Nghiên cứu các đặc tính chủ yếu của bê tông nhựa rỗng (porous asphalt) dùng làm lớp mặt cho đường ô tô cấp cao ở việt nam

i BỘGIÁO DỤCVÀĐÀO TẠO BỘGIAOTHƠNGVẬNTẢI VIỆNKHOAHỌCVÀCƠNGNGHỆ GIAOTHƠNGVẬNTẢI NGUYỄNVĂNTHÀNH NGHIÊNCỨUCÁCĐẶCTÍNHCHỦYẾUCỦABÊTƠNGNHỰARỖN G(POROUSASPHALT) DÙNG LÀM LỚP MẶT CHO ĐƯỜNG Ô TÔCẤPCAOỞVIỆTNAM Chuyên ngành: Kỹ thuật xây dựng cơng trình giao thơngMãsố :62.58.02.05 TĨMTẮT LUẬNÁNTIẾNSỸKỸTHUẬT HàNội-2017 ii Cơngtrìnhnàyđượchồn thành tại: ViệnKhoahọcvàCơngnghệGTVT Người hướngdẫn khoa học: PGS.TS.VũĐứcChính PGS.TS.Nguyễn XuânKhang Phản biện 1: GS.TS Vũ Đình PhụngPhảnbiện2: PGS.TS.ĐàoVănĐơng Phảnbiện3:PGS.TS.NguyễnQuangPhúc Luận án bảo vệ trước Hội đồng chấm luận án cấp ViệnhọptạiViệnKhoahọc Cơngnghệ GTVT vào hồi… giờ… ngày… tháng… năm2017 Có thểtìmhiểuluậnántạithưviện: - Thưviện Quốcgia - Thư viện ViệnKhoahọcvà CôngnghệGTVT MỞ ĐẦU Sựcầnthiết củaviệc nghiêncứu Bê tông nhựa chặt (BTNC) có nhiều ưu điểm nên áp dụng phởbiến thế giới Việt Nam để làm lớp mặt đường Tuynhiên, BTNC sử dụng cấp phối l i ê n t ụ c v c h ặ t n ê n c ó đ ộ r ỗ n g d (Va) nhỏ (thường từ % - %), dẫn đến độ nhám vĩ mô của mặt đườngthấp, sức kháng trượt mặt đường hạn chế, không đápứ n g đ ợ c y ê u c ầ u xe chạyởtốc độ cao Để cải thiện sức kháng trượt mặt đường, thế giới v V i ệ t N a m nghiên cứu áp dụng lớp phủ mỏng tạo nhám hoặc lớp phủ siêu mỏngtạo nhám (có Va thường từ 10 % - 15 %) Do Va của loại lớp phủ tạonhámnàychưađủlớn,chiềudàylớpphủmỏng(thườngnhỏhơn3cm) nên chưa khắc phục triệt để tượng “nêm nước”, chưa cải thiệntriệt để tầm nhìn xe chạy với tốc độ cao lúc trời mưa, trờimưa to, mưa lâu dài không xem xét đưa vào tính tốn kết cấumặt đường(KCMĐ) Bê tông nhựa rỗng (BTNR) loại bê tông nhựa (BTN) có Va lớn(thường từ 18 % - 25 %), chiều dày thường từ cm - cm Do có Va lớnhơn,chiềudàylớnhơnnênBTNRcónhiềuưuđiểmhơnsovớilớpphủmỏng tạo nhám lớp phủ siêu mỏng tạo nhám, như: khắc phục đượctriệt để tượng “nêm nước” nên hạn chế đáng kể suy giảm sứckháng trượt mặt đường, cải thiện đáng kể tầm nhìn trời mưa; giảmthiểu tiếng ồn xe chạy gây ra; chiều dày lớp BTNR đưa vào tínhtốn KCMĐ, Vì vậy, lớp phủ BTNR nhiều nước thế giớinghiên cứu áp dụng cho đường ô tô cấp cao, đường cao tốc nhữngnămgần BTNR vật liệu mới, chưa nghiên cứu toàn diệntại Việt Nam, nhu cầu sử dụng tương lai gầnlà lớn Vì vậy, luận án“Nghiên cứu đặc tính chủ yếu bê tơngnhựa rỗng (Porous asphalt) dùng làm lớp mặt cho đường ô tô cấp cao ởViệt Nam”là cần thiết, có tính thời sự, có ý nghĩa về mặt khoa học vàthựctiễn Mụctiêu nghiên cứu (1) Nghiên cứu, lựa chọn, đề xuất phương pháp thiết kế thành phầnhỗn hợp BTNR; chỉ tiêu liên quan đến đặc tính thể tích của BTNR;các chỉ tiêu liên quan đến đặc tính kỹ thuật của BTNR; yêu cầu kỹthuậtđốivớicác loạivật liệu dùng choBTNR phù hợp vớiđiềuk i ệ n ViệtNam.