BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI -@&? - “NGHIÊN CỨU XÁC ĐỊNH CHỈ TIÊU KỸ THUẬT CỦA CẤP PHỐI ĐÁ TRỘN NHỰA DÙNG TRONG THIẾT KẾ MẶT ĐƯỜNG MỀM” LUẬN ÁN THẠC SĨ KHOA HỌC KỸ THUẬT BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI -@&? - “NGHIÊN CỨU XÁC ĐỊNH CHỈ TIÊU KỸ THUẬT CỦA CẤP PHỐI ĐÁ TRỘN NHỰA DÙNG TRONG THIẾT KẾ MẶT ĐƯỜNG MỀM” LUẬN ÁN THẠC SĨ KHOA HỌC KỸ THUẬT CHUYÊN NGÀNH: XÂY DỰNG ĐƯỜNG ÔTÔ VÀ ĐƯỜNG THÀNH PHỐ MÃ SỐ : 60 – 58 – 30 GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN KHOA HỌC TS NGUYỄN MẠNH HÙNG “Nghiên cứu xác định tiêu kỹ thuật cấp phối đá dăm trộn nhựa dùng thiết kế mặt đường mềm.” Luận án Thạc sỹ KHKT LỜI CẢM ƠN Bằng Luận án Thạc sỹ KHKT này, tác giả nhận giúp đỡ nhiều thầy giáo hướng dẫn, bạn đồng nghiệp quan liên quan Lời đầu tiên, tác giả xin trân trọng cảm ơn sâu sắc đến Thầy giáo hướng dẫn TS Nguyễn Mạnh Hùng, tận tình hướng dẫn suốt trình học tập, nghiên cứu hoàn thành luận văn Tác giả xin trân trọng gửi lời cám ơn đến tồn thể Thầy Bộ mơn Đường - khoa Cơng trình, Phịng đào tạo đại học sau đại học Trường Đại học Giao thông Vận tải tận tình hướng dẫn, truyền đạt kiến thức quý báu suốt thời gian học tập, làm sở cho q trình nghiên cứu hồn thiện luận văn Tác giả trân trọng cảm ơn Phòng thí nghiệm trọng điểm đường III (Viện KHCN GTVT) đồng nghiệp tận tình giúp đỡ tơi hoàn thành luận án Xin trân trọng cảm ơn! Đồng Nai, ngày 10 tháng năm 2010 Tác giả GVHD: TS Nguyễn Mạnh Hùng -1- HV: Luận án Thạc sỹ KHKT “Nghiên cứu xác định tiêu kỹ thuật cấp phối đá dăm trộn nhựa dùng thiết kế mặt đường mềm.” MỤC LỤC PHẦN MỞ ĐẦU Sự cần thiết nghiên cứu đề tài Mục tiêu nghiên cứu đề tài Phương pháp nghiên cứu Nội dung nghiên cứu CHƯƠNG 1: VAI TRÒ VÀ VỊ TRÍ CÁC LỚP VẬT LIỆU DÙNG TRONG KẾT CẤU MẶT ĐƯỜNG MỀM 1.1 Trình tự kết cấu áo đường mềm 1.2 Nền đường 1.3 Móng đường 1.4 Mặt đường CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN TÌNH HÌNH SỬ DỤNG CẤP PHỐI ĐÁ TRỘN NHỰA TRÊN THẾ GIỚI VÀ NƯỚC TA 2.1 Khái niệm phân loại cấp phối đá trộn nhựa (sau gọi tắt đá trộn nhựa) 2.2 Chỉ tiêu kỹ thuật đạt đá trộn nhựa 2.3 Tình hình sử dụng đá trộn nhựa kết cấu áo đường mềm giới 2.4 Tình hình sử dụng đá trộn nhựa kết cấu áo đường mềm Việt Nam GVHD: TS Nguyễn Mạnh Hùng -2- HV: Luận án Thạc sỹ KHKT “Nghiên cứu xác định tiêu kỹ thuật cấp phối đá dăm trộn