Luận án Nghiên cứu ảnh hưởng tính chất của Bitum đến mô đun động của bê tông nhựa chặt ở Việt Nam - Nguyễn Như Hải

1 dữ liệu mô đun cắt động(|G*|) và 91 dữ liệu góc pha của bitum PMBIII áp dụng phương pháp bình phương tối thiểu để xác định được các thông số của mô hình 2S2P1D. 51 Để phục vụ mục đích xây dựng phương trình tương quan thực nghiệm |E*| -|G*|, sẽ xác định các thông số của đường cong chủ cho các loại bitum ở các mức nhiệt độ là 0oC, 10oC, 30oC, 40oC và 50oC (bitum 60/70) và 60oC cho các loại bitum còn lại. Phạm vi này đã phủ gần như toàn bộ các mức nhiệt độ ở các vùng miền ở Việt Nam hiện nay. Các giá trị |G*|, góc pha ở các mức nhiệt độ khác nếu cần xác định sẽ được xác định theo mô hình 2S2P1D. Bảng 2.2 là các thông số của mô hình 2S2P1D và các hằng số C1, C2 của các loại bitum được xác định ứng với các nhiệt độ tham chiếu khác nhau. Bảng 2.2: Các hằng số C1, C2 và các thông số của mô hình 2S2P1D Bitum Tef (oC) C1 C2 Goo (Kpa) Go (Kpa) k h δs o  35/50 0 19.02 111.73 2.00E-02 9.11E+05 0.19 0.550 2.850 1.041E-02 250 10 16.86 117.01 2.00E-02 9.11E+05 0.19 0.550 2.850 3.070E-04 250 30 15.39 144.66 2.00E-02 9.11E+05 0.19 0.550 2.850 1.042E-06 250 40 14.65 155.78 2.00E-02 9.11E+05 0.19 0.550 2.850 1.054E-07 250 60 12.51 172.95 2.00E-02 9.11E+05 0.19 0.550 2.850 2.369E-09 250 60/70 0 18.46 114.8 0.00E+00 738100 0.25 0.590 2.800 6.485E-03 100 10 18.56 136.21 0.00E+00 7.38E+05 0.25 0.590 2.800 2.690E-04 100 30 14.45 143.75 0.00E+00 7.38E+05 0.25 0.590 2.800 1.243E-06 100 40 15.38 166.69 0.00E+00 7.38E+05 0.25 0.590 2.800 1.428E-07 100 50 11.70 156.52 0.00E+00 7.38E+05 0.25 0.590 2.800 2.136E-08 100 40/50 0 17.17 105.89 0.00E+00 9.60E+05 0.192 0.560 2.200 3.044E-03 150.0 10 17.61 133.09 0.00E+00 9.60E+05 0.192 0.560 2.200 1.625E-04 150.0 30 13.67 139.58 0.00E+00 9.60E+05 0.192 0.560 2.200 8.405E-07 150.0 40 11.87 142.47 0.00E+00 9.60E+05 0.192 0.560 2.200 1.025E-07 150.0 60 9.08 152.2 0.00E+00 9.60E+05 0.192 0.560 2.200 3.208E-09 150.0 PMBIII 0 19.09 121 3.00E-01 614090.00 0.265 0.700 5.700 3.293E-02 1500 10 17.75 131.89 3.00E-01 614090.00 0.265 0.700 5.700 1.013E-03 1500 30 14.29 142.76 3.00E-01 614090.00 0.265 0.700 5.700 4.757E-06 1500 40 13.07 150.12 3.00E-01 614090.00 0.265 0.700 5.700 5.519E-07 1500 60 11.99 175.87 3.00E-01 614090.00 0.265 0.700 5.700 2.004E-08 1500 2.4.2.2 Đánh giá chất lượng của mô hình dự báo Việc đánh giá chất lượng của dự báo của mô hình 2S2P1D được căn cứ theo phương pháp thống kê qua các công thức từ 2.9 – 2.11 và tiêu chuẩn đánh giá cụ thể cho từng 52 trường hợp được trình bày trong bảng 2.3 [39], [43]. Trong đó, ý nghĩa của các thông số trong các phương trình (2.9- 2.11) như sau: Se - Sai số tiêu chuẩn của các giá trị dự báo; Sy - Độ lệch chuẩn của các kết quả thực nghiệm, n là cỡ mẫu và k là số các biến độc lập trong mô hình. Y – Giá trị thí nghiệm; Ȳ- Giá trị trung bình của các kết quả thí nghiệm và Y* – Các giá trị dự báo theo mô hình. R2 – Hệ số xác định. Bảng 2.3: Tiêu chuẩn đánh mức độ dự báo