(2)XácđịnhchỉtiêucườngđộcủaBTNR(hệsốlớpkếtcấuai) phục vụ thiết kế kết cấu mặt đường theo AASHTO 1993 (3) Đánh giáảnhhưởngvàthiếtlập tương quan thực nghiệm loại nhựa, độ rỗngdưv i m ộ t s ố c h ỉ t i ê u k ỹ t h u ậ t c h ủ y ế u c ủ a B T N R ( ) Đ n h g i k h ả nănglàmviệccủamặtđườngBTNRtrênđoạnthửnghiệmtạihiệntrường Đối tượng phạmvi nghiên cứucủaluậnán Đốitượngnghiêncứucủaluậnánlàhỡn hợpBTNRcóđộrỡngdư từ 18 %-22%.Phạmvinghiêncứucủaluậnánbaogồm:Cácnghiêncứu lý thuyết thực BTNR12,5 BTNR19; cácnghiên cứu thực nghiệm phòng trường thực đốivới BTNR12,5 sử dụng đá gốc bazan loại nhựa đường (nhựa TPS -nhựa đường thông thường 60/70 có sử dụng 12 % phụ gia TPS nhựađườngpolime mác PMB.IIItheo22TCN319:2004) Phươngphápnghiêncứu Kếthợpgiữaphươngphápnghiêncứulýthuyết,phươngp h p nghiêncứ uthực nghiệmvà phươngpháptoán họcthốngkê Ýnghĩakhoahọcvàthựctiễncủaluậnán - Kếtq u ả n g h i ê n c ứ u đ ã đ ề x u ấ t p h n g p h p t hi ế t k ế t h n h p h ầ n hỗn hợp BTNR, yêu cầu kỹ thuật vật liệu sử dụng, đặctínhkỹthuậtc ủa BTNR vàphư ơng phápthínghi ệm xácđị n h phùh ợp vớiđ i ề u k i ệ n V i ệ t N a m ; l c s đ ể t u y ể n c h ọ n v ậ t l i ệ u , t h i ế t k ế h ỗ n hợp,kiểmsốtchấtlượngsảnxuất,thicơngBTNRkhiápdụngtrongthựctế - Kết nghiên cứu thực nghiệm phịng về mơ đun đàn hồi(Eđh), hệ số lớp kết cấu a icũng kết nghiên cứu thực nghiệmtại trường đoạn thí điểm khẳng định BTNR12,5 có chấtlượngtốt,cócáctínhnăngthỏa mãnucầukỹthuật,c ó đủ cườngđ ộ cầnt h i ế t đ ể t h a m gi a c h ị u l ự c c ù n g k ế t c ấ u m ặ t đ n g ( K C M Đ , đ ợ c tínhtốnvàochiềudàyKCMĐ);xácđịnhđượcsaukhoảngthờigian8,5nămcầncógiảiphápcảithiệnđồngthời cảđộnhám, sứckhángtrượtđểđảm bảo yêu cầu cho xe chạy với tốc độ 120 km/h Những kết quảnghiên cứu số liệu tham khảo quan trọng phục vụ cơng tác thiết kếKCMĐcósử dụnglớp mặtBTNR12,5 - Các số liệu thử nghiệm phòng trường, phươngtrình tương quan thực nghiệm xác lập được sử dụng làm tàiliệu tham khảo hữu ích phục vụ cơng tác nghiên cứu, giảng dạy ápdụngtrongthực tiễn Bớcục luậnán Luận án trình bày 123 trang A4 gồm mở đầu, nội dung nghiêncứu gồm chương, kết luận định hướng nghiên cứu tiếp, danh mụccác cơngtrình đãcơngbố của tác giả Chương NGHIÊN CỨU TỔNG QUANVỀBÊTÔNGNHỰARỖNG 1.1 Khái niệm,ưuđiểmvà hạnchếcủaBTNR BTNRlàloạiBTN sử dụng cấpphối hở,có độrỡng liênthơng rấtlớ nđểchonướcvàkhơngkhíđiqua.BTNRđượcdùnglàmlớpmặttrêncủakếtcấumặtđường,đượcrảitrênlớpvậtliệu khơng thấm nước (điểnhình BTNC, SMA) [27], [36] Do có độ rỗng liên thông lớn, nênnước bề mặt đường (nếu có, chủ yếu nước mưa) thấm qua lớpBTNR,c h ả y t r ê n b ề m ặ t l p v ậ t l i ệ u p h í a d i ( d o c ó đ ộ d ố c n g a n g ) thốtrahaibên mép đường(xemHình 1-1) So sánh với mặt đường BTNC, mặt đường BTNR có ưu điểmnởi bật sau [27], [30], [32], [34], [36]: (1) Cải thiện sức kháng trượt mặtđường xe chạy với tốc độ cao, đặc biệt điều kiện trời mưa; (2)Giảm thiểu tiếng ồn xe chạy gây ra; (3) Giảm thiểu tác động của độchói của đèn ô tô, bụi nước văng lên xe chạy với tốc độ cao, cải thiệntầmnhìn khitrờimưa Mặt đường BTNR có số hạn chếsau [31], [32], [37]:(1) Lão hóa sớm,bongtáchvậtliệu; (2)Suygiảmk h ả năngthốtnướctrongqu Hình 1-1 Cấu tạo átrìnhsửdụng; lớpvậtliệuBTNR (3)Khókhăntrongcơngtácbảotrì mặt đườngkhicó băngtút 1.2 Cơ sở lựa chọn độ rỗng dư, chiều dày hợp lý thiết kế kết cấumặt đường cólớpBTNR Độ rỡng dư (Va) chiều dày của lớp BTNR hai yếu tố chủ yếuảnh hưởng đến tính của mặt đường BTNR [37] Để đảm bảo khảnăng thoát nước, BTNR phải thiết kế với Va phù hợp