BTL_ AF - Tinh Toan Ty Le Phoi Hop

VIỆN KHOA HỌC & CNXDGT BỘ MÔN VẬT LIỆU XÂY DỰNG

D. BÀI LÀM

Mục đích của công tác phối hợp cốt liệu là phải tìm ra tỷ lệ các nhóm cốt liệu (đá dăm, cát, bột khoáng) hiện

có để hỗn hợp cốt liệu sau khi phối trộn có thành phần hạt nằm trong giới hạn đường bao cấp phối hỗn hợp

cốt liệu quy định trong Tiêu chuẩn thi công và nghiệm thu mặt đường đường bê tông nhựa.

Đối với bất kỳ một hỗn hợp cốt liệu nào thì lượng lọt sàng (%) của cốt liệu qua một cỡ sàng bất kỳ đều phải

thỏa mãn công thức sau :

P = A.a + B.b + C.c + D.d + … (1)

Trong đó :

P = lượng lọt sàng (%) của 1 cỡ sàng bất kỳ của hỗn hợp cốt liệu;

A, B, C, D… = lượng lọt sàng (%) của 1 cỡ sàng bất kỳ của từng loại cốt liệu;

a, b, c, d… = Tỷ lệ phối trộn của mỗi loại cốt liệu trong hỗn hợp. Với a+b+c+d+…= 1 (100%).

Bảng I.1 : Cấp phối hạt của các thành phần vật liệu khoáng

Cỡ sàng (mm)

90 100 55 80 36 63 25 45 17 33 12 25 9 17 6 10

Đá dăm 1 (CL I)

Đá dăm 2 (CL II)

Cát sông (CL III)

Bột đá vôi (CL IV)

Ở đây ta phải phối hợp thành phần 4 loại cốt liệu nên phải xét ở 3 cỡ sàng là :

Các công thức cơ bản áp dụng khi phối trộn 4 loại cốt liệu là :

P = A.a + B.b + C.c + D.d (2)

1 = a + b + c + d (3)

Tiến hành phối trộn sao cho :

- Tỷ lệ lượng lọt sàng 4.75 mm = 67.5% (điểm giữa của lượng lọt sàng yêu cầu)

- Tỷ lệ lượng lọt sàng 2.36 mm = 49.5% (điểm giữa của lượng lọt sàng yêu cầu)

- Tỷ lệ lượng lọt sàng 0.075 mm = 8% (điểm giữa của lượng lọt sàng yêu cầu)

Tính giá trị a : 0.4

Xét tại cỡ sàng 4.75 mm chỉ còn 2 cỡ hạt I và II

Xét tại cỡ sàng 2.36 mm chỉ còn 3 cỡ hạt I, II và III. Kết hợp với phương trình (4), ta có :

Xét tại cỡ sàng 0.075 mm: Còn cả 4 cỡ hạt, theo phương trình (2), ta có :

P = A.a + B.b + C.c + D.d

8 = 0.2x0 + 0.19x0 + cx2 + dx85 (6)

1 = a + b + c + d (7)

Thay (4) và (5) vào (7), ta có hệ phương trình :

cx2 + dx85

c + d

Giải hệ (8), ta có : c

d

= 0.61

b =P - C(1-a)

=49.5 - 61

B - C 16 - 76

P - B

A - Ba =

85

(4)

89

67.5 - 80

16 - 80=

100

(5)

(8)

= 0.53

= 0.08

= 8.00

= 0.19

= 0.20

99

33 30 2

100 100 100 100

12

0

14

0

30 7 5 092 80 16

100

0 0

100 100 76 51

0.3 0.15 0.075

100 0

100

89 16 0

100

PHẦN I

TÍNH TOÁN TỶ LỆ PHỐI HỢP CÁC THÀNH PHẦN VẬT LIỆU KHOÁNG

100Lượng lọt sàng

yêu cầu (%)

12.5 9.5 4.75 2.36 1.18 0.6

[email protected] 3 097.345.1669


Từ các giá trị a, b, c, d và căn cứ vào bảng I.1. Ta tính được tỷ lệ lượng lọt sàng của 4 loại cốt liệu và của

hỗn hợp cốt liệu.

