nghiên cứu chất lượng của mặt đường bám mềm sử dụng vữa có silica fume với nhiều hàm lượng

Với việc thực hiện thí nghiệm độ ổn định Marshall, cường độ chịu kéo gián tiếp, mô đun đàn hồi tĩnh và mô đun phức động thì luận văn đã đưa ra các đánh giá về vật liệu bê tông nhựa vữa x

TỔNG QUAN

Giới thiệu chung

Mặt đường bán mềm gồm 2 phần: phần vữa bê tông xi măng với vai trò lấp đầy các lỗ rỗng và phần khung là hỗn hợp bê tông nhựa rỗng

Tại Việt Nam, mặt đường cứng (bê tông xi măng) và mặt đường mềm (bê tông nhựa) là 2 loại mặt đường chính thường được áp dụng Mỗi mặt đường có những điểm mạnh và điểm yếu riêng biệt ứng với mỗi công trình cụ thể Mặt đường mềm với ưu điểm thời gian xây dựng nhanh và giá thành thi công thấp được ứng dụng rộng rãi cho đường ngoài đô thị với lưu lượng xe thấp yêu cầu xe chạy êm thuận Mặt đường cứng được ứng dụng tại các vị trí trạm dừng chân, lối vào cao tốc…vì khả năng chịu được trọng tải lớn Hiện nay, mặt đường bán mềm còn có tên gọi khác là mặt đường bán cứng cũng có nhiều nghiên cứu và áp dụng tại nước ta Tại TCCS 38:2022/TCĐBVN về Áo đường mềm – Các yêu cầu và chỉ dẫn thiết kế [5] thì kết cấu áo đường mềm (còn gọi là áo đường mềm) là kết cấu có nhiều lớp vật liệu với tầng móng bao gồm các lớp từ các loại vật liệu đa dạng đặt trên một nền đất đã được cải tiến hoặc xử lý cơ học, tầng mặt bao gồm các lớp được làm từ các loại vật liệu hạt, các vật liệu này đã được xử lý bề mặt bằng nhựa đường hay hỗn hợp của vật liệu hạt với nhựa đường Loại mặt đường được dùng nhiều nhất tại nước ta là mặt đường mềm

Hình 2.1: Sơ đồ cấu tạo chung kết cấu mặt–nền đường [5]

Theo TCCS 40:2022/TCĐBVN về thi công và nghiệm thu mặt đường bê tông xi măng trong xây dựng công trình giao thông [6] thì loại cấu tạo áo đường có lớp móng làm bằng các loại vật liệu đa dạng đặt trên nền đường hoặc trên lớp đáy móng và tầng mặt làm bằng bê tông xi măng là loại áo đường cứng Mặt đường cứng có năng lực chịu tải trọng lớn nên thường xuyên được lắp đặt tại các nơi có trọng tải và lưu lượng lớn

Trong khi đó tại Quyết định số 189/QĐ-BGTVT ngày 18/02/2020 [4] về ban hành Quy định tạm thời về thiết kế, thi công và nghiệm thu lớp bê tông bán mềm thì bê tông bán mềm được định nghĩa là lớp vật liệu được làm ra bằng cách tạo một lớp bê tông nhựa rỗng (BTNR) có độ rỗng dư khoảng 22% - 28%, kế đó đổ hỗn hợp vữa xi măng (VXM) vào lắp đầy các lỗ rỗng của lớp bê tông nhựa rỗng Mặt đường bán mềm này sử dụng hai chất kết dính là nhựa đường (mang tính mềm) và xi măng (mang tính cứng), từ đó hạn chế tối đa những khuyết điểm của mặt đường bê tông nhựa và mặt đường bê tông xi măng

Bảng 2.1: Bảng so sánh các loại mặt đường theo Infrasol [7]

Mặt đường bán mềm (MĐBM)

Bê tông xi măng (BTXM)

Không gây lún và giữ nước Ổn định nhiệt và nước

Chịu tải trọng lớn, độ bền cao

Chịu tải trọng lâu dài dễ gây trượt lún, vệt bánh xe, trồi trượt

Không bền ở nhiệt độ cao, độ kháng lún yếu

Tuổi thọ cao, thời gian áp dụng dài hơn bê tông nhựa

Bền ở nhiệt độ cao, chịu tải trọng cao, không bị các hiệu ứng võng lún như đường asphalt