của mô hình 2S2P1D [43] Tiêu chuẩn R2 Se/Sy Rất tốt ≥0.9 ≤0.35 Tốt 0.7 – 0.89 0.36 – 0.55 Khá 0.4 – 0.69 0.56- 0.75 Kém 0.2 – 0.39 0.76- 0.89 Rất kém ≤0.19 ≥0.9 * 2(Y Y ) Se n k     (2.9) 2(Y Y) Sy n 1     (2.10) 2 2 (n 1) SeR 1 . (n k) Sy          (2.11) Tổng hợp kết quả đánh giá mức độ dự báo của mô hình 2S2P1D cho các loại bitum tại các mức nhiệt độ khác nhau như bảng 2.4. Bảng 2.4: Đánh giá mức độ dự báo của mô hình 2S2P1D theo tiêu chuẩn thống kê Bitum Nhiệt độ tham chiếu R2 Se/Sy R2’ Se’/Sy’ Đánh giá PMBIII 0oC 0.999 0.018 0.984 0.137 Rất tốt 60/70 0oC 0.999 0.05 0.994 0.09 Rất tốt 40/50 0oC 0.999 0.014 0.991 0.113 Rất tốt 35/50 0oC 0.999 0.015 0.992 0.108 Rất tốt PMBIII 10oC 0.999 0.028 0.983 0.138 Rất tốt 60/70 10oC 0.999 0.027 0.994 0.08 Rất tốt 40/50 10oC 0.999 0.0159 0.99 0.114 Rất tốt 35/50 10oC 0.999 0.03 0.991 0.104 Rất tốt PMBIII 30oC 0.999 0.021 0.983 0.137 Rất tốt 60/70 30oC 0.999 0.026 0.993 0.084 Rất tốt 40/50 30oC 0.999 0.0159 0.99 0.109 Rất tốt 35/50 30oC 0.999 0.019 0.992 0.105 Rất tốt PMBIII 40oC 0.999 0.021 0.983 0.137 Rất tốt 53 Bitum Nhiệt độ tham chiếu R2 Se/Sy R2’ Se’/Sy’ Đánh giá 60/70 40oC 0.999 0.053 0.994 0.082 Rất tốt 40/50 40oC 0.999 0.013 0.99 0.108 Rất tốt 35/50 40oC 0.999 0.033 0.992 0.104 Rất tốt PMBIII 60oC 0.999 0.019 0.984 0.136 Rất tốt 40/50 60oC 0.999 0.015 0.99 0.109 Rất tốt 35/50 60oC 0.999 0.015 0.992 0.107 Rất tốt Ghi chú: R2’ và Se’/Sy’ là các chỉ tiêu đánh giá dành cho góc lệch pha (δb). 2.4.2.3 Xây dựng đường cong chủ của mô đun cắt động và góc pha cho các loại bitum ở Việt Nam theo mô hình 2S2P1D Trên cơ sở các thông số của mô hình 2S2P1D đã xác định được ở mục 2.4.2.1, áp dụng phương pháp và nguyên lý xây dựng các đường cong chủ đã đề cập trong mục 1.3.5 của chương 1 sẽ xây dựng được các đường cong chủ của |G*| và góc pha cho các loại bitum khác nhau theo mô hình 2S2P1D. Từ các đường cong chủ này sẽ xác định được các giá trị |G*| và góc pha của các loại bitum ở tần số bất kỳ. Cũng theo phương pháp này, có thể xác định được các giá trị |G*| và góc pha của các loại bitum ở bất kỳ nhiệt độ và tần số nào phục vụ cho việc dự báo mô đun động của BTN trong chương 3. Các hình 2.12 và hình 2.13 minh họa việc xây dựng đường cong chủ của |G*| và góc pha cho bitum 60/70 theo thực nghiệm và mô hình 2S2P1D với nhiệt độ tham chiếu là 30oC. Hình 2.12: Đường cong chủ của mô đun cắt động |G*| của bitum 60/70, Tref=30oC 1.00E-04 1.00E-03 1.00E-02 1.00E-01 1.00E+00 1.00E+01 1.00E+02 1.00E+03 1.00E+04 1.00E+05 1.00E+06 1.00E-09 1.00E-04 1.00E+01 1.00E+06 1.00E+11 |G * |( K p a ) Tần số tương đương (Hz) -9.9oC 15.0oC 30.0oC 50.0oC 0.0oC Đường cong chủ thực nghiệm Đường cong chủ theo mô hình 2S2P1D 54 Hình 2.13: Đường cong chủ của góc pha của bitum 60/70, Tref =30oC 2.4.2.4 So sánh các loại bitum với nhau trên cơ sở kết quả nghiên cứu thực nghiệm và mô hình 2S2P1D đã xây dựng Trên cơ sở kết quả nghiên cứu thực nghiệm, các thông số của mô hình 2S2P1D đã xác định được ở trên, xây dựng được các biểu đồ đường