Bảng I.2 : Cấp phối hạt của các thành phần vật liệu khoáng và hỗn hợp vật liệu khoáng

Cỡ sàng (mm)

90 100 55 80 36 63 25 45 17 33 12 25 9 17 6 10

0.2 x (CL I)

0.19 x (CL II)

0.53 x (CL III)

0.08 x (CL IV)

Hỗn hợp

Qua bảng I.2, ta thấy rằng lượng lọt sàng của hỗn hợp cốt liệu là chưa hợp lý.

Chọn lại các giá trị :

a

b

c

d

a + b + c + d

Vậy, ta có bảng tính toán như sau : 0 0 0 0 0 0 0 0 0

Bảng I.3 : Cấp phối hạt của các thành phần vật liệu khoáng và hỗn hợp vật liệu khoáng

Cỡ sàng (mm)

90 100 55 80 36 63 25 45 17 33 12 25 9 17 6 10

0.34 x (CL I)

0.18 x (CL II)

0.4 x (CL III)

0.08 x (CL IV)

Hỗn hợp

Hỗn hợp cốt liệu này thỏa mãn yêu cầu. Vậy kết quả phối trộn :

Cốt liệu I = 34%

Cốt liệu II = 18%

Cốt liệu III = 40%

Cốt liệu IV = 8%

Hình I.1 - Biểu đồ cấp phối hỗn hợp cốt liệu

12.5 9.5

20.0 0.0

1.18

17.8 3.2 0.0

1.0

8.08.0

17.5 15.9 6.4

7.1

19.0 17.5 15.2 3.0

4.75 2.36 0.075

2.7 1.3

0.00.0 0.0

0.0

0.6 0.3 0.15

1.1

0.0

Lượng lọt sàng

yêu cầu (%)

40.3 27.0

5.7

100

53.0 53.053.0

= 0.18

7.9

= 1.00

100.0 96.3 79.4 25.2

= 0.08

= 0.40

40.7

6.8

= 0.34

8.0 8.0 8.0 8.0

28.2 7.951.3 14.4

1.18 0.6 0.3 0.1512.5 9.5 4.75 2.36 0.075

Lượng lọt sàng

yêu cầu (%)100

34.0 30.3 5.4 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0

1.3 0.918.0 16.6 14.4 2.9 5.4 2.5

40.0 40.0 40.0 30.4

8.0

0.0

12.0 4.8 0.820.4 13.2

7.9

7.6

7.1

12.833.8 23.7 21.2

8.08.0 6.8

100.0 94.8 67.8

8.0 8.0 8.0

41.3

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

Lư

ợn

g lọ

t sà

ng

(%

)

ĐK sàng (mm)

Đường hỗn hợp

Đường cho phép



II.1. Số liệu đầu vào và kết quả thí nghiệm

Với 4 loại cốt liệu, mỗi loại có thành phần xác định, được đưa vào để thiết kế hỗn hợp BTAP.

- Cốt liệu thô (đá dăm), Dmax = , ký hiệu cốt liệu :

- Cốt liệu thô (đá dăm), Dmax = , ký hiệu cốt liệu :

- Cốt liệu mịn (cát sông)

- Bột khoáng (bột đá vôi)

Kết quả thí nghiệm kiểm tra các chỉ tiêu cơ lý của 4 loại cốt liệu này thỏa mãn yêu cầu quy định.

Kết quả phối trộn cốt liệu đưa ra tỷ lệ % theo khối lượng của 4 loại cốt liệu này và thỏa mãn yêu cầu kỹ thuật

(nằm trong giới hạn đường bao cốt liệu cho phép).

Kết quả thí nghiệm tỷ trọng của 4 loại cốt liệu và bitum được nêu tại bảng II.1

Bảng II.1 : Kết quả thí nghiệm xác định tỷ trọng của các vật liệu thành phần

Chọn 5 hàm lượng bitum (tính theo % hỗn hợp BTAP) là : 4.5%; 5.0%; 5.5%; 6.0%; 6.5%. Chuẩn bị 18 mẫu

hỗn hợp cốt liệu riêng biệt, mỗi mẫu : .Kết quả tính toán khối lượng từng tổ mẫu theo bảng II.2.

