Nghiên cứu sử dụng vôi thủy hóa làm phụ gia cải thiện một số chỉ tiêu cơ học của bê tông nhựa trong điều kiện khu vực phía nam báo cáo tổng kết đề tài nghiên cứu khoa học cấp trường

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI BÁO CÁO TỔNG KẾT ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC CẤP TRƯỜNG NGHIÊN CỨU SỬ DỤNG VÔI THỦY HÓA LÀM PHỤ GIA CẢI THIỆN MỘT SỐ CHỈ TIÊU CƠ HỌC CỦA BÊ TÔNG NHỰA TRONG ĐIỀU KIỆN KHU VỰC PHÍA NAM Mã số: T2019-PHII-013 Chủ nhiệm đề tài: TS Lê Văn Phúc Thời gian thực hiện: 01/2019-12/2019 TP.HCM, tháng 12 năm 2019 DANH SÁ CH NHỮNG THÀNH VIÊN THAM GIA NGHIÊN CỨU ĐỀ TÀI TT Đơn vị công tác lĩnh vực chuyên môn Họ tên TS Lê Văn Phúc ThS Nguyễn Minh Quang ThS Nguyễn Thanh Phong KS Đặng Đình Tài Bộ mơn Đường bộ-đường sắt, Khoa Xây dựng cơng trình, Phân hiệu Trường ĐH GTVT TPHCM, Đường Bộ mơn Đường bộ-đường sắt, Khoa Xây dựng cơng trình, Phân hiệu Trường ĐH GTVT TPHCM, Đường Trưởng phòng thí nghiệm, Cơng ty Cổ phần UTC2, Đường Phó trưởng phịng thí nghiệm, Cơng ty Cổ phần UTC2, Đường Nội dung nghiên cứu cụ thể giao Chữ ký Chủ nhiệm đề tài Thành viên Thành viên Thành viên TỔ CHỨC PHỐI HỢP CHÍNH Tên đơn vị nước Nội dung phối hợp nghiên cứu Họ tên người đại diện đơn vị Công ty cổ phần UTC2 + Chế bị mẫu thí nghiệm Marshall + Thí nghiệm hằn lún vệt bánh xe + Đánh giá tiêu Marhall + Thí nghiệm kéo gián tiếp (nén ép chẽ) + Thí nghiệm mơ đun đàn hồi tĩnh Ths Nguyễn Văn Nhẫn- Phó Giám đốc Cơng ty Kinh phí hỗ trợ MỤC LỤC DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU CHỮ VIẾT TẮT iv DANH MỤC CÁC BẢNG v DANH MỤC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ vi PHẦN MỞ ĐẦU I Tính cấp thiết đề tài II Mục tiêu nghiên cứu đề tài III Đối tượng nghiên cứu IV Phạm vi nghiên cứu: V Phương pháp nghiên cứu: VI Ý nghĩa khoa học thực tiễn đề tài: VII Nội dung nghiên cứu CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU SỬ DỤNG VƠI THỦY HỐ LÀM PHỤ GIA CHO BTN Ở TRONG VÀ NGOÀI NƯỚC 1.1 Nghiên cứu tổng quan phá hoại bê tông nhựa tác dụng nhiệt-ẩm ướt 1.2 Tổng quan tình hình nghiên cứu sử dụng vơi thủy hóa làm phụ gia cho BTN nước nước: 1.3 Kết luận chương 10 CHƯƠNG 2: THU THẬP SỐ LIỆU KHÍ HẬU, THỦY VĂN, VỀ VẬT LIỆU CHẾ TẠO BTN VÀ ĐÁNH GIÁ THỰC TRẠNG SẢN XUẤT VÀ KHAI THÁC MẶT ĐƯỜNG BTN Ở KHU VỰC PHÍA NAM 11 2.1 Đánh giá thực trạng sản xuất khai thác mặt đường BTN khu vực phía Nam 11 2.2 Thu thập số liệu vật liệu chế tạo BTN 12 2.3 Thu thập số liệu khí hậu, thủy văn 18 2.4 Kết luận chương 19 CHƯƠNG 3: CƠ SỞ LÝ THUYẾT NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM SỬ DỤNG VƠI THỦY HĨA CHẾ TẠO BÊ TƠNG NHỰA TRONG PHỊNG THÍ NGHIỆM 20 i 3.1 Cơ sở lý thuyết nghiên cứu thực nghiệm sử dụng vơi thủy hóa chế tạo bê tơng nhựa phịng thí nghiệm 20 3.2 Thí nghiệm xác định tiêu lý vật liệu dùng chế tạo BTN 21 3.2.1 Cốt liệu thô 21 3.2.2 Bột khoáng 22 3.2.3 Vôi thủy hóa 23 3.2.4 Nhựa đường 23 3.3 Thiết kế thành phần BTNC12.5 sử dụng vơi thủy hóa khơng sử dụng vơi thủy hóa 24 3.3.1 Thiết kế thành phần cấp phối BTNC 12.5 không sử dụng vôi thủy hóa 24 3.3.2 Thiết kế thành phần cấp phối BTNC 12.5 có sử dụng vơi thủy hóa 26 3.3.2.1 Quy trình chế tạo BTNC 12.5 sử dụng vơi thủy hóa 26 3.3.2.2 Thí nghiệm tiêu lý BTN có sử dụng vơi thủy hóa để lựa chọn hàm lượng vôi tối ưu 27 3.4 Kết luận chương 28 CHƯƠNG 4: NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM TRONG PHÒNG, ĐÁNH GIÁ ĐỘ ỔN ĐỊNH NƯỚC, TUỔI THỌ VÀ TÍNH HIỆU QUẢ SỬ DỤNG VƠI THỦY HĨA LÀM PHỤ GIA