nhựa dùng thiết kế mặt đường mềm.” CHƯƠNG 3: THÍ NGHIỆM XÁC ĐỊNH CÁC CHỈ TIÊU KỸ THUẬT CỦA ĐÁ TRỘN NHỰA 3.1 Đánh giá nguồn vật liệu đá qua nghiền để chế tạo đá trộn nhựa 3.2 Thiết kế cấp phối đá trộn nhựa 3.2.1 Phương pháp thiết kế thành phần cấp phối đá trộn nhựa 3.2.2 Yêu cầu vật liệu sử dụng chế tạo cấp phối đá trộn nhựa 3.2.3 Các phương pháp thí nghiệm 3.2.3.1 Tiêu chuẩn áp dụng đầm chặt mẫu 3.2.3.2 Độ ổn định, số dẻo qui đinh ước thương số Marshall 3.2.3.3 Độ ỗn định lại (Retained Stability) sau ngâm mẫu 600C, 24 giờ, sau đem thí nghiệm 3.2.3.4 Độ rỗng cốt liệu (Voids in mineral aggregate) độ rỗng cấp phối đá trộn nhựa (Air voids) 3.2.3.5 Thí nghiệm xác định mơ đun đàn hồi, độ bền chịu kéo cấp phối đá trộn nhựa 3.3 Đúc mẫu phục vụ cơng tác thí nghiệm (TN) phòng 3.3.1 Thành phần cấp phối cở hạt hỗn hợp đá trộn nhựa 3.3.2 Xác định hàm lượng nhựa dự kiến cho cấp phối đá trộn nhựa 3.3.3 Đúc mẫu phục vụ thí nghiệm: 3.3.4 Xác định hàm lượng nhựa tối ưu cho cấp phối đá trộn nhựa 3.3.5 Yêu cầu thí nghiệm tiêu kỹ thuật cấp phối đá trộn nhựa 3.4 Thí nghiệm xác định tiêu kỹ thuật dùng tính tốn 3.4.1 Thí nghiệm xác định mơ đun đàn hồi cấp phối đá trộn nhựa 3.4.2 Xác định độ bền chịu kéo uốn cấp phối đá trộn nhựa thơng qua kết thí nghiệm ép chẻ GVHD: TS Nguyễn Mạnh Hùng -3- HV: Luận án Thạc sỹ KHKT “Nghiên cứu xác định tiêu kỹ thuật cấp phối đá dăm trộn nhựa dùng thiết kế mặt đường mềm.” 3.4.3 Xác định cường độ chịu nén cấp phối đá trộn nhựa 3.4.4 Xác lập quan hệ biểu thị biến đổi theo nhiệt độ 3.4.4.1 Biểu đồ quan hệ Mô đun đàn hồi theo nhiệt độ 3.4.4.2 Biểu đồ quan hệ Cường độ chịu nén theo nhiệt độ 3.4.4.3 Biểu đồ quan hệ Cường độ ép chẻ theo nhiệt độ 3.4.4.4 Biểu đồ quan hệ độ bền kéo uốn theo nhiệt độ 3.4.5 Bảng so sánh tiêu cấp phối đá trộn nhựa với Bê tông nhựa 22TCN 211-06 3.4.6 Đưa tiêu tính tốn điều kiện kiểm tốn CHƯƠNG 4: ỨNG DỤNG VÀO TÍNH TỐN KẾT CẤU MẶT ĐƯỜNG MỀM 4.1 Ví dụ tính 4.1.1 Kết cấu áo đường theo thiết kế thực tế thi công: Ey/c≥155Mpa 4.1.2 Đề xuất kết cấu sử dụng cấp phối đá trộn nhựa: Ey/c≥155Mpa 4.2 Nhận xét 4.2.1 Về tiêu kỹ thuật 4.2.2 Về tiêu kinh tế 4.3 Công nghệ chế tạo thi công đá dăm trộn nhựa 4.3.1 Công nghệ chế tạo cấp phối đá trộn nhựa 4.3.2 Thi công cấp phối đá trộn nhựa CHƯƠNG 5: KẾT LUẬN KIẾN NGHỊ VÀ DỰ KIẾN HƯỚNG NGHIÊN CỨU TIẾP THEO 5.1 Kết