Bảng II.2 : Khối lượng vật liệu mẫu thử

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 với 5 tổ mẫu BTAP. Tính giá trị tỷ trọng khối trung bình của mẫu BTAP

tương ứng với 5 hàm lượng bitum.

Với hàm lượng bitum 5.5% (hàm lượng bitum tối ưu dự đoán), trộn 3 mẫu hỗn hợp BTAP. Thí nghiệm xác

định tỷ trọng lớn nhất của 3 mẫu hỗn hợp BTAP. Tính giá trị tỷ trọng lớn nhất trung bình của hỗn hợp BTAP

tại hàm lượng bitum 5.5%. Kết quả được thể hiện ở bảng II.3.

Bảng II.3 : Kết quả thí nghiệm mẫu BTAP

1200 g

PHẦN II

TÍNH TOÁN CÁC ĐẶC TRƯNG THỂ TÍCH CỦA HỖN HỢP VẬT LIỆU KHOÁNG,

HỖN HỢP BTAP VÀ BTAP

G3a 40%

G2 18%

2.69 P3

G4a

9.50mm D9.5

4.75mm D4.75

G3 2.64

G4 8%2.62 P4

2.71 G2a 2.77 P2

STTHàm lượng bitum

%(tổng khối lượng hỗn hợp BTAP)Lượng bitum,g

Bột đá

Tổng khối lượng

hỗn hợp BTAP, g

2.61

G1 2.72 G1a 2.78 P1

Tỷ lệ phối trộn,

%(tổng hỗn hợp)

(1)

1263.2

1256.5

Cát sông

1.03Bitum

Cốt liệu D9.5

Riêng

Tỷ trọng

Vật liệuKhối

(Bulk specific gravity)

Biểu kiến

(Apperent specific gravity)

(6)(2) (3) (4) (5)

1 4.5 56.5

5.0 63.2

(8)

Cốt liệu D4.75

34%

(7)

69.8 1269.8

4 6.0 76.6 1276.6

4.5

2

5 6.5 83.4

3 5.5

1283.4

2.389

6.0 6.5

2.395

2.488

2.354

Tỷ trọng lớn nhất của hỗn hợp BTAP rời (trung bình) (Gmm)

5.0

2.378 2.392

5.5Tên chỉ tiêu

Tỷ trọng khối của hỗn hợp BTAP đã đầm (trung bình) (Gmb)

Hàm lượng bitum, %



II.2. Tính các chỉ tiêu đặc tính thể tích của hỗn hợp BTAP

II.2.1. Tính tỷ trọng của hỗn hợp cốt liệu

II.2.1.1. Tỷ trọng khối của hỗn hợp cốt liệu

Tỷ trọng khối của hỗn hợp cốt liệu được tính theo công thức sau :

P1 + P2 + … + Pn

P1 P2 Pn

G1 G2 Gn

Trong đó :

Gsb = Tỷ trọng khối của hỗn hợp cốt liệu;

P1, P2, P3 … = Hàm lượng từng loại cốt liệu, tính theo % của tổng khối lượng hỗn hợp cốt liệu;

G1, G2, G3 … = Tỷ trọng khối của từng loại cốt liệu có trong hỗn hợp cốt liệu.

+ + +

II.2.1.2. Tỷ trọng biểu kiến của hỗn hợp cốt liệu

Tỷ trọng biểu kiến của hỗn hợp cốt liệu, Gsa, được tính theo công thức sau :

P1 + P2 + … + Pn

P1 P2 Pn

G1a G2a Gna

Trong đó :

Gsa = Tỷ trọng biểu kiến của hỗn hợp cốt liệu;

P1, P2, P3 … = Hàm lượng từng loại cốt liệu, tính theo % của tổng khối lượng hỗn hợp cốt liệu;

G1a, G2a, G3a … = Tỷ trọng biểu kiến của từng loại cốt liệu có trong hỗn hợp cốt liệu.