CHẾ TẠO BTN MẶT ĐƯỜNG 30 4.1 Thí nghiệm đánh giá độ ổn định nước BTN sử dụng vơi thủy hóa theo tiêu chuẩn ASTM D4867M-96 30 4.1.1 Xác định số công đầm 31 4.1.2 Quy trình thí nghiệm theo ASTM D4867 [2] 31 4.2 Thí nghiệm kéo gián tiếp 34 4.3 Thí nghiệm mơ đun đàn hồi tĩnh 34 4.4 Thí nghiệm hằn lún vệt bánh xe 36 4.5 Thí nghiệm mơ đun đàn hồi động bê tơng nhựa có sử dụng vơi 37 4.6 Đánh giá tuổi thọ BTN có dụng vơi thủy hóa phần mềm MEPDG39 4.7 Đánh giá hiệu kinh tế dùng BTN sử dụng 15% vôi thủy hóa làm mặt đường 43 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 45 I KẾT LUẬN 45 II KIẾN NGHỊ 45 ii THAM KHẢO 47 iii DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU CHỮ VIẾT TẮT Bộ GTVT : Bộ Giao thông Vận tải BTN BTNC 12,5 : Bê tông nhựa : Bê tông nhựa chặt có cỡ hạt lớn danh định 12,5 mm BTNC 19 BTNR : Bê tơng nhựa chặt có cỡ hạt lớn danh định 19 mm : Bê tông nhựa rỗng BTXM CBR CPĐD : Bê tông Xi măng : Chỉ số sức chịu tải : Cấp phối đá dăm HMA IRI : Hỗn hợp bê tông nhựa nóng : Chỉ số độ gồ ghề quốc tế KC MEPDG QL1A TCVN TP HCM Trường ĐH GTVT 60/70 : Kết cấu : Phương pháp học thực nghiệm : Quốc lộ 1A : Tiêu Chuẩn Việt Nam : Thành phố Hồ Chí Minh : Trường Đại học Giao thông Vận tải : Nhựa đường độ kim lún 60-70 iv DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 2.1 Kết thí nghiệm cường độ đá gốc 14 Bảng 2.2 Kết thí nghiệm lý đá 10x16 14 Bảng 2.3 Kết thí nghiệm lý đá 5x10 14 Bảng 2.4 Kết thí nghiệm lý đá 0x5 14 Bảng 2.5 Kết thí nghiệm nhựa đường 60/70 theo chuẩn PG [14] 17 Bảng 3.1 Khối lượng mẫu thí nghiệm 20 Bảng 3.2 Kết thí nghiệm tiêu lý cốt liêu thô 22 Bảng 3.3 Kết thí nghiệm bột khống 23 Bảng 3.4 Kết thí nghiệm vơi thủy hóa 23 Bảng 3.5 Các tiêu lý nhựa đường 60/70 24 Bảng 3.6 Kết thí nghiệm xác định tiêu kỹ thuật BTN sử dụng vôi thủy hóa 28 Bảng 4.1 Khối lượng mẫu thí nghiệm 30 Bảng 4.2 Mô đun đàn hồi động E* (Mpa) BTNC 12.5 41 Bảng 4.3 Mô đun đàn hồi động E* (Mpa) BTNC 19 41 Bảng 4.4 Mô đun đàn hồi động E* (Mpa) BTNC 12.5+15% vôi 41 Bảng 4.5 Các tiêu chuẩn giới hạn thiết kế 42 Bảng 4.6 Kết phân tích kết cấu KC1 KC2 42 Bảng 4.7 Đơn giá bê tông nhựa C12.5 (tấn) 43 Bảng 4.8 Tổng hợp chi phí sản xuất loại BTNC12.5 có khơng có sử dụng vơi thủy hóa 44 v DANH MỤC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ Hình 1.1 Cơ chế hư hỏng mặt đường BTN ẩm, nước mặt tải trọng bánh xe Hình 1.2 Các dạng hư hỏng BTN: (a)- ổ gà; (b)- tách lớp Hình 1.3 Các dạng hư hỏng BTN: (a)- gồ sống trâu; (b)- nứt lề đường Hình 1.4 Hư hỏng mặt đường BTN theo thời gian Hình 1.5 Vết nứt mặt đường BTN Hình 1.6 Hằn lún vệt bánh xe Hình 3.1 Đường cong cấp phối BTN C12.5 25 Hình 3.2 Kết thí nghiệm hàm lượng nhựa BTN C12.5 26 Hình 3.3 Trang thiết bị thí nghiệm 28 Hình 4.1 Biều đồ quan hệ độ rỗng dư số công đầm: (a) BTNC 12.5 thông thường; (b) BTNC 12.5 sử dụng vơi thủy hóa 31 Hình 4.2 Cường độ kéo gián tiếp BTN thường BTN sử dụng vơi 32 Hình 4.3 Tỷ số sức kháng kéo BTN thường BTN sử dụng vơi 33 Hình 4.4 Cường độ kéo gián tiếp BTN thường BTN sử dụng vơi 34 Hình 4.5 Thí nghiệm mơ đun đàn hồi tĩnh 35 Hình 4.6 Kết thí nghiệm mô đun đàn hồi tĩnh 35 Hình 4.7 Thiết bị thí nghiệm vệt hằn bánh xe kết thí nghiệm 36 Hình 4.8 Kết TN hằn lún vệt bánh xe BTN thường BTN sử dụng vôi 37 Hình 4.9 Kết thí nghiệm BTN thơng thường 38 Hình 4.10 Kết thí nghiệm BTN sử dụng vơi thủy hóa 38 Hình 4.11 Đường cong chủ mơ đun đàn hồi động BTN có khơng có sử dụng vơi thủy hóa 39 Hình 4.12 Các kết cấu mặt đường nghiên cứu 