Nếu Va quánhỏt h ì h ệ s ố t h ấ m n c t h ấ p , k h ô n g đ ủ k h ả n ă n g t h o t n c k h i t r i mưa dẫn tới suy giảm khả kháng trượt tầm nhìn của xechạyvàobanđêm.Ngượclại,khiVa quácao,dẫntớisuygiảmcường độcủalớpkếtcấuBTNR Kết nghiên cứu [31], [33], [35] chỉ Va hợp lý của BTNR từ18%-22%,chiềudàytừ4cm-5cmsẽthỏamãnđồngthờicảđộthấmnướcvàcườngđộ của BTNR Trênthếgiới,việcxem xétđưacácthông sốcường độcủal p BTNR vào thiết kếK C M Đ k h ô n g g i ố n g n h a u ; c c n c s ử d ụ n g t h ô n g số cường độ của BTNR khác (bằng từ 50% 100% so với BTNC)[37], [42] Việc tính tốn, thiết kếKCMĐ có lớp BTNR giống với thiếtkế KCMĐ mềm thông thường Tại Việt Nam, chưa có nghiên cứu vềthơngsốcườngđộcủaBTNR phụcvụtínhtốn,thiếtkếKCMĐ, vậycầnthiếtphảinghiên cứu về vấn dề 1.3 ThiếtkếthànhphầnhỗnhợpBTNR Phương pháp thiết kế thành phần hỗn hợp BTNR về dựatrên sở phương pháp thiết kế thành phần hỗn hợp BTNC, nhiên cóbởs ungmộtsốchỉ tiêuđặc thùđánhgiáchấtlượngdohỡnhợp BTNRsử dụngcấp phốihở,cóValớn Thiết kế thành phần hỗn hợp BTNR thực theo b c [37],[46]: (1)Lựachọnvật liệu; (2)Lựachọncấpphốicốtliệuphùhợp; (3) Lựa chọn hàm lượng nhựa tối ưu; (4) Xác định chỉ tiêu đặc tínhcủahỡnhợp BTNRthiếtkế Hiệnnay, trênthếgiớicó haiphương phápthiết kếthànhp h ầ n BTNR áp dụng phương pháp Marshall [32], [42], [44] vàphương pháp Superpave [54] Vì vậy,c ầ n t h i ế t p h ả i n g h i ê n c ứ u , l ự a chọnphươngpháp phù hợp 1.4 Tình hình nghiên cứu, áp dụng BTNR tại số nước thếgiớivà ViệtNam Trên thế giới, nhiều nước nghiên cứu áp dụng BTNR BTNR củachâu Âu (PEM) có Va (điển hình từ 20 % - 25 %) lớn nhiều so vớilớpmasátcấpphốihở(OGFC)truyền thốngcủaHoaKỳ(điểnhìnhtừ 12%-15%);caohơnmộtchútsovớiB T N R c ủ a N h ậ t B ả n ( P A ) , OGFC củaTrung Quốcvàlớp masát thấm nước (PFC)củaH o a K ỳ (điển hình từ 18 % - 22 %) PA của Nhật Bản, OGFC của Trung Quốc vàPFCcủaHoa KỳcónhữngđiểmkhágiốngnhauvềyêucầuVathiếtkế(từ18 %-22 %) chiều dàylớp kếtcấu (từ 4cm-5cm) TạiViệtNam, cómộtsốítcác nghiênvề BTNcó Valớn: *)Nhữngnghiên cứu về BTN cóVa nhỏ 18%: - Luận án tiến sỹ “Nghiên cứu xác định thành phần vật liệu hợp lýlớp bê tông nhựa tạo nhám mặt đường cấp cao Viêt Nam” của NCS.NguyễnPhướcMinh[6]bảovệtháng12/2013tạiTrườngĐạihọcGTVT Luậnántriểnkhainghiêncứuthựcnghiệmtrongphòng,xáclậpđược thành phần vật liệu hợp lý của hỗn hợp cho BTN lớp tạo nhám mặtđường ô tô,với yêu cầu đặc trưng vật liệu hỡn hợp qui định kỹthuậtcho vậtliệuBTNlớptạonhámcó độ rỡngdưtừ15%-18 % - "Quy định kỹ thuật tạm thời về thi công nghiệm thu lớp phủ siêumỏng tạo nhám đường ô tô" ban hành kèm theo Quyết định số3287/QĐBGTVTngày29/10/2008 của BộtrưởngBộGTVT[13] - Tiêu chuẩn ngành 22TCN 345-06 "Quy trình thi công nghiệmthu lớp phủ mỏng bê tông nhựa tạo nhám sử dụng nhựa đường polime"[11] *)Nhữngnghiên cứu vềBTN cóđộ rỗngdư lớn hơn18%: - Đề tài NCKH cấp Bộ “Nghiên cứu ứng dụng công nghệ bê tôngnhựa rỗng vừa chịu lực vừa tạo nhám xây dựng đường ô tô vàđường cao tốc Việt Nam”, mã số DT124003 [4] (NCS thành viêntham gia chính) Đề tài bước đầu nghiên cứu về BTNR số thựcnghiệm phòng, đưa ưu điểm, nhược điểm của kiến nghị sửdụng BTNR với Va khoảng 20 %, chiều dày cm để làm lớp