Tài liệu Đề cương thí nghiệm CTGT

Đề cương môn thí nghiệm CTGT Câu 1: Thành phần vật liệu hỗn hợp BTN và vai trò của vật liệu? Trả lời:  Bê tông nhựa là hỗn hợp cấp phối gồm: đá, cát, bột khoáng và nhựa đường, được sử dụng chủ yếu làm kết cấu mặt đường mềm.  Về chức năng vật liệu trong cấu trúc bê tông nhựa: • Cốt liệu lớn: cấp phối đá dăm - là bộ khung chịu lực chính (và tạo độ nhám). • Cốt liệu nhỏ: cát sông - làm tăng độ đặc cho bê tông nhựa. Đá xay - ngoài chức năng làm tăng độ đặc, nó còn làm tăng tỷ diện của vật liệu, do đó làm tăng tính liên kết với nhựa. • Bột khoáng làm tăng độ chặt của bê tông nhựa, làm tăng tỷ diện vật liệu khoáng rất nhiều nên làm tăng lớp vỏ cấu trúc và nâng cao nhiệt độ hóa mềm, giúp bê tông nhựa ổn định nhiệt. Bột khoáng và nhựa tương tác với nhau tạo thành chất liên kết asphalt, liên kết các cốt liệu lớn và lấp đầy lỗ rỗng còn lại. • Nhựa trong bê tông nhựa có tác dụng bao bọc xung quanh các hạt khoáng, có 1 phần thẩm thấu vào trong các mao quản trên bề mặt hạt khoáng, 1 phần tương tác với bề mặt cốt liệu tạo thành màng xà phòng Can-xi không hòa tan, làm tăng đáng kể chất lượng và tính bền vững của các liên kết ở khu vực tiếp xúc giữa nhựa và cốt liệu khoáng và 1 phần có tác dụng lấp 1 phần lỗ rỗng còn lại của khung cốt liệu chính. • Phụ gia: cải thiện 1 số tính chất của BTN trong thi công cũng như khai thác, nhằm làm cho BTN ổn định hơn Như vậy có thể thấy rằng: thành phần vật liệu trong cấu trúc bê tông nhựa cần được thiết kế hợp lý vì: • Thành phần cốt liệu quyết định cường độ chính, độ đặc chắc của bê tông nhựa. Chỉ khi nào cấp phối cốt liệu, kích cỡ cốt liệu hợp lý thì mới tạo được hỗn hợp có cường độ cao và ổn định. • Thành phần nhựa quyết định tính liên kết cho cốt liệu. Khi thiếu hoặc thừa nhựa thì tính liên kết sẽ giảm xuống, dẫn đến hàng loạt các bất lợi khác. Câu 2: Thành phần vật liệu của hỗn hợp BTXM và vai trò từng loại vật liệu trong đó? Trả lời:  Thành phần của BTXM: Cát, đá, xi măng, nước, phụ gia  Vai trò của từng loại vật liệu:  Cát: Cát mịn chứa nhiều tạp chất (như lượng bụi, bùn, sét) sẽ tạo nênmột màng mỏng trên bề mặt cốt liệu ngăn cản sự tiếp xúc giữa xi măng và các thành phần cốt liệu sẽ làm giảm sự kết dính và sẽ làm giảm cường độ của vữa, của bê tông. • Đối với bê tông tươi: Cát mịn sẽ làm tăng lượng nước trộn, ảnh hưởng tới thời gian đông kết, tăng khả năng bị nứt nẻ do co ngót dẻo. • Đối với bê tông rắn: Cường độ và khả năng chống thấm của bê tông giảm Do đó: • Không nên sử dụng cát mịn, cát bị nhiễm mặn, nhiễm phèn, lẫn nhiều tạp chất. • Nên sử dụng cát dành riêng cho bê tông loại hạt to, ít lẫn hàm lượng tạp chất  Đá: Hàm lượng bụi, bùn, sét trong đá nhiều sẽ ảnh hưởng lớn đến chất lượng bê tông hoặc vữa. Đá phải chứa ít hạt thoi, dẹt (hạt thoi và hạt dẹt là những hạt có kích thước lớn nhất vượt quá 3 lần kích thước nhỏ nhất). Các hạt này chịu lực kém, dễ gãy vỡ nên ảnh hưởng xấu đến khả năng chịu lực của bê tông (vì vậy phải khống chế không vượt quá 15% khối lượng). Đá dùng cho bê tông thường, độ hút nước không được lớn hơn 10%; đá dùng cho bê tông thủy công, độ hút nước không lớn hơn 5%; đá dùng cho bê tông cốt thép, độ hút nước không lớn hơn 3%. Nên rửa đá cho những hạng mục quan trọng như bê tông sàn, mái, các hạng mục chống thấm và nơi cần cường độ cao.  