40 vi PHẦN MỞ ĐẦU I Tính cấp thiết đề tài Với biến đổi khí hậu trái đất ngày nghiêm trọng, với việc phát triển kinh tế, lưu lượng tải trọng xe tăng lên, nhiều xe tải dẫn đến mặt đường ô tô xuất nhiều vết nứt, ổ gà hằn lún vệt bánh xe đòi hỏi phải có nghiên cứu khắc phục Một giải pháp phải tìm vật liệu phù hợp với điều kiện biến đổi khí hậu Trong giai đoạn nay, hầu hết việc sử dụng bê tông nhựa thông thường 60/70 cho tất loại mặt đường, điều kiện thời tiết khác Với đường có lưu lượng xe lớn, tải trọng nặng, hay bị ngập nước cần phải tăng cường đặc tính học bê tơng nhựa có khả chịu điều kiện Kết cấu mặt đường nhựa làm việc điều kiện nhiệt-ẩm ướt Nếu dính bám bề mặt cốt liệu chất kết dính khơng tốt dẫn tới phá vỡ dính kết hạt cốt liệu chất kết dính tác dụng tải trọng, nguyên nhân gây tượng ổ gà mặt đường Để khắc phục hạn chế tượng ổ gà mặt đường cần sử dụng bê tơng nhựa có tính dính bám tốt mơi trường ẩm ướt, cách cải tiến tính dính bám nhựa với cốt liệu Hiện giới sử dụng phụ gia để tăng cường dính bám cốt liệu với nhựa dùng vơi thủy hóa, phụ gia hóa học Trong đó, BTN dùng nhựa 60/70 kết hợp vơi thủy hóa sử dụng phổ biến nước giới để sửa chữa vị trí hư hỏng ổ gà mặt đường việc xây dựng mặt đường bê tông nhựa Tuy nhiên, Việt Nam chưa có nhiều nghiên cứu sử dụng vơi thủy hóa để tăng đặc tính học bê tông nhựa phá hoại nước Do việc “Nghiên cứu sử dụng vơi thủy hóa làm phụ gia cải thiện số tiêu học bê tơng nhựa điều kiện khu vực phía Nam” có tính thời cấp thiết II Mục tiêu nghiên cứu đề tài Nghiên cứu thực nghiệm phòng, đánh giá hiệu kinh tế kỹ thuật bê tơng nhựa (BTN) sử dụng vơi thủy hóa làm mặt đường mềm điều kiện nhiệt-ẩm ướt khu vực phía Nam III Đối tượng nghiên cứu Đối tượng nghiên cứu BTNC 12.5 sử dụng vôi thủy hóa làm mặt đường mềm IV Phạm vi nghiên cứu Nghiên cứu thực nghiệm phòng để cải thiện số tiêu học bê tông nhựa BTNC 12.5 điều kiện nhiệt-ẩm ướt sử dụng phụ gia vơi thủy hóa, nhựa đường 60/70 cốt liệu Phương pháp nghiên cứu V - Phương pháp nghiên cứu lý thuyết: Phương pháp phân tích tổng hợp lý thuyết - Phương pháp thực nghiệm: Thí nghiệm phân tích, đánh giá tính chất học BTN sử dụng phụ gia, thực nghiệm có dùng phương pháp đối chứng để so sánh với tính chất BTN thông thường quy định tiêu chuẩn hành để có kết luận cho mục tiêu nghiên cứu VI Ý nghĩa khoa học thực tiễn đề tài - Ý nghĩa khoa học Xác định hàm lượng phụ gia vơi thủy hóa tối ưu cho BTN sở thay đổi hàm lượng vơi thay phần bột khống BTN sử dụng nhựa đường 60/70 cốt liệu - Ý nghĩa thực tiễn Đề xuất giải pháp sử dụng phụ gia vơi thủy hóa chế tạo hỗn hợp bê tơng nhựa nhằm nâng cao chất lượng mặt đường trình khai thác VII Nội dung nghiên cứu - Tổng quan tình hình nghiên cứu sử dụng vơi thủy hố làm phụ gia cho BTN nước; - Thu thập số liệu khí hậu, thuỷ văn, vật liệu cho BTN đánh giá thực trạng sản xuất khai thác mặt đường BTN khu vực phía Nam; - Cơ sở lý thuyết nghiên cứu thực nghiệm sử dụng vơi thủy hóa chế tạo bê tơng nhựa phịng thí nghiệm; - Nghiên cứu thực nghiệm phịng, đánh giá độ ổn định nước, phân tích tuổi thọ kết cấu mặt đường BTN sử dụng vôi thủy hóa khu vực phía Nam; - Đánh giá hiệu kinh tế kỹ thuật việc sử dụng vôi thủy hóa để chế tạo bê tơng nhựa làm mặt đường ô tô khu vực phía Nam 4.2 Thí nghiệm kéo gián TCVN 8862-2011 [18] Để đánh giá khả kháng nứt tốt môi trường nước nhóm tác giả tiến hành thực thí nghiệm kéo gián tiếp thông qua nén ép chẻ cho BTN sử dụng vơi thủy hóa mơi trường khơ mơi trường nước với