Tìm hiểu về bê tông nhựa asphalt

Bê tông nhựa asphalt là vật liệu chính để xây dựng đường ô tô và sân bay, nhận được sau khi làm đặc hỗn hợp bê tông asphalt. Hỗn hợp bê tông asphalt bao gồm có cốt liệu lớn ( đá dăm hoặc sỏi), cốt liệu nhỏ (cát), bột khoáng, bitum dầu mỏ và phụ gia. Asphalt được thiết kế hợp lý và gia nhiệt từ 120 - 160°C. Thành phần bê tông asphalt theo khối lượng thông thường như sau: đá dăm 20 - 65%, cát 30 - 66%, bột khoáng 4 - 14%, bitum: 5 - 7% và phụ gia.

Sơ lược lịch sử phát triển của bê tông asphalt

Bê tông asphalt là vật liệu được sử dụng hàng đầu trong xây dựng cầu đường tại nước ta nhưng nhiều người vẫn chưa biết được lịch sử hình thành và phát triển của bê tông asphalt.

Bê tông asphalt có nguồn gốc từ Mỹ, đã được sử dụng ở Nga từ thập niên 1950 và được sủ dụng ở Việt Nam từ năm 1970 đến nay.

Tính chất đặc điểm của bê tông asphalt

Cấp phối bê tông asphalt: Hỗn hợp bê tông asphlat có cấp phối cốt liệu liên tục, hàm lượng hạt lớn ít hơn, nhiều cốt liệu nhỏ và bột khoáng, bitum có độ quánh cao (50 - 100) và hàm lượng cao hơn.

Độ rỗng của bê tông asphalt: bê tông asphalt có độ rỗng từ 3-5% và cần được giám sát chặt chẽ để đảm bảo độ đầm nèn là lớn nhất.

Đặc điểm của bê tông asphalt: Bê tông asphalt ít được sử dụng mặt đường ở Anh vì nó đòi hỏi kết cấu ở dưới có độ cứng cao, nếu độ cứng không đủ sẽ bị nứt gãy dưới tải trọng, biến dạng gây lún móng đường. Mặt khác bề mặt có độ nhám thấp cần tăng cường để đảm bảo tốc độ khai thác cao. Hỗn hợp bê tông asphalt bao gồm cát, đá dăm, bột khoáng và bitum được lựa chọn thành phần hợp lý, nhào trộn và gia công thành một hỗn hợp đồng nhất. Cốt liệu lớn làm tăng khối lượng hỗn hợp, làm giảm giá thành của bê tông asphalt, tăng cường độ và độ ổn định. Cốt liệu nhỏ khi trộn với bitum tạo thành vữa asphalt làm tăng tính dẻo của hỗn hợp, ảnh hưởng đến khả năng làm việc và phạm vi ứng dụng của bê tông asphalt. Bột khoáng làm thay đổi tỷ lệ cốt liệu nhỏ làm hỗn hợp đặc hơn và tăng tỷ lệ bề mặt của các cốt liệu, nó kết hợp với bitum tạo nên chất kết dính mới bao bọc và bôi trơn bề mặt cốt liệu. Chất lượng bê tông asphalt phụ thuộc vào nguồn gốc của cốt liệu, bột khoáng và độ quánh, độ nhớt của bitum.

Ưu điểm của bê tông asphalt: bê tông asphalt có độ đặc, cường độ, độ ổn định và độ bền cao so với các hỗn hợp vật liệu khoáng bitum khác do có sự tham gia của bột khoáng trong thành phần. Phạm vi sử dụng của bê tông asphalt: được sử dụng làm lớp phủ mặt đường có lượng giao thông cao như đường cao tốc, đường thành phố, đường đô thị và đường sân bay. Bê tông asphalt còn có thể sử dụng làm vỉa hè, khu vui chơi gải trí, công trình thể thao và các công trình thủy lợi. Bê tông asphalt có màu đen nhưng trong điều kiện yêu cầu cũng có thể chế tạo bê tông asphalt có màu khác gọi là bê tông asphalt màu. Bê tông asphalt đòi hỏi kết cấu phía dưới có độ cứng cao để đảm bảo không bị đứt gãy trong quá trình khai thác. Đồng thời việc cải tiến độ nhám để đảm bảo cho xe chạy với tốc độ cao là vấn đề còn đang tiếp tục nghiên cứu. Cường độ và độ ổn định của bê tông asphalt được hình thành nhờ sự liên kết giữa cốt liệu, bột khoáng và bitum. Thành phần của bê tông asphalt có thể được thiết kế theo tiêu chuẩn việt nam hoặc tiêu chuẩn của viện asphalt Hoa kỳ. Thành phần hỗn hợp vật liệu khoáng theo các tiêu chuẩn này về cơ bản là giống nhau. Tuy nhiên, vấn đề lượng bitum tối ưu còn có những điểm chưa thống nhất. Các tính chất của bê tông asphalt phụ thuộc vào nhiệt độ thi công và nhiệt độ khai thác. Nhiệt độ khai thác của bê tông asphalt theo các tài liệu quốc tế là -50°C đến +60°C. Các giải pháp tăng cường độ ổn định nhiệt của bê tông asphalt cần đặc biệt lưu ý khi sử dụng bê tông asphlat trong điều kiện khí hậu nhiệt đới. Tuổi thọ của bê tông asphalt: do chịu ảnh hưởng của các yếu tố nhiệt độ và thời tiết trong suốt quá trình khai thác mà bê tông áp phan bị già đi, nứt nẻ, bị mài mòn và biến dạng làm giảm tuổi thọ của bê tông asphalt. Tuổi thọ trung bình của các lớp phủ mặt đường bằng bê tông asphalt khoảng 10 - 15 năm. Trong điều kiện thiết kế, thi công, khai thác và bảo dưỡng hợp lý thì tuổi thọ của bê tông áp phan có thể lên tới 20 năm.

