Thí nghiệm cấp phối đá dăm: 6 chỉ tiêu và cách lấy mẫu

Một lô cấp phối đá dăm về tới công trường thì phải thí nghiệm những gì, lấy bao nhiêu ký mẫu, và khi cầm tờ phiếu kết quả trên tay thì nhìn vào đâu để biết vật liệu đạt hay không đạt? Bài này trả lời đúng ba câu hỏi đó, toàn bộ trích từ TCVN 8859:2023 và hai tiêu chuẩn phương pháp thử mà nó viện dẫn là TCVN 12790:2020 (đầm nén Proctor) và TCVN 12792:2020 (CBR trong phòng).

Một lưu ý trước khi đọc tiếp: TCVN 8859:2011 đã bị TCVN 8859:2023 thay thế. Rất nhiều tài liệu hướng dẫn đang lưu hành trên mạng vẫn trích bản 2011, mà hai bản khác nhau cả ở bảng thành phần hạt lẫn ở tiêu chuẩn phương pháp thử được chỉ định. Mọi con số trong bài này lấy từ bản 2023.

Thí nghiệm cấp phối đá dăm gồm những phép thử nào?

Nhiều người hình dung “thí nghiệm cấp phối đá dăm” là một phép thử duy nhất. Thực tế đó là một cụm phép thử chia theo ba mốc thời điểm khác nhau, phục vụ ba mục đích khác nhau, và chỉ có nhóm đầu tiên mới thực sự nằm trong hai bảng chỉ tiêu của tiêu chuẩn.

Ba nhóm phép thử theo ba mốc thời điểm

Nhóm 1 — thí nghiệm vật liệu trong phòng. Đây là nhóm quyết định lô hàng có được chấp nhận hay không. Gồm thành phần hạt theo Bảng 1 và sáu chỉ tiêu cơ lý theo Bảng 2 của TCVN 8859:2023. Kết quả của nhóm này là cái mà chủ đầu tư và tư vấn giám sát yêu cầu trước khi cho phép tập kết vật liệu.

Nhóm 2 — thí nghiệm đầm nén. Thí nghiệm đầm nén Proctor theo TCVN 12790:2020 không có tên trong Bảng 1 hay Bảng 2 như một chỉ tiêu phải đạt ngưỡng nào đó, nhưng vẫn bắt buộc phải làm, vì nó sinh ra hai con số mà cả hiện trường lẫn phòng thí nghiệm đều phải dùng: khối lượng thể tích khô lớn nhất và độ ẩm đầm nén tốt nhất.

Nhóm 3 — thí nghiệm tại hiện trường. Độ chặt lu lèn K, các yếu tố hình học và độ bằng phẳng theo điều 8.3 và Bảng 4. Nhóm này kiểm tra công tác thi công, không kiểm tra vật liệu.

Vì sao đầm nén Proctor không có ngưỡng “đạt” nhưng vẫn bắt buộc

Thí nghiệm đầm nén không cho ra một con số kiểu “phải lớn hơn bao nhiêu”. Nó cho ra giá trị nền để so sánh. Điều 8.3.2 định nghĩa độ chặt lu lèn K bằng tỷ số giữa khối lượng thể tích khô đo tại hiện trường sau khi thi công và khối lượng thể tích khô lớn nhất đầm chặt theo TCVN 12790 phương pháp II-D. Nghĩa là nếu thiếu thí nghiệm đầm nén thì không có mẫu số, và con số K không tồn tại.

Tương tự, chỉ tiêu CBR ở Bảng 2 được ghi rõ là “tại độ chặt K98”, tức là phải biết khối lượng thể tích khô lớn nhất trước đã, rồi mới nói được K98 ứng với giá trị nào để tra CBR. Một lô vật liệu có thể có kết quả CBR rất khác nhau nếu lấy nhầm đường cong đầm nén của lô khác — đây là lỗi hay gặp khi một công trình lấy đá từ nhiều mỏ.

Bảng chỉ tiêu cơ lý và phương pháp thử tương ứng

Đây là bảng cần nhìn đầu tiên khi cầm phiếu kết quả. Sáu dòng, mỗi dòng một ngưỡng cho cấp phối đá dăm loại I và một ngưỡng cho loại II, kèm tiêu chuẩn phương pháp thử được chỉ định đích danh. Nội dung dưới đây trích từ Bảng 2, điều 6.3 của TCVN 8859:2023.

Ba điểm dễ bỏ sót khi đọc bảng này:

• CBR chỉ áp cho loại I. Ô của CPĐD-II là dấu gạch ngang, không phải số 0 hay “không yêu cầu thấp hơn”. Tiêu chuẩn không đặt ngưỡng CBR cho loại II.
• Chỉ số dẻo giống nhau ở cả hai loại — đều là 6 %. Khác biệt nằm ở giới hạn chảy (25 so với 35) và tích số dẻo (45 so với 60).
• Tích số dẻo PP không có tiêu chuẩn phương pháp thử riêng, vì nó là một tích số tính ra chứ không phải một phép đo. Muốn có PP thì phải có đồng thời chỉ số dẻo và tỷ lệ lọt sàng 0,075 mm.

