Tóm tắt Luận án Nghiên cứu một số yếu tố ảnh hưởng đến biến dạng lún vệt bánh xe có xét đến đặc tính mỏi của bê tông nhựa chặt làm lớp mặt đường Việt Nam

ề kiểm soát tải troṇg xe. 1.5.2. Tại Việt Nam 1.5.2.1. Tiêu chuẩn kỹ thuâṭ, văn bản pháp quy (1). TCVN 8819:2011 - Tiêu chuẩn thi công và nghiêṃ thu măṭ đường BTN [8]. (2). Quyết định số 858/QĐ–BGTVT ngày 26/3/2014 của Bộ GTVT [1] “Hướng 6 dẫn áp dụng hệ thống các tiêu chuẩn kỹ thuật hiện hành nhằm tăng cường quản lý chất lượng thiết kế và thi công mặt đường BTN nóng đối với các tuyến đường ô tô có quy mô giao thông lớn”. (3). Quyết định số 1617/QĐ-BGTVT ngày 29/4/2014 “Quy định kỹ thuật về phương pháp thử độ sâu vệt hằn bánh xe của BTN xác định bằng thiết bị Wheel tracking" [4]. (4). 22 TCN 319 - 04 - Yêu cầu ky ̃thuâṭ, phương pháp thử nhưạ đường polime [10]. 1.5.2.2. Đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ (1). Đề tài nghiên cứu cấp Bộ GTVT 2009 “Nghiên cứu biến dạng kéo dài của mặt đường BTN và đề xuất phương pháp xử lý” [6] do ThS.Bùi Ngoc̣ Hưng làm chủ nhiệm đề tài.. (2). Đề tài nghiên cứu cấp Bộ GTVT 2014 “Nghiên cứu lưạ choṇ kết cấu và vâṭ liêụ cho kết cấu áo đường mềm trên các tuyến đường có xe tải troṇg năṇg phù hơp̣ với điều kiêṇ nhiêṭ ẩm” [23] do PGS.TS. Vũ Đức Chính làm chủ nhiệm đề tài. 1.5.2.3. Luâṇ án tiến sỹ (1). Luận án tiến sỹ “Nghiên cứu một số yếu tố ảnh hưởng đến độ bền mỏi bê tông asphalt làm lớp mặt đường tại Việt Nam” của tác giả Trần Thiện Lưu (luâṇ án bảo vê ̣thành công vào tháng 5/2015 taị Trường Đaị hoc̣ Giao thông vâṇ tải) [7]. (2). Luận án tiến sỹ “Nghiên cứu ảnh hưởng cốt sợi thủy tinh phân tán đến khả năng chống mỏi và chống lún vệt bánh xe của bê tông asphalt trong điều kiện Việt Nam” của tác giả Vũ Phương Thảo (luâṇ án bảo vê ̣ thành công vào tháng 5/2015 taị Trường Đaị hoc̣ Giao thông vâṇ tải) [13]. 1.6. Những vấn đề tồn tại cần giải quyết trong luận án 1.6.1. Về ảnh hưởng của mức đô ̣thô của “cấp phối thô” đến LVBX “Cấp phối thô” áp duṇg cho BTN thường tỷ lê ̣ thuâṇ với khả năng kháng LVBX, do đó, để đánh giá ảnh hưởng của mức đô ̣“thô” của “cấp phối thô” đến chất lươṇg măṭ đường BTN phải xem xét đến ảnh hưởng kháng mỏi của BTN, theo kết quả phân tićh taị muc̣ 1.2 và muc̣ 1.3 thi ̀ảnh hưởng của BTN đến LVBX và nứt mỏi là hai chỉ tiêu có xu thế ngươc̣ nhau. Vi ̀vâỵ, luâṇ án lưạ choṇ nôị dung chính để nghiên cứu là ảnh hưởng của mức đô ̣thô của “cấp phối thô” của BTN đến LVBX có xem xét đến đô ̣bền mỏi của BTN để đưa ra những khuyến nghi ̣ về mức đô ̣thô của “cấp phối thô” phù hơp̣ cho BTN theo qui định tại QĐ 858/QĐ-BGTVT (BTNC 12,5; BTNC 19) với các loaị nhưạ đường khác nhau, các loaị cốt liêụ đá dăm điển hiǹh cho khu vưc̣ Miền Bắc.. 1.6.2. Về nguyên nhân gây lún vệt bánh xe của măṭ đường bê tông nhựa xảy ra trong những năm gần đây Luâṇ án lưạ choṇ nôị dung đánh giá nguyên nhân gây LVBX trên môṭ số tuyến Quốc lô ̣tại Viêṭ Nam để nghiên cứu. Trên cơ sở kết