luận 5.1.1 Tổng kết kết nghiên cứu đề tài thu 5.1.2 Khả áp dụng kết nghiên cứu vào thực tế 5.1.3 Đánh giá hiệu kết nghiên cứu GVHD: TS Nguyễn Mạnh Hùng -4- HV: Luận án Thạc sỹ KHKT “Nghiên cứu xác định tiêu kỹ thuật cấp phối đá dăm trộn nhựa dùng thiết kế mặt đường mềm.” 5.2 Kiến nghị 5.2.1 Kiến nghị việc áp dụng vào thực tế kết nghiên cứu 5.2.2 Kiến nghị định hướng nghiên cứu, phát triển đề tài TÀI LIỆU THAM KHẢO PHỤ LỤC ĐÍNH KÈM GVHD: TS Nguyễn Mạnh Hùng -5- HV: Luận án Thạc sỹ KHKT “Nghiên cứu xác định tiêu kỹ thuật cấp phối đá dăm trộn nhựa dùng thiết kế mặt đường mềm.” PHẦN MỞ ĐẦU Sự cần thiết nghiên cứu đề tài Giao thông vận tải phận quan trọng kết cấu hạ tầng kinh tế - xã hội, cần ưu tiên đầu tư phát triển trước bước với tốc độ nhanh, bền vững nhằm tạo tiền đề cho phát triển kinh tế - xã hội, bảo đảm quốc phòng, an ninh, phục vụ nghiệp cơng nghiệp hóa – đại hóa đất nước Phát triển kết cấu hạ tầng giao thông cách đồng bộ, hợp lý; kết hợp phát triển bước vững với bước đột phá thẳng vào đại tạo nên mạng lưới hoàn chỉnh, liên hoàn, liên kết phương thức vận tải, vùng lãnh thổ, đô thị nơng thơn phạm vi tồn quốc, đồng thời coi trọng cơng tác bảo trì, đảm bảo khai thác hiệu quả, bền vững kết cấu hạ tầng giao thông có Hệ thống quốc lộ đường tỉnh phải đưa vào cấp kỹ thuật; mở rộng xây dựng quốc lộ có nhu cầu vận tải lớn; xây dựng hệ thống đường cao tốc Các tuyến đường đối ngoại đạt tiêu chuẩn kỹ thuật đường khu vực Hiện nay, nhu cầu xây dựng hệ thống đường giao thông cấp cao ngày lớn đáp ứng nhu cầu ngày tăng công tác vận tải đường Với kết cấu mặt đường mềm cấp cao nay, lớp móng đường chủ yếu làm vật liệu cấp phối đá dăm rời rải trực tiếp lớp mặt bê tông nhựa nóng (BTN) Như vậy, chiều dày lớp móng kết cấu mặt đường dày, tiêu tốn nhiều vật liệu đá, ảnh hưởng đến GVHD: TS Nguyễn Mạnh Hùng -6- HV: Luận án Thạc sỹ KHKT “Nghiên cứu xác định tiêu kỹ thuật cấp phối đá dăm trộn nhựa dùng thiết kế mặt đường mềm.” cao độ cơng trình hữu hai bên tuyến đường xây dựng Để giảm chiều dày móng đường vật liệu rời tăng cường ổn định trình truyền tải từ lớp mặt BTN đến lớp móng, thiết phải sử dụng lớp vật liệu đá trộn nhựa để tăng khả chịu lực lớp móng giảm chiều dày lớp móng cấp phối đá dăm Hiện nay, giới nhiều nước dùng lớp cấp phối đá trộn nhựa (ĐTN) để làm lớp chuyển tiếp nối lớp mặt BTN với móng