Nghiên cứu đánh giá ảnh hưởng của nhiệt độ đến mô đun đàn hồi của mặt đường bê tông nhựa trên tuyến xa lộ hà nội đoạn từ ngã tư thủ đức đến cầu sài gòn

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI - - TẠ NAM QUANG NGHIÊN CỨU ĐÁNH GIÁ ẢNH HƯỞNG CỦA NHIỆT ĐỘ ĐẾN MÔ ĐUN ĐÀN HỒI CỦA MẶT ĐƯỜNG BÊ TÔNG NHỰA TRÊN TUYẾN XA LỘ HÀ NỘI ĐOẠN TỪ NGÃ TƯ THỦ ĐỨC ĐẾN CẦU SÀI GÒN LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT Thành Phố Hồ Chí Minh - 2016 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI - - TẠ NAM QUANG NGHIÊN CỨU ĐÁNH GIÁ ẢNH HƯỞNG CỦA NHIỆT ĐỘ ĐẾN MÔ ĐUN ĐÀN HỒI CỦA MẶT ĐƯỜNG BÊ TÔNG NHỰA TRÊN TUYẾN XA LỘ HÀ NỘI ĐOẠN TỪ NGÃ TƯ THỦ ĐỨC ĐẾN CẦU SÀI GỊN CHUN NGÀNH: XÂY DỰNG ĐƯỜNG ƠTƠ VÀ ĐƯỜNG THÀNH PHỐ MÃ SỐ : 60.58.02.05.01 LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: TS NGUYỄN PHƯỚC MINH Thành Phố HồZChí Minh - 2016 i LỜI CẢM ƠN Luận văn thạc sĩ kỹ thuật với đề tài “nghiên cứu đánh giá ảnh hƣởng nhiệt độ đến mô đun đàn hồi mặt đƣờng bê tông nhựa tuyến Xa lộ Hà Nội đoạn từ Ngã tƣ Thủ Đức đến cầu Sài Gòn” đƣợc thực với kiến thức tác giả thu thập suốt trình học tập trƣờng Cùng với cố gắng thân giúp đỡ, động viên quý thầy cô, bạn bè, đồng nghiệp gia đình suốt trình học tập thực luận văn Xin gửi lời cảm ơn đến quý thầy cô Bộ môn đƣờng bộ, ngƣời cho kiến thức kinh nghiệm quý báu suốt trình học tập công tác Tôi xin gửi lời cảm ơn chân thành đến TS Nguyễn Phƣớc Minh, ngƣời thầy nhiệt tình hƣớng dẫn, động viên tơi suốt q trình thực luận văn Cuối cùng, tơi xin cảm ơn đến gia đình động viên tạo điều kiện tốt cho tinh thần thời gian năm tháng học tập trƣờng Luận văn đƣợc hồn thành nhƣng khơng thể tránh khỏi thiếu sót hạn chế Rất mong đƣợc đóng góp q thầy cơ, bạn bè đồng nghiệp để luận văn đƣợc hoàn thiện Tp, Hồ Chí Minh, ngày …/…/ 2016 Tạ Nam Quang ii LỜI CAM ĐOAN Tơi cam đoan cơng trình nghiên cứu thân xuất phát từ yêu cầu phát sinh cơng việc để hình thành hƣớng nghiên cứu, đƣợc thực dƣới hƣớng dẫn khoa học TS Nguyễn Phƣớc Minh Các số liệu luận văn có nguồn gốc rõ ràng, tuân thủ nguyên tắc kết thu thập đƣợc trình nghiên cứu trung thực, chƣa đƣợc công bố cơng trình khác Tác giả Tạ Nam Quang iii MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN i LỜI CAM ĐOAN ii MỤC LỤC iii DANH MỤC CÁC BẢNG v DANH MỤC CÁC HÌNH vi PHẦN MỞ ĐẦU CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ TUYẾN XA LỘ HÀ NỘİ 1.1 Tổng quan dự án: 1.2 Vị trí địa lý dự án .5 1.3 Đặc điểm, phạm vi, tính chất dự án: 1.3.1 Đặc điểm: 1.3.2 Phạm vi dự án: 1.3.3 Tính chất dự án: 1.4 Kết luận chƣơng 1: 10 CHƢƠNG 2: LÝ THUYẾT VỀ BÊ TÔNG NHỰA VÀ PHƢƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH MÔ ĐUN ĐÀN HỒİ CỦA MẶT ĐƢỜNG BÊ TÔNG NHỰA 11 2.1 Lý thuyết bê tông nhựa: , 11 2.1.1 Định nghĩa: 16 , 17 11 2.1.2 Phân loại tiêu kỹ thuật yêu cầu với BTN: , 16 , 17 13 2.2 Phƣơng pháp xác định mô đun đàn hồi vật liệu BTN: 25 2.2.1 Ảnh hƣởng nhiệt độ đến mô đun đàn hồi vật liệu BTN: , 10 25 2.2.2 Giới thiệu lựa chọn phƣơng pháp đo mô đun đàn hồi: , 13 , 14 33 2.2.3 Phƣơng pháp đo phịng thí nghiệm: 39 2.3 Kết luận chƣơng 2: 41 Nội dung chƣơng nghiên cứu đạt đƣợc vấn đề sau: 41 CHƢƠNG 3: NGHİÊN CỨU THỰC NGHİỆM ĐÁNH GİÁ ẢNH HƢỞNG CỦA NHİỆT ĐỘ ĐẾN MÔ ĐUN ĐÀN HỒİ CỦA VẬT LİỆU MẶT ĐƢỜNG BÊ TÔNG NHỰA TRÊN TUYẾN XA LỘ HÀ NỘİ 43 3.1 Trình tự bƣớc thiết kế, chọn cấp phối : .43 3.1.1 Thí nghiệm xác định tiêu lý cốt liệu nhựa đƣờng 43 iv 3.1.2 Phối trộn cốt liệu 49 3.1.3 Chuẩn bị mẫu hỗn hợp cốt liệu để đúc mẫu Marshall 51 3.1.4 Trộn cốt liệu với nhựa đƣờng, đầm mẫu Marshall 51 3.1.5 Thí nghiệm