Phân loại bê tông asphalt Bê tông asphalt là vật liệu khoáng - bitum có chất lượng cao. Ngoài ra còn có các loại hỗn hợp khác như vật liệu đá nhựa macadam, đá nhựa cấp phối đặc, đá nhựa cường độ cao, đá nhựa hạt mịn, hỗn hợp tạo nhám, đá nhựa thấm nước. Sự khác nhau cơ bản giữa hỗn hợp asphalt và đá nhựa là cấp phối của hỗn hợp. Cấp phối vật liệu trong asphalt thường bao gồm cốt liệu lớn, cốt liệu mịn và bột đá. Các hỗn hợp tạo nhám và đá nhựa thấm nước thường sử dụng các cấp phối gián đoạn. Bê tông nhựa asphalt còn có thể được chế tạo từ các loại bitum polime hoặc các loại nhũ tương bitum. Cường độ của bê tông asphalt thay đổi từ 1 - 15 Mpa và phụ thuộc vào nhiệt độ.

Bê tông asphalt được phân loại theo các yếu tố sau

Theo nhiệt độ thi công:

• Bê tông asphalt nóng: Hỗn hợp nóng được rải và bắt đầu làm đặc khi nhiệt độ không nhỏ hơn 120°C. Hỗn hợp này thường dùng bitum có độ quánh 40/60, 60/70 và 70/100.

• Bê tông asphalt ấm: Hỗn hợp ấm được rải và bắt đầu làm đặc khi nhiệt độ không nhỏ hơn 90°C và thường dùng bitum lỏng số 1,2,3.

• Bê tông asphalt nguội: Hỗn hợp nguội dùng bitum lỏng có độ nhớt 70/130 được rải ở nhiệt độ không khí không nhỏ hơn 5°C và được giữ ở nhiệt độ bình thường.

Theo độ đặc ( hoặc độ rỗng dư):

Theo chỉ tiêu độ rỗng dư bê tông asphalt được chia làm 3 loại

• Bê tông asphalt đặc: có độ rỗng 2 - 5%.

• Bê tông asphalt rỗng: có độ rỗng 6 - 12%.

• Bê tông asphalt rất rỗng: có độ rỗng 12 - 25 % theo thể tích.

Theo độ lớn của hạt cốt liệu:

Theo chỉ tiêu đường kính lớn nhất của vật liệu khoáng thì bê tông asphalt được chia thành 3 loại

• Bê tông asphalt loại lớn: Dmax <= 40mm.

• Bê tông asphalt loại trung: Dmax <= 20 mm.

• Bê tông asphalt loại nhỏ: Dmax <= 5mm.

Theo hàm lượng giữa đá dăm và cát:

Bê tông asphalt nóng hoặc ấm, đặc được chia làm 5 loại

• Bê tông asphalt loại A: tỷ lệ đá dăm - hỗn hợp cốt liệu trong khoảng 50 - 65%.

• Bê tông asphalt loại B: tỷ lệ đá dăm - hỗn hợp cốt liệu trong khoảng 35 - 50%.

• Bê tông asphalt loại C: tỷ lệ đá dăm - hỗn hợp cốt liệu trong khoảng 20 - 35%.

• Bê tông asphalt loại D: bê tông asphalt cát tự nhiên.

• Bê tông asphalt loại G: bê tông asphalt cát nghiền.

Theo tính chất cơ lý: 

Được chia làm 4 loại

• Bê tông asphalt đặc nóng

• Bê tông asphalt nóng rỗng

• Bê tông asphalt nóng rất rỗng

• Bê tông asphalt nguội.

Trọng lượng riêng của bê tông asphalt là 2500 kg/m³. Trọng lượng riêng của bê tông asphalt phụ thuộc vào thành phần cấp phối của bê tông asphalt, được xác định trong quá trình rải thử và thí nghiệm tại phòng thí nghiệm ( hoặc ngoài hiện trường).

Các yêu cầu chung đối với bê tông asphalt

Bê tông asphalt là một loại vật liệu đặc biệt với các tính chất thay đổi nhiều theo nhiệt độ môi trường và theo mùa. Vào mùa hè nhiệt độ bê tông trong lớp phủ mặt đường có thể đạt 50 - 60°C, cường độ chỉ còn 1 - 1.5 Mpa, bê tông asphalt trở nên dẻo và có thể bị chảy. về mùa đông cường độ đạt 10 -15 Mpa, bê tông asphalt trở nên đàn hồi thậm chí có thể dòn. Trong cả năm mức độ tải trọng chuyển động trên mặt đường là không đổi. Như vậy việc thiết kế thành phần bê tông, thiết kế kết cấu mặt đường, thiết kế công nghệ thi công là một bài toán rất là phức tạp để bảo đảm yêu cầu thay đổi trạng thái ứng suất biến dạng trong các điều kiện thay đổi nhiệt độ khác nhau. Bài toán đó được giải quyết bằng cách lựa chọn dạng, kiểu, vật liệu, kết cấu mặt đường hợp lý có xét đến sự phù hợp giữa điều kiện vận tải và khí hậu. Bê tông asphalt cần đảm bảo các yêu cầu về cường độ, độ ổn định, biến dạng ở nhiệt độ cao và chống lại sự phá hoại do nứt ở nhiệt độ thấp. Khi đảm bảo được các yếu tố trên bê tông asphalt có thể đạt tuổi thọ từ 15 - 20 năm.

VLXD.org (TH)