Bài viết này trình bày một nghiên cứu bước đầu về thiết kế cấp phối và các chỉ tiêu cơ lý cơ bản của hỗn hợp SMA. Ảnh hưởng của phụ gia dạng sợi (Forta-fi) đến đặc trưng cơ lý của hỗn hợp SMA cũng được xét đến trong nghiên cứu này. Kết quả thí nghiệm cho thấy phụ gia này giúp cải thiện cường độ chịu kéo khi ép chẻ lên đến 21.9% trong khi không làm thay đổi nhiều các chỉ tiêu cơ lý khác.
NGHIÊN CỨU KHOA HỌC nNgày nhận bài: 14/01/2022 nNgày sửa bài: 17/02/2022 nNgày chấp nhận đăng: 05/3/2022 Thiết kế cấp phối nghiên cứu ảnh hưởng sợi Forta-Fi đến tiêu lý hỗn hợp đá dăm vữa nhựa - SMA12.5 Gradation design and effect of the forta-fi fiber on the mechanical properties of SMA 12.5 mixture > TS ĐỖ TIẾN THỌ1; TS NGUYỄN HUỲNH TẤN TÀI; TS NGUYỄN DUY LIÊM; TS TRẦN VŨ TỰ GV, Khoa Xây dựng, Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP.HCM Email: thodt@hcmute.edu.vn 120 TÓM TẮT Hằn lún vệt bánh xe dạng hư hỏng phổ biến mặt đường bê tông nhựa Việt Nam tác động xe tải điều kiện thời tiết nắng nóng Bên cạnh việc sử dụng loại nhựa đường có cấp kháng hằn lún cao thành phần cấu tạo hỗn hợp bê tơng nhựa cải tiến để nâng cao khả kháng hằn lún mặt đường Sử dụng hỗn hợp đá dăm vữa nhựa (Stone Mastic Asphalt) với cấp phối hạt gián đoạn giải pháp phù hợp cho vấn đề Nhờ vào khung chịu lực gồm hạt cốt liệu lớn hàm lượng nhựa cao, loại vật liệu chứng minh tính ưu việt với khả kháng hằn lún vệt bánh xe nứt mỏi qua nhiều nghiên cứu khắp giới Ở Việt Nam loại vật liệu chưa sử dụng nhiều tiêu chuẩn sở SMA ban hành vào cuối năm 2021 Bài báo trình bày nghiên cứu bước đầu thiết kế cấp phối tiêu lý hỗn hợp SMA Ảnh hưởng phụ gia dạng sợi (Forta-fi) đến đặc trưng lý hỗn hợp SMA xét đến nghiên cứu Kết thí nghiệm cho thấy phụ gia giúp cải thiện cường độ chịu kéo ép chẻ lên đến 21.9% không làm thay đổi nhiều tiêu lý khác Từ khóa: SMA; đá dăm vữa nhựa; độ ổn định Marshall; độ dẻo; nhựa polymer; sợi cellulose; sợi Forta-fi; cường độ chịu kéo ép chẻ ABSTRACT Rutting phenomenon is a real problem for the asphalt pavement of Vietnam due to important impacts of overloaded vehicles, especially in the hot and sunny conditions Besides using the bitumen with higher levels of rutting resistance, modifying and improving the composition of the mixture such as aggregate gradation and binding content could be an altenative solution for this problem Employing the Stone Mastic Asphalt (SMA) with discontinuous granulation is a suitable to this problem Due to its special structure consisting of coarse aggregate and its higher percentage of binder, this material has proven its superiority in rutting and fatigue resistance throughout a wide rang of researches in the world However, the SMA is not widely used yet in Vietnam The first specification of design, construction and inspection for this kind of material has only been issued at the end of 2021 This paper aims at introducing an initial gradation design with some principal characteristics of the SMA mixture The influence of the Forta-fi fiber to the mechanichal characteristics of SMA mixture is also investigated According to the experience results, this additive fiber permits to improve the Indirect tensile strength up to 21.9% Keywords: SMA; Stone Mastic Asphalt; Marshall stability; flow; bitum polymer; cellulos; Forta-fi; Indirect Tensile Strength GIỚI THIỆU Đối với mặt đường bê tông nhựa, hỗn hợp đá dăm vữa nhựa (Stone Mastic Asphalt - SMA) loại vật liệu có nhiều ưu điểm độ bền mặt đường tương đối cao; hạn chế tượng hằn lún vệt bánh xe; tăng tuổi thọ mỏi mặt đường; giảm tiếng ồn SMA biết đến từ năm 1960 Đức ưu điểm nó, phát minh tiến sỹ Zichner, kỹ sư người Đức đồng thời quản lý Phịng thí nghiệm Trung