Thành phần hạt: Bảng 1 và cách đọc dải cấp phối

Điều 6.2.1 quy định thành phần hạt tại Bảng 1, với chín cỡ sàng vuông và ba loại theo cỡ hạt lớn nhất danh định. Đây là phép thử làm thường xuyên nhất trong cả quá trình, vì điều 8.3.1 bắt lấy mẫu thành phần hạt theo từng ca thi công.

Tỷ lệ trong bảng là phần trăm lọt sàng theo khối lượng.

Hai cỡ sàng đáng để soi kỹ nhất

Sàng 0,075 mm có dải 2 ÷ 12 % giống hệt nhau ở cả ba loại Dmax. Con số này vừa là một chỉ tiêu thành phần hạt, vừa là thừa số để tính tích số dẻo PP. Một lô có lượng lọt sàng 0,075 mm chạm trần 12 % thì chỉ cần chỉ số dẻo đạt 4 % là PP đã bằng 48, vượt ngưỡng 45 của loại I trong khi từng chỉ tiêu riêng lẻ vẫn “đạt”. Đây là cách tích số dẻo bắt lỗi mà hai chỉ tiêu thành phần không bắt được.

Sàng 0,425 mm quan trọng vì đó chính là phần vật liệu được đem đi làm thí nghiệm giới hạn chảy và giới hạn dẻo, theo chú thích (2) của Bảng 2.

Chọn Dmax theo lớp nào

Điều 6.2.2 yêu cầu việc lựa chọn loại CPĐD-Dmax phải căn cứ chiều dày thiết kế của lớp móng và phải được chỉ rõ trong hồ sơ thiết kế kết cấu áo đường cùng chỉ dẫn kỹ thuật của công trình. Tiêu chuẩn gợi ý: CPĐD-37,5 thích hợp cho lớp móng dưới, CPĐD-25 thích hợp cho lớp móng trên, còn CPĐD-19 thích hợp cho việc bù vênh và tăng cường trên kết cấu mặt đường cũ khi nâng cấp, cải tạo.

Phần phân loại loại I và loại II, phạm vi sử dụng cho từng lớp và cách chọn theo công trình đã được trình bày ở bài cấp phối đá dăm: phân loại, tiêu chuẩn và báo giá.

Lấy mẫu — khâu quyết định độ tin cậy của mọi phép thử phía sau

Phần lớn tranh cãi về kết quả thí nghiệm không bắt nguồn từ phòng thí nghiệm mà từ cách lấy mẫu. Điều 6.4 của TCVN 8859:2023 quy định khá chi tiết, và đây là phần rất hay bị làm tắt ngoài công trường.

Khối lượng mẫu tối thiểu theo Bảng 3

Điều 6.4.1 dẫn tới Bảng 3, quy định khối lượng lấy mẫu tối thiểu để kiểm tra chất lượng vật liệu:

Con số này nhìn thì lớn nhưng hoàn toàn hợp lý nếu cộng lại yêu cầu của từng phép thử. Riêng thí nghiệm đầm nén theo phương pháp II-D đã cần tối thiểu 35 kg vật liệu sau khi sàng bỏ hạt quá cỡ, thí nghiệm CBR cần tối thiểu 25 kg, chưa kể phần cho thành phần hạt, Los Angeles và hạt thoi dẹt. Lấy 40 kg rồi đòi làm đủ sáu chỉ tiêu là chuyện không làm được, và nếu phòng thí nghiệm vẫn trả kết quả thì đó là dấu hiệu đáng ngờ.

Lấy mẫu tại đống đá: bốn vị trí, sâu tối thiểu 0,20 m

Điều 6.4.1 yêu cầu lấy mẫu tại các đống đá đã được nghiền sàng và pha trộn thành phẩm, trình tự gồm: san gạt lớp bề mặt; dùng xẻng lấy mẫu ở độ sâu tối thiểu 0,20 m so với bề mặt ban đầu; tiến hành đồng thời lấy mẫu tại bốn vị trí khác nhau trên một đống, sau đó trộn lại thành một mẻ có khối lượng yêu cầu rồi đóng vào thùng hoặc túi để bảo quản và đưa về phòng thí nghiệm.

Lý do của quy định sâu 0,20 m rất thực tế: lớp mặt của đống đá là chỗ bị mưa rửa trôi hạt mịn và bị nắng làm khô, nên không đại diện cho cả đống. Lấy đúng ở lớp mặt gần như chắc chắn cho kết quả lượng lọt sàng 0,075 mm thấp giả tạo.

Năm tình huống lấy mẫu khác và yêu cầu riêng của từng tình huống

Điều 6.4.4 liệt kê các phương thức lấy mẫu khác nhau tùy mục đích kiểm tra và điều kiện cụ thể:

• Tại cửa xả: phải lấy trọn vẹn toàn bộ vật liệu xả ra, không được để rơi vãi.
• Trên băng tải: phải lấy hết vật liệu trên toàn bộ mặt cắt ngang của băng tải, đặc biệt chú ý lấy hết các hạt mịn.
• Thời điểm không được lấy: không lấy mẫu tại cửa xả hoặc trên băng tải khi dây chuyền sản xuất mới bắt đầu ca, chưa ổn định.
• Tại đống chứa: với mỗi đống, gạt bỏ vật liệu phía trên thân đống thành một mặt phẳng kích thước không nhỏ hơn 50 cm x 50 cm rồi đào thành hố vuông để lấy đủ khối lượng.
• Trên lớp móng đã rải: phải đào thành hố thẳng đứng và lấy hết toàn bộ vật liệu theo chiều dày lớp rải.