phủ chođường ô tô cao tốc Việt Nam Đề tài chưa nghiên cứu về ảnh hưởngcủa loại nhựa, cấp phối, Va đến chỉ tiêu kỹ thuật của hỗn hợp BTNR;chưanghiêncứuvềEđhxác định thí nghiệm kéo gián tiếp, tải trọngtrùngphục,quađóxácđịnhđượchệsốlớpkết cấuaicủa BTNRph ụcvụthiếtkếkếtcấumặtđườngcósửdụnglớpBTNRtheoAASHTO 1993;chưacó nghiêncứuthực nghiệmhiệntrường - Dự án thí điểm cơng nghệ BTNR Viện Khoa học Công nghệGTVTphốihợpvớiCông ty TaiyuKensetsu(NhậtBản)thựchiện(20122015, NCS chủ trì thực hiện) Đã biên soạn trình Bộ GTVTban hành "Chỉ dẫn tạm thời về thiết kế, thi công nghiệm thu mặtđường bê tông nhựa rỡng có sửdụng phụg i a TafPack-Super" [ ] Trong chỉ dẫn kỹ thuật, có số thông số kỹ thuật nghiên cứu,đề xuất áp dụng phù hợp với điều kiện Việt Nam; nhiên cónhững thơng số kỹ thuật hồn tồn theo quy định của Nhật Bản hoặc cònthiếu, cần phải tiếp tục nghiên cứu, bổ sung cho phù hợp với điều kiệnViệt Nam Trong trình triển khai dự án, NCS kết hợp thực hiệnmột số nộidungphục vụ luận ántiến sỹ 1.5 Nhữngnội dungcầngiảiquyếttrongluậnán 1) Nghiên cứu, lựa chọn, đề xuất phương pháp thiết kế thành phầnhỗn hợp BTNR, chỉ tiêu kỹ thuật của vật liệu, chỉ tiêu kỹ thuậtcủahỗnhợp BTNR phươngpháp xác định 2) Nghiên cứu thực nghiệm phòng xác định số chỉ tiêu kỹthuật của BTNR, trongđó tập trungvào nhữngnộidungchủ yếu sau: - Nghiên cứu, xác định hệ số cường độ (hệ số lớp kết cấu a i) củaBTNRphục vụcho thiết kế kếtcấumặtđườngtheo AASHTO1993 - Nghiên cứu, đánh giá ảnh hưởng thiết lập quan hệ thực nghiệmgiữa loạinhựa,Vađến mộtsố chỉ tiêu kỹthuậtchủ yếucủaBTNR - Sosánh,đánhgiámộtsốchỉtiêukỹthuậtcủaBTNRvớiBTNC12,5truyề nthốngsửdụngnhựađườngthôngthường60/70 3) Nghiênc ứ u đ n h g i k h ả n ă n g l m v i ệ c c ủ a m ặ t đ n g B T N R trênđoạnthửnghiệm Chương NGHIÊN CỨU, PHÂN TÍCH, ĐÁNH GIÁ, LỰA CHỌNPHƯƠNGPHÁPTHIẾTKẾTHÀNHPHẦNHỖNHỢP VÀ CÁC CHỈ TIÊU KỸ THUẬT ĐỐI VỚI VẬT LIỆUVÀHỖNHỢPBÊTÔNGNHỰARỖNG 2.1 Nghiên cứu, lựa chọn phương pháp thiết kế thành phần hỗn hợpBTNRphù hợp Trên thế giới có hai phương pháp thiết kế thành phần hỡnhợp BTNR, phương pháp Marshall [43] phương pháp Superpave(ASTM D7064 [54]) Luận án đề xuất sử dụng phương pháp Marshalltheotiêuchuẩncủa NhậtBản,cóbở sung,điều chỉnh haichỉ tiêu đánhgiá chất lượng hỗn hợp nhằm đảm bảo lớp BTNR có đủ cường độ cóđủkhảnăngkhángLVBXchophùhợpvớiđiều kiệnViệtNamlà: (1)ĐộsâuLVBXthínghiệmtheophươngphápAcủa1617/QĐ-BGTVT(thay thế cho chỉ tiêu độ ổn định động theo tiêu chuẩn Nhật Bản) (2)bổsunghệ sốcườngđộ chịu kéo gián tiếp(TSR, đề xuấtTSR≥ 80%) 2.2.Nghiêncứu,lựa Bảng2-4 Cấp phốicốtliệu chọnc ấ p p h ố i h ỗ n h ợ p đềxuấtchoBTNR BTNR19 BTNR12,5 cớtliệuchoBTNR Kích cỡ Đãnghiêncứu,sosánh Lượnglọtsàng, % sàng, mm cấp phối của 25 100 sốnướcvàđềxuấtthànhphầ 19 95-100 100 ncấpphốichoBTNR12,5v 12,5 64-84 90-100 àBTNR19 4,75 10-31 11-35 ápdụngtạiViệtNam(Bảng 2,36 10-20 10-20 2-4) 0,075 3-7 3-7 2.3 Nghiên cứu, đề xuất tiêu kỹ thuật vật liệu cho BTNRvàvậtliệu làmlớp dínhbám lớpBTNRvà lớpdưới Trên sở quy định kỹ thuật loại vật liệu dùng choBTNR theo [43], BTN sử dụng nhựa polime [12] loại lớp phủ tạonhám [11], [13], luận án lựa chọn đề xuất chỉ tiêu kỹ thuật củavật liệu dùng cho