tính tốn tiêu đặc tính thể tích hỗn hợp BTN 54 3.1.6 Thí nghiệm xác định độ ổn định, độ dẻo mẫu Marshall 59 3.1.7 Lựa chọn hàm lƣợng nhựa tối ƣu 61 3.2 .65 3.3 Thí nghiệm đánh giá ảnh hƣởng nhiệt độ đến mô đun đàn hồi tuyến đƣờng nghiên cứu: 66 3.2.2 Đánh giá ảnh hƣởng: 66 CHƢƠNG 4: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 73 4.1 Kết luận: 73 4.2 Kiến nghị: .73 v DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 1.1: Đặc trƣng chế độ nhiệt (0C) Bảng 1.2: Đặc trƣng chế độ mƣa .6 Bảng 2.1 - Cấp phối hỗn hợp cốt liệu bê tông nhựa chặt (BTNC) .14 Bảng 2.2 - Cấp phối hỗn hợp cốt liệu bê tông nhựa rỗng (BTNR) 15 Bảng 2.3 - Các tiêu kỹ thuật yêu cầu với bê tông nhựa chặt (BTNC) 16 Bảng 2.4 - Các tiêu kỹ thuật yêu cầu với bê tông nhựa rỗng (BTNR) 16 Bảng 2.5 - Các tiêu lý quy định cho đá dăm 17 Bảng 2.6 - Các tiêu lý quy định cho cát 19 Bảng 2.7- Các tiêu lý quy định cho bột khoáng 20 Bảng 2.8:Sự thay đổi lực dính, góc nội ma sát, ứng suất cắt BTN nhiệt độ từ 30600C .29 Bảng 3.1: Kết thí nghiệm vật liệu đá dăm 16x19 (Dmax 19mm) 43 Bảng 3.2: Kết thí nghiệm vật liệu đá dăm 10x16 (Dmax 16mm) 44 Bảng 3.3: Kết thí nghiệm vật liệu đá dăm 5x10 (Dmax 10mm) 45 Bảng 3.4: Kết thí nghiệm vật liệu đá dăm 0x5 (Dmax 5mm) 46 Bảng 3.5: Kết thí nghiệm vật liệu bột khống .47 Bảng 3.6: Kết thí nghiệm nhựa đƣờng 48 Bảng 3.7: Bảng biểu đồ cấp phối bê tông nhựa 50 Bảng 3.8: Bảng tổng hợp kết thí nghiệm tiêu kỹ thuật hỗn hợp BTN .60 Bảng 3.9: Biểu đồ hàm lƣợng nhựa tối ƣu 63 Bảng 3.10: Kết thiết kê cấp phối BTN nóng C12.5 .65 Bảng 3.11: Bảng tổng hợp nhiệt độ số lƣợng mẫu nghiên cứu 67 vi DANH MỤC CÁC HÌNH Hình 1.1: Tuyến Xa lộ Hà Nội .4 Hình 2.1: Đồ thị biến thiên nhiệt độ khơng khí, mặt đƣờng BTN 30 Hình 2.2: Đồ thị biến thiên nhiệt độ khơng khí, nhiệt độ mặt đƣờng, độ ẩm, 31 tốc độ gió .31 Hình2.3: Đồ thị nhiệt độ môi trƣờng nhiệt độ BTN sâu 2cm cách mặt đƣờng .31 Hình 2.4: Đồ thị nhiệt độ mơi trƣờng nhiệt độ BTN sâu 7cm cách mặt đƣờng .31 Hình 2.5: Đồ thị hệ nhiệt độ BTN sâu 2cm so với mặt đƣờng độ ẩm 32 Hình 2.6: Đồ thị nhiệt độ BTN sâu 7cm so với mặt đƣờng độ ẩm 32 Hình 2.7: Máy vạn 39 Hình 2.8: Khn giữ mẫu 40 Hình 3.1: Mẫu bê tơng nhựa dùng để thí nghiệm kiểm tra mơ đun đàn hồi 66 Hình 3.2: Đồ thị thể mối quan hệ nhiệt độ mô đun đàn hồi .71 PHẦN MỞ ĐẦU Tính cấp thiết đề tài Áo đƣờng đƣợc xem đủ cƣờng độ dƣới tác dụng tải trọng trùng phục xe chạy suốt thời hạn định giữ tính tồn khối phẳng bề mặt tầng phủ Cƣờng độ mặt đƣờng mềm bị phá hoại do: phát sinh biến dạng dƣ xảy phá hoại cân giới hạn trƣợt đất lớp vật liệu dính kết cấu áo đƣờng (cát, sỏi, ), phát sinh ứng suất kéo – uốn bề mặt đáy lớp bê tông nhựa (BTN) xe chạy vƣợt trị số ứng suất kéo uốn RKU cho phép vật liệu BTN tƣợng “mỏi” BTN phát triển theo thời gian khai thác mặt đƣờng gây vết nứt lớp mặt bê tông nhựa Các điều kiện trạng thái giới hạn có liên quan với độ võng đàn hồi (hay mô đun đàn hồi) dƣới tải trọng Đây đại lƣợng mà qua nhiều nghiên cứu đặc trƣng cho cƣờng độ áo đƣờng mềm Vì quy trình thiết kế áo đƣờng mềm 22TCN 211-06 áp dụng phƣơng pháp tính tốn áo đƣờng dựa theo ba tiêu chuẩn trạng thái giới hạn: Độ võng đàn hồi (hay mô đun đàn hồi) áo đƣờng dƣới tải trọng, sức chịu kéo - uốn lớp BTN, sức chống trƣợt đất lớp vật liệu dính kết Khi chịu ảnh hƣởng nhiệt độ có tính chu kỳ ngày đêm lớp bê tông nhựa áo đƣờng mềm tồn ứng suất riêng Ứng suất biến đổi luân phiên ngƣợc chiều tạo nên kéo nén đáy lớp bê tông nhựa áo đƣờng mềm Ứng suất nhiệt gây tƣợng mỏi nhiệt, lâu dần góp phần làm cho áo đƣờng mềm xuất rạn nứt hay bong tróc