độ rỗng dư 4±0,5% theo TCVN8862-2011 Kết thí nghiệm thể hình vẽ 4.4 Hình 4.4 Cường độ kéo gián tiếp BTN thường BTN sử dụng vơi Từ hình vẽ ta thấy với BTN sử dụng 15% vơi thay có cường độ kéo gián tiếp môi trường khô tăng khoảng 10% so với BTN thông thường Khi xem xét cường độ chịu kéo gián tiếp mơi trường nước BTN có sử dụng 15% vơi thay cho bột khống có cường độ kéo gián tiếp tăng 28% so BTN thông thường Điều chứng tỏ BTN có sử dụng vơi làm tăng sức kháng kéo cho BTN điều kiện làm việc bất lợi nhiệt ẩm 4.3 Thí nghiệm mơ đun đàn hồi tĩnh Thí nghiệm thực mẫu Marshall, theo mơ hình nén dọc trục nở hông tự do, tải trọng tĩnh theo 22 TCN 211-06 [19] Thí nghiệm thực nhiệt độ 300C 600C, mẫu BTN C12,5 thông thường BTN C12,5 có sử dụng 15% vơi thay bột khống Q trình thí nghiệm mơ đun đàn hồi tĩnh thể hình 4.5 34 Đúc mẫu thí nghiệm mơ đun đàn hồi Bể ổn nhiệt q trình thínghiệm Lắp đặt mẫu thí nghiệm Thí nghiệm mơ đun đàn hồi Hình 4.5 Thí nghiệm mơ đun đàn hồi tĩnh Kết thí nghiệm mơ đun đàn hồi tĩnh 300C 600C thể hình 4.6 Hình 4.6 Kết thí nghiệm mơ đun đàn hồi tĩnh 35 Kết thí nghiệm mơ đun đàn hồi tĩnh BTN thơng thường BTN có sử dụng 15% vôi tương ứng 324 Mpa 381Mpa 300C; tương tự 600C mô đun đàn hồi BTN thường BTN sử dụng vơi thủy hóa 213 Mpa 235 Mpa Từ cho thấy mơ đun đàn hồi tĩnh BTN có sử dụng vơi thay bột khống 300C tăng 17% 600C tăng 9% so với BTN thông thường 4.4 Thí nghiệm hằn lún vệt bánh xe Để đánh giá khả kháng hằn lún bê tơng nhựa có sử dụng 15% vơi, mẫu chế bị thí nghiệm theo Quyết định 1617/QĐ-BGTVT [19] Chế bị mẫu thiết bị đầm lăn, thiết bị mơ q trình lu thực tế, thiết bị sử dụng lăn thép đầm chặt hỗn hợp bê tông nhựa đến chiều dày định trước với độ chặt yêu cầu Toàn q trình đầm tự động hóa Mẫu thử sau đầm nén bảo dưỡng nhiệt độ 25oC sau ngày tiến hành thí nghiệm Thí nghiệm hằn lún vệt bánh xe bê tông nhựa thiết bị Whell Tracking, thínghiệm theo phương pháp A nhiệt độ 500C mơi trường nước Máy thínghiệm kết mẫu thínghiệm thể hình 4.7 Hình 4.7 Thiết bị thí nghiệm vệt hằn bánh xe kết thí nghiệm Kết thí nghiệm hằn lún vệt bánh xe BTN sử dụng 15% vôi BTN thường thể hình vẽ 4.8 36 Hình 4.8 Kết TN hằn lún vệt bánh xe BTN thường BTN sử dụng vơi Kết thí nghiệm hình vẽ 4.7 cho thấy hằn lún vệt bánh xe BTN sử dụng 15% vơi thủy hóa cao nhiều so BTN thường Với chu kỳ 15,000 lượt chiều sâu HLVBX BTN sử dụng 15% vôi thủy hóa BTN thường 9.95mm 6.26mm Như chiều sâu hằn lún vệt bánh xe BTN sử dụng vơi thủy hóa giảm 37% so với BTN truyền thống Theo kết P.Cramer cộng năm 2001 [26] cho thấy với chu kỳ 20,000 lượt chiều sâu HLVBX BTN sử dụng 20% vơi thủy hóa BTN thường 10.9mm 5.2mm, chiều sâu HLVBX BTN giảm 49% so với BTN khơng sử dụng vơi thủy hóa 4.5 Thí nghiệm mô đun đàn hồi động bê tông nhựa có sử dụng vơi Để so sánh đánh giá mơ đun đàn hồi động bê tông nhựa thông thường bê tơng nhựa có sử dụng vơi thủy hóa, tiến hành thí nghiệm mơ đun đàn hồi động trường Đại học Sư phạm kỹ thuật thành phố Hồ Chí Minh với nhiệt độ tần số thí nghiệm khác theo EN12697-26C [20] - Nhiệt độ thí nghiệm: -10C, 5C, 20C, 40C 55C - Chu kỳ gia tải: 15Hz, 10Hz, 5Hz, 2.5Hz, 1.0Hz Thiết bị đầm mẫu Marshall, dụng cụ thí nghiệm, trình tự đầm mẫu theo quy định TCVN 8860-1:2011 Chiều cao mẫu hỗn hợp BTN, sau đầm khuôn, phải nằm khoảng quy định (63,5 mm ±1,3 mm, đầm theo Marshall thông thường) Kết 37 đo độ rỗng dư trung bình mẫu 3.9% tương ứng với hàm lượng nhựa tối ưu 4.8% Kết thí nghiệm mơ đun đàn hồi động BTN khơng sử