+ + +

II.2.2. Tính tỷ trọng có hiệu của hỗn hợp cốt liệu

Tỷ trọng có hiệu của hỗn hợp cốt liệu, Gse, được tính theo công thức sau :

Pmm - Pb

Pmm Pb

Gmm Gb

Trong đó :

Gse = Tỷ trọng có hiệu của hỗn hợp cốt liệu;

Pmm = Phần trăm khối lượng của tổng hỗn hợp ở trạng thái rời (Pmm = 100);

Gmm = Tỷ trọng lớn nhất của hỗn hợp BTAP;

Pb = Hàm lượng bitum, tính theo % tổng khối lượng hỗn hợp BTAP;

Gb = Tỷ trọng của bitum.

-

So sánh các kết quả Gse, Gsb, Gsa. Ta thấy : Gsb < Gse < Gsa

Vậy, kết quả thí nghiệm và tính toán là có độ tin cậy !

II.2.3. Tính tỷ trọng lớn nhất của hỗn hợp BTAP tại các hàm lượng bitum khác nhau

Coi tỷ trọng có hiệu của hỗn hợp cốt liệu tại tất cả các hàm lượng bitum là không đổi (bởi vì lượng bitum hấp

phụ tại các hàm lượng bitum khác nhau thì gần tương tự nhau), tính tỷ trọng lớn nhất của hỗn hợp BTAP tại

34+

18

+

8 36.65= 2.728

+ +…

(9)Gsb =

Gsa =

2.677100

37.36

18=

100

+ … +

2.610

Gsa =

2.640

=8

Gsb =

+

34 18 40

2.720

8

40

=

+

34

34

2.710

2.488 1.030

-

2.780 2.770

Gse =

+

+ +

840

18

2.690 2.620

(10)

40+

= 2.728

Gse =100 5.5

= 2.677 = 2.711

100-

5.5

(11)

=94.5

34.853= 2.711



các hàm lượng bitum khác nhau theo công thức dưới đây.

Pmm

Ps Pb

Gse Gb

Trong đó :

Gmm = Tỷ trọng lớn nhất của hỗn hợp BTAP;

Pmm = Phần trăm khối lượng của hỗn hợp BTAP ở trạng thái rời (Pmm = 100);

Ps = Tỷ lệ cốt liệu, tính theo % tổng khối lượng hỗn hợp BTAP;

Pb = Hàm lượng bitum, tính theo % tổng khối lượng hỗn hợp BTAP;



Vậy, ta có bảng sau:

Bảng II.4 : Kết quả tính toán tỷ trọng lớn nhất của hỗn hợp BTAP với các hàm lượng bitum khác nhau

II.2.4. Tính hàm lượng bitum hấp phụ

Hàm lượng bitum hấp phụ được tính theo phần trăm khối lượng của cốt liệu, theo công thức sau:

Trong đó :

Pba = Lượng bitum hấp phụ, % khối lượng của cốt liệu;


Gsb = Tỷ trọng khối của hỗn hợp cốt liệu;


-

x

Hàm lượng bitum hấp phụ, Pba = 0.491 ,được coi là không đổi

II.2.5. Tính hàm lượng bitum có hiệu của hỗn hợp BTAP

Hàm lượng bitum có hiệu của hỗn hợp BTAP được xác định theo công thức sau:

Pba

100

Trong đó :

Pbe = Hàm lượng bitum có hiệu, % khối lượng của hỗn hợp BTAP;

Pba = Lượng bitum hấp phụ, % khối lượng của cốt liệu;


Pb = Hàm lượng bitum, tính theo % tổng khối lượng hỗn hợp BTAP.

