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

i BỘGIÁO DỤCVÀĐÀO TẠO BỘGIAOTHÔNGVẬNTẢI VIỆNKHOAHỌCVÀCÔNGNGHỆGIAOTHÔNGVẬNTẢI BÙINGỌCHƯNG NGHIÊN CỨU MỘT SỐ YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾNBIẾNDẠNGLÚNVỆTBÁNHXECĨXÉTĐẾNĐẶC TÍNHMỎICỦA BÊ TƠNGNHỰACHẶT LÀMLỚPMẶTĐƯỜNGVIỆTNAM Chun ngành: Kỹ thuật Xây dựng Cơng trình Giao thơngMãsố :62.58.02.05 TĨMTẮT LUẬNÁNTIẾNSỸKỸTHUẬT Hà Nội, 2016 ii CƠNG TRÌNH NÀY ĐƯỢC HỒN THÀNH TẠIVIỆNKHOAHỌCVÀCƠNGNGHỆGTVT NGƯỜIHƯỚNGDẪNKHOAHỌC: PGS.TS.VũĐức Chính GS.TS.DươngHọcHải Phản biện 1: GS.TS Vũ Đình PhụngPhản biện 2: PGS.TS Đào Văn ĐôngPhảnbiện3:PGS.TS.BùiPhúDoanh Luận án bảo vệ trước Hội đồng chấm luận án cấp Việnhọptại:ViệnKhoa học Côngnghệ GTVT vào hồi… giờ… ngày… tháng… năm2016 Có thểtìmhiểuluậnántạithưviện: ThưviệnQuốcgia ThưviệnViện Khoahọcvà CôngnghệGTVT iii Research on Impact of Essential Factors on Rutting in concern toFatiguePropertiesof Dense-gradedHotMixAsphaltforPavement ConstructioninVietnam Abstract: In recent years, rut damageshaveappeared in the pavementsofmanynational highways under high-volume and heavy traffic activities that has causedto not only the un-safety to drivers but also the urgency by inhabitants Multipleexpertsfromdomesticresearchanddevelopmentinstitutes,suchastheInstituteof TransportScienceandTechnology,theUniversityofTransportandCommunication, have made a great effort in research and providing solutions tomitigate the development of rutting However, this phenomena has still occurredevenrightaftertheroads wereopenedfor traveling Hot mix asphalt concrete pavements need to be designed upon how tomitigate rut damages and fatigue cracking caused by vehicleloading and airtemperature If the asphalt concrete mix is designed inclining to improve ruttingresistance, it will intend to increase potential fatigue cracking in the pavement.Therefore, it is necessary and urgent to explore the substance of rutting andessentialfactorsimpactonitinordertogivethesolutiontodiminishthedevelopment ofruttingin hotmixasphaltpavements The Decision No 858/QĐ-BGTVT, dated on March 26, 2014 promulgatedbyMinistryofTransportfor“Guidelinesonapplyingcurrenttechnicalspeci ficationstoenhancethequalitymanagementindesignandconstructionofhotmixasphaltpavementsexposed under high-volume and heavy traffic activities”(hereafterreferredasQĐ858),hasbeenwidelyusedinVietnam.QĐ858providesthe requirementsfor“coarseaggregategradation”(highrateofgravel)and“fineaggregate gradation) (low rate of gravel), how to use “coarse gradation” for hotmix asphalt (HMA) pavements under high-volume and heavy traffic activities andhowtodesigntheaggregategradationmeetstheScurseinordertodiminishruttingdamages Actually, a large number of contractors