cong chủ của |G*| (Hình 2.14), góc pha (δb) (Hình 2.15), các biểu đồ black diagraph (Hình 2.16), biểu đồ cole-cole diagram (Hình 2.17) của các loại bitum. Hình 2.14: Biểu đồ đường cong chủ của |G*|, Tref =30oC 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 1.00E-09 1.00E-04 1.00E+01 1.00E+06 1.00E+11 G ó c p h a (o ) Tần số tương đương (Hz) -9.9oC 15.0oC 30.0oC 50.0oC 0.0oC Đường cong chủ thực nghiệmc ủ thực nghiệm Đường cong chủ theo mô hình 2S2P1D 1.0E-04 1.0E-03 1.0E-02 1.0E-01 1.0E+00 1.0E+01 1.0E+02 1.0E+03 1.0E+04 1.0E+05 1.0E+06 1E-15 1E-11 0.0000001 0.001 10 100000 1E+09 1E+13 1E+17 G * (K p a ) Tần số tương đương, (Hz) Bitum35/50_TN Bitum35/50_2S2P1D Bitum40/50_TN Bitum40/50_2S2P1D Bitum60/70_TN Bitum60/70_2S2P1D Bitum PMBIII_TN PMBIII_2S2P1D 55 Hình 2.15: Biểu đồ đường cong chủ của góc pha (δ), Tref =30oC Hình 2.16: Biểu đồ góc pha (δb) – Mô đun cắt động(|G*|), Tref =30oC 0.00 10.00 20.00 30.00 40.00 50.00 60.00 70.00 80.00 90.00 1E-15 1E-11 0.0000001 0.001 10 100000 1E+09 1E+13 1E+17 G ó c P h a (o ) Tần số tương đương, (Hz) Bitum35/50_TN Bitum35/50_2S2P1D Bitum40/50_TN Bitum40/50_2S2P1D Bitum60/70_TN Bitum60/70_2S2P1D Bitum PMBIII_TN Bitum PMBIII_2S2P1D 0.00 10.00 20.00 30.00 40.00 50.00 60.00 70.00 80.00 90.00 100.00 0.0001 0.0100 1.0000 100.0000 10000.0000 1000000.0000 G ó c p h a (o ) |G*|,(Kpa) Bitum35/50_TN Bitum35/50_2S2P1D Bitum40/50_TN Bitum40/50_2S2P1D Bitum60/70_TN Bitum60/70_2S2P1D Bitum PMBIII_TN Bitum PMBIII_2S2P1D 56 Nhận xét: Qua các biểu đồ từ Hình 2.14 – Hình 2.15 có các nhận xét sau: − Ở phạm vi tần số cao (khoảng ≥ 10Hz), không có sự khác nhau nhiều về giá trị |G*| cũng như góc pha của các loại bitum) và trong phạm vi này, khi tần số tăng lên thì |G*| tăng, góc pha giảm và ngược lại. − Ở phạm vi tần số <10 Hz. Khi tần số giảm, các loại bitum thường có giá trị |G*| giảm dần tới giá trị nhỏ nhất (G00 =0 Kpa), và góc pha tăng dần tiệp cận tới 90o, còn với bitum PMBIII, giá trị |G*| giảm dần tới giá trị nhỏ nhất (G00 =0.3 Kpa), nhưng góc pha lại có xu hướng giảm theo xu hướng của tần số. Điều này do ảnh hưởng của chất phụ gia trong bitum PMBIII làm tăng tính đàn hồi của vật liệu bitum. Kết quả này phù hợp với kết quả nghiên cứu về các yếu tố ảnh hưởng đến tính lưu biến của bitum cải tiến polymer (Factors affecting the rheology of polymer bitumen) [79] và cũng phù hợp với thực tế rằng mặt đường BTN sử dụng bitum PMBIII có độ bền kháng mỏi và khả năng kháng hằn lún tốt hơn so với việc sử dụng các loại bitum thường. − Hình 2.16 là biểu đồ thể hiện mối quan hệ giữa |G*| - góc pha của các loại bitum. Các loại bitum thường (60/70; 40/50; 35/50) có xu hướng chung là giá trị |G *| tăng thì góc pha giảm và ngược lại, còn với bitum PMBIII, quy luật này chỉ đúng trong phạm vi nhất định (phạm vị |G*| >1000Kpa), điều này cho thấy sự thống nhất về ứng xử của các loại bitum khác nhau trong biểu đồ của hình 2.16 với các hình (2.14 -2.15). 