dụng vơi BTN có sử dụng vơi thủy hóa thể hình 4.9 4.10 Hình 4.9 Hình 4.10 Kết thí nghiệm BTN thơng thường Kết thí nghiệm BTN sử dụng vơi thủy hóa 38 Từ kết thí nghiệm tiến hành xây dựng đường cong chủ BTN thơng thường BTN có sử dụng vơi thủy hóa hình 4.10 Hình 4.11 Đường cong chủ mơ đun đàn hồi động BTN có khơng có sử dụng vơi thủy hóa Từ kết hình 4.11 cho thấy mơ đun đàn hồi động BTN có sử dụng vơi thủy hóa tăng khoảng 22% so với BTN không sử dụng vôi thủy hóa Như việc sử dụng vơi thủy hóa BTN cải thiện đáng kể mô đun đàn hồi động Kết nghiên cứu thể [21] cho thấy mô đun đàn hồi động BTN sử dụng vơi thủy hóa tăng khoảng 20-25% so với BTN thơng thường Như kết nghiên cứu bước đầu tin cậy 4.6 Đánh giá tuổi thọ BTN có dụng vơi thủy hóa phần mềm MEPDG Dựa đặc tính hỗn hợp BTN sử dụng nhựa 60/70 sử dụng 15% vơi thủy hóa thí nghiệm, nhóm tác giả tiến hành mơ phần mềm học thực nghiệm (MEPDG) để đánh giá khả làm việc hỗn hợp BTN sử dụng vơi thủy hóa lớp lớp kết cấu áo đường để so sánh tuổi thọ với loại BTN khác Các kết cấu áo đường tính tốn với loại tải trọng, lưu lượng, khí hậu TP.Hồ Chí Minh Phần mềm MEPDG sử dụng AASHTOWare® Pavement ME Design™ v.2.3.1 quyền Đại học Sejong Hàn Quốc với thông số vật liệu tải trọng mức độ 1, mức độ cao với điều kiện khai thác thực tế a) Kết cấu mặt đường phân tích: Hai kết cấu mặt áo đường điển hình chọn cho nghiên cứu với tiêu kỹ 39 thuật theo tiêu chuẩn 22TCN211-06 18 sau: Eyc ≥181 MPa Tải trọng tiêu chuẩn Ptc = 100 kN Số trục xe tính tốn 550 trục/làn, tương ứng với 2.09 triệu ESAL Kết cấu phân tích hình 4.12; Hình 4.12 Các kết cấu mặt đường nghiên cứu * Kết cấu 1-KC1 : - Lớp BTN chặt cỡ hạt danh định Dmax 12.5mm, sử dụng nhựa 60/70 ; - Lớp BTN chặt cỡ hạt danh định Dmax 19mm, sử dụng nhựa 60/70 * Kết cấu _ KC2: - Lớp BTN chặt cỡ hạt danh định Dmax 12.5mm, sử dụng nhựa 60/70+15% vôi; - Lớp BTN chặt cỡ hạt danh định Dmax 19mm, sử dụng nhựa 60/70 b) Các thông số sử dụng phân tích: Thơng số khí hậu Trong phân tích này, điều kiện khí hậu khu vực Tp Hồ Chí Minh, Bến Tre, Tây Ninh sử dụng để phân tích kết cấu Số liệu nhập vào ME giống phần Thông số vật liệu Cơ thông số lớp bê tông nhựa theo mức 1, số thông số nhiệt theo mức mặc định chương trình: - Thơng số lớp cấp phối đá dăm đất theo mức 2, phụ thuộc vào loại vật liệu, cấp phối số CBR; - Số liệu mô đun đàn hồi lớp BTNC 12.5, BTNC 19 sử dụng nhựa 60/70 thể bảng 4.2 4.3 40 Bảng 4.2 Mô đun đàn hồi động E* (Mpa) BTNC 12.5 Nhiệt độ, T ( ºC) 0.1 Hz Hz 10 Hz 25 Hz -10 15174 23405 30560 32878 5599 12007 20150 23388 21 815 2542 6659 9116 38 126 361 1157 1825 54 46 97 259 404 Bảng 4.3 Mô đun đàn hồi động E* (Mpa) BTNC 19 Nhiệt độ, T ( ºC) 0.1 Hz Hz 10 Hz 25 Hz -10 14451 22290 29105 31312 5332 11435 19190 22274 21 776 2421 6342 8682 38 120 344 1102 1738 54 44 92 247 385 - Số liệu lớp BTNC 12.5 sử dụng 15% vôi bảng 4.4 Bảng 4.4 Mô đun đàn hồi động E* (Mpa) BTNC 12.5+15% vôi T ( ºC) 0.1 Hz Hz 10 Hz 25 Hz -10 17429 25254 31189 32940 6861 14117 22290 25239 21 990 3136 8115 10938 38 158 437 1414 2244 54 64 123 314 488 - Số liệu lớp cấp phối đá dăm loại cấp phối đá dăm loại + Lớp cấp phối đá dăm loại có chiều dày 25cm, mô đun đàn hồi Mr= 220 MPa, hệ số poisson=0.35 thông số khác lấy theo mặc định lớp vật liệu; + Lớp cấp phối đá dăm loại có chiều dày 30cm, mơ đun đàn hồi Mr= 170Mpa, hệ số poisson=0.3 thông số khác lấy theo mặc định lớp vật liệu; - Số liệu đất: Lớp đất có mơ đun đàn hồi Mr= 50MPa, hệ số poisson=0.4 thông số