BTNR (cốt liệu thô, cốt liệu mịn, bột khống, nhựađường( c ó t h ể d ù n g n h ự a đ n g T P S h o ặ c P M B I I I ) ) v v ậ t l i ệ u d í n h bámgiữa lớp BTNRvà lớpdưới (CRS-1P hoặc CRS-2P) 2.4 Nghiên cứu, đề xuất tiêu kỹ thuật BTNR phươngphápthínghiệm xác định Luận án nghiên cứu, đề xuất chỉ tiêu kỹ thuật của BTNR, sốphương pháp thí nghiệm quan trọng lựa chọn thơng số thí nghiệmphục vụ cho nghiêncứuthực nghiệmtrongChương3và Chương4: - Thí nghiệm tổn thất Cantabro (CL) theo ASTM D7064 [54]; đềxuấttiêu chuẩn đánh giá khithiếtkế hỡn hợp:CL≤20% - Thínghiệmđộ chảynhựa(ĐCN) thựchiệntheo[43] - Xác định độ rỗng liên thông (RLT) theo [43]; đề xuất tiêu chuẩnđánhgiá khithiếtkếhỡn hợp:RLT≥13% - Thí nghiệm hệ số thấm phòng (K t) thực theo [43]; đềxuấttiêu chuẩn đánhgiá khithiết kế hỡn hợp:Kt≥0,01 cm/s - Thí nghiệm hệ số cường độ chịu kéo gián tiếp (TSR) thực theoASTMD4867[53];đềxuấttiêuchuẩnđánhgiákhithiếtkếhỗnhợp: TSR≥80% - Mô đun đàn hồi (Eđh) xác định thí nghiệm kéo gián tiếp, tảitrọng trùng phục theo ASTM D4123 [52], sở để xác định hệ số lớpaicủa BTNR tính tốn KCMĐ theo AASHTO 1993 Thí nghiệm Eđhđượcthựchiệnvớiđộlớncủa tảitrọngtrùngphụcbằ ng từ10%50%độlớncủacườngđộchịukéogiántiếp(St) nhiệt độ tương ứng, tần sốtác dụng tải trọng Hz Khi tính tốn Eđhsử dụng hệ số pốt-xơng bằng0,35 - Độ sâu lún vệt bánh xe (LVBX): Luận án lựa chọn xỏc nh theophngphỏpAcua1617/QBGTVT.ờxut tiờuchunỏnhgiỏkhi Lợng lọtsàng, % Lợng lọtsàng,% + Liên quan đến công cải thiện sức kháng trượt: Sức khángtrượtxác địnhbằngconlắcanh (CLA); +Liênquanđếncườngđộvàkhảnăngchịulực:Độổnđ ị n h Marshall (S), độ ởn định cịn lại (R s); cường độ chịu kéo gián tiếp (S t), hệsốcườngđộchịukéo giántiếp(TSR);môđunđànhồi(Eđh); độ sâuLVBX(RD) Kết nghiên cứu thử nghiệm phòng sở để lựa chọn cấpphốiBTNR12,5phùhợpsửdụngcho đoạnthửnghiệmhiệntrường - Nghiên cứu thực nghiệm phịng thực theo trình tựsau: (1) Lựa chọn cấp phối cốt liệu; (2) Lựa chọn vật liệu sử dụng; (3)ThiếtkếthànhphầnhỡnhợpBTN;(4)Thínghiệmcácchỉtiêukỹthuật; (5) Phân tích kết thí nghiệm, nhận xét đánh giá, thiết lập quan hệthựcnghiệm(nếu có) 3.2 Lựa chọncấp phốicốt liệu Luậnánlựachọn03cấpphốikhácnhaunằmtrongđườngbaogiớihạn chophépcủaBTNR12,5(xemBảng2-4)đểnghiêncứu:CP1nằmtạivùngcậntrên,CP2-nằmtạivùng giữa,CP3-nằmtại vùngcận Với mỗi cấp phối, sử dụng loại nhựa đường (TPS PMB.III) đểchế tạo hỗn hợp BTNR12,5 Để so sánh số chỉ tiêu của BTNR12,5với BTNC12,5 sử dụng nhựa đường 60/70, lựa chọn cấp phối nằm giữaphạm vi của đường bao giới hạn theo quy định 858/QĐBGTVT [14]để chế tạo hỗn hợp BTNC12,5 Đường cong cấp phối hỡn hợp thiếtkếxemHình 3-1, Hình 3-2 100 90YCKT CP2 80CP1 70CP3 60 100 90QĐ 858 80BTNC12.5 70 60 N P2 50 40 CP 40 C 2.5 BT C1 50 30 30 20 0.01 0.1 CP3 10 100 KÝch cì sµng, mm Hình 3-1 Biểu đồ đường congcấpphốithiếtkếcủacáchỗnhợ p BTNR12,5 0.01 20 10 10 0.1 10 100 KÝch cì sµng, mm Hình 3-2 Biểu đồ đường congcấpphối thiếtkếcủahỗn hợp BTNC12,5 3.3 Lựachọnvậtliệu Cốt liệu thô (đá 5-15 mm, đá 10-20 mm) cát xay lấy mỏ PhúMãn - Quốc Oai - Hà Nội (đá bazan) Cát hạt thơ có nguồn gốc Sơng Lơ,Việt Trì Bột khống Phủ Lý - Hà Nam (đá vơi) Nhựa đường TPS cóđược cách trộn 12% TPS với