cấp phối đá dăm, phù hợp mơ hình học mặt đường mà lại đảm bảo lâu dài độ êm thuận tuổi thọ cho lớp BTN Tuy nhiên, Việt Nam, việc sử dụng vật liệu cấp phối đá trộn nhựa làm lớp móng cho mặt BTN chưa rộng rãi, chưa có quy trình, quy phạm áp dụng Mặt khác, tiêu kỹ thuật chủ yếu vật liệu cấp phối ĐTN dùng tính tốn cịn chưa phổ cập Vì vậy, “Nghiên cứu xác định tiêu kỹ thuật cấp phối đá dăm trộn nhựa dùng thiết kế mặt đường mềm” cần thiết Mục tiêu nghiên cứu đề tài - Bổ sung nguồn vật liệu làm lớp móng mặt BTN áo đường mềm; - Làm giảm chiều dày kết cấu móng áo đường; - Xác định tiêu kỹ thuật cấp phối đá dăm trộn nhựa để áp dụng tính tốn kết cấu áo đường mềm theo 22TCN 211-06 Bộ Giao thông vận tải Đối tượng phạm vi nghiên cứu Nghiên cứu đá khai thác số mỏ tỉnh Đồng Nai: Mỏ đá Hóa An, Tân Cang, Sóc Lu, GVHD: TS Nguyễn Mạnh Hùng -7- HV: Luận án Thạc sỹ KHKT “Nghiên cứu xác định tiêu kỹ thuật cấp phối đá dăm trộn nhựa dùng thiết kế mặt đường mềm.” Xác định số tiêu kỹ thuật cấp phối đá trộn nhựa với nguồn vật liệu cấp phối đá dăm khu vực Miền đông nam (Đồng Nai) Phương pháp nghiên cứu Phương pháp lý thuyết: Nghiên cứu lý thuyết phương pháp thiết kế hỗn hợp cấp phối đá trộn nhựa; lý thuyết thí nghiệm (TN) hỗn hợp vật liệu dùng nhựa đường làm chất dính kết Phương pháp thực nghiệm: Chế tạo mẫu thử phịng thí nghiệm, TN đánh giá tiêu kỹ thuật cấp phối ĐTN phụ thuộc vào nhiệt độ Trên sở số liệu TN từ thực nghiệm đánh giá khả sử dụng cấp phối đá trộn nhựa hiệu kinh tế - kỹ thuật giải pháp đề xuất Nội dung nghiên cứu: Nội dung luận văn trình bày chương bao gồm: Chương I: Vai trị vị trí lớp vật liệu dùng kết cấu mặt đường mềm Chương II: Tổng quan tình hình sử dụng cấp phối đá trộn nhựa giới nước ta Chương III: Thí nghiệm xác định tiêu kỹ thuật cấp phối đá trộn nhựa Chương IV: Ứng dụng vào tính tốn kết cấu mặt đường mềm Chương V: Kết luận & Kiến nghị GVHD: TS Nguyễn Mạnh Hùng -8- HV: Luận án Thạc sỹ KHKT “Nghiên cứu xác định tiêu kỹ thuật cấp phối đá dăm trộn nhựa dùng thiết kế mặt đường mềm.” Bảng 4-1: Dự toán giá thành sản xuất cấp phối ĐTN STT MÃ HIỆU THÀNH PHẦN HAO PHÍ AD.26122 Sản xuất cấp phối đá trộn nhựa Vật liệu Đá 2x4 Đá 1x2 Đá 0,5x1 Đá 0,15 - 0,5 Nhựa bitum Dầu diezen Dầu mazút Dầu bảo ôn Nhân công Nhân công 4,5/7 Máy thi công Trạm trộn 25 tấn/h Máy xúc 0,6m3 Máy ủi 108CV Máy khác Trực