quả nghiên cứu trên thế giới về những nguyên nhân gây ra LVBX, luâṇ án sử duṇg kết quả kiểm điṇh của 7 Viêṇ Khoa hoc̣ và Công nghê ̣GTVT để phân tích, đưa ra nguyên nhân. 1.6.3. Về ảnh hưởng liên quan đến đồng thời lún vệt bánh xe và độ bền mỏi của bê tông nhựa Để có thể phân tićh đánh giá nguyên nhân hư hỏng LVBX trên môṭ số tuyến đường trong nước gần đây cũng như đánh giá đươc̣ ảnh hưởng của mức đô ̣“thô” của cấp phối cốt liêụ BTN theo QĐ 858/QĐ-BGTVT [1] cần thiết phải nghiên cứu các ảnh hưởng liên quan đến đồng thởi cả LVBX và đô ̣bền mỏi của BTN trên cơ sở tổng kết các kết quả nghiên cứu của thế giới trong những năm gần đây . CHƯƠNG 2. PHÂN TÍCH NGUYÊN NHÂN HƯ HỎNG LÚN VỆT BÁNH XE QUA KẾT QUẢ KHẢO SÁT HIỆN TRƯỜNG 2.1. Khảo sát hiện trường lún vệt bánh xe tại một số dự án Trên cơ sở kết quả báo cáo kiểm định xác định nguyên nhân hư hỏng mặt đường các dự án nâng cấp cải tạo Quốc lộ 1 đoạn qua địa phận tỉnh Ninh Bình, Thanh Hóa, tuyến tránh Vinh (cầu Bến Thủy II), Quốc lộ 3 cũ [20]. Bảng 2-1: Kết quả khảo sát thực trạng hư hỏng LVBX tại một số dự án [20] Tên dự án Thời gian khai thác Thời gian kiểm định Chiều dài kiểm định Tỷ lệ % chiều dài hư hỏng LVBX Mức độ hư hỏng LVBX Dự án xây dựng Quốc lộ 1A, đoạn số 01 Tháng 1/2011 Tháng 7/2013 13,4 km Đoạn 1: hướng Hà Nội–Ninh Bình 63,2%; hướng Ninh Bình – Hà Nội 50%. Đoạn 2: hướng Hà Nội–Ninh Bình 14,5%; hướng Ninh Bình–Hà Nội 67,8%. Đoạn 1: chiều sâu LVBX lớn nhất đạt 50 mm. Đoạn 2: chiều sâu LVBX lớn nhất đạt 105 mm. Dự án xây dựng Quốc lộ 1A, đoạn số 02 Tháng 12/2012 Tháng 7/2013 36,4 km Hướng Hà Nội–Thanh Hóa: 5,8%. Chiều sâu LVBX lớn nhất đạt 44 mm. 8 Tên dự án Thời gian khai thác Thời gian kiểm định Chiều dài kiểm định Tỷ lệ % chiều dài hư hỏng LVBX Mức độ hư hỏng LVBX Hướng Thanh Hóa–Hà Nội: 8,2% Dự án xây dựng Quốc lộ 1A, đoạn số 03 Tháng 11/2012 Tháng 8/2013 0,9963 km Hướng từ Vinh-Hà Tĩnh: 95,35%. Hướng từ Hà Tĩnh-Vinh: 95,35%. Chiều sâu LVBX lớn nhất đạt 51 mm. Dự án xây dựng Quốc lộ 3 cũ, đoạn số 04 Tháng 2/2013 Tháng 7/2013 12,2 km Tỷ lệ đoạn LVBX làn trong: 30,7% Chiều sâu LVBX lớn nhất đạt 55 mm. 2.2. Phân tích, đánh giá nguyên nhân hư hỏng lún vệt bánh xe tại một số dự án điển hình 2.2.1. Phạm vi hư hỏng lún vệt bánh xe trong kết cấu mặt đường mềm Phạm vi hư hỏng LVBX tại các dự án đường bộ được khảo sát chủ yếu xảy ra tại 2 lớp BTN trong kết cấu mặt đường. Daṇg hư hỏng LVBX xảy ra là hằn lún do chảy dẻo BTN. 2.2.2. Thiếu chiều dầy các lớp kết cấu áo đường và dính bám kém Với tỷ lệ không đạt yêu cầu cao về chiều dầy thiết kế của BTN lớp trên, BTN lớp dưới, lớp móng cấp phối đá dăm lớp trên và lớp móng cấp phối đá dăm lớp dưới, kết hợp với khả năng dính bám kém của các lớp BTN dẫn đến nguy cơ xuất hiện nhanh hư hỏng LVBX. 2.2.3. Chất lượng thi công các lớp kết cấu áo đường tại các vị trí kiểm tra không đảm bảo yêu cầu kỹ thuật 1) Chất lươṇg thi công các lớp BTN của các đoaṇ có hư hỏng nhìn chung chưa đáp ứng yêu cầu quy điṇh nêu taị TCVN 8819:2011 [8] và theo QĐ 858/QĐ- BGTVT [1]. 