Thi công nhanh, thời gian bảo dưỡng khoảng 1 ngày

Thi công chậm, mất nhiều thời gian bảo dưỡng

Chi phí bảo trì thấp hơn đường bê tông xi măng

Chi phí cao hơn bê tông nhựa nhưng thấp hơn bê tông xi măng

Chi phí sửa chữa thấp, chi phí ban đầu thấp

Phí đầu tư cao, chi phí duy tu, sửa chữa cao

4 An toàn Ít gây tiếng ồn Cải thiện tầm nhìn tốt Độ dính bám cao, ít văng nước và giữ nước

Chảy nhựa, tầm nhìn kém

Dễ xảy ra lún trồi , đọng nước , văng nước gây mất an toàn

Cho tầm nhìn tốt nhờ màu sáng

Giảm văng nước, ít lún, đọng nước, độ dính bám cao

2.1.2 Lịch sử phát triển mặt đường bán mềm Đi tiên phong trong lĩnh vực mặt đường bán mềm trong thập niên 1960 với quy trình Salviacin do công ty Jean Lafbvre nghiên cứu và phát triển (G.L Anderton

Trong những năm 1975-1976, dự án Vicksburg tại Hoa Kỳ do Hiệp hội Kỹ sư Đường thủy Quân đội Hoa Kỳ (WES) thực hiện đã nghiên cứu về mặt đường bán mềm Sau đó, WES cũng triển khai một số dự án sân bay trong giai đoạn 1987-1989 Đến năm 1990, đã có 25 quốc gia trên thế giới ứng dụng mặt đường bán mềm.

1990, Nhật Bản đã xây dựng được 288 x 103 m 2 mặt đường bán mềm Đến năm

1996, tại Mỹ đã có 288 x 103 m 2 mặt đường bán mềm Đầu thế kỷ 21, các quốc gia Châu Á đã áp dụng mặt đường bán mềm tại các khu vực có lưu lượng xe tải nặng cao

Vào năm 2015 tại Việt Nam công ty Infrasol đã tiến hành rải thử nghiệm 300m tại thành phố Hồ Chí Minh ở đường dẫn cao tốc Bình Thuận – Chợ Đệm Tiếp đến, tại Đà Nẵng công ty Taiyu đã rải thử nghiệm mặt đường bán mềm tại đường Võ Chí Công Vào năm 2018 công ty Infrasol tiếp tục rải thử nghiệm hỗn hợp bán mềm sử dụng vữa Vinkems Asphasol tại bên trái tuyến trước khu công nghiệp Tân Tạo, Đoạn quốc lộ 1, BOT An Sương – An Lạc, TP HCM

2.1.3 Phạm vi sử dụng của mặt đường bán mềm

Mặt đường bán cứng là một loại mặt đường tiên tiến được sử dụng rộng rãi trên thế giới thay cho hai loại mặt đường truyền thống Loại mặt đường này phù hợp để sử dụng tại những nơi thường xuyên chịu tải trọng nặng và xe lưu thông chậm, như kho bãi, sân bay, bãi container, giao lộ và trạm thu phí.

Tại Việt Nam, bê tông nhựa chủ yếu sử dụng vật liệu là nhựa đường có nhiệt độ hóa mềm dưới 56℃ với độ kim lún 60/70 Ở khu vực trong điều kiện thời tiết nước ta, nhiệt độ ở bề mặt đường lên đến 65℃ gây ra mất ổn định dẫn đến xuất hiện hư hỏng mặt đường [11] Kết quả tương tự theo nghiên cứu Phạm Huy Khang năm

2014 [12] Trong khi đó trong bối cảnh kinh tế tại Việt Nam thì việc áp dụng mặt đường bê tông xi măng là không tối ưu do thời gian thi công lâu (28 ngày) và chi phí cao Theo nghiên cứu của tác giả Đào Văn Đông [13] việc áp dụng mặt đường bán mềm mang lại nhiều tiện ích tại Việt Nam Do đó, kết cấu mặt đường bán mềm có nhiều triển vọng ứng dụng cho việc thi công các tuyến đường cao tốc, cấp cao, các đường chịu tải trọng nặng thường xuyên tại Việt Nam.