have abused this decision’srequirementwhenusing“excessively”coarsegradationsforasphaltconcretemix es.Consequently,thereweremanypavementsectionsexposedthenonuniformaggregatedistributionandlessenoughquantityofbituminouscementsthatwasthecauses ofpotentialdamagesasraveling,permeabilityandfatiguecrackingresulting in the attenuation of pavement service life Therefore, it isnecessary toassess the rate of “coarse gradation” for hot mix asphalt concrete by which theappropriate “coarse gradations” are recommended for each type of aggregates andbitumensoas,tomitigateruttingandimprovefatigueresistance,hencetolengthenthe service life of asphalt pavement In order to get these appropriate “coarsegradation”,we needtomake ruttingandfatiguetestson all setofasphalt concrete samplesbasedonaggregateswithgradationsindifferentcoarserates The dense-graded hot mix asphalt concrete is the research objective.Weconcentratedandassessed thesecausesofrutting damagesoccurredinsomepavementsections.Alitureaturereviewwasconductedforintern ationalandVietnameseresearcheson theperformanceof rutting andfatiguecracking inasphaltconcrete;testingmethodsand equimentforempiricalstudy These tests was conducted on the sets of asphalt concrete samples inculdingBTNC12,5andBTNC19withdifferentratesof“coarseaggregategradations”according to QĐ 858/QĐBGTV and types of bitumen cements (40/50, 60/70 andPMBIII).Basedontheresutlsofruttingandfatiguetestsanddesignofexperiments(DOE),theappr opriate“coarseaggregate gradations”wereprovided Theresearchresults are: - Asummarizationofrecentrelatedresearchesthatcanbeusedasatechnicalreferenceforde signersandengineers - Recommendations based on the empirical study for the rate of “coarseaggregate gradations” appropriate to design asphalt concrete mixes used differenttypes of bitumen cements (as 40/50, 60/70 and PMBIII) That is useful experienceforcontractorsinselectingthesuitablegradationforasphaltconcretemixesinordert osimultaneouslydinimishruttingdamagesand fatiguecracking - Recommendations on selecting the suitable gradation for asphalt concretemixes and the fatigue resistance based laboratorial testing on BTNC 12,5 usedbitumen60/70;andmodificationsintheruttingdepthstoBTNC12,5andBTN C 19designedaccordingtoQĐ858/QĐBGTVTcontributetocompletetheengineeringfoundationforhotmixasphaltdesignandals otoimprovethepavement quality management concerned to mitigate rutting damages and fatiguecracking The dissertation including four main contents without the introduction andconclusionsas following: - Chapter1:Literaturereviewondensegradedasphaltconcreteperformanceconcernedtoruttingand fatigue properties - Chapter2: Assessment ofruttingcausesbasedonfieldsurveyresults - Chapter3.Empiricalstudyontypicalasphaltconcretesamplesconcerncedtoruttinga ndfatigue properties - Chapter4.Solutionstodisminishruttingdamagesandimprovethefatigueresistancefo r dense-graded hot mix asphaltconcrete MỞ ĐẦU Cácdanghưhỏngmăṭđườngbêtôngnhưa (BTN)điểnhinhphátsinhtrong quát r i n h khaitha ́cla ̀mảnhhưởngđến côngnăngcủamăṭ đ ̀ngđươcthế g i ́i tổngkếtbaogồm:luń vêṭbań hxe(LVBX);nưt́ domỏi;nưt́ donhiêṭ.Dođiềukiên khih́ âuViêṭNam,nhiêṭđộkhôngkhíkhôngquát hấp va ò muà lanhnênh hỏng đăcthùc ủ amăṭđ ườ ngbêtơngnhưaViêṭNamchủúlàlú nvêṭbá nhxe(LVBX) vànưt́ domỏi LVBXlàhiệntượngtíchlũybiếndạngkhơnghồiphụccủacáclớpBTNmặt đườngdoảnhhưởngcủaphươngtiênxelưuthôngvàn hi ê ṭ đô ̣môitrươǹ ggâyra trongquát rìnhkhaithác.LVBXlàdang hưhỏngđiểnhìnhcủabiếndạngvĩnhcửu (thuậtngữtiếngAnhg o i la ̀P e r m a n e n t Deformation) Trongnhiều trươ ̀nghơp, thuâṭngưL ̃ VBXcuñ gđồngnhấtvơí thuâṭngưb̃ iếndang vinhcửu gây Nưt́ domỏicủaBTNxảyralad̀ otácđôngcủacủatảitrongtrùngphuc ratrongqua ́t r i ̀nhkhaitha ́c.Khiứngsuấtkéouốndotảitrọngtrùngphucgâyra tronglớpvậtliệuBTNlớ nhơncườ ngđộkéouốncủavậtliệuBTN,măṭđườ ng BTNxuấthiên nưt́ domoỉ Mụcđíchnghiêncứu Nghiêncưú đań hgiam ́ ứcđộthơcủa“cấpphốithơ”choBTN,quađókhún nghị“cấpphốithơ”phùhơpưń gvơí loaịcốtliêu, loaịnhưa đươǹ gnhằmđảmbảo lớpBTN vưà cảithiênLVBX,vưà cait̉ hiên sưć khángmỏiđểkéodàituổitho.̣Kết quảnghiêncứusẽlàcơsởchoviệcthiếtkếhỗnhợpbêtôngnhựachặt(BTNC)nhằmt ăngtuổithọ khả năngkhaithác Đốitươngvap ̀ hamvinghiêncứu Đốitươngnghiêncưú củaluân chăṭBTNC12,5,BTNC ánlab̀ êtôngnhưa 19 (qui địnhtheo QĐ 858/QĐ-BGTVT [1]) rải nóng; nghiên cứu đánh giań guyênnhân gâyLVBXcủaBTNtrênmôṭsốtuyếnđườngcoh́ hỏngLVBX;nghiêncứu đềxuất “cấp phốithô” phùh ơp choBTNsửd u n g cácloaịnhưađườngkhácnhau nhằmgiảmthiểuLVBXvànứtmỏimăṭđư ǹ gBTN Phươngphápnghiêncứu Kết hợp phươngphápnghiên cứulýthuyết thựcnghiệm Ýnghĩakhoahọcvàthựctiễncủađềtàinghiêncứu Đưa kết quảnghiên cứu lýthuyết về LVBX, nứt mỏi của BTN; các nhântố ảnh hưởng đến LVBX, nứt mỏi;các giải pháp giảm thiểu LVBX, nứt mỏi trêncơsởtổngkếtcáckếtquảnghiêncưú củathếgiớitrong những nămgầnđâylat̀ ài tiễn liêuthamkhả ochocaćkỹsưđườ ngbô,̣n ângcaokiế nthứcá pdungtrongthưc nhằmgiảmthiểuhưhỏngLVBX nứtmỏi nghiêm Kếtquảnghiêncưú thưc đưara khuyếnnghịvề“cấp phốithô”phu hơ choBTNsửd ungcacloaịnhưa đườngkhácnhautao điềukiên chocácnhà ́ p thầuxâydưngtrongviêcnứtmỏi lư cho cấpphốichoBTNhan chếcảL VBXcũngnhư a n Kết cấuluậnán Luận án trình bày 122 trang A4 gồm mở đầu, nội dung nghiên cứugồm4chương,kếtluậnvàkiếnnghị,tàiliệuthamkhảovàdanhmụccáccơngtrìnhđã côngbố tác giả CHƯƠNG 1.TỔNG QUAN VỀ LÚN VỆT BÁNH XE VÀ MỎI CỦABÊTÔNGNHỰACHẶT 1.1 Sựcầnthiếtnghiêncưu ́ lúnvêṭban ́ hxevan ̀ ứtmỏicuả BTN Quyếtđ ị n h s ố 8 / Q Đ – B G T V T [ ] n g y / / c ủ a B ộ G T V T đ a n g đươc ápdungphổb i ế n ởn ́cta.QĐ858/QĐ-BGTVTđa ̃đưaraquyđinhrõv ề “cấpphốithô”(nhiềuđád ăm), “cấpphốimiṇ”(i t́ đád ăm) va ̀a ṕ dung“cấpphốithô”chomặtđư ờngbêtôngnhựa(BTN)co ́q u y môgiaothônglơ ́n;quyđinhvề thiếtkế c ấ p phối cốtliêutheo đươ ǹ gcongchư ̃S nhằmgia m ̉ thiểuLVBX.Tuy nhiênkhôngítnhàt hầu xâydưnglamduṇgquyđinhnày,sửd u n g cấpphốiqua ́ “thô”choBTNdẫnđếnkhôngítđ o a n đườngBTNcóh iên tươngphânbốcốtliêu khôngđồngđều, qua ́i ́tnhư ađươ ̀ng,dẫn đế n mătđươ ̀ngdễbi,̣ bongtro ́c,thấm nươć ,nưt́ mỏilam ̀ suygiảmtuổitho.̣Viv̀ âỵ, viêcnghiêncưú đań hgiam ́ ứcđộthô của“cấpphốithô”choBTN,quađoḱ huyếnnghị“cấpphốithô”phuh̀ ơpưń gvới loaịcốtliêu,loaịnhưađườnglac̀ ầnthiếtnhằmđảmbảolớpBTNvưà caỉthiên LVBX,vừacả ithiênsứckhá ngmỏ iđểké odà ituổ itho.̣Đểc ócơsởđưara“câṕ phố ithô”phùhơp,cầ nthiế tphả ithín ghiêm LVBXkếthơpvơ í thi ́n ghiêm mỏi trêncáctâpmẫuBTNvớicấpphốicốtliêucóm ́cđộ“thô”khácnhauđểđưara cáckhuyếnnghị,đềxuấtnhằmgiảmthiểuhưhỏngLVBXvànứtmỏimăṭđ ̀ngBTNnướcta 1.2 Lun ́ vêṭban ́ hxe 1.2.1 Các dạnglúnvệtbánhxe Có dạng LVBX phổ biến là: LVBX BTN bi ̣chảy dẻo (InstabilityRutting - Plastic Flow); LVBX kết cấu (Structural Rutting); LVBX taị lớpmặtBTN(Surface/WearRutting)[27].TrongđóLVBXdoBTNbic̣hảydẻolàhư hỏngchủyếucủamăṭđườngBTNvađ̀ ươcracác thếgiớitâp trungnghiêncưú nhằmđưa giảipháp khắcphuc LVBXdoBTN bịchảydẻo LVBXdokếtcấu LVBXtaịlơṕ mặtBTN Hình1-1 Các dạnghư hỏnglún vệt bánh xe[27] 1.2.2 Cácphương phápthínghiệm lúnvệtbánhxe Cón h iề uphươngphá pthínghiêmLVBXchoBTNđươcnghiêncứuaṕdung trênthếgiơ ́i.Cót ̉phânloaịc a ́cphươngphápthínghiêmnàytheocácnhómsau: - Nhó m1:xá cđinhtrưctiêṕchiề usâuLVBXtrênmăṭđ ườ ngBTNhoăctrên mẫuBTNdướ itá cđôngcủ atả itronglăpcủ abá nhxethínghiêmvàn h iêṭđộcủ a mẫu.Điểnhìnhlac̀ ácphươngphápthínghiêmxácđiṇh:LVBXloaịlớn(fullscale) làA c c e l e r a t e d L o a d T e s t i n g ( A L T ) ; L V B X l o a i n h o ̉( s m a l l s c a le)baogồm, HamburgWheel-Tracking(HWTD);FrenchPavementRutting(FRT)vàA sphalt Pavement Analyzer(APA) -Nhóm2:xácđinhLVBX(biếndangvinhcửu)thôngquaxácđiṇhsưć khá ngcắ ttrươtcủ amẫuBTN.Điể nhìnhcać phươngphá pthínghiêm:củ a Superpave(My) ̃; củatrươ ǹ gđaịh o c Nottingham(vươngquốcAnh);củaCHLBNga 1.2.3 Cácphươngphaṕ dựbaó lúnvệtbánhxe Cómộtsố phươngpháp dựbáoLVBXđiểnhình nhưsau: - PhươngphápđánhgiátuổithọkếtcấumặtđườngtrêncơsởtiêuchuẩnL VBX; - Phươngphápthiết kếcơhọc-thựcnghiệm; - Phươngpháp chươngtrình nghiêncứuchiến lượcđườngơtơSHRP; - Phươngpháp củaShellsửdụngtiệníchSPDM 1.2.4 Cácphươngphápxácđịnhlúnvệthằnbánhxengồihiệntrường - Phươngphápđođạcmặtcắtngangmặtđường(TransverseSurfaceProfile); - Phươngpháp sử dụngthước đotheoASTM E1703/E1703M; - Phươngphápsử dụngthiếtbịlaserđểđolúnvệthằnbánh xe 1.3 Nứtdomỏi Nưt́ mỏi thươǹ g xảy ravaò muà coń hiêṭ đô m ̣ ôi trươ ǹ g trung biǹ h (nhiêṭđộtrunggiangiữ anhiêṭđộcaonhấ tvàthấ pnhấ txả yratrongnăm).Taịnhiêṭđô trunggian,BTNcóxuhướ ngcứnghơnvàgiò nhơnsovớ ikhinhiêṭđợcaonên dướitácđơngcủatảitronglăp,BTNcóx u hướngbinđiển ưt́ domỏi Hìnhảnhnưt́ mỏi hìnhthườngcódang"da cásấu" 1.3.1 Phươngphaṕ thín g hiêmmỏ iBTNtheomơhình́ ndâm̀ 4điêm̉ MăcdùcónhiềumơhìnhnghiêmmỏiBTNđươcpháttriểntrênthếgiớinhư: - Mơhiǹ huốndầm,baogồmcać phươngphaṕ :thínghiêmuốndầm2điểm, uốn dầm3điểm, uốn dầm4 điểm,uốn dầm5điểmvà uốndầmtrênnềnđàn hồi - Môhi ̀nhké o (nén),baogồmca ́cphươngpha ́p:ke ́o(ne ́n)mẫuđúngtâm doctruc,ép chẻ(kéo giántiếp), kéo(nén)lêch tâm Tuynhiênhiênnay,phươngpha ṕ thi ́n ghiêm mỏiBTNtheomôhi ǹ huốn dầm4điểmđượcsửdụngrộngrãinhấttrênthếgiới.Vìvâỵ,luân ánchỉtâp trung phântíchthínghiêmmỏi theo mơhình uốndầm4điểm Cácthơngsố quantrọngảnh hưởngtớithí nghiệmmỏigồm: - Nhiêtđợthínghiêmmỏ i:TrongtiêuchuẩnASTMD7460-10[41]có khúncáo,nhiệtđộthínghiệmđộbềnmỏithườngđượclấylà200C(đâylànhiệtđộcựchạnđượclự achọnchohầuhếtcácvùngcủanướcMỹ,trongđócócácbangkhu vực phía Nam nước Mỹ như: Arkansas, Louisiana,Mississippi,OklahomavàTexascó khíhậu khátươngđồngvớikhíhậuViệtNam) - Tầns ố tảit h i ́n g h i ê m m o ̉i:T h e o k h u y ế n c o t r o n g t i ê u c h u ẩ n A S T M D7460-10[41]tầnsốtảithínghiệmthườngđượcđặttrongphạmvitừ5Hzđến10Hzvà thơngthườnglấyvớitần số 10 Hz - Chế độ thí nghiệm mỏi: Thí nghiệm mỏi thường thực theo cácchếđộkhốngchếứngsuất(ứngsuấtkhơngđổi)vàkhốngchếbiếndạng(biếndạngkhơngđổi) dướitác dụngcủa tảitrọng 1.3.2 Phươngphaṕ dựbáotuổithọmỏicủabê tôngnhựa Các kết quảnghiên cứu vềmỏi BTN thếgiới đều chỉr a đ ợ c m ố i tương quan biến dạng/ứng suất với số lần tác dụng tải trọng làm phá hoạivậtliệu.NhữngkếtquảđóđượcứngdụngđểlựachọnkếtcấođườngcólớpBTNđảmbảo tuổithọ mỏi 1.4 Các yếutớảnhhưởngđếnlúnvệt bánhxe van ̀ ứt mỏicủabêtôngnhựa CácyếutốảnhhưởngđếnLVBXvaǹ ứtmỏicủaBTNđươckếtphân thếgiơ í tổng thànhhainhóm: (cốtliêu thô–đad́ ăm,cốtliêu -NhómliênquanđếnBTNbaogồm:cốtliêu mi –cat́ );nhưa đươǹ g;thiếtkếtha ǹ hphầnBTN;thicônglơṕ BTN n -Nhómliên quan đến lưu lươngxe, tảitrongxe,nhiêṭđộmôitrường Bảng1-1.CácyếutốảnhhưởngđếnLVBXvàm ỏi cuả củaBTN[31] 1.5 Cać kếtquảnghiêncứuliênquanđếnLVBXvànưt́ moỉ cuả BTN 1.5.1 Trênthếgiơí ĐểgiảmthiểutácđôngbấtlơicủaLVBX,nưt́ mỏigâyratrênmăṭđường BTN, thế giơ í triển khai đồng bô ̣cać nhom ́ giải phaṕ sau: (1) Nhom ́ giải phaṕ vềthiếtkếkếtcấu;(2).NhómgiảiphápvềBTN;(3).Nhómgiảiphápvềthicông;(4).Nhómgiảipháp vềkiểmsoat́ tảitrongxe 1.5.2 TạiViệt Nam 1.5.2.1 Tiêuchuẩnkyt̃ huâṭ, vănbảnphápquy (1) TCVN8819:2011-Tiêuchuẩnthicôngvàn ghiêm thumăṭđươ ̀ngBTN[8] (2) Quyếtđịnhsố858/QĐ–BGTVT ngà y 26/3/2014củaBộ GTVT[1]“Hướng