Hai yêu cầu cuối là chỗ hay sai nhất. Lấy mẫu trên lớp móng đã rải mà chỉ hớt lớp trên thì kết quả phản ánh sự phân tầng của đợt rải chứ không phản ánh vật liệu.

Chia tư mẫu trước khi thí nghiệm

Điều 6.4.3 quy định một bước mà nhiều nơi bỏ qua: trước khi thí nghiệm phân tích thành phần hạt, phải đổ mẫu từ thùng hoặc túi ra, trộn đều từ 2 phút đến 3 phút, sau đó mới lấy mẫu đá chính thức. Trình tự là trộn đều và chia chỗ đá đem về thành bốn phần bằng nhau, rồi xúc lấy mẫu đại diện từ cả bốn phần theo nguyên tắc lấy đều với từng phần.

Điều 6.4.2 bổ sung: việc lấy mẫu phải khách quan, mẫu được bảo quản trong thùng gỗ, xô nhựa hoặc bao túi, có dán nhãn hiệu lấy mẫu.

Thí nghiệm đầm nén Proctor theo TCVN 12790:2020

TCVN 12790:2020 có phạm vi rộng hơn nhiều so với riêng cấp phối đá dăm — nó quy định trình tự xác định quan hệ giữa độ ẩm đầm nén và khối lượng thể tích khô của đất, đá dăm và các vật liệu phù hợp khác như đất gia cố, cấp phối đá dăm gia cố, cấp phối thiên nhiên dùng trong công trình giao thông. Tiêu chuẩn được xây dựng trên cơ sở tham khảo AASHTO T 99-18 và AASHTO T 180-18.

Tám phương pháp đầm nén, và vì sao TCVN 8859 chỉ đích danh II-D

Điều 4.2 chia thành hai nhóm. Nhóm Proctor tiêu chuẩn dùng công đầm nén 600 kN.m/m³, chày 2,5 kg rơi từ 305 mm, gồm bốn phương pháp I-A, I-B, I-C, I-D. Nhóm Proctor cải tiến dùng công đầm nén 2.700 kN.m/m³, chày 4,54 kg rơi từ 457 mm, gồm II-A, II-B, II-C, II-D. Chữ cái thứ hai cho biết cỡ cối và cỡ sàng loại bỏ hạt quá cỡ.

Vì sao TCVN 8859:2023 chọn đúng II-D? Vì cấp phối đá dăm là vật liệu hạt thô. Điều 4.2.4 của TCVN 12790 nói rõ: các phương pháp I-A, I-B, II-A, II-B áp dụng với vật liệu có lượng hạt trên sàng 4,75 mm không quá 40 %; còn I-C, I-D, II-C, II-D áp dụng với vật liệu có lượng hạt trên sàng 19,0 mm không quá 30 %. Nhìn lại Bảng 1 ở trên: cấp phối đá dăm có tới 45 ÷ 76 % lượng hạt nằm trên sàng 4,75 mm, nên nhóm sàng 4,75 mm bị loại ngay. Cối lớn 152,40 mm được chọn vì cối nhỏ 101,60 mm quá bé so với cỡ hạt 19 mm.

Điều 4.2.3 còn quy định: nếu chỉ dẫn kỹ thuật của dự án không nói gì thì mặc định áp dụng phương pháp I-A với Proctor tiêu chuẩn và II-A với Proctor cải tiến. Nghĩa là nếu không ai chỉ định, phòng thí nghiệm có cơ sở để làm II-A — và kết quả sẽ không dùng được cho cấp phối đá dăm. Phải ghi rõ “phương pháp II-D” trong phiếu yêu cầu thí nghiệm.

Khối lượng mẫu và cách chế bị năm cối

Điều 6.3 quy định khối lượng tối thiểu vật liệu chế bị mẫu sau khi sàng bỏ hạt quá cỡ: 15 kg (3 kg x 5 cối) cho các phương pháp I-A, II-A, I-C, II-C; và 35 kg (7 kg x 5 cối) cho I-B, II-B, I-D, II-D. Cấp phối đá dăm rơi vào mốc 35 kg.

Điều 6.4 hướng dẫn chia vật liệu thành năm phần tương đương, mỗi phần trộn với một lượng nước để được loạt mẫu có độ ẩm cách nhau một khoảng nhất định, sao cho độ ẩm đầm chặt tốt nhất nằm ở khoảng giữa của năm giá trị. Thời gian ủ mẫu là 12 giờ, nhưng với vật liệu rời không chứa hạt sét như đá dăm cấp phối và cát thì chỉ ủ 4 giờ.

Chú thích 1 của điều 6.4 cho gợi ý riêng với đá dăm cấp phối: bắt đầu từ độ ẩm 1,5 %, khoảng độ ẩm giữa các mẫu từ 1 % đến 1,5 %. So với đất sét (bắt đầu 10 %, bước 2,5 ÷ 4 %) thì đây là dải rất hẹp — một lý do nữa để không khoán việc khống chế độ ẩm cho cảm tính ngoài công trường.