nhựa đường Petrolimex 60/70; nhựađường Polime PMB.III của Pertrolimex Kết thí nghiệm kiểm tra chothấycác vậtliệu lựachọn đều thỏa mãncác yêu cầu kỹ thuật 3.4 ThiếtkếthànhphầnhỗnhợpBTN Đã thiết kế 06 hỗn hợp BTNR12,5 tương ứng với 03 cấp phốilựa chọn (CP1, CP2 CP3) 02 loại nhựa đường (TPS, III), 01 hỡnhợp BTNC12,5 có chỉ tiêu kỹ thuật thỏa mãn yêu cầu (Bảng 32,Bảng 3-3) Trình tự kết thiết kế cho thấy phương pháp thiết kế vàcác yêu cầu kỹ thuật quy định BTNR theođ ề x u ấ t t i C h n g phùhợp Bảng3-2 Kếtquảthiếtkếcáchỗn hợpBTNR12,5 CP2 TPS 5,0 2,102 20,02 19,0 4,83 92,5 0,7 4,2 0,293 5,26 CP2 III 5,0 2,096 20,30 18,4 5,37 93,7 0,85 4,0 0,225 2,96 CP3.TPS CP3 TPS 4,8 2,036 21,90 21,9 4,70 86,7 0,30 5,2 0,336 6,87 CP3.III CP1 III 5,2 2,180 18,10 14,6 5,97 96,0 1,12 3,6 0,094 2,51 CP2.III CP1 TPS 5,2 2,193 18,05 15,2 6,10 94,2 1,0 3,7 0,076 2,80 CP2.TPS Loại cấp phối Loạinhựa đường HLnhựa,% KLTT,g/cm3 Va,% RLT,% S,kN TSR,% ĐCN,% CL,% Kt,cm/s 10 RD40, mm CP1.III TT Chỉtiêu CP1.TPS Loại hỗnhợpBTNR12,5 Quy định CP3 III 4,8 2,041 21,76 20,8 5,03 88,3 0,35 5,5 0,345 3,85 4,0-6,0 18-22 ≥13 ≥3,5 ≥80 ≤20 ≥0,01 ≤12,5 Bảng3-3 Kếtquảthiếtkếhỗn hợpBTNC12.5 TT Chỉtiêu Kếtquả Quyđịnh S,kN 10,7 ≥8,0 F,mm 3,4 ÷4 Rs, % 83,4 ≥75 Va,% 4,1 ÷6 RD15, mm 5,38 ≤12,5 3.5 Thínghiệmcácchỉtiêukỹthuật 3.5.1 Thiếtkếthựcnghiệm Thiết kế thực nghiệm xác định số tổ mẫu nghiên cứu, đánhgiá ảnh hưởng của cấp phối loại nhựa đếnVa của BTNR12,5 là0 ; nghiên cứu, đánh giá ảnh hưởng của loại nhựa Va đến chỉ tiêukỹthuậ t c h ủyế u c ủ a B T N R , l ; v i B T N C , đ ố i c n g, m ỗ i chỉ tiêu kỹ thuật thí nghiệm 01 tở mẫu Mỡi tở mẫu gồm 06 mẫu Nhưvậy,mỡichỉ tiêukỹthuậtcủaBTNR12,5 thínghiệm36 mẫu 3.5.2 Chếtạomẫuphụcvụthí nghiệm tiêukỹthuậtcủaBTN Các mẫu thí nghiệm hình trụ trịn chế tạo theo phương phápMarshall theo TCVN8860-1:2011 [21], số chày đầm 2x50 chày/ mặt(vớiBTNR12,5)và2x75chày/mặt(vớiBTNC12,5).Cácmẫut h í nghiệ m dạng hình chữ nhật chế tạo thiết bị đầm lăn theo1617/ QĐ-BGTVT [15]; mẫu BTNR12,5 chế tạo với Va Vathiết kế; mẫu BTNC12,5 dùng để thí nghiệm độ sâu LVBX chế tạovới Va=(7±1)%; mẫu BTNC12,5 dùng để thí nghiệm sức kháng trượtđượcchếtạo vớiVa bằngVathiếtkế 3.5.3 Thí nghiệm xácđịnhcácchỉ tiêukỹthuật Các thí nghiệm thực theo tiêu chuẩn với thơng sốthí nghiệm đề xuất Chương Một số hình ảnh về cơng tác thí nghiệmxemHình3-14,Hình3-15,Hình3-19,Hình3-21(d).Kếtquảthínghiệmtrung bìnhsau khiđã loạibỏsaisố thơ (nếu có)đượcthể hiệnt r o n g Bảng3-16 Hình3-14 Thí nghiệmhệsố thấm nướctrongphịng Hình3-15.Thínghiệmkhángtrượt bằngconlắcAnh Loại cấp phối CP1 CP1 CP2 CP2 Loại nhựa TPS III TPS III Va,% Va1=18,15 Va2=20,29 Kt,cm/s 0,079 0,089 0,288 0,279 CLA 70 70 75 76 S,kN 5,8 6,1 4,7 5,3 Rs, % 90,5 92,3 86,6 88,5 Cườngđộ chịukéo giántiếp, MPa (20) 0,99 1,20 0,74 1,04 Ở20oC(St ) (25) o 0,90 1,02 0,58 0,88 Ở25 C(St ) CP3.III CP3.TPS CP2.III CP2.TPS CP1.III TT Tên chỉtiêu CP1.TPS Hình 3-21(d) Thí nghiệmđộsâu LVBX Bảng3-16 Tởnghợp kếtquả trungbìnhcácchỉtiêu kỹ thuật Hỗn hợpBTNR12,5 BTNC12,5 Hình3-19 ThínghiệmEđh CP3 CP3 TPS III Va3=21,75 0,329 0,343 77 79 4,6 4,9 80,3 83,6 60/70 4,1 55 10,7 83,4 0,61 0,47 1,50 1,31 0,88 