Xi măng: Xi măng là thành phần quan trọng nhất của bê tông mặc dù xi măng chiếm từ 10 – 25% khối lượng của 1 m3 bê tông. Nhưng nó đóng vai trò gắn kết các loại cốt liệu với nhau và đông cứng để tạo thành bê tông. vì vậy người ta thường nói xi măng là nguyên liệu bánh mỳ của bê tông.  Nước: Nước dùng để trộn hỗn hợp bê tông hoặc vữa có hàm lượng tạp chất vượt quá giới hạn sẽ làm ảnh hưởng tới quá trình đông kết cũng như làm giảm độ bền lâu của kết cấu bê tông hoặc vữa trong quá trình sử dụng. Vì vậy nước có vai trò đặc biệt trong hỗn hợp vữa và bê tông. • Hóa dẻo xi măng (phản ứng thủy hóa của x imăng với nước). • Tạo độ linh động Nước trộn bê tông và vữa có chất lượng cần thỏa mãn các yêu cầu sau: • Không chứa váng dầu hoặc váng mỡ • Lượng tạp chất hữu cơ không lớn hơn 15mg/l • Độ PH không nhỏ hơn 4 và không lớn hơn 12,5 • Không có màu khi dùng cho bê tông và vữa trang trí • Tổng hàm lượng ion natri, kali không được lớn hơn 1.000mg/l          Phu gia: Cải thiện tính chất và khả năng làm việc của bê tông Đẩy nhanh quá trình đông kết, khô cứng (bê tông và vữa sẽ có cường độ ban đầu cao). Bảo dưỡng bê tông và vữa tự nhiên trong không khí Tác động không thấm nước/chống thấm Tăng độ bền cho bê tông hoặc vữa Bù đắp/giảm sự co ngót trong quá trình bê tông hoặc vữa đông kết và cứng Tác động đến màu sắc cho bê tông và vữa Giảm sự mất nước trong quá trình thủy hóa, đông kết, khô cứng của vữa hoặc bê tông. Câu 3: Trình bày các bước thí nghiệm và mục đích thí nghiệm nhựa đường: BÀI 1 : THÍ NGHIỆM XÁC ĐỊNH ĐỘ KIM LÚN CỦA NHỰA ĐƯỜNG Ở NHIỆT ĐỘ PHÒNG (22TCN 279 – 2001) 1. Khái niệm: Độ kim lún của nhựa đường là độ kim lún bằng 1/10 mm mà một kim tiêu chuẩn xuyên thẳng đứng vào mẫu nhựa trong điều kiện thời gian, tải trọng, nhiệt độ quy định. T0 = 250 ± 0,10c ; Tải trọng = 100g ± 0,1 g ; Thời gian = 5 giây. 2. Thiết bị thí nghiệm:  Thiết bị đo độ kim lún gồm: Kim xuyên (kim + trục + quả gia tải 100 ± 0,1 g).   Chiều dài thân kim: 50 mm, đường kính thân kim 3,2 ± 0,05 mm; Đường kính mũi kim 0,14       3.  0,16 mm. Chậu đựng nước để khống chế nhiệt độ. Bình chứa cốc mẫu đựng nhựa đường. Nhiệt kế 500c, vạch chia 0,10. Đồng hồ bấm giây đo được 0,1 giây. Dụng cụ cấp nhiệt: Bếp điện hoặc bếp ga. Cốc đựng mẫu đường kính 55 mm. Chuẩn bị mẫu: Đun nóng nhựa đường đến khi chảy lỏng nhưng không lớn hơn 50 0c so với nhiệt độ hóa mềm dự kiến, khuấy liên tục để tránh bọt khí và không đun quá 30 phút. ( Nhựa đường 60/70 tiêu chuẩn: Nhiệt độ hóa mềm từ 460c   550c) Rót nhựa đường vào cốc đựng mẫu đến cách miệng cốc khoảng 5 mm rồi đẩy nắp.  Để nguội trong không khí ở nhiệt độ phòng từ 150c  300c với thời gian 60  90 phút đối với  cốc có dung tích 90 ml và 90 120 phút đối với cốc có dung tích 175 mm ( Nếu nhiệt độ phòng không đủ điều kiện thì phải dùng điều hòa nhiệt độ).   