Hạt quá cỡ và khi nào phải hiệu chỉnh

Vật liệu nằm trên sàng 19,0 mm khi dùng phương pháp II-D được gọi là hạt quá cỡ. Điều 4.2.5 quy định: khi vật liệu có chứa hạt quá cỡ thì kết quả đầm nén được hiệu chỉnh theo hướng dẫn tại Phụ lục A; nếu tỷ lệ hạt quá cỡ không quá 5 % thì không cần hiệu chỉnh, trừ khi chỉ dẫn kỹ thuật của dự án quy định khác.

Với CPĐD-37,5, lượng hạt trên sàng 19 mm là 22 ÷ 42 % — vượt xa mốc 5 %, nên gần như luôn phải hiệu chỉnh. Điều 8.7 và điều 9 vì vậy bắt phiếu kết quả phải ghi cả tỷ lệ hạt quá cỡ, tỷ trọng khối của hạt quá cỡ, và khối lượng thể tích khô lớn nhất sau hiệu chỉnh. Một phiếu đầm nén không có dòng “sau hiệu chỉnh” cho vật liệu CPĐD-37,5 là phiếu chưa dùng được.

Khi nào thí nghiệm kết thúc

Điều 7.5.2 quy định quá trình đầm kết thúc khi khối lượng thể tích ướt của mẫu giảm hoặc không tăng nữa, và phải có tối thiểu hai mẫu đầm có độ ẩm lớn hơn độ ẩm tốt nhất. Thông thường thí nghiệm tiến hành với năm cối, nhưng nếu khối lượng thể tích ướt của cối thứ năm vẫn còn tăng thì phải đầm thêm cối thứ sáu và các cối tiếp theo. Một biểu đồ chỉ có năm điểm mà đỉnh đường cong rơi đúng vào điểm cuối cùng là biểu đồ chưa đạt yêu cầu — đỉnh thật có thể còn nằm xa hơn.

Thí nghiệm CBR theo TCVN 12792:2020

CBR là chỉ tiêu nặng nhất trong Bảng 2, cả về thời gian lẫn khối lượng vật liệu. TCVN 12792:2020 được xây dựng trên cơ sở AASHTO T193-13, ASTM D1883-16 và 22TCN 332-06.

CBR là gì, hiểu cho đúng

Điều 3.1 định nghĩa: tỷ số CBR là tỷ số biểu thị sức chịu tải của đất và vật liệu dùng làm các lớp nền, móng trong kết cấu mặt đường; được tính bằng phần trăm theo tỷ số giữa lực tác dụng lên mẫu và lực tiêu chuẩn để ép lún đầu nén vào mẫu tới độ sâu 2,54 mm hoặc 5,08 mm, với tốc độ ép lún đầu nén là 1,27 mm/min.

Tiêu chuẩn giải thích tiếp: lực tiêu chuẩn là giá trị lực thí nghiệm trên mẫu chuẩn của phòng thí nghiệm đường bộ California của Mỹ. Nên hiểu CBR là sức chịu của vật liệu đang xét bằng bao nhiêu phần trăm so với vật liệu chuẩn đó. Đây là lý do CBR có thể vượt quá 100 % — và cũng là lý do ngưỡng 100 % của CPĐD loại I trong Bảng 2 không hề là con số tuỳ tiện: nó đòi cấp phối đá dăm loại I phải chịu tải ít nhất ngang với vật liệu chuẩn.

Ba cối, ba công đầm khác nhau

Điều 7.2.1 và 7.2.2 quy định: chia mẫu đã chuẩn bị thành ba phần, mỗi phần khoảng 7 kg để đầm tạo mẫu CBR, tất cả đều ở độ ẩm tốt nhất. Công đầm quy định tương ứng với ba mẫu là mẫu 1 là 10 chày/lớp, mẫu 2 là 30 chày/lớp, mẫu 3 là 65 chày/lớp. Chú thích 5 nói rõ: loại chày đầm và số lớp vật liệu đầm phải theo đúng phương pháp đầm nén đã được chỉ dẫn kỹ thuật quy định — tức với cấp phối đá dăm là chày cải tiến và năm lớp theo II-D.

Mục đích của việc dùng ba công đầm khác nhau ở cùng một độ ẩm là tạo ra ba mẫu có khối lượng thể tích khô khác nhau, để vẽ được đường cong quan hệ CBR theo khối lượng thể tích khô. Từ đường cong đó mới tra ra CBR ứng với độ chặt K yêu cầu.

Ngâm 96 giờ và độ trương nở

Điều 7.3 quy định tất cả các mẫu sau khi đầm trong cối CBR đều phải ngâm nước trước khi thí nghiệm. Đặt tấm đo trương nở lên mặt mẫu và đặt các tấm gia tải lên trên, tổng khối lượng các tấm gia tải là 4,54 kg. Duy trì mực nước trong bể luôn cao hơn mặt mẫu 25 mm, thời gian ngâm mẫu thường quy định là 96 giờ, tức 4 ngày đêm.

Độ trương nở tính theo công thức (1): (S₂ − S₁) / H × 100, trong đó S₁ và S₂ là số đọc trên đồng hồ thiên phân kế trước và sau khi ngâm, còn H là chiều cao mẫu trước khi ngâm, được lấy bằng 116,43 mm. Sau khi ngâm, lấy mẫu ra, nghiêng cối để tháo nước và để nước thoát trong vòng 15 phút trước khi bỏ tấm gia tải.