2.4.3 Đánh giá mác bitum theo tiêu chuẩn AASHTO M320 Trên cơ sở đường cong chủ xây dựng từ mô hình 2S2P1D, dự báo G* và góc pha ở các nhiệt độ 64oC; 70oC với các loại bitum thường và ở các mức nhiệt độ 70oC; 76oC và 82oC với bitum PMBIII ứng với tần số góc là 10rad/s. Tổng hợp kết quả dự báo các giá trị G*/sinδb như bảng 2.5. Bảng 2.5: Giá trị G*/sinδ của các loại bitum ở các nhiệt độ khác nhau Loại bitum Nhiệt độ G* (Kpa) Góc pha (o) G*/sinδb Ghi chú 60/70 64oC 1.492 87.644 1.494 Kết quả được đánh giá với bitum nguyên gốc 60/70 70oC 0.631 88.333 0.631 57 Loại bitum Nhiệt độ G* (Kpa) Góc pha (o) G*/sinδb Ghi chú 40/50 64oC 2.432 87.958 2.433 Kết quả được đánh giá với bitum nguyên gốc 40/50 70oC 1.058 88.575 1.059 35/50 64oC 2.656 87.552 2.658 35/50 70oC 1.064 88.365 1.065 PMBIII 70oC 3.518 61.14 4.017 PMBIII 76oC 2.0019 58.40 2.350 PMBIII 82oC 1.206 53.81 1.494 Qua bảng 2.5 cho thấy bitum 60/70 của Việt Nam đạt cấp PG64, bitum 40/50 của Việt Nam và bitum 35/50 của Pháp đạt cấp PG70, và bitum PMBIII của Việt Nam đạt cấp PG82 theo phương pháp phân loại bitum của tiêu chuẩn AASHTO M320. 2.5. Xác định các chỉ tiêu của bitum phục vụ việc dự báo mô đun động của bê tông nhựa chặt trong điều kiện Việt Nam. Để xác định các thông số của loại bitum sử dụng phục vụ cho việc dự báo mô đun động của BTN trong điều kiện Việt Nam, xét một số mô hình dự báo mô đun động của BTN đã được nghiên cứu ở Hoa Kỳ. 2.5.1 Các mô hình dự báo mô đun động của BTN của Hoa Kỳ Thông qua quá trình nghiên cứu thực nghiệm, Hoa Kỳ đã xây dựng được các mô hình dự báo mô đun động của BTN theo tính chất của vật liệu bitum cùng với với các thông số đầu vào khác nhau. Trong phạm vi nghiên cứu của luận án, xét ba mô hình dự báo |E*| điển hình có nhiều ứng dụng trong thực tiễn. Đó là mô hình Witczak ban đầu, mô hình Witczak cải tiến và mô hình Hirsch [31], [32], [40], [65], [83]. 2.5.1.1 Mô hình Witczak truyền thống (Traditional Witczak E* predictive model) Trong mô hình Witczak ban đầu, phương trình dự báo |E*| theo loại bitum sử dụng và các thông số khác (thành phần cấp phối thiết kế, đặc trưng thể tích, ...). Phương trình dự báo |E*| (phương trình 2.12), [31], [32], [40], [65], [83]. 2 4 3/8 3/8 3/4 ( 0.603313 0.313351log(f) 0.393532l 2 200 200 4 og( ) 0.802208 3.871977 0.0021 0.003958 0.000017(P ) 0.00547 | * | 3.750063 0.02932 0.001767(P ) 0.002841 0.058097 1 beff beff V V Va Log E P P a P e P P V                       (2.12) 58 Trong đó: |E*|- Mô đun động của BTN, (psi). P200 – Phần trăm hạt lọt qua sàng số 200. P4 , P3/8 và P3/4 – Lần lượt là phần trăm hạt giữ lại trên sàng số 4, sàng số 3/8 in (9.56mm) và sàng số ¾ in (19mm). Va – Độ rỗng dư của hỗn hợp BTN (%). Vbeff – Thể tích có hiệu của bitum (%). f – Tần số tác dụng của tải trọng, (Hz). η – Độ nhớt của bitum tại nhiệt độ tính toán (106 Poise/105 Pas). Giá trị của độ nhớt của bitum được xác định theo phương trình tương quan thực nghiệm (phương trình 2.13) theo quy tắc thực nghiệm Cox-Merz (Cox-Merz empirical rule) [52], [72]. G*| |    (2.13) Với: |G*| - Mô đun cắt động của bitum, (Pa) ω - Tần số góc trong thí nghiệm mô đun cắt động của bitum, (Rad/s). 