tâm xây dựng đường Strabag Bau AG lúc Mục tiêu ban đầu phát minh hạn chế hư hỏng mặt đường bánh xe gắn đinh (giảm bong tróc mặt đường) nâng cao tuổi thọ mặt đường qua giảm chi phí tu bảo dưỡng mặt đường [1] Từ bước đầu này, hỗn hợp SMA nghiên cứu phát triển suốt thời gian sau đến loại 3.2022 ISSN 2734-9888 vật liệu tối ưu để chống lại biến dạng vĩnh cửu mặt đường bê tông nhựa Hiện nay, hỗn hợp SMA sử dụng rộng rãi châu Âu Mỹ [2] nhờ ưu điểm Hỗn hợp SMA TS Zichner thiết kế hỗn hợp với cấp phối gián đoạn so với cấp phối bê tông nhựa chặt thông thường thiếu hẳn thành phần cốt liệu 2/5 mm Nhờ vào chèn móc cốt liệu thơ, hỗn hợp SMA hình thành khung vững chống lại mài mịn bong tróc mặt đường Hỗn hợp SMA Zichner [3] đặt tên Mastimac, sử dụng cho lớp phủ mặt đường có chiều dày nhỏ (khoảng 2-3cm), Mastiphalt dung cho lớp phủ mặt đường có chiều dày 3cm Sau thử nghiệm ban đầu cho cơng trình đường nội cơng ty Strabag/Deutag Consortium (Đức), loại mặt đường Mastimac công ty tiếp tục ứng dụng vào xây dựng đường dân sinh vào năm 1968 Wilhelmshaven (Đức) nhận kết khả quan [4] Nhiều nghiên cứu sau chứng minh ưu điểm khả kháng hằn lún hỗn hợp SMA với cấp phối gián đoạn nhờ vào khả phân bố lực truyền tải trọng hạt cốt liệu cốt liệu thô với Khả ưu việt có nhờ vào tính chất góc cạnh hạt cốt liệu lớn giúp chúng chèn móc tốt với tạo thành khung chịu lực vững [1] Để đạt hiệu truyền lực cao, hỗn hợp SMA cần phối trộn cách hợp lý Nếu hỗn hợp không phối trộn tốt, điểm tiếp xúc cốt liệu thô không hình thành cách đầy đủ làm gián đoạn trình truyền lực Vữa nhựa với hàm lượng lớn, thường chiếm khoảng 20-25% tổng khối lượng hỗn hợp chất kết dính bitum chiếm khoảng 6.0% có vai trị tạo liên kết hạt cốt liệu đồng thời chèn vào khoảng rỗng cốt liệu lớn tạo Do lượng chất kết dính bitum sử dụng lớn hỗn hợp, chất phụ gia ổn định dạng cellulose thêm vào với hàm lượng phù hợp (thường nhỏ) để tránh tượng chảy bi-tum nhiệt độ cao trình trộn, vận chuyển, trải thảm lu lèn [5] đồng thời tránh ảnh hưởng đến tính chất lý hỗn hợp Hàm lượng bitum lớn hỗn hợp SMA giúp hạn chế tượng nứt mỏi mặt đường, qua tuổi thọ mặt đường sử dụng hỗn hợp SMA đươc tăng lên đáng kể Ngoài ưu điểm nêu trên, hỗn hợp SMA có số nhược điểm Nhược điểm giá thành hỗn hợp SMA thường cao nhiều so với bê tông nhựa truyền thống lượng nhựa sử dụng nhiều Tiếp theo việc mặt đường dễ hình thành đốm nhựa trình thiết kế, sản xuất hỗn hợp thi công mặt đường không tuân theo yêu cầu cần thiết hàm lượng bi-tum, phụ gia cellulose, nhiệt độ trộn vận chuyển hỗn hợp Ngoài ra, mặt đường SMA có khả chống trượt bánh xe thấp thời điểm vừa thông xe sau thời gian dài khai thác Hằn lún vệt bánh xe dạng hư hỏng kết cấu mặt đường phổ biến Việt Nam tác dụng tải trọng trùng phục (Hình 1) Vì vậy, bên cạnh giải pháp xử lý đất yếu, việc sử dụng loại bi-tum có cấp kháng hằn lún cao cải tiến thành phần cốt liệu hỗn hợp bê tông nhựa cần xem xét để đáp ứng yêu cầu nâng cao tuổi thọ mặt đường Trong trường hợp này, hỗn hợp đá dăm vữa nhựa SMA lựa chọn phù hợp Loại vật liệu chứng minh khả kháng lún vệt bánh chống nứt mỏi nghiên cứu sử dụng nhiều nước giới Bài báo trình bày nghiên cứu bước đầu việc thiết kế cấp phối hỗn hợp SMA 12.5 tương ứng với điều kiện khai thác Việt Nam, qua hàm lượng nhựa tối ưu tiêu lý của hỗn hợp SMA 12.5 xác định Tiếp theo đó, ảnh hưởng phụ gia dạng sợi tới tính chất lý hỗn hợp SMA xem xét đánh giá báo cáo nhằm định hướng cho nghiên cứu Hình - Hằn lún vệt bánh xe tác dụng tải trùng phục [Nguồn Báo Giao thông - Bài báo “Bê tơng nhựa loại thường khơng phù hợp nắng nóng miền Trung” - 28/06/2015] VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP 2.1 Vật liệu Ngoại trừ bột khoáng (hạt mịn với D