Mốc 96 giờ này là lý do thực tế khiến CBR không thể là phép thử làm theo ca. Cộng thêm thời gian đầm nén xác định độ ẩm tốt nhất trước đó, một kết quả CBR đầy đủ cần khoảng một tuần. Khi lập tiến độ cung ứng vật liệu, cần tính khoảng thời gian này vào chứ không thể chờ đá về bãi rồi mới đi thử.

Nén xuyên và công thức tính

Điều 7.4.3 quy định ép lún đầu nén vào mẫu với tốc độ 1,27 mm/min, ghi chép giá trị lực nén tại các thời điểm ép lún 0,64; 1,27; 1,91; 2,54; 3,81; 5,08; 7,62 mm, và nếu cần thì ghi thêm tại 10,16 mm và 12,7 mm. Đầu nén làm bằng thép hình trụ, chiều dài không nhỏ hơn 102 mm, đường kính mặt cắt ngang là (49,63 ± 0,13) mm. Thiết bị gia tải phải tạo được lực nén tới 44,5 kN.

Điều 8.2.2 cho hai công thức:

• CBR₁ = P₁ / 6,9 × 100, với P₁ là áp lực nén đã hiệu chỉnh ứng với chiều sâu ép lún 2,54 mm;
• CBR₂ = P₂ / 10,3 × 100, với P₂ là áp lực nén đã hiệu chỉnh ứng với chiều sâu ép lún 5,08 mm.

Điều 8.2.3 quy định cách chọn: lấy CBR₁ làm CBR của mẫu khi CBR₁ ≥ CBR₂. Nếu CBR₂ > CBR₁ thì phải làm lại thí nghiệm; nếu kết quả làm lại vẫn tương tự thì mới chọn CBR₂. Đây là một quy tắc hay bị bỏ qua: CBR₂ lớn hơn CBR₁ là dấu hiệu bất thường của mẫu hoặc của thao tác, không phải kết quả để dùng luôn.

Từ CBR của ba mẫu tới CBR của vật liệu

Điều 8.3 hoàn tất quy trình: vẽ đường cong quan hệ CBR theo khối lượng thể tích khô từ ba cặp giá trị của ba mẫu, rồi căn cứ giá trị độ chặt đầm nén quy định K, đối chiếu sang khối lượng thể tích khô tương ứng để tra ra CBR. Đó mới là tỷ số CBR của vật liệu. Với cấp phối đá dăm loại I, K trong Bảng 2 là K98.

Giới hạn chảy, chỉ số dẻo và tích số dẻo

Ba đại lượng này nằm ở ba dòng khác nhau trong Bảng 2 nhưng cùng ra từ một phép thử theo TCVN 4197:2012.

Giới hạn dẻo và giới hạn chảy xác định thế nào

Theo điều 3.1 của TCVN 4197:2012, giới hạn dẻo W_P là độ ẩm của đất sau khi nhào trộn đều với nước và lăn thành que có đường kính 3 mm thì que đất bắt đầu rạn nứt và đứt thành những đoạn ngắn dài khoảng từ 3 mm đến 10 mm. Điều 3.2 định nghĩa giới hạn chảy W_L là độ ẩm của bột đất nhào với nước mà ở đó quả dọi thăng bằng hình nón dưới tác dụng của trọng lượng bản thân sau 10 s sẽ lún sâu hơn 10 mm. Quả dọi có góc đỉnh 30°, cao 25 mm, khối lượng dụng cụ là (76 ± 0,2) g.

Điều 4.1 cho công thức chỉ số dẻo: I_P = W_L − W_P.

Cảnh báo: TCVN 8859 bắt dùng phương pháp Casagrande, không phải quả dọi

Đây là chỗ dễ sai nhất và ít người để ý. Chú thích (2) của Bảng 2 trong TCVN 8859:2023 ghi rõ hai điều kiện: thí nghiệm được thực hiện với thành phần hạt lọt qua sàng 0,425 mm, và thí nghiệm xác định giới hạn chảy theo phương pháp Casagrande.

Trong khi đó, phương pháp mặc định của TCVN 4197:2012 (điều 6) là quả dọi thăng bằng, còn Casagrande nằm ở Phụ lục A và phụ lục này chỉ có tính tham khảo. Điều 4.5 của TCVN 4197:2012 cũng chuẩn bị mẫu qua rây 1 mm chứ không phải sàng 0,425 mm.

Hệ quả: nếu phiếu yêu cầu thí nghiệm chỉ ghi “giới hạn chảy theo TCVN 4197”, phòng thí nghiệm hoàn toàn có thể làm bằng quả dọi trên phần lọt rây 1 mm, và kết quả đó không phải cái mà TCVN 8859:2023 đòi hỏi. Chú thích của Phụ lục A còn nói thẳng: giới hạn chảy xác định theo Casagrande lớn hơn giới hạn chảy xác định bằng quả dọi thăng bằng. Hai phương pháp cho hai con số khác nhau, và ngưỡng 25 % của loại I là ngưỡng đặt cho con số Casagrande.

Khi đặt thí nghiệm, phải ghi đầy đủ: “giới hạn chảy theo phương pháp Casagrande, thí nghiệm trên phần lọt sàng 0,425 mm”.