2.5.1.2 Mô hình Witczak cải tiến Mô hình Witczak cải tiến được xây dựng trên cơ sở dữ liệu của 346 hỗn hợp BTN với 7400 điểm dữ liệu, điểm quan trọng trong mô hình này là thông số độ nhớt và tần số đã được thay bằng giá trị mô đun cắt động(|G|)* và góc pha (δb). Giá trị mô đun động của BTN được xác định theo phương trình 2.14, [40], [65], [83]. 2 200 200 4 0.0052 2 2 4 3/8 3/8 6.65 0.032 0.0027( ) 0.011 log * 0.349 0.754(| * | ) x 0.0001(P ) 0.006 0.00014(P ) 0.08 1.06 2.56 0.03 0.71 0.012                                       beff beff beff beff P P P E G P V Va Va V V Va Va V 2 3/8 3/8 3/4 ( 0.7814 0.5785log|G*| 0.8834log ) 0.0001(P ) 0.01 1       b P P e  (2.14) 59 Trong đó: |G*| – Mô đun cắt động của bitum (Pound/in2) và δb – Góc pha của bitum xác định cùng với |G*|, độ. Các thông số khác có ý nghĩa như đã nêu ở trên (mục 2.5.1.1) 2.5.1.3 Mô hình Hirsch (Hirsch Model) Mô hình Hirsh được xây dựng trên cơ sở 206 dữ liệu thực nghiệm, theo mô hình này, giá trị của mô đun động |E*| và góc pha δ của BTN là hàm của các thông số thể tích của BTN và mô đun cắt động của loại bitum sử dụng (|G*|) thể hiện qua các phương trình 2.15 tới phương trình 2.17, [31],[40], [65], [83].   VMA VFA.VMA (1 Pc) | E* | Pc 4200000 1 3 | G*| 1 VMA /100100 10000 VMA 4200000 3 | G*| .VFA                     (2.15) 0.58 b 0.58 b VFA.3|G*| 20+ VMA Pc VFA.3|G*| 650+ VMA           (2.16) Trong đó: |E*| – Mô đun động của BTN (psi) Pc – Hệ số tiếp xúc cốt liệu. δ – Góc pha của hỗn hợp BTN, (o), và |G*| - mô đun động của bitum, (psi). VFA- độ rỗng lấp đầy nhựa, (%), và VMA- Độ rỗng cốt liệu, (%). Trong các phương trình trên (2.12, 2.14 – 2.16). Các hệ số trong các mô hình Witczak (phương trình 2.12, 2.14) là các hệ số thực nghiệm, với mô hình Hirsch chỉ có các hệ số (20, 650, 0.58) trong phương trình 2.16 là các hệ số thực nghiệm. Các nghiên cứu thực nghiệm trên thế giới cho thấy cần kiểm định và hiệu chỉnh lại các hệ số thực nghiệm này theo điều kiện vật liệu địa phương mới đảm bảo độ chính xác của các mô hình dự báo |E*|. Do vậy, ở Việt Nam cũng cần phải có nghiên cứu cụ thể để xác định lại các hệ số trong các mô hình này nếu cần thiết. Vấn đề này sẽ được giải quyết trong chương 3 của luận án. 60 2.5.2 Các thông số của bitum phục vụ việc dự báo mô đun động của BTN Qua các phương trình dự báo mô đun động của BTN đã nêu trong mục 2.5.1 cho thấy các thông số của bitum dùng để dự báo |E*| của BTN gồm có độ nhớt của bitum (dùng cho mô hình Witczak truyền thống), giá trị mô đun cắt động(|G*|) và góc pha của bitum dùng cho mô hình Witzczak cải tiến, giá trị (|G*|) của bitum sử dụng cho mô hình Hirsh. Từ các thông số của mô hình 2S2P1D ở bảng 2.2 xác định được các giá trị |G*|, góc pha của các loại bitum ở các nhiệt độ và tần số khác nhau sử dụng để dự báo |E*| theo các mô hình Witczak và mô hình Hirsch. Tổng hợp các kết quả xác định |G*|, góc pha, và độ nhớt của các loại bitum ở các nhiệt độ, tần số khác nhau được tổng hợp