2) Những khiếm khuyết trong thi công các lớp BTN chủ yếu liên quan đến thành phần haṭ và hàm lươṇg nhưạ. 3) Chất lươṇg thi công các lớp móng CPĐD của các đoaṇ có hư hỏng (và cả các đoaṇ chưa xuất hiêṇ hư hỏng) nhìn chung chưa đáp ứng yêu cầu quy điṇh, trong đó vi phaṃ chủ yếu liên quan đến đô ̣chăṭ lu lèn và thành phần haṭ. 2.2.4. Lưu lượng và tải trọng trục xe 9 2.2.4.1. Lưu lượng xe Từ kết quả khảo sát lưu lượng xe tính được lưu lượng xe con quy đổi/ngày đêm thực tế trên tuyến lớn hơn dự báo trong hồ sơ thiết kế rất nhiều. Thành phần xe khách, xe tải chở hàng hóa, vật liệu xây dựng và xe container... chiếm trên 47%- 57% thành phần dòng xe. 2.2.4.2. Tải trọng trục xe Tải trọng trục xe trên các tuyến là rất lớn, tải trọng trục lớn nhất lên đến 27,23 tấn. Tải trọng trục lớn hơn 10 tấn chiếm từ 20,11% đến 25,71%; tải trọng trục lớn hơn 12 tấn chiếm trên 15% đến 50,87% (tại các dự án này, tải trọng trục tiêu chuẩn thiết kế là 10 tấn). Mức độ vượt tải so với quy định của [21] và [22] là rất lớn. 2.2.4.3. Lựa chọn mô đun đàn hồi yêu cầu (Eyc) Khi thiết kế kết cấu áo đường, trong hồ sơ thiết kế chỉ khảo sát lưu lượng xe, không khảo sát tải trọng trục xe và sử dụng tải trọng trục tiêu chuẩn 10 tấn để thiết kế, kiểm toán kết cấu áo đường. Trên cơ sở lưu lượng và tải trọng xe thực tế khảo sát, đã kiểm toán lại các kết cấu mặt đường tại các dự án nêu trên đều cho thấy Eyc thực tế rất lớn so với giá trị thiết kế với Eyc = 140 MPa đến 160 MPa. 2.2.5. Nhiệt độ không khí và nhiệt độ mặt đường khu vực khảo sát Qua điều tra, khảo sát khu vực các dự án, thời tiết nóng nhất trong năm tập trung vào từ tháng 5 đến tháng 8 với nhiệt độ không khí cao nhất từ 38 0C đến 41,1 0C, khi đó nhiệt độ bề mặt mặt đường BTN có thể đạt cao nhất từ 54,7 0C đến 68,5 0C. Đây là tác nhân không nhỏ làm tăng nhanh LVBX mặt đường. CHƯƠNG 3. NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM VỀ LÚN VỆT BÁNH XE VÀ MỎI CỦA BÊ TÔNG NHỰA CHẶT ĐIỂN HÌNH 3.1. Mục đích và nội dung nghiên cứu thực nghiệm trong phòng 3.1.1. Mục đích (1). Đánh giá hưởng của mức đô ̣”thô” của cấp phối cốt liệu BTN, với các loaị đá dăm phổ biến taị khu vưc̣ phía Bắc, với loaị nhưạ đường khác nhau (60/70; 40/50; PMB III) đến khả năng kháng LVBX của mẫu BTN và kiểm chứng độ bền mỏi của mẫu; (2). Lập tương quan thực nghiệm giữa chỉ tiêu LVBX và độ bền mỏi của BTN tương ứng với từng nguồn gốc đá dăm, mức đô ̣”thô” của cấp phối cốt liệu và loại nhựa đường; (3). Rút ra đươc̣ những khuyến nghi ̣liên quan đến mức đô ̣ ”thô” của cấp phối cốt liệu BTN ứng với các loaị nhưạ đường. 