Tuy nhiên để đánh giá cƣờng độ thực tế kết cấu áo đƣờng mềm ngƣời ta dùng chủ yếu độ võng đàn hồi độ võng đàn hồi lớn thân khơng phải đặc trƣng cho cƣờng độ, nhƣng lại có quan hệ chặt chẽ với khả kéo uốn, sức chống cắt lớp Việt Nam nằm khu vực Đông Nam Á, kéo dài từ vĩ tuyến 80 đến vĩ tuyến 230, có khí hậu nhiệt đới, nóng ẩm, có gió mùa Ở miền Bắc, mùa nóng kéo dài từ tháng đến tháng hàng năm Tại Hà Nội phần lớn tỉnh miền Bắc, nhiệt độ khơng khí tăng lên cao Những tháng này, tháng nóng tháng tháng 7, nhiệt độ khơng khí dao động từ 260C đến lớn 320C chiếm từ 100 – 120 ngày; lƣợng xạ tổng cộng lớn, đến 950 – 1.080 kcal/m2.h Vào mùa lạnh từ tháng 11 năm trƣớc đến tháng năm sau, nhiệt độ không khí tổng hợp mùa đơng xuống dƣới 80C; vào mùa lạnh, khu vực Hà Nội vùng đồng Bắc nhiệt độ thấp, trung bình vào khoảng 140C Ở Nam có vị trí cận xích đạo, có hai mùa từ tháng 10 năm trƣớc đến tháng năm sau Mùa khơ lƣợng mƣa ít, nhiệt độ cao ngày 32- 400C Số nắng trung bình ngày từ – 8h xạ ngày 368,5 cal/cm2 Nhiệt độ khơng khí thay đổi tháng năm, biên độ dao động từ – 70C, nhiệt độ trung bình 270C (Với nhiệt độ theo nhiều tài liệu tham khảo gây ảnh hƣởng đến mô đun đàn hồi) Tuyến đƣờng Xa lộ Hà Nội trục cửa ngỏ quan trọng phía Đơng - Bắc theo đồ án điều chỉnh quy hoạch chung xây dựng TPHCM đƣợc duyệt trục giao thông công cộng khối lƣợng lớn (Metro Bến Thành - Suối Tiên), kết nối nhiều đầu mối giao thông liên vùng quan trọng Khu vực thị dọc đƣờng trục có chức giao thông đối ngoại, kết nối TPHCM với đô thị đối trọng phía Đơng Bắc Vùng trọng điểm kinh tế phía Nam Vì phạm vi nghiên cứu luận văn “nghiên cứu đánh giá ảnh hƣởng nhiệt độ đến mô đun đàn hồi mặt đƣờng bê tông nhựa tuyến Xa lộ Hà Nội đoạn từ Ngã tƣ Thủ Đức đến cầu Sài Gòn” nghiên cứu có ý nghĩa khoa học thực tiễn Nội dung nghiên cứu Nội dung nghiên cứu đề tài bao gồm phần nhƣ sau: 1) Tổng quan tuyến đƣờng Xa lộ Hà Nội 2) Cơ sở lý thuyết xác định mô đun đàn hồi mặt đƣờng BTN 3) Ảnh hƣởng nhiệt độ đến mô đun đàn hồi mặt đƣờng BTN 4) Thí nghiệm, phân tích kết 61 13 H.lượng nhựa hiệu dụng-Effective Asphalt Content 14 % 4,36 4,86 5,36 5,86 6,36 Độ rỗng cốt liệu - VMA = 100-(L10×Ps)/L8 % 16,27 16,12 15,90 16,68 17,23 15 Độ rỗng dư - Air Voids = 100x(L9-L10)/L9 % 6,47 4,78 3,54 3,65 3,05 16 Độ rỗng lấp đầy - VFA = 100×(L14-L15)/L14 % 60,21 70,36 77,75 78,10 82,30 17 Độ ổn định - Stability kN 10,69 12,58 13,97 11,85 10,43 18 Độ dẻo - Flow mm 2,66 3,21 3,62 4,58 5,45 (Pbe)=L7-(L12×Ps)/100 3.1.7 Lựa chọn hàm lƣợng nhựa tối ƣu + Thiết lập đồ thị quan hệ hàm lƣợng nhựa tiêu liên quan Vẽ đồ thị quan hệ hàm lƣợng nhựa với tiêu liên quan: Độ ổn định, Độ dẻo, Độ rỗng dƣ, Độ rỗng cốt liệu, Độ rỗng lấp đầy nhựa, Khối lƣợng thể tích mẫu BTN, trục hoành biểu thị hàm lƣợng nhựa; trục tung biểu thị giá trị tƣơng ứng: - Độ ổn định -Hàm lƣợng nhựa - Độ dẻo-Hàm lƣợng nhựa - Độ rỗng dƣ-Hàm lƣợng nhựa - Độ rỗng cốt liệu-Hàm lƣợng nhựa - Độ rỗng lấp đầy nhựa -Hàm lƣợng nhựa - Khối lƣợng thể tích mẫu BTN-Hàm lƣợng nhựa Độ ổn định, độ dẻo, độ rỗng dƣ, độ rỗng cốt liệu, độ rỗng lấp đầy nhựa, khối lƣợng thể tích mẫu BTN giá trị trung bình cộng giá trị tƣơng ứng mẫu thí nghiệm Hình TCVN 8820:2011 đƣa ví dụ đồ thị quan hệ hàm lƣợng nhựa với tiêu liên quan: Độ ổn định, Độ dẻo, Độ rỗng dƣ, Độ rỗng cốt liệu, Độ rỗng lấp đầy nhựa, Khối lƣợng thể tích mẫu BTN sở số liệu Bảng B5, Phụ lục B – TCVN 8820 : 2011 + Xác định hàm lƣợng nhựa tối ƣu + Cách thứ 62 Áp dụng phù hợp với BTN chặt Việc xác định hàm lƣợng nhựa tối ƣu theo trình tự sau: - Căn vào biểu đồ quan hệ Độ rỗng dƣ-Hàm