Tiêu chuẩn : TCVN 8860-1 : 2011; AASHTO T 245-22; ASTM D 6927-22  

1. Khái niệm  

1.1 Độ ổn định Marshall   

Giá trị lực nén lớn nhất đạt được khi thử nghiệm mẫu bê tông nhựa (BTN) chuẩn (mẫu hình trụ đường kính 101,6 mm, chiều cao 63,5 mm) trên máy nén Marshall, đơn vị tính là kilôniutơn (kN). Trường hợp mẫu có chiều cao khác 63,5 mm thì hiệu chỉnh để xác định độ ổn định Marshall.  

1.2 Độ dẻo Marshall   

Biến dạng của mẫu BTN trên máy nén Marshall tại thời điểm xác định độ ổn định Marshall, đơn vị tính là milimét (mm).  

1.3 Độ ổn định Marshall cải tiến   

Giá trị lực nén lớn nhất đạt được khi thử nghiệm mẫu BTN cải tiến chuẩn (mẫu hình trụ đường kính 152,4 mm, chiều cao 95,2 mm) trên máy nén Marshall, đơn vị tính là kilôniutơn (kN). Trường hợp mẫu có chiều cao khác 95,2 mm thì hiệu chỉnh để xác định độ ổn định Marshall cải tiến.  

1.4 Độ dẻo Marshall cải tiến   

Biến dạng của mẫu BTN trên máy nén Marshall tại thời điểm xác định độ ổn định Marshall cải tiến, đơn vị tính là milimét (mm)  

2. Mục đích thí nghiệm  

Thí nghiệm Marshall nhằm:  

• Xác định độ ổn định Marshall (Marshall Stability) – khả năng chịu tải trọng nén lớn nhất của mẫu bê tông nhựa trước khi phá hoại.
• Xác định độ dẻo Marshall (Marshall Flow) – mức độ biến dạng dẻo của mẫu tại thời điểm đạt tải trọng lớn nhất.
• Đánh giá khả năng chịu tải, chống biến dạng và tính ổn định của hỗn hợp bê tông nhựa.
• Là cơ sở để thiết kế thành phần cấp phối bê tông nhựa và kiểm soát chất lượng trong quá trình sản xuất, thi công mặt đường.  

3. Nguyên lý thí nghiệm  

Mẫu bê tông nhựa hình trụ được gia nhiệt đến nhiệt độ quy định (thường 60°C) và đặt trong khuôn nén Marshall của máy nén.  

Mẫu được nén theo phương thẳng đứng với tốc độ không đổi (thường 50 mm/phút) cho đến khi mẫu bị phá hoại.  

Trong quá trình nén:  

• Tải trọng lớn nhất mà mẫu chịu được được ghi nhận → độ ổn định Marshall.
• Biến dạng của mẫu tại thời điểm tải trọng lớn nhất được đo bằng đồng hồ đo biến dạng → độ dẻo Marshall.  

4. Quy trình các bước thí nghiệm  

Bước 1: Chuẩn bị mẫu  

• Chuẩn bị hỗn hợp bê tông nhựa theo cấp phối thiết kế.
• Đầm mẫu trong khuôn Marshall bằng búa đầm Marshall với số chày quy định (thường 50 hoặc 75 chày mỗi mặt).
• Sau khi đầm xong, lấy mẫu ra khỏi khuôn và để nguội.  

Bước 2: Bảo dưỡng mẫu  

• Ngâm mẫu trong bể nước ổn nhiệt ở 60 ± 1°C trong khoảng 30–40 phút trước khi thí nghiệm.  

Bước 3: Lắp mẫu vào máy thí nghiệm  

• Đặt mẫu vào khuôn nén Marshall.
• Lắp khuôn vào máy nén Marshall.
• Gắn đồng hồ đo biến dạng (flow meter).  

Bước 4: Tiến hành nén mẫu  

• Nén mẫu với tốc độ 50 mm/phút.
• Ghi nhận:
  • Tải trọng lớn nhất (kN).
  • Giá trị biến dạng tương ứng (mm hoặc 0,25 mm đơn vị flow).  

Bước 5: Ghi nhận và xử lý kết quả  

• Xác định:
  • Độ ổn định Marshall.
  • Độ dẻo Marshall.
• Có thể hiệu chỉnh theo chiều cao mẫu nếu cần.  

5. Ý nghĩa sử dụng các thông số kết quả  

5.1 Độ ổn định Marshall   

• Thể hiện khả năng chịu tải và chống phá hoại của bê tông nhựa.
• Giá trị càng lớn → hỗn hợp càng chịu tải tốt, ít bị hằn lún.
• Tuy nhiên nếu quá lớn có thể làm hỗn hợp trở nên giòn.  

Ứng dụng:  

• Kiểm tra chất lượng bê tông nhựa khi thiết kế cấp phối.
• Kiểm soát vật liệu trong sản xuất và thi công mặt đường.  

5.2 Độ dẻo Marshall   

• Phản ánh khả năng biến dạng dẻo của bê tông nhựa trước khi phá hoại.
• Giá trị quá nhỏ → hỗn hợp giòn, dễ nứt.
• Giá trị quá lớn → hỗn hợp quá mềm, dễ bị biến dạng và hằn lún.  

Ứng dụng:  

• Đánh giá tính linh hoạt và khả năng thích ứng với tải trọng xe.
• Kết hợp với độ ổn định để xác định hàm lượng nhựa tối ưu.  

6. Ý nghĩa tổng hợp trong thiết kế bê tông nhựa  

Khi thiết kế hỗn hợp bê tông nhựa theo phương pháp Marshall, các thông số:  

• Độ ổn định Marshall
• Độ dẻo Marshall
• Độ rỗng dư
• Độ rỗng cốt liệu (VMA)
• Độ rỗng lấp đầy nhựa (VFA)  

được sử dụng đồng thời để:  

• Xác định hàm lượng nhựa tối ưu. Đảm bảo độ bền, ổn định và tuổi thọ của kết cấu mặt đường