3.1.2. Các nội dung nghiên cứu thực nghiệm (1). Choṇ loaị BTNC 12,5 và BTN 19 với 3 loaị cấp phối có mức đô ̣”thô” khác nhau (it́ thô, thô vừa, rất thô), sử duṇg 03 loaị nhưạ đường khác nhau (nhưạ 60/70; nhựa 40/50; nhựa PMB III), sử duṇg 02 loaị đá phổ biến (đá bazan và đá vôi) để thiết kế hỗn hơp̣ BTN, xác điṇh hàm lươṇg nhưạ tối ưu; (2). Sử duṇg số liêụ 10 thiết kế của các loaị BTN để chế taọ các mẫu BTN daṇg tấm. Thí nghiệm LVBX của các mẫu BTN bằng thiết bị Hamburg Wheel Tracker theo phương pháp A, phù hợp với Quyết định số QĐ 1617 [4]; (3). Chế taọ các mẫu dầm BTN từ các mẫu BTN dạng tấm. Thí nghiệm độ bền mỏi theo tiêu chuẩn ASTM D7460-10 [39] trên thiết bị kiểu uốn dầm 4 điểm –4BPT. Stand Alone Four Point Bending Machine. 3.1.3. Phân tích lựa chọn thông số đầu vào 3.1.3.1. Lựa choṇ cấp phối theo mức đô”̣thô” và thiết kế cấp phối theo đường cong chữ S (1). Về tiêu chuẩn áp duṇg: Theo hướng dẫn taị QĐ 858/QĐ-BGTVT [1] và có xem xét đến TCVN 8819:2011 [8]; (2) Về cấp phối thô: Theo hướng dẫn taị QĐ 858/QĐ-BGTVT; (3). Về thiết kế thành phần hạt theo dạng đường cong chữ S. 3.1.3.2. Lưạ choṇ vâṭ liêụ (1). Đá dăm: Đá vôi taị Mỏ Kinh Môn – Thống Nhất – Hải Dương; đá bazan tại Mỏ Sunway - Hòa Thạch - Quốc Oai - Hà Nội; (2). Cát: lựa chọn loaị cát nghiền lấy từ đá mạt của mỏ đá Sunway và mỏ Thống nhất tương ứng với các đá dăm tương ứng để chế tạo mẫu thí nghiệm; (3). Bôṭ đá: lựa choṇ bôṭ đá vôi từ cơ sở sản xuất taị Hà Nam, có trữ lươṇg lớn và đang đươc̣ sử duṇg taị nhiều dư ̣án; (4). Nhựa đường: nhựa 60/70 (ADCo); nhựa 40/50(ADCo); nhựa Polime PMBIII (Pertrolimex). 3.1.3.3. Lựa chọn độ rỗng dư bê tông nhựa để thí nghiệm lún vệt bánh xe và độ bền mỏi (1). Đô ̣rỗng dư khi thi ́nghiêṃ LVBX: nghiên cứu sinh choṇ đô ̣rỗng dư 7% để chế taọ mẫu; (2). Đô ̣rỗng dư khi thí nghiêṃ độ bền mỏi: để có cơ sở đánh giá khả năng mỏi có liên quan đến LVBX, lưạ choṇ đô ̣rỗng dư 7%. 3.2. Lựa chọn thiết bị và các thông số thí nghiệm 3.2.1. Thí nghiệm lún vệt bánh xe 3.2.1.1. Thiết bị sử dụng Là loại Hamburg Wheel Tracker do hãng Cooper Technology (Anh Quốc) sản xuất, thí nghiệm LVBX theo tiêu chuẩn AASHTO-T324 [30], BS EN 12697- 22:2003 [48] và QĐ 1617/QĐ-BGTVT [4]. 3.2.1.2. Thông số thí nghiệm Thí nghiệm và tiêu chuẩn đánh giá theo phương pháp A trong môi trường ngâm nước tại nhiệt độ thí nghiệm 50 0C theo QĐ 1617/QĐ-BGTVT [4]; Mẫu thí nghiệm có dạng tấm hình chữ nhật được chế bị bằng cách sử dụng đầm lăn theo phụ lục C của QĐ 1617/QĐ-BGTVT. 3.2.2. Thí nghiệm độ bền mỏi 3.2.2.1. Thiết bị sử dụng Là thiết bị kiểu uốn dầm 4 điểm – 4PBT (Stand Alone Four Point Bending 11 Machine) do hãng Cooper Technology (Anh Quốc) sản xuất, thí nghiệm theo tiêu chuẩn ASTM D7460-10 [41]. 3.2.2.2. Luận chứng lựa chọn các thông số thí nghiệm (1). Kích thước mẫu dầm: Mẫu được chế tạo từ mẫu bê tông nhựa đầm nén theo phương pháp đầm lăn và được gia công để có kích thước theo qui định của ASTM D7460-10 [41]; (2). Nhiệt độ thí nghiệm: lựa chọn một nhiệt độ thí nghiệm độ bền mỏi tại 20 0C tương ứng với nhiệt độ dại diện cho nhiều vùng trong cả nước và tần suất xuất hiện nhiều trong năm; (3). Tần số tải thí nghiệm: kiến nghị sử dụng tải tác dụng dạng hình sin liên tục với 01 tần số tải thí nghiệm là 10 Hz; (4). Chế độ thí nghiệm: kiến nghị lựa chọn chế độ thí nghiệm là khống chế biến dạng (phù hợp khi mặt đường có chiều dầy lớp BTN nhỏ hơn 125mm); (5). Lựa chọn mức biến dạng: Qua kết quả phân tích, tính toán, kiến nghị mức biến dạng được đề xuất là 400 µ. Ký hiệu: µ, microstrain = strain ×10-6. 