lƣợng nhựa, xác định hàm lƣợng nhựa ứng với độ rỗng dƣ 4% - Dựa vào biểu đồ quan hệ lại, xác định giá trị: Độ dẻo, Độ rỗng cốt liệu, Độ rỗng lấp đầy nhựa ứng với hàm lƣợng nhựa vừa xác định (hàm lƣợng nhựa ứng với độ rỗng dƣ 4%) - So sánh giá trị: Độ dẻo, Độ rỗng cốt liệu, Độ rỗng lấp đầy nhựa vừa xác định với yêu cầu kỹ thuật nêu Tiêu chuẩn thi công nghiệm thu mặt đƣờng BTN Nếu tiêu thỏa mãn hàm lƣợng nhựa chọn hàm lƣợng nhựa tối ƣu - Nếu khơng thỏa mãn, chọn lại hàm lƣợng nhựa đƣờng ứng với độ rỗng dƣ lựa chọn, khoảng độ rỗng dƣ từ lớn 3,5% đến nhỏ 4,5% tiến hành lặp lại cách xác định Nếu không thỏa mãn cần phải điều chỉnh lại thiết kế hỗn hợp BTN + Cách thứ hai Áp dụng cho loại BTN - Căn yêu cầu kỹ thuật nêu Tiêu chuẩn thi công nghiệm thu mặt đƣờng BTN tƣơng ứng, dựa vào đồ thị quan hệ lập, xác định khoảng hàm lƣợng nhựa thỏa mãn tiêu tƣơng ứng: Độ ổn định, Độ dẻo, Độ rỗng dƣ, Độ rỗng cốt liệu, Độ rỗng lấp đầy nhựa - Xác định khoảng hàm lƣợng nhựa thỏa mãn tất tiêu nêu Đây khoảng hàm lƣợng nhựa tối ƣu (khoảng hàm lƣợng nhựa đƣợc chấp thuận) - Chọn giá trị nằm khoảng hàm lƣợng nhựa tối ƣu Thƣờng chọn giá trị khoảng làm hàm lƣợng nhựa tối ƣu Nếu không thỏa mãn cần phải điều chỉnh lại thiết kế hỗn hợp BTN Hình – TCVN 8820:2011 đƣa ví dụ biểu đồ xác định hàm lƣợng nhựa tối ƣu Trên sở giá trị khoảng hàm lƣợng nhựa thỏa mãn tiêu tƣơng ứng: Độ ổn định, Độ dẻo, Độ rỗng dƣ, Độ rỗng cốt liệu (dựa số liệu 63 Hình 2-TCVN 8820:2011) khoảng hàm lƣợng nhựa tối ƣu theo yêu cầu thiết kế với bê tông nhựa (tham chiếu TCVN 8819:2011, Bảng 3), tiến hành xác định khoảng hàm lƣợng nhựa thỏa mãn tiêu Đó khoảng hàm lƣợng nhựa tối ƣu Giá trị hàm lƣợng nhựa tối ƣu chọn để thiết kế nằm khoảng hàm lƣợng nhựa tối ƣu, thƣờng chọn giá trị trung gian Quy luật hình dạng đƣờng cong quan hệ Hình dạng biểu đồ quan hệ hàm lƣợng nhựa đặc tính lý hỗn hợp BTN thƣờng tuân theo quy luật đƣợc trình bày dƣới Độ ổn định Marshall: ban đầu độ ổn định tăng dần theo chiều tăng hàm lƣợng nhựa Khi đạt đến giá trị cực đại đó, độ ổn định lại giảm theo chiều tăng hàm lƣợng nhựa - Độ dẻo (biến dạng): độ dẻo tăng theo chiều tăng hàm lƣợng nhựa - Độ rỗng dƣ: độ rỗng dƣ giảm dần theo chiều tăng hàm lƣợng nhựa - Độ rỗng cốt liệu (VMA): ban đầu độ rỗng cốt liệu giảm dần theo chiều tăng hàm lƣợng nhựa Khi đạt đến giá trị cực tiểu độ rỗng cốt liệu lại tăng dần theo chiều tăng hàm lƣợng nhựa - Độ rỗng lấp đầy nhựa (VFA): Độ rỗng lấp đầy nhựa tăng dần theo chiều tăng hàm lƣợng nhựa Khối lƣợng thể tích BTN: quy luật biến đổi khối lƣợng thể tích tƣơng tự nhƣ quy luật độ ổn định Marshall Tuy nhiên, hàm lƣợng nhựa ứng với giá trị khối lƣợng thể tích BTN cực đại lớn chút so với hàm lƣợng nhựa ứng với giá trị độ ổn định cực đại Bảng 3.9: Biểu đồ hàm lƣợng nhựa tối ƣu Hàm lượng nhựa theo hỗn hợpAsphalt content by wt of Mix Khối lượng thể tích mẫu - Bulk Sp Gr compacted Mix Khối lượng riêng Maximum Sp Gr Độ rỗng dư BTNAir Voids Độ rỗng lấp đầy VFA Độ rỗng cốt liệu VMA Độ ổn định Marshall Stability Độ dẻo Flow (%) (g/cm3) (g/cm3) (%) (%) (%) (kN) (mm) 4,5 2,353 2,516 6,47 60,21 16,27 10,69 2,66 5,0 2,369 2,488 4,78 70,36 16,12 12,58 3,21 64 5,5 2,388 2,476 3,54 77,75 15,90 13,97 3,62 6,0 2,378 2,469 3,65 78,10 16,68 11,85 4,58 6,5 2,375 2,450 3,05 82,31 17,23 10,43 5,45 Theo biểu đồ ta chọn hàm lượng nhựa tối ưu-O.A.C from diagram: Theo yêu cầu kỹ thuật &TCVN8819-11- Specification &TCVN 8819-11 % nhựa Yêu cầu Tổng hợp % As Spec General Content Air Voids ÷ (%) : 4.6 ÷ 6.5 VMA > 14 (%) : 4.5 ÷ 6.5 4.6 ÷ 5.7 % Stability > (kN) : 4.5 ÷ 6.5 Flow ÷ (mm) : 4.5 ÷ 5.7 Hàm lượng nhựa tối ưu Design Asphalt Content (O.A.C) 5,26 5,00 % cốt liệu (by Agg.) % hỗn hợp(by Mix.) 65 Bảng 3.10: Kết thiết kê cấp phối BTN nóng C12.5 Kết thí nghiệm tiêu lý vật liệu - Test result of material: Khối Bulk Sp Gr Biểu kiến Effective Sp Gr Aggregate 16x22 2,675 2,714 0,48 9,28 6,58 Độ mài mòn LA Abrasion of agg by use of the LA machine (%) 17,82 Aggregate 10x16 2,675 2,714 0,28 6,35 6,71 17,32 0,54 Aggregate 5x10 2,658 2,716 0,38 10,87 6,92 17,77 0,81 Tỷ trọng-Specific Gravity (g/cm3) Vật liệu Material Hàm lƣợng bụi, bùn, sét Content of dust, mud, clay (%) Hàm lƣợng hạt thoi dẹt Diamondshaped grain content (%) Độ nén dập xi lanh Fraction rate in cylin of cruched gravel (%) Aggregate 0x5 2,695 2,783 1,15 Bột khoáng 2,713 2,713 (Filler) Nhựa 1,036 60/70(Bitumen) Kết lựa chọn tỷ lệ phối trộn - Job-Mix Formula 0,00 Độ hút nƣớc, Water absorption (%) 0,58 1,18 Hạt dẹt hỗn hợp 3,55 Cốt liệu đá dăm - Aggregate Aggregate 16x22 Aggregate 10x16 Aggregate 5x10 Aggregate 0x5 Bột khoáng (Filler) Tỷ lệ trộn thành phần cố liệu-Job-Mix Formula(%) 20 21 56 Độ rỗng cốt liệu VMA Khối lƣợng thể tích Bulk S.G Specimen Lựa chọn hàm lƣợng nhựa tối ƣu - Summary of Test Result for select O.A.C Hàm lƣợng nhựa Thƣơng số Độ Độ rỗng theo cốt liệu Độ dẻo Marshall ổn địnhdƣ Số tổ Asphalt content by Flow Marshall Stability Air Voids No wt of Mix quoter (%) (kN) (mm) (kN/mm) (%) (%) (g/cm3) 4,5 10,69 2,66 4,02 6,47 16,27 2,353 5,0 12,58 3,21 3,92 4,78 16,12 2,369 5,5 13,97 3,62 3,86 3,54 15,90 2,388 6,0 11,85 4,58 2,59 3,65 16,68 2,378 10,43 5,45 1,91 3,05 17,23 2,375 >8 2÷4 - 3÷6 > 14 - 6,5 Yêu cầu kỹ thuật TCVN88192011 Tính theo k lƣợng hỗn Tính theo k.lƣợng cốt liệuhợpAsphalt content by wt of % 5,00 % 5,26 Asphalt content by wt of Agg Mix Chỉ tiêu lý ứng với hàm lƣợng nhựa tối ƣu theo thiết kế - Test result of 5,00 (% by wt of Mix.) O.A.C Độ ổn định dƣ Khối lƣợng Độ 60oC 24h so Độ dẻo Độ rỗng Độ rỗng thể tích với ban đầu ổn định Các tiêu Flow dƣ Air Voids cốt liệu VMA Bulk S.G Residual stability Stability kỹ thuật – Item Specimen after 24h at 60oC Chọn hàm lƣợng nhựa tối ƣu OAC (kN) (mm) (%) (%) (g/cm3) (%) Kết - Result 11,93 2,93 4,97 16,15 2,368 88,0 Yêu cầu TCVN 88192011 Specification >8 2÷4 3÷6 > 14 - > 75 66 3.2 Thí nghiệm đánh giá ảnh hƣởng nhiệt độ đến mô đun đàn hồi tuyến đƣờng nghiên cứu: 3.2.1 Cơ sở lựa chọn ảnh hƣởng nhiệt độ đến vật liệu mặt đƣờng BTN: Căn tài liệu tìm hiểu, nghiên cứu đƣợc Chƣơng luận văn phân tích điều kiện nhiệt độ phía nam Căn tiêu chuẩn thiết kế áo đƣờng mềm TCVN 211-06 Căn nhiều tài liệu tham khảo tuyến Xa lộ Hà Nội 3.2.2 Đánh giá ảnh hƣởng: Sau hồn thành q trình chế bị mẫu theo cấp phối đƣợc duyệt dự án tuyến Xa lộ Hà Nội Chúng ta tiếp tục tiến hành trình kiểm tra ảnh hƣởng nhiệt độ đến mơ đun đàn hồi phịng thí nghiệm Trọng điểm đƣờng III – Viện khoa học công nghệ Hình 3.1: Mẫu bê tơng nhựa dùng để thí nghiệm kiểm tra mô đun đàn hồi + Số lƣợng mẫu nghiên cứu: gồm 11 tổ mẫu, tổ mẫu gồm mẫu + Nghiên cứu nhiệt độ: 20, 25, 30, 35, 40, 45, 50, 55, 60, 65, 700C 67 Bảng 3.11: Bảng tổng hợp nhiệt độ số lƣợng mẫu nghiên cứu STT Nhiệt độ (t0) Mẫu Mẫu Mẫu Mẫu Mẫu Mẫu Tổng cộng 20 1 1 1 25 1 1 1 30 1 1 1 35 1 1 1 40 1 1 1 6 45 1 1 1 50 1 1 1 55 1 1 1 60 1 1 1 10 65 1 1 1 11 70 1 1 1 12 66 Tổng cộng + Biểu đồ với nhiệt độ nghiên cứu: Lý trình Kích thƣớc mẫu Bảng 3.12: Mẫu thí nghiệm nhiệt độ 200C Thiên phân kế Thiên phân kế Áp lực 01 02 nén Lđàn hồi (vạch) (vạch) P (mm) không không (MPa) tải tải tải tải Mô đun đàn hồi (MPa) H (mm) D (mm) Thí nghiệm