tiếp phí khác Cộng chi phí trực tiếp Chi phí chung Giá thành dự toán xây dựng Thu nhập chịu thuế tính trước Giá trị dự toán xây dựng trước thuế Thuế giá trị gia tăng Chi phí xây dựng nhà tạm ĐƠN VỊ KL ĐỊNH MỨC ĐƠN GIÁ HỆ SỐ THÀNH TIỀN 902.905 1tấn 19,821 204.545 10,811 204.545 9,009 118.182 20,421 109.091 3.900,000 12.500 150,000 19.182 850,000 16.800 42,500 20.000 2,31 coâng 10,350 49.845 1,28 ca 0,720 12.436.869 ca 0,720 750.318 ca 0,300 988.245 % 2,000 1,5% m3 m3 m3 m3 kg kg kg kg 5,5% T+C 6% (T+C+TL) 0,01 0,01 0,01 0,01 0,01 0,01 0,01 0,01 0,01 0,01 0,01 0,01 763.154 40.543 22.113 10.647 22.277 487.500 28.773 142.800 8.500 11.917 5.159 127.835 89.545 5.402 2.965 1.958 13.544 916.449 50.405 966.854 58.011 1.024.865 10% 1% 102.486 11.274 trường để điều hành thi công Giá trị dự toán xây dựng sau 1.138.625 thuế GVHD: TS Nguyễn Mạnh Hùng -82- HV: Luận án Thạc sỹ KHKT “Nghiên cứu xác định tiêu kỹ thuật cấp phối đá dăm trộn nhựa dùng thiết kế mặt đường mềm.” Bảng 4-2: Dự toán giá thành sản xuất BTN hạt trung C25 STT MÃ HIỆU THÀNH PHẦN HAO PHÍ AD.26122 Sản xuất bêtông nhựa hạt trung Vật liệu Đá 1x2 Cát vàng Nhựa bitum Dầu diezen Dầu mazút Dầu bảo ôn Nhân công Nhân công 4,5/7 Máy thi công Trạm trộn 25 tấn/h Máy xúc 0,6m3 Máy ủi 108CV Máy khác Trực tiếp phí khác Cộng chi phí trực tiếp Chi phí chung Giá thành dự toán xây dựng Thu nhập chịu thuế tính trước Giá trị dự toán xây dựng trước thuế Thuế giá trị gia tăng Chi phí xây dựng nhà tạm ĐƠN VỊ KL ĐỊNH MỨC ĐƠN GIÁ HỆ SỐ 1tấn THÀNH TIỀN 1.156.522 31,900 38,800 5.579,000 150,000 850,000 42,500 2,31 coâng 10,350 1,28 ca 0,720 ca 0,720 ca 0,300 % 2,000 1,5% T+C 6% 1.016.771 65.250 74.073 697.375 28.773 142.800 8.500 11.917 5.159 127.835 89.545 5.402 2.965 1.958 17.348 1.173.870 64.563 1.238.433 74.306 (T+C+TL) 1.312.739 m3 m3 kg kg kg kg 204.545 190.909 12.500 19.182 16.800 20.000 0,01 0,01 0,01 0,01 0,01 0,01 49.845 0,01 12.436.869 750.318 988.245 0,01 0,01 0,01 5,5% 10% 1% 131.274 14.440 trường để điều hành thi công Giá trị dự toán xây dựng sau 1.458.453 thueá GVHD: TS Nguyễn Mạnh Hùng -83- HV: “Nghiên cứu xác định tiêu kỹ thuật cấp phối đá dăm trộn nhựa dùng thiết kế mặt đường mềm.” Luận án Thạc sỹ KHKT Bảng 4-3: Dự toán giá thành sản xuất BTN hạt mịn C15 STT MÃ HIỆU THÀNH PHẦN HAO PHÍ AD.26123 Sản xuất bêtông nhựa hạt mịn trạm trộn