3.3. Thiết kế thực nghiệm Sử dụng một số phép kiểm chứng thống kê trên cơ sở số liệu thí nghiệm để chứng minh mối tương quan các yếu tố tác động đến chiều sâu LVBX. Y = F (X) (1.1) Trong đó: Y là biến phụ thuộc; X là biến độc lập. Biến phụ thuộc Y là chiều sâu LVBX (mm) tại số lần tác dụng tải {15000; 20000; 40000}. Các biến độc lập ảnh hưởng tới các biến phụ thuộc Y bao gồm: X1: Nguồn gốc đá dăm, X1={đá bazan; đá vôi}. X2: Loại BTN, X2={BTNC19; BTNC12,5}. X3: Cấp phối cốt liệu, X3={ Thô ít, Thô vừa, Rất thô,}. X4: Loại nhựa, X4 = {40/50; 60/70; PMBIII}. Kết quả kiểm chứng các giả thuyết tương quan giữa biến độc lập và biến phụ thuộc thông qua phân tích phương sai (ANOVA) được thể hiện chi tiết tại mục 3.8. 3.4. Thí nghiệm các chỉ tiêu cơ lý của vật liệu phục vụ công tác thiết kế bê tông nhựa - Cốt liệu (đá): thỏa mãn yêu cầu kỹ thuật của TCVN 8819:2011 và QĐ 858/QĐ-BGTVT; - Cát nghiền (cốt liệu mịn): thỏa mãn yêu cầu kỹ thuật của TCVN 8819:2011 và QĐ 858/QĐ-BGTVT; - Bột khoáng: thỏa mãn yêu cầu kỹ thuật của TCVN 8819:2011 và QĐ 858/QĐ-BGTVT; - Nhựa đường: thỏa mãn yêu cầu kỹ thuật của TCVN 7493:2005 [12] và 22 TCN 319-04 [10]; 3.5. Thiết kế thành phần hỗn hợp bê tông nhựa 12 3.5.1. Lưạ choṇ cấp phối Cấp phối BTN được thiết kế với 03 loại cấp phối có thành phần hạt dạng đường cong chữ S trong vùng thô theo QĐ 858/QĐ-BGTVT: - BTNC 12,5: Cấp phối (1) – (Cấp phối ít thô); Cấp phối (2) – (Cấp phối thô vừa); Cấp phối (3) – (Cấp phối rất thô). Chi tiết xem Hình 3-1. -BTNC 19: Tương tự như phương pháp luâṇ thiết kế BTNC 12,5, cấp phối cốt liệu được thiết kế với 03 loại cấp phối có thành phần hạt dạng đường cong chữ S: Cấp phối (4) – (Cấp phối ít thô); Cấp phối (5) – (Cấp phối thô vừa); Cấp phối (6) – (Cấp phối rất thô). Chi tiết xem Hình 3-1. 3.5.2. Thiết kế thành phần hỗn hơp̣ Quá trình lựa chọn hàm lượng nhựa cho mỗi cấp phối BTNC 12,5 và BTNC 19 được thực hiện theo qui định của TCVN 8820:2011 [10]. Các chỉ tiêu thiết kế của hỗn hợp bê tông nhựa được thể hiện trong Bảng 3-1 và Bảng 3-2 Hình 3-1: Thành phần hạt của 03 loại cấp phối thí nghiệm BTNC 12,5 và BTC 19 Bảng 3-1: Các chỉ tiêu thiết kế của hỗn hợp BTNC 12,5 T T Các chỉ tiêu thiết kế hỗn hợp bê tông nhựa Loại nhựa Loại BTNC 12,5 Cấp phối ít thô (1) Cấp phối thô vừa (2) Cấp phối thô nhiều (3) Đá bazan Đá vôi Đá bazan Đá vôi Đá bazan Đá vôi 1 Hàm lượng nhựa, % 60/70 5.0 4.6 4.9 4.5 4.75 4.3 40/50 5.1 4.7 5.0 4.6 4.85 4.4 PMIII 5.2 4.8 5.1 4.7 4.95 4.5 2 Khối lượng thể tích, g/cm3 60/70 2.520 2.420 2.525 2.424 2.527 2.430 40/50 2.525 2.426 2.531 2.429 2.534 2.440 PMIII 2.565 2.444 2.570 2.450 