khác lấy theo mặc định lớp vật liệu Subgrade: A-7-6 41 c) Các tiêu chuẩn giới hạn Các tiêu chuẩn giới hạn thiết kế theo AHSSHO đề xuất Bảng 4.5 Mặc định chương trình tổng chiều sâu lún vệt bánh toàn kết cấu giới hạn 19mm chiều sâu lún vệt bánh lớp BTN 12.5 mm để đảm bảo tuổi thọ kết cấu an tồn chạy xe, mùa đơng nước đóng băng vào chỗ lún; Các giới hạn khác lấy theo mặc định ứng với đường trục quan trọng, độ tin cậy 90% Bảng 4.5 Các tiêu chuẩn giới hạn thiết kế Tiêu chuẩn Hệ US Hệ SI Độ tin cậy, % Độ gồ ghề IRI ban đầu 63.00 (in/mile) 1.00 (m/km) 90.00 Độ gồ ghề IRI cuối 172.00 (in/mile) 2.71 (m/km) 90.00 0.75 (in) 19.05 (mm) 90.00 Nứt mỏi từ lên lớp bê tông nhựa 25.00 (% diện tích làn) 25.00 (% diện tích làn) 90.00 Nứt nhiệt lớp bê tông nhựa 1000 (ft/mile) 189.4 (m/km) 90.00 Nứt mỏi từ xuống lớp bê tông nhựa 1000 (ft/mile) 189.4 (m/km) 90.00 Chiều sâu lún vệt bánh lớp bê tông nhựa 0.50 (in) 12.5 (mm) 90.00 Tổng chiều sâu lún vệt bánh xe tồn kết cấu d) Kết phân tích Các kết phân tích với điều kiện khí hậu Tp Hồ Chí Minh thể điển hình bảng 4.6 Bảng 4.6 TT Kết phân tích kết cấu KC1 KC2 Tiêu chuẩn giới hạn Giá trị giới hạn Tính tốn Các kết cấu phân tích KC1 KC2 Độ tin Độ tin Đánh Tính cậy, cậy, % giá toán % 100 Đạt 2.6 100 22.1 59 Độ ghồ ghề IRI (m/km) 2.71 Lún vệt bánh xe cho kết 19 cấu (mm) Nứt dạng lưới (%) 25 23.1 92 Đạt Nứt ngang (m/km) 189.4 5.4 100 Nứt dọc (m/km) 189.4 Lún vệt bánh xe lớp BTN 12.5 (mm) 709 8.3 2.5 K.Đạt 21.6 Đánh giá Đạt 64 K đạt 22.7 92 K.Đạt Đạt 5.1 100 Đạt 50 K.Đạt 665 54 K.Đạt 100 Đạt 100 Đạt Từ kết bảng 4.6 cho thấy, kết cấu không thỏa mãn với lưu lượng xe So sánh tiêu chuẩn độ tin cậy KC1 KC2 chịu tải trọng giao thông, điều kiện khí hậu Tp HCM sau: kết cấu sử dụng nhựa BTNC 42 12.5 kết hợp 15% vơi thủy hóa cho kết khả kháng lún kháng nứt tốt so với kết cấu khơng sử dụng nhựa vơi thủy hóa; Để thỏa mãn lưu lượng xe 550 trục /làn cần phải tăng chiều dày lớp vật liệu kết cấu MEPDG phân tích chiều dày lớp BTN KC1 phải tăng lên 5cm đạt yêu cầu Lúc tổng chiều dày lớp BTN 18cm; tương tự cho KC2 phải tăng lên 3cm đạt yêu cầu, tổng chiều dày lớp BTN 16 cm Như vậy, thiết kế lớp mặt đường sử dụng vôi thay bột khống chế tạo BTN giảm chiều dày 2cm so với BTN truyền thống Tương tự phân tích MEPDG với điều kiện khí hậu Bến Tre Tây Ninh cho thấy để thỏa mãn lưu lượng xe 550 trục /làn cần phải tăng chiều dày lớp vật liệu kết cấu Với điều kiện khí hậu tỉnh Bến Tre Tây Ninh, sử dụng vơi thay bột khống để chế tạo BTN giảm chiều dày 2.5 cm 1.5cm so với BTN truyền thống 4.7 Đánh giá hiệu kinh tế dùng BTN sử dụng 15% vơi thủy hóa làm mặt đường Để có sở cho việc áp dụng BTN sử dụng vôi thủy hóa vào thực tế nhằm tăng cường độ cho BTN, tác giả tiến hành tính tốn chi phí sản xuất cho loại BTN theo nguyên tắc sau: - Các cấp phối BTN sử dụng loại cấp phối với hàm lượng nhựa thiết kế tối ưu trình bày Chương 3; - Hao phí nhiên liệu, nhân cơng, ca máy tính nhau; - Giá cốt liệu nhựa đường giống nhau; - Giá bột khống vơi thủy hóa khác + Bột khống: 860 VNĐ/kg; + Vơi thủy hóa: 2,860 VNĐ/kg; Định mức sản xuất BTN lấy theo định mức phần xây dựng ban hành kèm công văn số 1776 /BXD-VP, ngày 16 tháng 08 năm 2007 Công bố Định mức dự tốn xây dựng cơng trình - Phần xây dựng [22, 23] Chi phí sản xuất 01 BTN C12.5 có khơng có sử dụng vơi thủy hóa thể Bảng 4.7 (Chi tiết Phụ lục 4) Bảng 4.7 Đơn giá bê tông nhựa C12.5 (tấn) Loại BTN Chi phí sản xuất BTN cho 1tấn (VNĐ) BTNC12.5 1,253,295 BTNC12.5 sử