hay mất mát độ bền. Độ rỗng dư lớn nhất được giới hạn nhằm hạn chế khả năng thấm của không khí có hại và độ ẩm vào trong hỗn hợp.
– Đủ độ công tác để việc rải hỗn hợp có hiệu quả mà không làm phân tầng vật liệu cũng như không làm giảm độ bền và khả năng làm việc của kết cấu.
– Đối với hỗn hợp asphalt làm lớp phủ trên cùng thì cốt liệu phải có đủ độ nhám và độ cứng để tạo ra khả năng kháng trượt hợp lý trong những điều kiện thời tiết bất lợi.
Các khái niệm về phương pháp thiết kế hỗn hợp bê tông asphalt theo phương pháp Marshall được Bruce Marshall đưa ra. Qua quá trình nghiên cứu và phát triển, phương pháp này ngày càng hoàn thiện và nó đã ñược chuẩn hoá bởi ASTM và được hướng dẫn bởi Viện asphalt Hoa Kỳ.
2.4.3. Tóm tắt trình tự thiết kế hỗn hợp theo marshall
2.4.4. Trình tự thí nghiệm, tính toán các tính chất về đặc tính thể tích
2.4.5. Trình tự thí nghiệm xác định độ ổn đinh, độ dẻo marshall
TÍNH DÍNH BÁM (LIÊN KẾT) GIỮA VẬT LIỆU ĐÁ DĂM VỚI NHỰA ĐƯỜNG
Một trong những chức năng quan trọng của nhựa đường là hoạt động như một chất kết dính để liên kết các hạt cốt liệu lại với nhau.
Tuy nhiên, cũng có một số trường hợp xảy ra tình trạng nhựa đường kết dính kém với cốt liệu hoặc độ bền của cốt liệu kém đưa đến tuổi thọ của mặt đường bị giảm sút nghiêm trọng.
NHẬN XÉT
Trong chương này, trình bày tổng quan về vật liệu bê tông asphalt, khái niệm và phân loại. Phương pháp thiết kế hỗn hợp BTN, phương pháp thí nghiệm các tính chất cơ lý của BTN. Đánh giá độ dính bám giữa nhựa và đá dăm, phân loại độ dính bám của cốt liệu đá dăm.
F:\DỮ LIỆU COP CỦA CHỊ YẾN\DAI HOC DA NANG\LUAN VAN 2015\DUONG O TO