Dựa vào kết quả tính ở trên, tính được hàm lượng bitum có hiệu của hỗn hợp BTAP với hàm lượng bitum

tương ứng theo bảng sau:

Bảng II.5 : Kết quả tính toán hàm lượng bitum có hiệu của hỗn hợp BTAP với các hàm lượng bitum

94.0

Hàm lượng bitum có hiệu Pbe (%) 4.031 4.534 5.036 5.538

95.5 95.0

6.041

94.5

Pba =

93.5

Lượng bitum hấp phụ Pba (%) 0.491 0.491 0.491 0.491 0.491

Tỷ lệ cốt liệu Ps (%)

Pb -

6.0 6.5

= 0.491

Hàm lượng bitum Pb (%) 4.5 5.0 5.5

Pba =

x

(14)x Ps

1002.711

Pbe =

2.677

2.711

2.488

Gse - Gsb

Gsb x Gse

Gb (13)100 x

2.451

2.711

Tỷ trọng của bitum Gb 1.030 1.030 1.030 1.030 1.030

Tỷ trọng lớn nhất của hỗn hợp BTAP Gmm 2.470

93.5

Tỷ trọng có hiệu của hỗn hợp cốt liệu Gse 2.711 2.711 2.711 2.711

95.5 95.0 94.5 94.0

5.5 6.0 6.5

Phần trăm khối lượng của hỗn hợp BTAP ở trạng thái rời

Pmm (%)100 100 100 100 100

4.5

Gmm = (12)

+

5.0

Tỷ lệ cốt liệu Ps (%)

Hàm lượng bitum Pb (%)

2.526 2.507

1.0302.677



II.2.6. Tính độ rỗng cốt liệu của hỗn hợp BTAP

Độ rỗng cốt liệu được tính theo công thức sau:

Trong đó :

VMA = Độ rỗng cốt liệu, tính theo % tổng thể tích hỗn hợp BTAP;

Gmb = Tỷ trọng khối của mẫu BTAP đã đầm nén;


Gsb = Tỷ trọng khối của hỗn hợp cốt liệu.

Theo các số liệu ở trên, kết quả tính toán được lập theo bảng sau:

Bảng II.6 : Kết quả tính toán độ rỗng cốt liệu tại mẫu có hàm lượng bitum khác nhau

II.2.7. Tính độ rỗng dư của hỗn hợp BTAP đã đầm

Độ rỗng dư của hỗn hợp BTAP đã đầm được tính theo công thức sau:

Trong đó :

Va = Độ rỗng dư của hỗn hợp sau khi đầm, tính theo % của thể tích mẫu BTAP;

Gmb = Tỷ trọng khối của mẫu BTAP đã đầm nén;

Gmm = Tỷ trọng lớn nhất của hỗn hợp BTAP.


Bảng II.7 : Kết quả tính toán độ rỗng dư tại mẫu có hàm lượng bitum khác nhau

II.2.8. Tính độ rỗng lấp đầy của hỗn hợp BTAP đã đầm

Độ rỗng dư của hỗn hợp BTAP đã đầm được tính theo công thức sau:

Trong đó :

VFA = Độ rỗng lấp đầy bitum, tính theo % của độ rỗng cốt liệu (VMA);

VMA = Độ rỗng cốt liệu, tính theo % tổng thể tích hỗn hợp BTAP;

Va = Độ rỗng dư của hỗn hợp sau khi đầm, tính theo % của thể tích mẫu BTAP.


Bảng II.8 : Kết quả tính toán độ lấp đầy bitum tại mẫu có hàm lượng bitum khác nhau

75.191

2.526 2.507

15.553

Tỷ trọng lớn nhất của hỗn hợp BTAP Gmm

VaGmm

2.488

Độ rỗng lấp đầy bitum VFA (%) 57.520 67.076

Độ rỗng dư Va (%)

16.015

5.137

(17)VMA

6.803

Độ rỗng cốt liệu VMA (%)

84.649

Độ rỗng dư Va (%) 6.803 5.137 3.859 3.017 2.541

81.019

15.894

Hàm lượng bitum Pb (%) 4.5 5.0 5.5 6.0 6.5

15.603

3.859 3.017 2.541

VFA = 100 xVMA - Va

16.551

2.470 2.451

Tỷ trọng khối của mẫu BTAP đã đầm nén Gmb 2.354 2.378 2.392 2.395

2.354

2.389

=

Hàm lượng bitum Pb (%) 4.5 5.0

100 x= (16)Gmm - Gmb

VMAGmb x Ps

Tỷ trọng khối của mẫu BTAP đã đầm nén Gmb

5.5 6.0 6.5

5.0 6.0

(15)