trong phụ lục 2 của luận án. Cũng lưu ý rằng giá trị độ nhớt của bitum được xác định theo quy tắc thực nghiệm Cox-Merz như phương trình 2.13. Bảng 2.6 trình bày một số giá trị điển hình của |G*|, góc pha và độ nhớt của bitum xác theo mô hình 2S2P1D ở một số nhiệt độ điển hình ứng với tần số fc=1.592 Hz. Bảng 2.6: Giá trị của |G*|, góc pha(δb) và độ nhớt (η) của các loại bitum ToC fc(Hz) Chỉ tiêu Bitum G*(Kpa) δb(o) η(Pa.s) 10 1.5920 1.562E+04 47.2366 1.562E+06 60/70 30 1.5920 4.798E+02 70.4311 4.797E+04 60/70 60 1.5920 2.901E+00 86.9299 2.900E+02 60/70 10 1.5920 2.058E+04 47.5974 2.058E+06 40/50 30 1.5920 6.792E+02 70.8330 6.790E+04 40/50 60 1.5920 4.360E+00 87.3760 4.359E+02 40/50 10 1.5920 2.739E+04 41.7291 2.738E+06 35/50 30 1.5920 1.018E+03 64.7235 1.018E+05 35/50 60 1.5920 5.034E+00 86.7609 5.032E+02 35/50 10 1.5920 1.449E+04 45.1185 1.448E+06 PMBIII 30 1.5920 5.402E+02 60.7121 5.401E+04 PMBIII 60 1.5920 1.003E+01 63.0221 1.003E+03 PMBIII 61 2.6. Kết luận chương 2  Mô hình 2S2P1D có khả năng mô hình hóa rất tốt ứng xử của các loại biutm khác nhau gồm cả bitum thường, bitum có độ quánh cao và bitum cải tiến PMBIII với các thông số thống kê (R2> 0.999; Se/Sy≤0.026 với |G*| và R’2≥0.983; Se’/Sy’≤0.137 với góc pha). Bằng cách xây dựng các đường cong chủ |G*| và góc pha (δb) của các loại bitum khác nhau theo mô hình 2S2P1D sẽ xác định được các giá trị |G*| và góc pha (δb) của bitum ở nhiệt độ và tần số bất kỳ phục vụ cho việc phân loại bitum theo AASHTO M 320 cũng như xác định các giá trị |G*| và góc pha (δb) để dự báo |E*| theo các phương trình tương quan thực nghiệm có liên quan.  Các loại bitum có quy luật chung là giá trị |G*| giảm khi nhiệt độ tăng hoặc tần số giảm và ngược lại. Đồng thời loại bitum có độ quánh cao có giá trị |G*| lớn hơn giá trị |G*| của bitum thường ở nhiệt độ cao khác nhiều. Với bitum cải tiến PMBIII thì còn thể hiện rõ hơn nữa, giá trị |G*| ở 70oC lớn hơn giá trị |G*| của các loại bitum thường khác nhiều (5.58 lần so với bitum 60/70; lớn hơn 3.3 lần với bitum 35/50 và 40/50), trong khi giá trị góc pha ở 70oC lại nhỏ hơn các loại bitum thường rất nhiều (27.193o với bitum 60/70 và 26.818o với bitum 40/50 và 27.225o với bitum 35/50). Điều này cho thấy sử dụng bitum PMBIII sẽ có khả năng kháng hằn lún vệt bánh xe và độ bền chống nứt mỏi hơn các loại bitum thường rất nhiều.  Với các loại bitum thường (60/70; 40/50; 35/50). Giá trị của góc pha tăng khi tần số giảm hoặc nhiệt độ tăng và ngược lại và giá trị góc pha sẽ tiệm cận 90o ở tần số rất thấp. Với bitum PMBIII thì lúc đầu giá trị góc pha tăng lên khi tần số giảm, sau đó giá trị góc pha lại có xu hướng giảm xuống mặc dù tần số tiếp tục giảm. Điều này cho thấy các loại bitum thường có tính đàn hồi giảm (tính nhớt tăng) khi tần số giảm, còn bitum cải tiến polymer thì có ứng xử ban đầu theo quy luật của các loại bitum thường (tính đàn hồi giảm/tính nhớt tăng) khi tần số giảm, nhưng sau đó, mặt dù tần số tác dụng của tải trọng giảm xuống nhưng tính đàn hồi của bitum lại tăng lên. Điều này lý giải tại sao các loại BTN sử dụng bitum polymer có khả năng kháng hằn lún vệt bánh xe và độ bền khai thác tốt hơn các loại bitum thường.  