Dùng nước đá hoặc nước sôi để duy trì nhiệt độ của nước trong chậu là 25 0c  0,10 c  Ngâm các cốc chứa nước chứa nhựa đường vào chậu nước trong thời gian 60 90 phút đối với các cốc có dung tích 90 ml và 90  120 phút đối với cốc có dụng tích 175 ml. Mặt mẫu phải nằm dưới mặt nước 10cm và đáy cốc cách đáy chậu 5cm. 4. Cách tiến hành thí nghiệm:     Ta lau sạch kim bằng giẻ mềm, lắp kim vào trục, lắp quả gia tải để đảm bảo tải trọng 100 0,1g. Đặt bình chứa mẫu có cốc mẫu và thiết bị xuyên. Điều chỉnh kim xuyên vừa chạm sát mặt mẫu, chỉnh đồng hồ đo độ lún về vị trí “0”( hay vị trí ban đầu). Mở chốt hãm, kim xuyên đâm vào mẫu nhựa đường, đồng thời bấm đồng hồ đo thời  gian, sau 5 giây đóng chốt hãm và điều chỉnh thiết bị để đọc chỉ số đo độ lún. Thí nghiệm 3 mũi xuyên tại các điểm cách thành cốc ở những điêm cách nhau ít nhất 10mm. Sau mỗi lần xuyên phải lau khô mũi xuyên. 5. Báo cáo kết quả thí nghiệm:  Độ kim lún bằng 1/10 mm là trị số nguyên trung bình của 3 lần xuyên đối 1 mẫu thử. BÀI 2: THÍ NGHIỆM XÁC ĐỊNH ẢNH HƯỞNG CỦA NHIỆT ĐỘ TỚI ĐỘ KIM LÚN CỦA NHỰA ĐƯỜNG 1. Khái niệm: Độ kim lún của nhựa đường là độ kim lún tính bằng 1/10mm mà một kim tiêu chuẩn xuyên thẳng đứng vào mẫu nhựa trong điều kiện thời gian, tải trọng, nhiệt độ quy định. 2. Thiết bị thí nghiệm:  Thiết bị đo độ kim lún gồm: Kim xuyên (kim + trục + quả gia tải 100 ± 0,1 g). Chiều dài thân kim: 50 mm, đường kính thân kim 3,2 ± 0,05 mm; Đường kính mũi kim 0,14      Chậu đựng nước để khống chế nhiệt độ. Bình chứa cốc mẫu đựng nhựa đường. Nhiệt kế 500c, vạch chia 0,10. Đồng hồ bấm giây đo được 0,1 giây. Dụng cụ cấp nhiệt: Bếp điện hoặc bếp ga.  0,16 mm.  Cốc đựng mẫu. 3. Chuẩn bị mẫu:  Đun nóng nhựa đường đến khi chảy lỏng nhưng không lớn hơn 500c so với nhiệt độ hóa mềm dự kiến, khuấy liên tục để tránh bọt khí và không đun quá 30 phút. (Nhựa đường 60/ 70 tiêu chuẩn: Nhiệt độ hóa mềm từ 46c0 đến 550c).  Rót nhựa đường vào cốc đựng mẫu đến cách miệng cốc khoảng 5mm rồi đẩy nắp.  Để nguội trong không khí đến nhiệt độ phòng với thời gian khác nhau giữa các mẫu thí nghiệm và đo độ kim lún như ở bài1 để có số liệu ở các nhiệt độ khác nhau. Khi không có nhiệt kế, có thể lấy các thời gian để nguội mẫu lần lượt là 30, 60, 90 phút sau khi đun nóng. 4. Cách tiến hành thí nghiệm:  Các bước để đo độ kim lún được tiến hành như ở bài thí nghiệm 1. 5. Báo cáo kết quả thí nghiệm:  Độ kim lún tính bằng 1/10 mm là trị số nguyên trung bình cảu 3 lần xuyên đối với một mẫu thử. BÀI 3 : THÍ NGHIỆM XÁC ĐỊNH NHIỆT ĐỘ BẮT LỬA – NHIỆT ĐỘ BỐC CHÁY ( 22TCN 279 – 2001) 1. Khái niệm:  Nhiệt độ bắt lựa là nhiệt độ thấp tải áp suất khí quyển 760 mmHg mà ở đó ngọn lựa thí nghiệm  làm cho mẫu bốc hơi và cháy dưới điều kiện quy định của thí nghiệm. Nhiệt độ bốc cháy là điểm nhiệt độ thấp nhất trong điều kiện thí nghiệm mà tại đó mẫu bị cháy 2.    3.  