0,70 BTNC12,5 CP3.III CP2.III CP2.TPS CP3.TPS (30) CP1.III TT Tên chỉtiêu CP1.TPS Hỗn hợpBTNR12,5 0,74 0,83 0,40 0,60 0,30 0,45 0,84 Ở30oC(St ) TSR,% 95,0 96,6 91,6 94,3 86,1 89,4 86,8 Môđun đànhồi,MPa (20) Ở20oC(Eđh ) 3250,3 3847,0 2631,2 3518,8 2145,2 3061,0 4039,0 (30) o Ở30 C(Eđh ) 1608,8 1717,7 1125,2 1569,7 828,0 1209,2 1560,3 Độsâu LVBX,mm RD15 2,28 2,02 3,18 2,29 4,05 3,13 5,34 RD40 2,70 2,36 4,02 2,69 5,61 3,90 3.6 Phântích,đánhgiá kếtquảvà thiếtlậpcácquanhệthựcnghiệm Trên sở kết thí nghiệm, tiến hành phân tích, đánh giá kếtquả thí nghiệm phân tích thống kê (ANOVA) nhằm đánh ảnh hưởngcủa biến số đến hàm mục tiêu; vẽ biểu đồ tương quan thiết lậpphươngtrìnhhồiquythựcnghiệm(nếu có) 3.6.1 Phân tích, đánh giá ảnh hưởng loại nhựav c ấ p p h ố i đ ế n độ rỗng dưcủa BTNR12,5 Kết phân tích cho thấy cấp phối có ảnh hưởng đến Va theophươngt r ì n h ( ) : V a = , – 1,913xCP1+0,227xCP2+ 1,686xCP3 (R2=đch73,64) (3.2) Đồng thời, xác định giá trị Vatrung bình theo loại cấp phối để phân tích ảnh hưởng của Va đến chỉtiêukỹthuậtcủa BTNR12,5(xemBảng3-16) 3.6.2 Xác định giá trị mô đun đàn hồi, hệ số lớp a icủa BTNR12,5phụcvụ chotínhtốn kếtcấumặtđườngtheo AASHTO1993 XácđịnhđượcE(20)vàhệsốlớpa(ởnhiệtđ ộ 0i oC)c ủ a BTNR12,5 làm đh sở để thiết kế kết cấu mặt đường theo AASHTO 1993như sau: ( ) ( ) -E (BTNC12,5),E ( ) (III)= 6(TPS)= , % 6x , % x E đh đh Eđh(20)(BTNC12,5);Eđh(20)(BTNC12,5)=4039MPa đh (20) (20) -a(20) (III)=0,44 i (TPS)=0,40(bằng85,1%xa (BTNC12,5));a i i (20) (20) (bằng93,6%x a i(BTNC12,5));a (BTNC12,5)=0,47 i Xácđ ị n h đ ợ c m ứ c đ ộ s u y g i ả m E đhở n h i ệ t đ ộ oCv n h i ệ t đ ộ 30oC của loại BTN (Hình 3-23) ảnh hưởng của loại nhựa,Vavà nhiệtđộ (T)đến Eđhnhư sau: Hình3-23.BiểuđồkếtquảthínghiệmE ( ) ( ) -E (TPS)= , x E (III)= , x E đh đh E( ) (BTNC12,5)=0,39x E( đh đh ) (TPS),E (20) ( ) đh đh E( đh3 ) (20) (III), đh (BTNC12,5).Mứcđộsuy giảmE đh của BTNR12,5.TPSv B T N R , I I I l g ầ n t n g t ự n h a u , m ứ c đ ộ s u y giảmEđhcủa BTNC12,5lớn sovớicácloại BTNR12,5 - Kết phân tích thống kê cho thấy loại nhựa, Va T đều có ảnhhưởng đến Eđhcủa BTNR12,5 theo phương trình hồi quy thực nghiệm(3.3a), (3.3b) Eđh(TPS)=14796-339,5xT-425xVa+8,29xTxVa (R2đch=93,39%) (3.3a)Eđh(III)=15352-339,5xT-425xVa+8,29xTxVa(R đch=93,39%) (3.3b) Đồng thời, xác định Eđh(20)theo S hoặc Sttheo phươngtrình hồiquythực nghiệm(3.4a),(3.4b): Eđh(20)=-504,4xS2+6019xS-14386 (R2đch= 59,0 %) (3.4a)Eđh(20)= 2702xSt+1156 (R2đch= 75,4 %) (3.4b) 3.6.3 Phân tích kết thí nghiệm, đánh giá ảnh hưởng thiết lậptươngq u a n t h ự c n g h i ệ m gi ữ a l o ại n h ự a , đ ộ r ỗ n g d v i m ột s ố c h ỉ tiêuthínghiệm BTNR12,5 Biểu đồ kết thí nghiệm (KQTN) Kt, CLA, S, Rs, St, TSR, LVBX(RD) thể Hình 3-26, Hình 3-28, Hình 3-30, Hình 3-31,Hình 3-37, Hình 3-38.Kếtquảphântích thốngkê xác định được: - Loại nhựa khơng có ảnh hưởng đến Kt(cơng nước) vàCLA (cơng cải thiện sức kháng trượt); Va có ảnh hưởng đến KtvàCLA - Loại nhựa Va đều có ảnh hưởng đến chỉ tiêu liên quan đếncườngđộvàkhảnăngchịulực(S,Rs;St,TSR;EđhvàR D ) ; BTNR12,5.III có chỉ tiêu S, Rs; St, TSR; Eđhvà RD tốt so vớiBTNR12,5.TPS Hình3-26 Biểu đồKQTNKt Hình3-28 