Bitum 60/70 đạt cấp PG64, bitum PMBIII đạt cấp PG82, bitum 35/50 (cộng hòa Pháp) và bitum 40/50) đạt cấp PG70 theo tiêu chuẩn AASHTO M320 của Hoa Kỳ. 62 CHƯƠNG 3: NGHIÊN CỨU MỐI QUAN HỆ THỰC NGHIỆM GIỮA TÍNH CHẤT CỦA BITUM VÀ MÔ ĐUN ĐỘNG CỦA BÊ TÔNG NHỰA CHẶT Ở VIỆT NAM Chương 1 đã nghiên cứu các mối quan hệ giữa tính chất của bitum (|G*|, góc pha, độ nhớt) mô đun động của BTN theo một số phương trình tương quan thực nghiệm của Hoa Kỳ theo mô hình Witczak ban đầu, Witczak cải tiến và mô hình Hirsch. Các dạng phương trình tương quan thực nghiệm cụ thể theo các mô hình Witczak và mô hình Hirsch đã đề cập trong chương 2. Chương 3 của luận án sẽ nghiên cứu thực nghiệm về mô đun động của các loại BTNC ở Việt Nam. Kết hợp với kết quả nghiên cứu thực nghiệm về mô đun cắt động (|G*|, góc pha) của bitum ở chương 2 để xây dựng mối quan hệ tương quan thực nghiệm giữa (|G*|, góc pha, độ nhớt) của bitum với mô đun động của BTNC ở Việt Nam theo các mô hình Witczak và mô hình Hirsch. Các mô hình dự báo |E*| trước và sau khi hiệu chỉnh các hệ số sẽ được đánh giá độ mạnh của mô hình dự báo theo tiêu chuẩn thống kê để xác định mô hình nào có khả năng dự báo |E*| tốt nhất sau khi đã hiệu chỉnh lại các hệ số. Các nội dung chi tiết thực hiện trong chương 3 như trong sơ đồ khối như sau (Hình 3.1). 63 LỰA CHỌN VẬT LIỆU BIUTM (60/70;40/50;35/ 50; PMBIII) THIẾT KẾ BTNC CHO CÁC CẤP PHỐI ĐIỂN HÌNH NGHIÊN CỨU MỐI QUAN HỆ THỰC NGHIỆM GIỮA TÍNH CHẤT CỦA BITUM (|G*|,δb,η) VỚI MÔ ĐUN ĐỘNG CỦA BÊ TÔNG NHỰA CHẶT Ở VIỆT NAM NGHIÊN CỨU MỐI QUAN HỆ |E*| -(|G*|, δb,η) THEO CÁC MÔ HÌNH DỰ BÁO CỦA HOA KỲ KẾT LUẬN CHƯƠNG 3 XÁC ĐỊNH CÁC CHỈ TIÊU CƠ LÝ CỦA VẬT LIỆU ĐẠT ĐÁ (VÔI, BAZAN, GRANIT) KHÔNG ĐẠT THÍ NGHIỆM XÁC ĐỊNH |E*| THIẾT KẾ THÍ NGHIỆM (DOE) ĐÁNH GIÁ ĐỘ MẠNH CỦA CÁC MÔ HÌNH DỰ BÁO |E*| THEO PHƯƠNG PHÁP THỐNG KÊ, ĐỀ XUẤT CÁC HỆ SỐ CHO CÁC MÔ HÌNH DỰ BÁO |E*| CỦA BTNC Ở VIỆT NAM Hình 3.1: Nội dung nghiên cứu mối quan hệ thực nghiệm giữa |E*| -(|G*|,δb,η) 64 3.1. Lựa chọn vật liệu, cấp phối và thiết kế bê tông nhựa Việc lựa chọn các vật liệu để thiết kế BTN sẽ bào gồm việc lựa chọn từng vật liệu thành phần có trong thành của hỗn hợp bê tông nhựa (chất kết dính là bitum, loại cốt liệu (cốt liệu thô, cốt liệu mịn, bột khoáng) và thành phần cấp phối và phương pháp thiết kế bê tông nhựa. 3.1.1. Lựa chọn vật liệu bitum 3.1.1.1. Đề xuất các loại bitum sử dụng trong nghiên cứu Các phân tích và phương pháp luận liên quan tới việc lựa chọn các loại bitum trong nghiên cứu của luận án đã đề cập trong chương 2, trong đó 4 loại bitum được lựa chọn để nghiên cứu gồm một loại bitum thông thường (60/70) và hai loại bitum có độ quánh cao (35/50; 40/50) và bitum PMIII. 