M1 101,5 101,6 0,6 185,0 176,0 260,0 251,0 0,090 676,7 M2 101,6 101,6 0,6 381,0 371,0 496,0 486,5 0,098 625,2 M3 101,9 101,6 0,6 296,0 286,5 329,0 320,0 0,093 661,0 M4 101,7 101,6 0,6 360,0 351,0 466,0 456,5 0,093 659,7 M5 101,9 101,6 0,6 320,0 310,0 430,0 420,0 0,100 611,4 M6 101,7 101,6 0,6 311,0 301,5 349,0 339,5 0,095 642,3 Trung bình 646,0 Psi 93.702 68 Kích thƣớc mẫu Lý trình Bảng 3.13: Mẫu thí nghiệm nhiệt độ 250C Thiên phân kế Thiên phân kế Áp lực 01 02 nén Lđàn hồi (vạch) (vạch) P (mm) không không (MPa) tải tải tải tải Mô đun đàn hồi (MPa) H (mm) D (mm) Thí nghiệm M1 101,9 101,6 0,6 196,0 185,0 261,0 250,5 0,108 568,7 M2 102,1 101,6 0,6 481,0 470,5 396,0 386,0 0,103 597,7 M3 101,6 101,6 0,6 286,0 276,0 330,0 319,5 0,103 594,7 M4 101,7 101,6 0,6 227,0 216,5 290,0 280,0 0,103 595,3 M5 101,7 101,6 0,6 207,0 196,5 282,0 271,0 0,108 567,6 M6 101,6 101,6 0,6 430,0 419,5 350,0 339,5 0,105 580,6 Trung bình 584,1 Psi Kích thƣớc mẫu Lý trình Bảng 3.14: Mẫu thí nghiệm nhiệt độ 300C Thiên phân kế Thiên phân kế Áp lực 01 02 nén Lđàn hồi (vạch) (vạch) P (mm) không không (MPa) tải tải tải tải Mô đun đàn hồi (MPa) H (mm) D (mm) M1 102,1 101,6 0,6 354,0 341,5 214,0 202,0 0,123 500,1 M2 101,8 101,6 0,6 493,0 481,5 377,0 365,5 0,115 531,1 M3 102,3 101,6 0,6 351,0 339,5 282,0 270,0 0,118 522,4 M4 101,6 101,6 0,6 301,0 289,0 242,0 229,5 0,123 497,6 M5 101,9 101,6 0,6 451,0 439,0 342,0 330,0 0,120 509,5 M6 101,7 101,6 0,6 330,0 319,0 273,0 261,0 0,115 530,6 Thí nghiệm Psi Kích thƣớc mẫu Lý trình Bảng 3.15: Mẫu thí nghiệm nhiệt độ 350C Thiên phân kế Thiên phân kế Áp lực 01 02 nén Lđàn hồi (vạch) (vạch) P (mm) không không (MPa) tải tải tải tải 84.719 Trung bình 515,2 74.728 Mơ đun đàn hồi (MPa) H (mm) D (mm) Thí nghiệm M1 102,1 101,6 0,6 381,0 367,0 333,0 318,5 0,143 429,9 M2 101,7 101,6 0,6 492,0 477,5 377,0 363,0 0,143 428,2 M3 101,5 101,6 0,6 455,0 440,0 423,0 408,0 0,150 406,0 M4 101,6 101,6 0,6 350,0 335,5 320,0 306,0 0,143 427,8 M5 101,9 101,6 0,6 477,0 462,0 356,0 341,5 0,148 414,5 M6 101,8 101,6 0,6 420,0 405,5 390,0 375,0 0,148 414,1 Psi Trung bình 420,1 60.929 69 Kích thƣớc mẫu Lý trình Bảng 3.16: Mẫu thí nghiệm nhiệt độ 400C Thiên phân kế Thiên phân kế Áp lực 01 02 nén Lđàn hồi (vạch) (vạch) P (mm) không không (MPa) tải tải tải tải Mô đun đàn hồi (MPa) H (mm) D (mm) Thí nghiệm M1 101,9 101,6 0,6 524,0 506,0 404,0 385,5 0,183 335,0 M2 102,3 101,6 0,6 609,0 590,0 526,0 507,0 0,190 323,1 M3 101,8 101,6 0,6 427,0 408,0 374,0 354,5 0,193 317,3 M4 101,6 101,6 0,6 481,0 462,0 449,0 431,0 0,185 329,5 M5 101,7 101,6 0,6 456,0 438,0 395,0 376,5 0,183 334,4 M6 101,4 101,6 0,6 552,0 533,0 486,0 466,0 0,195 312,0 Psi Kích thƣớc mẫu Lý trình Bảng 3.17: Mẫu thí nghiệm nhiệt độ 450C Thiên phân kế Thiên phân kế Áp lực 01 02 nén Lđàn hồi (vạch) (vạch) P (mm) không không (MPa) tải tải tải tải D (mm) M1 101,7 101,6 0,6 514,0 493,0 465,0 443,5 0,213 287,2 M2 102,1 101,6 0,6 585,0 563,0 534,0 511,5 0,223 275,3 M3 101,5 101,6 0,6 483,0 462,5 434,0 414,5 0,200 304,5 M4 101,6 101,6 0,6 442,0 422,0 391,0 369,5 0,208 293,8 M5 102,3 101,6 0,6 505,0 484,5 458,0 436,0 0,213 288,8 M6 101,9 101,6 0,6 476,0 455,5 424,0 402,5 0,210 291,1 Thí nghiệm Psi Kích thƣớc mẫu Lý trình 325,2 47.168 Mơ đun đàn hồi (MPa) H (mm) Bảng 3.18: Mẫu thí nghiệm nhiệt độ 500C Thiên phân kế Thiên phân kế Áp lực 01 02 nén Lđàn hồi (vạch) (vạch) P (mm) không không (MPa) tải tải tải tải Trung bình Trung bình 290,1 42.080 Mơ đun đàn hồi (MPa) H (mm) D (mm) Thí nghiệm M1 101,9 101,6 0,6 462,0 438,5 522,0 499,5 0,230 265,8 M2 102,1 101,6 