trong thời gian 5 giây. Thiết bị và dụng cụ thí nghiệm: Thiết bị đo độ bắt lửa . Nhiệt kế 400oc vạch chia 0,5oc. Cốc đựng mẫu có đường kính trong 63 ± 1mm, chiều cao 33 ± 1mm. Đồng hồ bấm giây. Thiết bị đánh lửa. Tiến hành thí nghiệm: Gia nhiệt với tốc độ 15-17 độ / phút trong thời gian nhiệt độ của mẫu đạt đến 120 oc, sau đó hạ  lửa từ từ để tốc độ gia nhiệt còn khoảng 5-6 độ/ phút trong suốt quá trình còn lại. Khi nhiệt độ của mẫu đạt đến 150 oc thì ta dùng hệ thống đánh lửa trên mặt mẫu và cách mặt mẫu  2 mm. Cúa lặp lại thao tác khi nhiệt độ của mẫu tăng thêm 2oc ( hoặc 20 giây/ 1 lần). Quan sát ngọn lửa đi qua mặt mẫu khi nào bốc lên một ngọn lửa xanh à rút hệ thống đánh lửa ra  mà ngọn lựa tắt ngay thì đó là nhiệt độ bắt lửa. Tiếp tục gia nhiệt với tốc độ 5-6 độ/ phút và lặp lại các thao tác như trên mà ngọn lửa xanh xuất hiện trên bề mặt mẫu tồn tại ít nhất 5s thì đó là nhiệt độ bốc cháy. 4. Báo cáo kết quả thí nghiệm:  Nhiệt độ bắt lửa và nhiệt độ bốc cháy được báo cáo chính xác đến 2 oc. BÀI 4: THÍ NGHIỆM XÁC ĐỊNH ĐỘ DÍNH BÁM NHỰA ĐƯỜNG (22TCN 279 – 2001) 1.       2.      Khái niệm: Ca đun nhựa, thau đựng đun nước cất. Bếp điện, bếp ga để gia nhiệt. Tủ sấy có bộ phận điều chỉnh nhiệt. Đồng hồ bấm giây. Chỉ buộc hoặc giây kẽm mềm. Giá treo mẫu. Tiến hành thí nghiệm: Chọn khoảng 20 viên đá dăm, kích thước 3 đến 4 cm rửa sạch bằng nước. Sấy khô tới khối lượng không đổi, buộc giây vào từng viên đá. Đun nóng nhựa tới nhiệt độ làm việc 130 đến 150oc. Sau đó nhúng từng viên đá vào mẫu nhựa trong thời gian 15 giây. Treo những viên đá đã nhúng nhựa lên giá trong 15 phút để nhựa thừa chảy bớt và để nguội đến  nhiệt độ trong phòng. Nhúng từng viên đá đã bọc nhựa vào nước sôi trong vòng 10 phút ± 5 giây. Trong thời gian sôi viên đá không được đụng vào thành chậu.  Nhấc các viên đá ra và quan sát, đánh giá độ dính bám của nhựa theon 5 cấp quy định. 3. Báo cáo kết quả thí nghiệm:  Độ dính bám nhựa với đá được đánh giá theo 5 cấp quy định như sau: Cấp 5: Dính bám rất tốt, màng nhựa còn lại đầy đủ bao bọc toàn bộ viên đá. Cấp 4 : Dính bám tốt, màng nhựa dính bám vào nước sôi không đáng kể, độ dày mỏng của nhựa còn lại trên bề mặt đá không đều nhưng không lộ đá. Cấp 3 : Dính bám trung bình, cá biệt trên từng chỗ, mặt đá màng nhựa bị bong nhưng nói chung bề mặt vẫn giữ nguyên được màng nhựa. Cấp 2 : Dính bám kém, màng nhựa bong ra và lẫn vào trong nước, mặt đá không dính với nhựa nhưng nhựa chưa nổi lên mặt nước. Cấp 1 : Dính bám rất kém, màng nhựa bong ra khỏi viên đá được dùng làm thí nghiệm.  Độ dính bám được xác định bằng tỉ số trung bình của 10 viên đá được dùng làm thí nghiệm. BÀI 5 : QUY TRÌNH THÍ NGHIỆM XÁC ĐỊNH ĐỘ NHÁM CỦA MẶT ĐƯỜNG BẰNG PHƯƠNG PHÁP RẮC CÁT ( 22TCN 278 – 2001) 1. Thiết bị và dụng cụ thí nghiệm:  Cát tiêu chuẩn: Yêu cầu phải khô, sạch . Thành phần nằm giữa 2 cỡ sàng 0,15 – 0,3 mm và được  đựng trong hộp kín. Ống đong cát hình trụ bằng kim loại hoặc bằng nhựa có thể tích 25 cm3 và một đầu được bịt kín.  Bàn xoa cát hình tròn, đường kính 6 ± 7 cm, chiều dày 2 cm, mặt đáy có phủ một lớp cao su mỏng, mặt trên có núm cầm.  