Casagrande làm như thế nào

Theo Phụ lục A của TCVN 4197:2012, giới hạn chảy theo Casagrande là độ ẩm của bột đất nhào với nước, xác định bằng dụng cụ quay đập Casagrande, khi rãnh đất khép lại một đoạn gần 13 mm sau 25 nhát đập. Thực hành là xác định ít nhất bốn giá trị độ ẩm ứng với số lần đập nằm trong khoảng từ 12 đến 35, vẽ đồ thị quan hệ giữa số lần đập và độ ẩm trên toạ độ nửa logarit, rồi lấy độ ẩm ứng với số lần đập bằng 25 trên đồ thị, chính xác đến 0,1 %.

Phụ lục A cũng lưu ý một điều đáng nhớ với người làm hiện trường: trong mọi trường hợp không được dùng tủ sấy hoặc phơi nắng để làm khô bớt mẫu; muốn giảm độ ẩm thì nhào trộn mẫu trong bát hoặc dùng vật thấm hút bớt nước.

Tích số dẻo PP — chỉ tiêu bị bỏ quên nhiều nhất

PP = I_P × phần trăm lượng lọt qua sàng 0,075 mm. Ngưỡng là 45 với loại I và 60 với loại II. Tiêu chuẩn ghi chú PP có nguồn gốc tiếng Anh là “Plasticity Product”.

Vì PP không phải một phép đo nên nhiều phiếu kết quả không có dòng này — phòng thí nghiệm trả về chỉ số dẻo và tỷ lệ lọt sàng 0,075 mm, còn việc nhân hai số lại là việc của người đọc phiếu. Nếu hợp đồng cung ứng chỉ liệt kê “đạt các chỉ tiêu Bảng 2” mà không ai tính PP, thì một lô vừa nhiều bột vừa hơi dẻo vẫn lọt qua.

Độ hao mòn Los Angeles và hàm lượng hạt thoi dẹt

Los Angeles (LA)

Bảng 2 chỉ định AASHTO T 96 cho chỉ tiêu này, với ngưỡng 35 % cho loại I và 40 % cho loại II. Đây là phép thử đánh giá độ bền của cốt liệu khi bị mài mòn và va đập trong thùng quay có bi thép — nói cách khác là ước lượng xem hạt đá sẽ vỡ vụn tới mức nào dưới bánh lu và dưới tải trọng khai thác.

Ngưỡng LA chính là lý do điều 6.1 của TCVN 8859:2023 cấm dùng đá xay có nguồn gốc từ đá sa thạch (đá cát kết, bột kết) và diệp thạch (đá sét kết, đá sít), đồng thời đòi đá gốc có cường độ nén tối thiểu 60 MPa nếu dùng cho lớp móng trên và 40 MPa nếu dùng cho lớp móng dưới. Hai yêu cầu về đá gốc này nằm ngoài Bảng 2 nhưng vẫn là điều kiện bắt buộc — cần hỏi nhà cung cấp ngay từ khi chào hàng.

Hàm lượng hạt thoi dẹt

Bảng 2 chỉ định TCVN 7572-13:2006, ngưỡng 18 % cho loại I và 20 % cho loại II. Chú thích (4) của Bảng 2 định nghĩa hạt thoi dẹt là hạt có chiều dày hoặc chiều ngang nhỏ hơn hoặc bằng 1/3 chiều dài, và quy định hai điều kiện quan trọng: thí nghiệm chỉ thực hiện với các cỡ hạt có đường kính lớn hơn 4,75 mm và chiếm trên 5 % khối lượng mẫu; hàm lượng hạt thoi dẹt của mẫu lấy bằng bình quân gia quyền của các kết quả đã xác định cho từng cỡ hạt.

Bản thân TCVN 7572-13:2006 quy định thống nhất với chú thích trên: hàm lượng hạt thoi dẹt được xác định riêng cho từng cỡ hạt, cỡ hạt chiếm nhỏ hơn 5 % khối lượng thì không cần xác định. Khối lượng mẫu thử theo Bảng 1 của tiêu chuẩn đó thay đổi theo cỡ hạt: 0,25 kg cho cỡ 5 ÷ 10 mm, 1,00 kg cho trên 10 đến 20 mm, 5,00 kg cho trên 20 đến 40 mm, 15,00 kg cho trên 40 đến 70 mm và 35,00 kg cho trên 70 mm. Dụng cụ chính là thước kẹp cải tiến: cố định thước ở chiều dài viên đá rồi cho chiều dày hoặc chiều ngang lọt qua khe, hạt nào lọt thì hạt đó là thoi dẹt.

Cách kiểm tra nhanh bằng mắt trước khi đặt hàng và ảnh hưởng của hạt thoi dẹt tới lớp móng đã được nói kỹ hơn ở bài hạt thoi dẹt đá dăm: cách kiểm tra trước khi đặt mua.