2.573 2.453 3 Độ rỗng dư Va, % 60/70 4.05 3.90 4.11 4.02 4.15 4.07 40/50 4.10 3.99 4.15 4.06 4.10 4.13 PMIII 4.17 4.05 4.13 4.10 4.20 4.14 13 T T Các chỉ tiêu thiết kế hỗn hợp bê tông nhựa Loại nhựa Loại BTNC 12,5 Cấp phối ít thô (1) Cấp phối thô vừa (2) Cấp phối thô nhiều (3) Đá bazan Đá vôi Đá bazan Đá vôi Đá bazan Đá vôi 4 Độ rỗng cốt liệu, VMA, % 60/70 15.5 14.2 16.3 14.7 16.7 15.5 40/50 16.2 15.1 16.8 15.5 16.9 15.9 PMIII 16.5 15.3 16.9 16.0 16.9 16.3 5 Độ rỗng lấp đầy nhựa VFA, % 60/70 73.9 72.5 74.8 72.7 75.1 73.7 40/50 74.7 73.6 75.3 73.8 75.7 74.0 PMIII 74.7 73.5 75.6 74.4 75.1 74.6 6 Độ ổn định, 600C, kN 60/70 12.03 10.14 12.35 10.64 12.68 10.84 40/50 12.33 11.05 12.67 11.34 13.01 11.61 PMIII 15.60 12.45 15.80 12.89 15.94 12.77 7 Độ dẻo, 600C, mm 60/70 2.67 2.90 2.80 2.70 2.50 2.72 40/50 3.03 3.14 3.12 3.33 3.05 3.34 Bảng 3-2: Các chỉ tiêu thiết kế của hỗn hợp BTNC 19 T T Các chỉ tiêu thiết kế hỗn hợp bê tông nhựa Loại nhựa Loại BTNC 19 Cấp phối ít thô (4) Cấp phối thô vừa (5) Cấp phối thô nhiều (6) Đá bazan Đá vôi Đá bazan Đá vôi Đá bazan Đá vôi 1 Hàm lượng nhựa, % 60/70 4.65 4.25 4.5 4.15 4.45 4.1 40/50 4.75 4.35 4.6 4.25 4.55 4.2 PMIII 4.85 4.45 4.7 4.35 4.65 4.3 2 Khối lượng thể tích, g/cm3 60/70 2.523 2.424 2.529 2.433 2.535 2.436 40/50 2.529 2.431 2.536 2.440 2.541 2.445 PMIII 2.570 2.449 2.575 2.457 2.577 2.459 3 Độ rỗng dư Va, % 60/70 4.08 3.95 4.16 4.05 4.11 4.02 40/50 4.11 3.92 4.10 4.01 4.16 4.18 PMIII 4.19 4.09 4.11 4.17 4.25 4.10 4 Độ rỗng cốt liệu, VMA, % 60/70 15.8 14.8 16.8 15.2 16.9 15.9 40/50 16.6 15.7 16.9 15.9 17.3 16.3 PMIII 16.8 15.6 17.1 16.5 17.4 16.6 5 Độ rỗng lấp đầy nhựa VFA, % 60/70 74.2 73.3 75.2 73.4 75.7 74.7 40/50 75.2 75.0 75.7 74.8 76.0 74.4 PMIII 75.1 73.8 76.0 74.7 75.6 75.3 14 6 Độ ổn định, 600C, kN 60/70 12.34 10.32 12.15 10.77 12.81 10.41 40/50 12.52 11.22 12.42 11.64 13.15 11.80 PMIII 15.76 12.61 15.61 12.69 15.44 12.97 7 Độ dẻo, 600C, mm 60/70 2.61 2.97 2.66 2.75 2.44 2.78 40/50 3.08 3.10 3.32 3.39 3.21 3.39 PMIII 3.66 3.89 3.41 3.85 3.55 3.42 3.6. Thí nghiệm lún vệt bánh xe 3.6.1. Đúc mẫu thí nghiệm Sau khi thiết kế từng loại BTN theo qui định TCVN 8820:2011 [25] lựa chọn hàm lượng nhựa thiết kế từ kết quả thiết kế hỗn hợp BTN để tiến hành đúc mẫu thí nghiệm LVBX. Các mẫu thí nghiệm LVBX được đúc trên thiết bị đầm lăn theo phụ lục C của QĐ 1617/QĐ-BGTVT [4]. 3.6.2. Thí nghiệm lún vệt bánh xe Tổng số lượng mẫu thí nghiệm LVBX: 36 tổ mẫu x 2 = 72 mẫu: BTNC 12,5: 36 mẫu ; BTNC 19: 36 mẫu . Hình 3-2: Thực hiện thí nghiệm LVBX tại Viện KH&CN GTVT Kết quả thí nghiệm LVBX của 03 loại BTNC 12,5 sử dụng đá dăm gốc bazan và đá vôi với 03 loại nhựa khác nhau được thể hiện tại Hình 3-3. 