Bàn chải sắt, cỏ, chổi lông mềm, các tấm chắn gió.  Thước đo có khắc vạch hoặc thước kẹp để đo đường kính của mảng cát. 2. Cách tiến hành thí nghiệm:  Chọn vị trí thí nghiệm tại các vệt xe chạy trên các làn xe, khoảng cách tối thiểu từ điểm đo tới mép mặt đường là 50 cm, khoảng cách tối thiểu giữa hai điểm đo liền kề nhau trên một mặt cắt ngang là 100 cm. Tại các vị trí đo cần phải khô, bề mặt đường đều, không có những điểm cá biệt như nứt, các mối nối. Quét sạch mặt đường bằng bàn chải sắt sau đó dùng chổi lông quét sạch tại các vị trí đo. Nếu có gió thì phải đặt các tấm chắn gió xung quanh vị trí thí nghiệm để tránh cát bị  gió thổi bay ( không được thí nghiệm khi mặt đường còn ẩm ướt ). Đổ đầy cát tiêu chuẩn vào ống đong sau đó gõ nhẹ vào đáy ống đong, cho thêm cát vào ống đong  cho đầy tới miệng rồi dùng thước gạt cho phẳng với mặt trên của ống đong. Đổ cát đã đong lên mặt dường đã làm sạch dùng bàn xoa có bịt cao su san cát từ trong ra ngoài theo hình xoắn ốc để tạo thành một mảng cát tròn liên tục lấp đầy các lỗ hổng trên mặt đường cho  ngang bằng với đỉnh của các hạt cốt liệu. Sau đó dùng thước đo đường kính tròn của các mảng cát tại 4 điểm cách đều nhau trên đường bao  chu vi của mảng cát. Số lượng đo trên những đoạn đường đồng nhất, chọn đoạn có chiều dài 500 ± 1000 m, mỗi đoạn đại diện chọn 10 điểm đo trên một làn xe, trên những đoạn không có số liệu cơ sở được coi là đồng nhất thì có thể đo trên toàn tuyến với mật độ đo tối thiểu 10 điểm/ 1km/ 1 làn xe. 3. Tính toán kết quả:  Tính chiều sâu trung bình tải mỗi vị trí đo như sau: V S htbi = (mm) Trong đó: htbi tính bằng mm lấy đến 2 trị số sau dấu phẩy. V là thể tích cát đã biết đựng trong ống đong. D là đường kính trung bình của mảng cát thí nghiệm (mm).  Tính chiều sâu trung bình cấu trúc vĩ mô của đoạn đường. n H tb   i 1 htbi ( mm) n Trong đó: n là số lượng các điểm đo trong đoạn.  Trường hợp mẫu cát có dạng hình elip quá dẹt ( giá trị 2 trục lớn nhất và nhỏ nhất chênh nhau   quá 1,2 lần). Sai số giữa các lần đo tại cùng một vị trí nhỏ hơn 1% so với giá trị trung bình của các lần đo lại. Tính độ lệch bình phương trung bình: n   (htbi  H tb ) 2 i 1 n 1  Độ lệch bình phương trung bình tại các điểm đo trên đoạn được xem là độc nhất không được   lớn hơn 3% độ sâu trung bình cấu trúc vĩ mô của đoạn chia. Tính hệ số biến sai:   100% H tb  Đối chiếu giá trị chiều sâu trung bình cấu trúc vĩ mô của mặt đường với các giá trị của bảng sau để đánh giá tình trạng nhám của các đoạn thẳng từ đó đề ra các giải pháp khắc phục như   sau: Tăng cường lớp tạo nhám. Hạn chế tốc độ xe chạy. Bảng tiêu chuẩn quy định về chiều sâu của mặt đường đo bằng phương pháp rắc cát: Chiều sâu trung bình (Htb) Htb < 0,25 0,25 0,35 0,45 0,8     Htb < 0,35 Htb < 0,45 Htb < 0,8 Htb < 1,2 Đặc trưng độ nhám bề mặt Rất nhẵn Phạm vi áp dụng Không nên dùng Nhẵn Khá nhẵn Trung bình Thô V < 60 Km/h 60 80   V < 80 Km/h V  120 Km/h V > 120 Km/h Cho nơi địa hình khó khắn nguy hiểm ( đường 1,2  Htb Rất thô vòng, đường cong R  150 m, idoc > 5 %, Ldoc > 100 m).