Tần suất lấy mẫu: bao lâu phải thí nghiệm một lần

Điều 8.2 và 8.3 gắn mỗi mốc kiểm tra với một tần suất riêng. Tóm tắt:

• Chấp thuận nguồn cung cấp (điều 8.2.1): mẫu lấy tại nguồn, cứ 3.000 m³ vật liệu ít nhất một mẫu — hoặc lấy ngay khi nguồn lần đầu cung cấp cho công trình, khi thay đổi địa tầng khai thác đá nguyên khai, khi thay đổi dây chuyền nghiền sàng hoặc hàm nghiền hoặc cỡ sàng, hoặc khi có bất thường về chất lượng.
• Nghiệm thu vật liệu đã tập kết (điều 8.2.2): mẫu lấy tại bãi chứa chân công trình, cứ 1.000 m³ ít nhất một mẫu cho mỗi nguồn cung cấp.
• Trong quá trình thi công (điều 8.3.1): cứ 200 m³ vật liệu hoặc một ca thi công phải lấy một mẫu thí nghiệm thành phần hạt và độ ẩm.
• Độ chặt lu lèn (điều 8.3.2): đến giai đoạn cuối của quá trình lu, cứ 2.000 m² thí nghiệm xác định độ chặt tại một vị trí ngẫu nhiên.

Chú ý sự khác nhau về bản chất giữa hai mốc đầu: kiểm tra tại nguồn là để chấp nhận mỏ và dây chuyền, còn kiểm tra tại bãi chứa là để nghiệm thu chính lô hàng đã về. Vật liệu phải thỏa mãn tất cả chỉ tiêu cơ lý tại Bảng 1 và Bảng 2 ở cả hai mốc, và ở mốc thứ hai còn phải đạt trước khi đem thí nghiệm đầm nén trong phòng.

Toàn bộ chương kiểm tra, nghiệm thu — gồm cả tần suất kiểm tra sau thi công theo điều 8.4 và bảng sai số hình học theo Bảng 4 — đã được trình bày đầy đủ trong bài quy trình thi công cấp phối đá dăm và sơ đồ lu. Phần độ chặt K và cách quy đổi khối lượng đặt hàng nằm ở bài hệ số lu lèn cấp phối đá dăm loại 1 và loại 2.

Đọc phiếu kết quả thí nghiệm: những mục bắt buộc phải có

Cả hai tiêu chuẩn phương pháp thử đều có một điều riêng quy định báo cáo thử nghiệm phải chứa những gì. Đối chiếu phiếu nhận được với hai danh mục này là cách nhanh nhất để biết phiếu có dùng được hay không.

Phiếu đầm nén — theo điều 9 của TCVN 12790:2020

Phải có: tên công trình, tên dự án và hạng mục áp dụng; đơn vị yêu cầu; nguồn gốc vật liệu; tiêu chuẩn thí nghiệm và phương pháp đầm nén áp dụng; độ ẩm đầm chặt tốt nhất làm tròn đến 0,1 %; khối lượng thể tích khô lớn nhất trong phòng làm tròn đến 0,001 g/cm³; tỷ lệ hạt quá cỡ làm tròn đến 0,1 %; tỷ trọng khối của hạt quá cỡ làm tròn đến 0,001; khối lượng thể tích khô lớn nhất sau hiệu chỉnh và độ ẩm đầm nén tốt nhất sau hiệu chỉnh.

Ba mục hay thiếu nhất là phương pháp đầm nén, tỷ lệ hạt quá cỡ và các giá trị sau hiệu chỉnh.

Phiếu CBR — theo điều 9 của TCVN 12792:2020

Phải có: tiêu chuẩn áp dụng; đơn vị yêu cầu, số hợp đồng hoặc phiếu yêu cầu; thiết bị thí nghiệm và thành phần thí nghiệm; tên dự án, tên gói thầu, hạng mục; vật liệu thí nghiệm gồm nguồn vật liệu, loại vật liệu, phạm vi sử dụng; khối lượng thể tích khô lớn nhất và độ ẩm đầm nén tốt nhất; công đầm gồm số chày đầm mỗi lớp, số lớp đầm, độ ẩm đầm nén, khối lượng thể tích ẩm, khối lượng thể tích khô, độ trương nở; biểu đồ quan hệ áp lực nén – chiều sâu ép lún kèm giá trị CBR; biểu đồ quan hệ CBR – khối lượng thể tích khô; và tỷ số CBR của vật liệu ứng với độ chặt đầm nén quy định K.

Một phiếu CBR chỉ có một con số mà không kèm hai biểu đồ là phiếu chưa đủ theo tiêu chuẩn. Hai biểu đồ đó là bằng chứng cho thấy thí nghiệm thật sự làm trên ba cối chứ không phải một cối.

Hai lỗi in trong bản tiêu chuẩn, cần biết khi đối chiếu

Khi soi kỹ bản in của TCVN 12792:2020 có hai chỗ không nhất quán, nên ghi lại để không mất thời gian tranh luận:

• Trong phần giải thích công thức (3) ở điều 8.2.2, trị số 10,3 MPa được chú là “áp lực nén tiêu chuẩn ứng với chiều sâu ép lún 2,54 mm”, trong khi theo công thức thì nó phải ứng với 5,08 mm — trị số cho 2,54 mm là 6,9 MPa. Đây gần như chắc chắn là lỗi in lặp dòng.
• Ở điều 9, gạch đầu dòng đầu tiên ghi “Tiêu chuẩn áp dụng: TCVN 12790:2020” trong khi đây là báo cáo thử nghiệm CBR, lẽ ra phải là TCVN 12792:2020.

Hai điểm này chưa xác minh được với bản phát hành chính thức mua từ Viện Tiêu chuẩn Chất lượng Việt Nam; nhận xét ở trên dựa trên bản PDF đối chiếu được. Khi lập hồ sơ nghiệm thu, nên bám theo công thức chứ không bám theo dòng chú giải.