15 Tại 15000 lần tác dụng tải cho nhựa 60/70, 40/50 và 40000 lần tác dụng tải cho nhựa PMBIII Tại 20000 lần tác dụng tải cho nhựa 60/70, 40/50 và 40000 lần tác dụng tải cho nhựa PMBIII Hình 3-3: Kết quả thí nghiệm LVBX của BTNC 12,5 và BTNC 19 với 3 loại nhựa 60/70, 40/50 và PMBIII cho loại đá dăm gốc bazan và đá vôi 3.7. Thí nghiệm độ bền mỏi 3.7.1. Chế bị mẫu thí nghiệm Mẫu BTN cho thí nghiệm độ bền mỏi được chế tạo từ mẫu BTN đầm nén theo phương pháp đầm lăn theo phụ lục C của QĐ 1617/QĐ-BGTVT [4] tại hàm lượng nhựa thiết kế và độ rỗng dư 7%. Sau đó mẫu được gia công để có kích thước (Chiều dài) x (Chiều rộng) x (Chiều dầy) = (380 mm x (63mm) x (50 mm) theo qui định của ASTM D7460-10. 3.7.2. Thí nghiệm độ bền mỏi Tổng số lượng mẫu thí nghiệm độ bền mỏi: 36 mẫu: BTNC 12,5: 18 mẫu; BTNC 19: 18 mẫu. Hình 3-4: Thực hiện thí nghiệm độ bền mỏi tại Trường Đại học GTVT Kết quả thí nghiệm độ bền mỏi của 03 loại BTNC 12,5 sử dụng đá dăm gốc bazan và đá vôi với 03 loại nhựa khác nhau được thể hiện tại Hình 3-5. 0 2 4 6 8 10 12 14 Đ ộ s â u L V B X ( m m ) Kết quả thí nghiệm LVBX của BTNC 12,5 và BTNC 19 tại 15000 lượt tác dụng với nhựa đường 60/70, 40/50 và 40000 lượt tác dụng với nhựa đường PMBIII Đá Bazan Đá Vôi BTNC 12,5 BTNC 19 Đá Vôi Đá Bazan CP1 CP2 CP3 CP1 CP2 CP3 CP4 CP5 CP6 CP4 CP5 CP6 12,5mm 0 2 4 6 8 10 12 14 Đ ộ s â u L V B X ( m m ) Kết quả thí nghiệm LVBX của BTNC 12,5 và BTNC 19 tại 20000 lượt tác dụng với nhựa đường 60/70, 40/50 và 40000 lượt tác dụng với nhựa đường PMBIII Đá Bazan Đá Vôi BTNC 12,5 BTNC 19 Đá Vôi Đá Bazan CP1 CP2 CP3 CP1 CP2 CP3 CP4 CP5 CP6 CP4 CP5 CP6 12,5mm 16 Hình 3-3: Kết quả thí nghiệm độ bền mỏi của BTNC 12,5 và BTNC 19 với 3 loại nhựa 60/70, 40/50 và PMBIII cho loại đá dăm gốc bazan và đá vôi 3.8. Kiểm chứng các giả thuyết tương quan giữa biến độc lập và biến phụ thuộc thông qua phân tích phương sai (ANOVA) và theo mô hình tuyến tính tổng quát (GLM) 3.8.1. Cơ sở lý thuyết Nghiên cứu sinh sử dụng phân tích sai phương ANOVA để đánh giá. Phương pháp phân tích phương sai thực chất là bài toán kiểm định sự bằng nhau của nhiều giá trị trung bình tổng thể. 3.8.2. Kết quả phân tích thông kê Trên cơ sở các số liệu đầu vào, nghiên cứu sinh sử dụng phần mềm thống kê MINITAB ứng với các số liệu chiều sâu LVBX tại 15000 lượt tác dụng tải, 20000 lượt tác dụng tải và 40000 lượt tác dụng tải. Mô tả chi tiết thống kê tập mẫu xem Phụ lục 6. Từ kết quả phân tích thống kế, nhận xét: - Có sử ảnh hưởng của cấp phối (thô ít, thô vừa và rất thô); nguồn gốc đá (đá vôi và đá bazan); loại nhựa sử dụng (nhựa 60/70, 40/50, PMBIII) đến khả năng kháng LVBX của BTNC (chiều sâu LVBX) tại 15000 lượt tác dụng tải, 20000 lượt tác dụng tải và 40000 lượt tác dụng tải. - Khả năng kháng LVBX của BTNC 12,5 và BTNC 19 phụ thuộc vào số lần tải trọng lặp tích lũy, khi tải trọng tích lũy tăng, khả năng kháng LVBX của BTNC 12,5 và BTNC 19 có sự khác nhau. 3.9. Phân tích, đánh giá kết quả thí nghiệm Trên cơ sở các kết quả thí nghiệm LVBX, độ bền mỏi nêu trên, có các đánh giá, nhận xét sau: (1). Về chi ̉tiêu LVBX: - Hỗn hợp BTNC 12,5 và BTNC 19 được thiết kế với cốt liệu đá dăm nguồn gốc đá bazan (khu vực