Tỷ trọng khối của hỗn hợp cốt liệu Gsb 2.677

Gsb

6.5

100 -

5.5Hàm lượng bitum Pb (%) 4.5

15.603 15.553

94.0 93.594.5Tỷ lệ cốt liệu Ps (%) 95.5 95.0

2.378 2.392 2.395 2.389

2.677 2.6772.677 2.677

15.894 16.551Độ rỗng cốt liệu VMA (%) 16.015



Kết quả thí nghiệm và tính toán các đặc tính thể tích của hỗn hợp BTAP với các mẫu có hàm lượng bitum

4.5%; 5.0%; 5.5 %; 6.0% và 6.5 % được tóm tắt tại Bảng II.9.

Tổng hợp kết quả thí nghiệm, tính toán các đặc tính thể tích của BTAP, kết quả thí nghiệm Marshall của 05

tổ mẫu BTAP ứng với 5 hàm lượng bitum được báo cáo ở Bảng II.10.

Trên cơ sở số liệu tại Bảng II.10, vẽ các biểu đồ quan hệ hàm lượng bitum với các chỉ tiêu: Va, VMA, VFA,

độ ổn định, độ dẻo, khối lượng thể tích mẫu BTAP để làm cơ sở xác định hàm lượng bitum tối ưu.

Bảng II.9 : Tổng hợp kết quả thí nghiệm và tính toán các chỉ tiêu đặc tính thể tích hỗn hợp BTAP.

G1 G1a

G2 G2a

G3 G3a

G4 G4a

Gsb Gsa

Gb

0.491

Mẫu: _______________________________ Ngày: __________________

Địa điểm, lý trình: ____________________________________________________________________

Công thức (13)

Thành phần hỗn hợp BTAP

Tỷ trọng, G

2.711

2.395 2.389

Công thức (12)

-

Công thức (11)

2.354 2.378 2.392

94.5

5.5

94.0

6.0

2.677

2.4512.4702.4882.5072.526

93.5

6.5

Ps

Pb

95.5

4.5

95.0

5.0

15. ĐR lấp

đầy, VFA

4.031 4.534 5.036 5.538 6.041

16.015

2.677

1.030

2.780

2.770

2.690

2.620

2.728

2. Cốt liệu thô D4.75

5. Tổng cốt liệu

x

= 100

= 100

12. HLBT

có hiệu, Pbe

13. ĐR cốt

liệu, VMA

6. Bitum

14. Độ rỗng

dư, Va

-

Khối Biểu kiến

11. Lượng bitum hấp phụ, % khối lượng hỗn

hợp cốt liệu, Pba

3. Cát

4. Bột khoáng

2.720

2.710

2.640

2.610

1. Cốt liệu thô D9.5

Mẫu thí nghiệm (thành phần hỗn hợp, tính theo %

khối lượng hỗn hợp BTAP)

1 2 3 4 5

(Dòng 13 - Dòng 14)

Công thức (14)

6.803 5.137

Tính toán:

= 100 Công thức (15)-

Công thức (9)7. Tỷ trọng khối của tổng hỗn hợp cốt liệu, Gsb

8. Tỷ trọng lớn nhất của hỗn hợp BTAP, Gmm

9. Tỷ trọng khối của mẫu BTAP đã đầm, Gmb

10. Tỷ trọng có hiệu của hỗn hợp cốt liệu, Gse

81.019 84.649

Dòng 7

(Dòng 8 - Dòng 9)x

= Dòng 6Dòng 11 x Ps

Dòng 8

100

Dòng 9 x Ps

Dòng 13

Công thức (16)

Công thức (17) 67.076 75.19157.520

15.894 16.551

3.859 3.017 2.541

15.603 15.553


BTL_ AF - Tinh Toan Ty Le Phoi Hop

Documents

Transcript of BTL_ AF - Tinh Toan Ty Le Phoi Hop