0,6 485,0 461,5 306,0 283,0 0,233 263,5 M3 101,7 101,6 0,6 389,0 366,0 462,0 438,5 0,233 262,5 M4 101,8 101,6 0,6 433,0 409,5 483,0 460,5 0,230 265,6 M5 101,5 101,6 0,6 465,0 441,5 298,0 274,5 0,235 259,1 M6 101,6 101,6 0,6 366,0 342,5 282,0 259,0 0,233 262,2 Psi Trung bình 263,1 38.162 70 Bảng 3.20: Mẫu thí nghiệm nhiệt độ 550C Kích thƣớc mẫu Lý trình H (mm) D (mm) M1 101,7 101,6 M2 102,7 M3 Áp lực nén P (MPa) Thiên phân kế 01 (vạch) Thiên phân kế 02 (vạch) Lđàn hồi (mm) Mô đun đàn hồi (MPa) không tải tải khơng tải tải Thí nghiệm 0,6 483,0 457,5 410,0 385,5 0,250 244,1 101,6 0,6 488,0 462,5 307,0 282,5 0,250 246,5 102,3 101,6 0,6 392,0 367,0 464,0 439,0 0,250 245,5 M4 101,6 101,6 0,6 463,0 438,0 398,0 372,0 0,255 239,1 M5 102,5 101,6 0,6 430,0 405,0 330,0 305,0 0,250 246,0 M6 101,9 101,6 0,6 386,0 361,5 414,0 389,5 0,245 249,6 Psi Kích thƣớc mẫu Lý trình Bảng 3.21: Mẫu thí nghiệm nhiệt độ 600C Thiên phân kế Thiên phân kế Áp lực 01 02 nén Lđàn hồi (vạch) (vạch) P (mm) không không (MPa) tải tải tải tải D (mm) M1 102,2 101,6 0,6 433,0 407,0 369,5 344,0 0,258 238,1 M2 102,7 101,6 0,6 636,0 609,5 557,0 531,0 0,263 234,7 M3 102,1 101,6 0,6 599,0 573,0 413,0 387,0 0,260 235,6 M4 101,7 101,6 0,6 521,0 495,5 453,0 427,5 0,255 239,3 M5 101,5 101,6 0,6 396,0 370,5 353,0 327,0 0,258 236,5 M6 101,9 101,6 0,6 562,0 536,5 398,0 372,5 0,255 239,8 Thí nghiệm Psi Kích thƣớc mẫu Lý trình 245,1 35.551 Mơ đun đàn hồi (MPa) H (mm) Bảng 3.22: Mẫu thí nghiệm nhiệt độ 650C Thiên phân kế Thiên phân kế Áp lực 01 02 nén Lđàn hồi (vạch) (vạch) P (mm) không không (MPa) tải tải tải tải Trung bình Trung bình 237,3 34.424 Mô đun đàn hồi (MPa) H (mm) D (mm) Thí nghiệm M1 102,5 101,6 0,6 464,0 438,0 400,5 374,0 0,263 234,3 M2 102,2 101,6 0,6 605,0 579,0 527,0 500,0 0,265 231,4 M3 102,3 101,6 0,6 562,0 535,5 494,0 468,0 0,263 233,8 M4 101,6 101,6 0,6 532,0 505,5 434,0 408,0 0,263 232,2 M5 101,7 101,6 0,6 435,0 408,5 397,0 370,0 0,268 228,1 M6 102,1 101,6 0,6 593,0 567,0 519,0 492,5 0,263 233,4 Psi Trung bình 232,2 33.679 71 Kích thƣớc mẫu Lý trình Bảng 3.23: Mẫu thí nghiệm nhiệt độ 700C Thiên phân kế Thiên phân kế Áp lực 01 02 nén Lđàn hồi (vạch) (vạch) P (mm) không không (MPa) tải tải tải tải Mô đun đàn hồi (MPa) H (mm) D (mm) Thí nghiệm M1 101,9 101,6 0,6 682,0 655,5 572,0 544,5 0,270 226,4 M2 102,5 101,6 0,6 639,0 612,0 600,0 573,5 0,268 229,9 M3 102,2 101,6 0,6 395,0 368,5 458,0 430,5 0,270 227,1 M4 102,3 101,6 0,6 561,0 534,5 503,0 476,5 0,265 231,6 M5 102,1 101,6 0,6 511,0 484,5 475,0 448,0 0,268 229,0 M6 101,7 101,6 0,6 445,0 417,5 398,0 371,0 0,273 223,9 Trung bình 228,0 Psi 33.070 + Mối quan hệ nhiệt độ với mô đun đàn hồi Nhiệt độ (t0C) 20 25 30 35 Mô đun đàn hồi (Mpa) 646,0 584,1 515,2 420,1 40 45 325,2 290,1 50 263,1 55 60 65 70 245,1 237,3 232,2 228,0 Hình 3.2: Đồ thị thể mối quan hệ nhiệt độ mô đun đàn hồi 72 Qua biểu đồ ta thấy mơ đun đàn hồi giảm mạnh từ 200C – 500C từ 500C-700C mô đun đàn hồi giảm chậm dần 3.3 Kết luận chƣơng 3: Nghiên cứu Chƣơng đƣợc vấn đề sau: Đã tìm hiểu đƣợc trình tự bƣớc thiết kế mẫu theo phƣơng pháp Marshall, chuẩn bị cho trình chế bị mẫu theo cấp phối đƣợc duyệt dự án Đã nghiên cứu đƣợc bƣớc đo mô đun đàn hồi phịng thí nghiệm Đã chế bị mẫu theo cấp phối đƣợc duyệt dự án Đo vẽ đƣợc biểu đồ mối quan hệ mô đun đàn hồi nhiệt độ 73 CHƢƠNG 4: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 4.1 Kết luận: - Từ tài liệu tham khảo cho ta thấy khoảng thời gian từ 21h-7h nhiệt độ khơng khí dao động khoảng 280C-290C nhiệt độ mặt đƣờng BTN dao động khoảng 300C-310C Còn từ khoảng thời gian từ 7h-21h nhiệt độ khơng khí dao động khoảng 290C-360C nhiệt độ mặt đƣờng BTN dao động khoảng 310C-500C Đỉnh điểm thời gian từ 11h-13h nhiệt độ mặt đƣờng lúc đạt 500C, độ sâu 2cm nhiệt độ lên đến 650C - Qua kết thí nghiệm rằng: + Từ 200C-300C mơ đun đàn hồi suy giảm cịn 80% + Từ 200C-500C mơ đun đàn hồi suy giảm cịn 41% + Từ 200C-600C mơ đun đàn hồi suy giảm cịn 37% + Từ 200C-650C mơ đun đàn hồi suy giảm cịn 36% - Từ kết thí nghiệm so sánh với bảng C-1 phụ lục C TCVN211-06 + Đối với trƣờng hợp tính tốn cƣờng độ theo độ lún đàn hồi ứng với nhiệt độ 300C ta thấy Etn =515,2Mpa > EC1=420Mpa + Đối với trƣờng hợp tính tốn cƣờng độ theo điều kiện cân trƣợt ứng với nhiệt độ 600C ta thấy Etn=237,3Mpa < EC1=300Mpa + Trong bảng C-1 trị số trung bình (tham khảo) nên ta chƣa thể kết luận đƣợc mà cần phải có kết nghiên cứu thực nghiệm kết luận cách xác 4.2 Kiến nghị: Mặc dù nghiên cứu đề tài đạt đƣợc kết định, nhƣng điều kiện khí hậu biến đổi thất thƣờng nhƣ nay, cần có nhiều cơng trình nghiên cứu thực nghiệm nhiều tuyến đƣờng tác động nhiệt độ ảnh hƣởng đến lý hỗn hợp bê tơng nhựa mặt đƣờng để có đƣợc kết xác hơn, qua giúp kỹ sƣ tƣ vấn thiết kế tính tốn xác q trình thiết kế nhằm đảm bảo đƣợc ổn định tuyến đƣờng 74 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] PGS.TS.Phạm Duy Hữu, Vật liệu xây dựng mới, NXB.GTVT,2005 [2]PGS.TS.Trần Thị Kim Đăng, Độ bền khai thác tuổi thọ kết cấu mặt đường BTN, NXB.GTVT,2010 [3] PGS.TS.Nguyễn Xuân Vinh, Các chuyên đề nâng cao thiết kế đường ơtơ, NXB Đại học Quốc gia TP.Hồ Chí Minh [4] GT.TS.Phạm Duy Hữu, PGS.TS.Đào Văn Đông, ThS.Nguyễn Ngọc Lân, Nghiên cứu đánh giá hư hỏng mặt đường bê tơng asphalt có liên quan đến xơ dồn trượt nứt số quốc lộ Việt Nam, Tạp chí GTVT, số 8/2013 [5]TS.Hiromitsu Nakanishi, ThS.Nguyễn Ngọc Lân, Nâng cao ổn định nhiệt cho bê tông asphalt phụ gia Tafpact-super (TPS), Tạp chí Cầu đƣờng Việt Nam, số 11+12/2012 [6] Bộ GTVT, Quy trình thiết kế áo 22TCN 211-06, NXB.GTVT, 2007 [7] Tiêu chuẩn thiết kế đường ôtô – TCVN 4054-2005, NXB.GTVT, 2007 [8] PGS.TS.Phạm Quang Chiêu, Nhựa đường loại mặt đường nhựa, NXB.Xây dựng, 2011 [9] GS.TS.Phạm Duy Hữu, PGS.TS.Vũ Đức Chính, TS.Đào Văn Đơng, Ths.Nguyễn Thanh Sang, Bê tông asphalt hỗn hợp asphalt, NXB.GTVT, 2010 [10] Trần Văn Thiện, Nghiên cứu ảnh hưởng biến thiên nhiệt độ đến trị số mô đun đàn hồi bê tông nhựa kiến nghị trị số thiết kế điều kiện khí hậu TP.HCM, Luận án Thạc sĩ khoa học kỹ thuật [11] PGS.TS.Trịnh Văn Quang Khảo, ThS.Trần Văn Bảy, Khảo sát trạng thái nhiệt lớp bê tông nhựa mặt cầu tác động thay đổi thời tiết PP phần tử hữu hạn, Tạp chí Cầu đƣờng Việt Nam, số 1+2/2013 [12] Tạp chí GTVT 4-2014 - Ảnh hƣởng nhiệt độ khơng khí đến mặt đƣờng bê tông nhựa [13] Bộ Giao thông vận tải (1999), Tuyển tập thí nghiệm cơng trình giao thơng, Nhà xuất Giao thông vận tải, Hà Nội 75 [14] Bộ Giao thông vận tải (1999), Tiêu chuẩn kỹ thuật cơng trình giao thơng đƣờng Tập 11, Nhà xuất Giao thông vận tải, Hà Nội [15] Bộ Tạp chí GTVT - Bài báo trình bày thực nghiệm trƣờng đo đạc nhiệt độ khơng khí, nhiệt độ bê tông nhựa (BTN) độ sâu 2cm, 5cm 7cm mặt đƣờng, kết hợp với vận tốc gió, độ ẩm mơi trƣờng số trạm đo khu vực TP Hồ Chí Minh, tỉnh Bình Dƣơng Long An [16] Mặt đƣờng bê tơng nhựa nóng yêu cầu thi công nghiệm thu – TCVN 8819:2011 [17] Hỗn hợp bê tơng nhựa nóng – Thiết kế theo phƣơng pháp Marshall – TCVN 8820:2011 [18] Xác định mô đun đàn hồi nền, mặt đƣờng ép cứng – TCVN 8861:2011 [19] Áo đƣờng mềm - Xác định mô đun đàn hồi chung của kết cấu cần đo võng Benkelman – TCVN 8867:2011