dụng 15% vơi thủy hóa 1,276,332 Chênh lệch giá (%) 1.8% 43 Theo đơn giá đưa phụ gia vơi thủy hóa vào hỗn hợp bê tông nhựa làm cho giá BTN có phụ gia vơi thủy hóa cao khoảng 1.8% so với bê tông nhựa thông thường Xét cho trường hợp đánh giá tuổi thọ kết cấu áo đường theo MEPDG chiều dày lớp BTNC 12.5 sử dụng 15% vơi thủy hóa giảm cm so BTN truyền thống với khu vực khí hậu TP.HCM Như vậy, theo kết cấu hình 4.11 để đạt chiều dày BTN theo tiêu chuẩn trạng thái giới hạn MEPDG lớp BTN C12,5 dày 11cm BTNC 12.5 sử dụng 15% vôi dày 9cm Lớp BTNC 19 bên Khi tổng hợp chi phí sản xuất loại BTN cho 01 Km đường, bề rộng mặt đường 7m thể Bảng 4.8 Bảng 4.8 Tổng hợp chi phí sản xuất loại BTNC12.5 có khơng có sử dụng vơi thủy hóa Loại BTN Chi phí sản xuất BTN cho 1km (VNĐ) BTNC12.5 2,346,089,160 BTNC12.5 sử dụng 15% vơi thủy hóa 1,929,813,980 Chênh lệch giá (%) -17% Từ kết bảng 4.8 cho thấy thay 15% bột khoáng vơi thủy hóa vào hỗn hợp bê tơng nhựa giá thành xây dựng sử dụng BTN có vơi thủy hóa giảm 17% so với BTN truyền thống Vì vậy, khơng giá thành giảm mà cải thiện đáng kể tiêu kỹ thuật, đáp ứng khả chịu tải trọng khả thích ứng tốt điều kiện nhiệt - ẩm ướt khu vực TP Hồ ChíMinh 44 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ KẾT LUẬN I Từ nghiên cứu lý thuyết thực nghiệm phòng từ kinh nghiệm sử dụng vơi thủy hóa làm phụ gia cho bê tơng nhựa nước ngồi nước cho thấy việc sử dụng vơi thủy hóa làm phụ gia cải thiện số đặc tính học cho bê tông nhựa, làm tăng khả kháng kéo môi trường nhiệt ẩm, tăng khả kháng lún bị biến dạng điều kiện bất lợi nhiệt - ẩm ướt Trên sở tiến hành thí nghiệm phịng cho BTNC 12.5 bước đầu cho thấy: Tỷ số sức kháng kéo BTN sử dụng 15% vơi thủy hóa tăng 23% so với BTN - truyền thống; Cường độ chịu kéo gián tiếp BTN sử dụng vơi thủy hóa tăng 28% so với BTN - truyền thống; Mô đun đàn hồi tĩnh tương ứng 300C 600C BTN có sử dụng vơi thay - bột khống cao 17% 9% so BTN thông thường; Hằn lún vệt bánh xe BTN sử dụng vơi thủy hóa giảm 37% so với BTN truyền - thống; Mô đun đàn hồi động BTN có sử dụng vơi thủy hóa tăng khoảng 22% so - với BTN không sử dụng vơi thủy hóa Trên sở mơ đánh giá tuổi thọ phần mềm học thực nghiệm MEPDG cho thấy BTN sử dụng vơi thủy hóa cho tuổi thọ độ lún nứt tăng so BTN truyền thống Cụ thể phân tích nghiên cứu sử dụng BTNC12.5 sử dụng vơi thủy hóa làm lớp mặt đường giảm chiều dày khoảng 2cm so với BTN truyền thống Trên sở kết mô phần mềm học thực nghiệm, tiến hành đánh giá hiệu kinh tế cho BTN sử dụng vơi thủy hóa giảm 17% giá thành so với BTN truyền thống II KIẾN NGHỊ Do kính phí thời gian thực đề tài hạn chế nên thực cấp phối BTNC12.5 phân tích MEPDG cho vùng khí hậu đại diện khu vực phía Nam 45 Do vậy, cần thực thêm thí nghiệm cấp phối BTN khác nhau, loại nhựa khác nhau., phân tích vùng khí hậu khác Từ làm rõ khả kháng lún kháng mỏi bê tơng nhựa có phụ gia vơi thủy hóa Cần có quy định thiết kế, thi cơng nghiệm thu mặt đường bê tông nhựa có sử dụng phụ gia vơi thủy hóa Cần có nghiên cứu đầy đủ để sử dụng phương pháp học thực nghiệm dự báo tuổi thọ kết cấu áo đường, nhằm đánh giá ảnh hưởng nhân tố khí hậu, tải trọng tính chất vật liệu Thực thí điểm đoạn thi cơng thực tế trường để có sở đánh giá làm rõ kết nghiên cứu phòng 46 THAM KHẢO [1] PGS.TS Nguyễn Quan Phúc, Nghiên cứu khảo sát thực địa tuyến quốc lộ có tượng VHBX, 2018 [2] Report to the European Lime Association, Hydrated lime, a proven additive for durable Nhựa pavements, critical literature