3.1.1.2. Xác định các chỉ tiêu cơ lý của vật liệu bitum Việc xác định các chỉ tiêu cơ lý của các loại bitum được thực hiện ở hai phòng thí nghiệm. Trong đó, các chỉ tiêu thông thường được thực hiện tại phòng thí nghiệm kiểm định trọng điểm trường Đại học GTVT (LAS XD 1256) và các chỉ tiêu mô đun cắt động (|G*|) và góc pha của bitum (δb) được thực hiện tại phòng thí nghiệm vật liệu kết cấu hạ tầng giao thông thuộc Viện giao thông của Pháp (IFSTTAR) thuộc thành phố Nantes, cộng hòa Pháp. Chi tiết các kết quả thí nghiệm các chỉ tiêu cơ lý của bitum trong phụ lục 1, kết quả xác định các giá trị |G*|, góc pha, độ nhớt của bitum sử dụng để dự báo |E*| đề cập trong phụ lục 2 của luận án. 3.1.2. Lựa chọn cốt liệu và cấp phối thiết kế bê tông nhựa 3.1.2.1. Lựa chọn cốt liệu và bột khoáng  Lựa chọn cốt liệu. Loại cốt liệu là một trong những tiêu chí rất quan trong để đảm bảo chất lượng BTN, có những loại cốt liệu (loại đá) có khả năng liên kết rất kém với bitum, dễ gây ra hư hỏng mặt đường trong khai thác, các loại cốt liệu này thường có gốc đá là loại đá axit, ngược lại các loại đá có gốc bazơ có khả năng liên kết đá nhựa đường tốt, do vậy vật liệu BTN thường được sản xuất với các loại cốt liệu được làm từ đá có gốc bazơ sẽ có chất lượng tốt hơn do tính liên kết vật liệu khoáng – bitum tốt hơn. 65 Ở Việt Nam, các loại đá sử dụng cho thiết kế hỗn hợp và thi công BTN chủ yếu là các loại đá vôi, đá bazan và đá granit (phân bố cả 3 miền Bắc- Trung- Nam). Trong đó đá vôi và đá bazan (phân bố nhiều ở Miền Bắc) và đá granit (phân bố chủ yếu ở Miền Trung). Do vậy, các nguồn đá sử dụng trong nghiên cứu được lựa chọn là đá vôi ở mỏ đá Phú Hà, Thanh Liêm- Hà Nam, đá bazan (Hataco, Quốc Oai Hà Nội) và đá granit (Mỏ khe dầu, Tỉnh Hà Tĩnh).  Lựa chọn bột khoáng Bột khoáng có tác dụng tăng thêm độ đặc chắc cho BTN, làm tăng độ cứng của bitum do đó tăng tính ổn định nhiệt của BTN. Trong số các loại đá sử dụng để sản xuất bột khoáng thì đá vôi là loại đá có gốc bazơ do đó có khả năng liên kết với vật liệu bitum tốt nhất. Do vậy, bột khoáng sử dụng trong nghiên cứu được lựa chọn là loại bột khoáng được sản xuất từ gốc đá vôi, cụ thể là nguồn bột khoáng lấy ở mỏ Gọng Vối, xã Thanh Sơn, huyện Kim Bảng, tỉnh Hà Nam. 3.1.2.2. Xác định các chỉ tiêu cơ lý của vật liệu  Xác định các chỉ tiêu cơ lý của cốt liệu Trong hỗn hợp BTN, cốt liệu chiếm khoảng 90%-95% theo tổng trọng lượng hỗn hợp [21], do vậy, việc lựa chọn cốt liệu để sử dụng cho thiết kế và thi công BTN rất quan trọng, cốt liệu đóng vai trò là khung chịu lực để chịu được tải trọng lặp của tải phương tiện giao thông, đặc biệt là của các xe buýt lớn, xe tải nặng. Các chỉ tiêu cơ lý của cốt liệu được xác định tại tại phòng thí nghiệm kiểm định trọng điểm trường Đại học GTVT (LAS XD 1256). Kết quả thí nghiệm cho thấy các loại cốt liệu sử dụng trong nghiên cứu đều thỏa mãn các quy định của TCVN 8819: 2011 [2]. Tổng hợp các chỉ tiêu cơ lý của cốt liệu sử dụng cho BTN của từng loại đá khác nhau như các bảng sau (bảng 3.1 - bảng 3.3). Bảng 3.1: Tổng hợp các chỉ tiêu cơ lý và độ dính bám của đá Bazan Chỉ tiêu cơ lý Đá bazan (đá hataco Quốc Oai - Hà Nội ) Yêu cầu 10x20 5x10