Bảy lỗi thường gặp khi thí nghiệm cấp phối đá dăm

1. Không ghi phương pháp II-D trong phiếu yêu cầu. Mặc định của TCVN 12790 là II-A. Kết quả đầm nén sai phương pháp kéo theo cả độ chặt K và CBR đều sai.
2. Lấy mẫu ở lớp mặt đống đá. Vi phạm yêu cầu sâu tối thiểu 0,20 m của điều 6.4.1, cho lượng hạt mịn thấp giả tạo.
3. Lấy không đủ khối lượng theo Bảng 3. Riêng đầm nén đã cần 35 kg và CBR cần 25 kg sau khi gia công mẫu.
4. Bỏ qua tích số dẻo PP. Không phải phép đo nên không xuất hiện trên phiếu; phải tự nhân chỉ số dẻo với phần trăm lọt sàng 0,075 mm.
5. Làm giới hạn chảy bằng quả dọi thay vì Casagrande, và làm trên phần lọt rây 1 mm thay vì sàng 0,425 mm.
6. Dùng lại kết quả đầm nén của lô hoặc mỏ khác. Thay đổi địa tầng khai thác hoặc thay đổi cỡ sàng đều là căn cứ bắt buộc phải lấy mẫu mới theo điều 8.2.1.
7. Nhận phiếu CBR không kèm hai biểu đồ, hoặc phiếu đầm nén không có dòng “sau hiệu chỉnh” với vật liệu CPĐD-37,5.

Đặt cấp phối đá dăm và tra danh mục phép thử tại Nhà máy Thành An Phú Yên

Nhà máy Sản xuất VLXD Thành An Phú Yên (thuộc Tổng công ty CP Thành Trung) sản xuất và cung cấp cấp phối đá dăm cùng các loại đá dăm 1×2, 2×4, 4×6, 5×10 và đá hộc cho công trình giao thông, hạ tầng khu vực Phú Yên cũ và các tỉnh lân cận.

Một điểm khác biệt đáng nói khi đặt vật liệu ở đây là nhà máy có công bố công khai danh mục phép thử của phòng thí nghiệm, kèm tiêu chuẩn áp dụng và thiết bị tương ứng cho từng chỉ tiêu. Đối chiếu danh mục đó với Bảng 2 của TCVN 8859:2023 thì cả sáu chỉ tiêu đều có mặt:

Danh mục còn có hệ số đương lượng cát ES theo AASHTO T176, độ nén dập và hệ số hoá mềm của cốt liệu lớn, cường độ và hệ số hoá mềm của đá gốc theo TCVN 7572-10:2006 — chỉ tiêu dùng để đối chiếu với yêu cầu cường độ nén đá gốc ở điều 6.1.

Khi liên hệ đặt hàng, nên hỏi và yêu cầu cung cấp bằng văn bản bốn nhóm thông tin sau:

• Loại và ký hiệu chính xác của lô hàng: CPĐD-I hay CPĐD-II, và Dmax là 37,5 / 25 hay 19 mm.
• Phiếu kết quả thí nghiệm của lô, gồm thành phần hạt theo Bảng 1 và đủ sáu chỉ tiêu Bảng 2 — kiểm tra xem phiếu đầm nén có ghi phương pháp II-D không.
• Nguồn đá gốc và cường độ nén của đá gốc, để đối chiếu với ngưỡng 60 MPa (móng trên) hoặc 40 MPa (móng dưới) của điều 6.1.
• Mã số và hiệu lực công nhận phòng thí nghiệm chuyên ngành xây dựng (LAS-XD) — trang danh mục phép thử hiện chưa công bố thông tin này, cần hỏi trực tiếp nhà máy.

Về giá cấp phối đá dăm và chi phí vận chuyển tới chân công trình, vui lòng liên hệ hotline 0973 33 6666 để nhận báo giá theo khối lượng và cự ly thực tế.

Câu hỏi thường gặp

Kết luận

Thí nghiệm cấp phối đá dăm không phải một phép thử mà là một chuỗi: lấy mẫu đúng cách theo điều 6.4, đủ khối lượng theo Bảng 3, làm đủ thành phần hạt của Bảng 1 và sáu chỉ tiêu cơ lý của Bảng 2, kèm thí nghiệm đầm nén Proctor phương pháp II-D để có mẫu số cho độ chặt K và điểm tra cho CBR.

Ba chi tiết đáng nhớ nhất, cũng là ba chỗ hay sai nhất: phải ghi rõ phương pháp II-D khi đặt thí nghiệm đầm nén, phải ghi rõ Casagrande trên phần lọt sàng 0,425 mm khi đặt thí nghiệm giới hạn chảy, và phải tự tính tích số dẻo PP vì không phiếu nào làm hộ. Ba chỗ này đều không tốn thêm tiền thí nghiệm, chỉ tốn một dòng trong phiếu yêu cầu — nhưng nếu bỏ qua thì cả bộ hồ sơ có thể phải làm lại.

Cần tư vấn chọn loại cấp phối đá dăm phù hợp với lớp móng và chiều dày thiết kế, hoặc cần phiếu thí nghiệm kèm lô hàng, liên hệ Nhà máy Sản xuất VLXD Thành An Phú Yên qua hotline 0973 33 6666.