review, 2011 [3] F T Sacramento Aragão, J Lee, Y.Kim, Pravat Karki, Material-specific effects of hydrated lime on the properties and performance behavior of Nhựa mixtures and Nhựaic pavements Construction and Building Materials, 2011 [4] C Gorkem, B Sengoz Predicting stripping and moisture induced damage of Nhựa concrete prepared with polymer modified bitumen and hydrated lime Construction and Building Materials, 2009, pp 125-137 [5] R.G Hicks, & T.V Scholz, Life cycle costs for lime in hot mix Nhựa, National Lime Association, 2003 Pp 25-78 [6] R.G Hicks, NCHRP synthesis of highway practice 175: Moisture Damage in Nhựa Concrete Washington, DC: Transportation Research Board, 1991 [7] Raynaud C L’ajout de chaux hydratée dans les enrobés bitumineux BTP Matériaux n 22, October 2009 p 42–43 [8] ThS Đỗ Vương Vinh PGS.TS Trần Thị Kim Đăng, Ảnh hưởng cốt liệu mịn bột khoáng đến cường độ kéo uốn thành phần vữa nhựa hỗn hợp bê tơng nhựa nóng, Tập chí Giao thơng vận tải, 12/2016 [9] ThS.NCS Vũ Ngọc Phương, Nghiên cứu sử dụng phụ gia vơi thủy hóa việc tăng dính bám đá-nhựa đường cải thiện khả chống hằn lún vệt bánh xe mặt đường bê tông nhựa T2017 - CT- 93, 2017 [10] Tiêu chuẩn Việt Nam, TCVN 8819 : 2011, Mặt đường bê tơng nhựa nóng- Yêu cầu thi công nghiệm thu [11] Tiêu chuẩn Việt Nam, TCVN 7493 : 2005, Bitum Yêu cầu kỹ thuật [12] Bộ Giao thông vận tải (2014), Thông tư số 27/2014/TT-BGTVT, Quy định quản lý chất lượng vật liệu nhựa đường sử dụng xây dựng cơng trình giao thông [13] Bộ Giao thông vận tải (2014), Thông tư số 07/2014/TT-BGTVT, Quy định quản lý chất lượng vật liệu nhựa đường sử dụng xây dựng công trình giao thơng [14] Viện Khoa học Cơng nghệ GTVT – Phịng Thí nghiệm Trọng điểm Đường III (2017), Báo cáo thử nghiệm đánh giá chất lượng nhựa đường 40/50 so sánh với 47 nhựa đường 60/70 xây dựng mặt đường BTN [15] Bộ Giao thông vận tải (2014), Quyết định số 858/QĐ-BGTVT, Ban hành hướng dẫn áp dụng hệ thống tiêu chuẩn kỹ thuật hành nhằm tăng cường quản lý chất lượng thiết kế thi cơng mặt đường bê tơng nhựa nóng tuyến đường tơ có quy mơ giao thông lớn [16] Tiêu chuẩn Việt Nam, TCVN 8860 : 2011, Bê tông nhựa- Phương pháp thủ nghiệm [17] ASTM D4867, Standard Test Method for Effect of Moisture on Nhựa Concrete Paving Mixtures [18] Tiêu chuẩn Việt Nam, TCVN 8862 : 2011, Qui trình thí nghiệm xác định cường độ kéo ép chẻ vật liệu hạt liên kết chất kết dính [19] Tiêu chuẩn ngành, 22TCN 211-06, Áo đường mềm - Các yêu cầu dẫn thiết kế [20] Bộ Giao thông vận tải, Quyết định số 1617/QĐ-BGTVT, 2014, Quy định kỹ thuật phương pháp thử độ sâu vệt hằn bánh xe bê tông nhựa xác định thiết bị Wheel Tracking [21] EN12697-26C Bituminous mixtures - Test methods for hot mix Nhựa - Part 26: Stiffness [22] www.lime.org National Lime Association, 200 North Glebe Road, Ste 800, Arlington,VA 22203 Copyright 2004 National Lime Association All rights reserved [23] Bộ Xây dựng, Công văn số 1776 /BXD-VP, 2007, Định mức dự toán xây dựng cơng trình - Phần xây dựng [24] Tập đồn Xăng dầu Petrolimex Việt Nam, 2019, Báo giá nhiên liệu tháng năm 2019; [25] T.C Do, H.J Lee, W.J Kim, Mechanical characteristics of tensile strength ratio method compared to other parameters used for moisture susceptibility evaluation of asphalt mixtures, Journal of Traffic and Transortation Engineering, pp 1-11, 2017 [26] P Cramer, G Herz und M Radenberg Kalhydrat: Eine Alternative zur Modifi zierung des Bindemittels“, Asphalt 6, pp.17-25, 2001 48