Biểu đồKQTNCLA Hình3-30 Biểu đồKQTNS Hình3-31 BiểuđồKQTNRs Hình 3-37 Biểu đồ KQTNS(20),S(25)và S (30) Hình3-38 Biểu đồKQTN TSR Đồng thời, xác lập phương trình tương quan thực nghiệm giữaloại nhựa, Va với số chỉ tiêu kỹ thuật chủ yếu của BTNR12,5 nhưsau: (R2đch = 84,4%) Kt=0,07474xVa– 1,265 (3.5) (R đch = 66,1%) CLA=2,086xVa+32,58 (3.6) S(TPS) = -0,3990xVa+ 13,08 (R2đch = 64,7%) (3.7a) S(III)=-0,334xVa+ 12,12 (R2đch = 69,8%) (3.7b) Rs(TPS)=-0,4390xVa+13,17 (R2đch = 87,0%) (3.8a) (R đch = 71,0%) Rs(III)=-0,4313xVa +13,39 St(TPS)=3,575-0,03568xT-0,10201xVa(R2 đch =83,63%) (3.8b) St(III)=3,785-0,03568xT-0,10201xVa(R2 (3.9b) TSR(TPS) =-0,10849xVa+ 2,785( R TSR(III)=-0,06953xVa +2 , 9 RD40(TPS)=0 , x V a – 1 , RD40(III)= 0,4075xVa– 5,195 =91,85%) đch (3.10a) = 91,85%) (3.10b) (R (3.9a) =83,63%) đch đch = 57,0%) (3.11a) (R đch = 67,0%) (3.11b) đch (R Chương NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM TẠI HIỆN TRƯỜNGĐÁNHGIÁTÍNHNĂNGCỦAMẶTĐƯỜNG BÊTƠNGNHỰARỖNG Nghiên cứu thực nghiệm trường thực đoạnđường thicơngthíđiểmtrênđườngcaotốcCầu GiẽNinhBình,Km216+200Km216+500,nửađường bênphảitún (hướngCầuGiẽđiNinhBình) 4.1.Mục đíchvà nộidungnghiêncứu thực nghiệmtạihiệntrường - (1) Đánh giá chất lượng mặt đường; (2) Đánh giá mức độ suy giảmmột số chỉ tiêu tính của mặt đường BTNR12,5 (gồm: độ rỗng dư(Va), hệ số thấm trường (K ht), độ nhám xác định phương pháprắc cát (Hrc), sức kháng trượt xác định lắc Anh (CLA)) trongkhoảngthờigian24 tháng - Các thí nghiệm, đánh giá thực thời điểm sau thicôngxong3ngày,01tháng,03tháng,06tháng,09tháng,12tháng,18 tháng 24 tháng Riêng chỉ tiêu Va thực thời điểm sau khithicôngxong3 ngày, 06 tháng,12 thángvà 24 tháng 4.2 Xâydựngđoạnmặtđườngthựcnghiệmtại hiệntrường Đoạnđườngthựcnghiệm(Km216+200Km216+500)dài3 0 m ; rộngtoànbộnửa đườngbênphảituyến,gồm làn(làn1–lànxecon,làn2–lànxetải,làn3–làndừngxekhẩncấp);đượcchiathành2phânđoạn: Phân đoạn (dài 200 m, từ Km216+200÷Km216+400, sử dụngCP2.TPS); phân đoạn (dài 100 m, từ Km216+400÷Km216+500, sửdụngCP2.III) 4.2.1 Cácloại vật liệusử dụng Sửdụng cácloại vật liệu đãđược dùng trình nghiêncứu thực nghiệm phịng; hỡnhợp CP2.TPS CP2.III thi cơngthực tếtại trườngđược sảnxuất theo cơng Hình 4-7(f) Mặt thức phối trộn đườngBTNR12,5saukhihồnt đểnghiêncứuthựcnghiệmtrong phịng(xemChương3) hành 4.2.2 Thicơngđoạnthửnghiệm Trên sở kết khảo sát tình trạng mặt đường cũ (mức độ hưhỏng, độ nhám, sức kháng trượt), lưu lượng xe, chỉ số kết cấu; để đảmbảo công thoát nước, cường độ (theo Chương 1) vàm ụ c đ í c h nghiên cứu đề ra, BTNR12,5 (CP2.TPS, CP2.III) rải trực tiếp trênbề mặt đường cũ với chiều dày cm sau tưới dính bám nhũtươngCRS-1Pvớilượngdùngtừ (0,4-0,6) L/m2 Thi công đoạn thực nghiệm thực từ 05-07/6/2014 Kết quảthínghiệmtrênmẫukhoantạihiệntrườngsaukhithicơngxong3ngàycho thấy chất lượng thi cơng đồng đều đảm bảo chất lượng theo yêucầu kỹ thuật Phân đoạn (CP2.TPS) có độ chặt đầm nén trung bình đạt99,4%;Vatrungbìnhđạt21,5%;Strungbìnhđạt3,9kN(bằng84,2 %sovớimẫuchếtạotrongphịnglà4,67kN).Phânđoạn2(CP2.III)cóđộchặt đầm nén trung bình đạt 99,8%; Va trung bình đạt 21,8%; S trungbìnhđạt 3,9kN(bằng82,1% sovớimẫuchếtạo trongphịnglà4,75kN)