Quốc Oai – Hà Nội) và đá vôi (khu vực Kinh Môn – Hải 0 50000 100000 150000 200000 250000 Đ ộ b ề n m ỏ i (c h u k ỳ ) Kết quả thí nghiệm độ bền mỏi BTNC 12,5 và BTNC 19 60/70-CP1 40/50-CP1 PMBIII-CP1 60/70-CP2 40/50-CP2 PMBIII-CP2 60/70-CP3 40/50-CP3 PMBIII-CP3 60/70-CP4 40/50-CP4 PMBIII-CP4 60/70-CP5 40/50-CP5 PMBIII-CP5 60/70-CP6 40/50-CP6 PMBIII-CP6 Đá Bazan Đá Vôi CP1 CP2 CP3 CP4 CP5 CP6 CP1 CP2 CP3 CP4 CP5 CP6 BTNC12.5 BTNC19 BTNC12.5 BTNC19 17 Dương), cát nghiền, cấp phối thô dạng đường cong chữ S (có độ góc cạnh của cốt liệu thô đảm bảo yêu cầu), nhựa đường 60/70, nhựa đường 40/50, nhựa đường PMBIII thỏa mãn chỉ tiêu qui định về độ sâu LVBX theo QĐ 1617/QĐ-BGTVT [4]. - Khả năng kháng LVBX của BTNC 12,5 sử dụng đá dăm gốc bazan và gốc đá vôi cơ bản là như nhau. Khả năng kháng LVBX đối với BTNC 19 sử dụng đá dăm gốc đá vôi kém hơn so với đá gốc bazan (kém hơn từ 15%-50%). - Các loaị BTNC 12,5; BTNC 19 với cấp phối có mức đô ̣thô khác nhau (ít thô, thô vừa, rất thô) sử dụng nhưạ đường 40/50; 60/70; PMBIII đều thỏa mãn chi ̉ tiêu LVBX theo quy điṇh (nhỏ hơn 12,5 mm, 15000 lượt tác dụng tải ứng với BTNC sử duṇg nhưạ 60/70 và 40/50; nhỏ hơn 12,5 mm, 40000 lượt tác dụng tải tải ứng với BTNC sử duṇg nhưạ PMB III). - Khả năng kháng LVBX của BTN giảm dần từ cấp phối rất thô, cấp phối thô vừa và cấp phối ít thô. - Khả năng kháng LVBX của BTNC 12,5; BTN 19 sử duṇg nhưạ đường 40/50 cao hơn so với BTNC 12,5; BTN 19 sử duṇg nhưạ đường 60/70 từ 1,5 lần đến 2 lần. (2). Xác lập được tương quan giữa chỉ tiêu LVBX và độ bền mỏi cho BTNC 12,5 sử dụng nhựa đường 60/70 cho đá dăm gốc bazan và đá vôi theo công thức: - Với BTNC 12,5 đá dăm gốc bazan: RDw = 0,0003*F – 5,1938 (R2 = 0,9348) (3.5) Với F > 17313 - Với BTNC 12,5 đá dăm gốc đá vôi: RDw = 0,0004*F + 0,3269 (R2 = 0,9641) (3.6) - Với BTNC 19 đá dăm gốc bazan, nhựa đường 60/70: RDw = 0,0004*F – 1,5041 (R2 = 0,9962) (3.7) Với F > 3761 - Với BTNC 19 đá dăm gốc đá vôi, nhựa 60/70: RDw = 0,0008*F + 1,6017 (R2 = 0,8156) (3.8) (3). Về chi ̉tiêu đô ̣bền mỏi: - Trong cùng một loại BTNC (BTNC 12,5 và BTNC 19), độ bền mỏi của BTNC có sử dụng đá dăm gốc Bazan (khu vực Quốc Oai – Hà Nội) cao hơn so với đá vôi (khu vực Kinh Môn – Hải Dương) từ 30% đến 50%. - Trong cùng các điều kiện thí nghiệm, khả năng kháng mỏi của BTNC 12,5; BTNC 19 sử duṇg nhưạ đường 60/70; 40/50; PMB III giảm theo mức đô ̣thô của cấp phối cốt liêụ. - Trong cùng các điều kiện thí nghiệm, khả năng kháng mỏi của LVBX của BTNC 12,5; BTN 19 sử duṇg nhưạ đường 60/70 cao hơn so với BTNC 12,5; BTN 19 sử duṇg nhưạ đường 40/50; Khả năng kháng mỏi của BTNC 12,5, BTNC 19 sử 18 dụng nhựa PMBIII có khả năng chịu mỏi cao hơn nhiều so với BTNC 12,5, BTNC 19 sử dụng nhựa 60/70 và 40/50. CHƯƠNG 4. ĐỀ XUẤT CÁC GIẢI PHÁP NHẰM GIẢM THIỂU LÚN VỆT BÁNH XE VÀ TĂNG ĐỘ BỀN MỎI CỦA BTN CHẶT 4.1. Đề xuất các giải pháp trong thiết kế hỗn hợp bê tông nhựa nhằm giảm thiểu lún vệt bánh xe và tă