Yêu cầu kỹ thuật của mặt đường bán mềm

2.2.1 Cốt liệu lớn (đá dăm)

Bê tông nhựa rỗng được thi công theo phương pháp trộn nóng, rải nóng; là bê tông nhựa có cấp phối cốt liệu hở (open-graded); có độ rỗng dư khoảng 22% -28%

Bê tông nhựa rỗng (BTNR) bao gồm các hạt cốt liệu lớn đồng nhất, không có hoặc có một chút hạt cốt liệu nhỏ và bột khoáng; là loại kết cấu khung dạng hỗn hợp, vĩ mô

Các vật liệu áp dụng trong bê tông nhựa rỗng giống như Bê tông nhựa chặt (BTNC) gồm: cốt liệu lớn, cốt liệu mịn, phụ gia khoáng, nhựa đường Mặc dù hàm lượng cốt liệu không giống nhau; vật liệu bê tông nhựa rỗng có khối lượng hạt mịn thấp hơn nhiều so với bê tông nhựa chặt, với mục tiêu là tạo độ rỗng dư lớn hơn so với vật liệu bê tông nhựa thông thường, có đặc tính nhám và độ rỗng cao mà vật liệu nền đường bê tông nhựa chặt chưa giải quyết được.[14]

Cốt liệu có vai trò to lớn trong việc là khung chịu lực cùng với việc tạo ra khoảng trống để vữa xi măng có thể lắp đầy để tạo thành một hệ thống nhất chịu lực tốt hơn Trong bê tông nhựa rỗng thành phần cốt liệu hạt mịn khá ít [15] do hạt mịn làm cản trở khả năng len lỏi của vữa xi măng Các thông số về cơ lý cốt liệu lớn áp dụng trong mặt đường bán mềm được quy định theo 189 QĐ-BGTVT [4]

Bảng 2.2: Chỉ tiêu cơ lý của cốt liệu lớn sử dụng trong mặt đường bán mềm

TT Chỉ tiêu kỹ thuật Quy định Phương pháp thử

Giới hạn bền của đá gốc, Mpa TCVN 7572-10:2006

- Đá mác ma, biến chất ≥ 100

2 Tỷ trọng khối, g/cm3 ≥ 2,45 AASHTO T85

4 Độ mài mòn khi va đập trong máy

5 Hàm lượng hạt thoi dẹt (tỉ lệ 1/3), % ≤ 15 TCVN 7572-13:2006

6 Hàm lượng hạt mềm yếu, phong hóa

(tính theo khối lượng đá dăm),%

7 Hàm lượng chung bụi, bùn sét (tính theo khối lượng đá dăm),% ≤ 2 TCVN 7572-8:2006

8 Hàm lượng sét cục (tính theo khối lượng đá dăm),%

9 Độ dính bám đá với nhựa đường, cấp ≥ 3 TCVN 7574:2006

2.2.2 Chất kết dính nhựa đường

Khi thiết kế hỗn hợp bê tông nhựa rỗng để cải tiến đặc tính biến dạng, độ bền của bê tông nhựa khi áp dụng thì chất liên kết thường được cân nhắc xem xét là bitum cải tiến Ngày nay, bitum polime dẻo nhiệt hay cao su dẻo nhiệt là hai loại bitum cải tiến phổ biến nhất

Khi trộn bitum với các cao su dẻo nhiệt hoặc polime dẻo nhiệt ở nhiệt độ tương ứng sẽ làm nâng cao độ nhớt của bitum và tăng liên kết với bitum Độ dày và độ nhớt của lớp màng nhựa có ảnh hưởng trực tiếp đến độ ổn định của vật liệu Để giảm thiểu quá trình chảy nhựa, cũng như tăng cường liên kết trong vật liệu để ngăn chặn hỏng hóc do tác động của nhiệt độ và độ ẩm trong môi trường, việc áp dụng bitum được cải tiến cho vật liệu là một giải pháp mang tính hợp lý và hiệu quả Lớp bê tông nhựa rỗng sau khi thi công kết thúc không phun vữa xi măng liền mà đưa mặt đường bê tông nhựa rỗng vào sử dụng, khai thác thì dùng nhựa đường 40/50 hay 60/70 có thêm nhựa đường polime hoặc phụ gia cải thiện polime (theo tiêu chuẩn 22TCN 319:2004) [16]

Bảng 2.3: Một số loại nhựa được áp dụng trong mặt đường bán mềm

Anderton 40/100 cụ thể là 89 DensiphaltR

Qua bảng 2.3, ta thấy loại nhựa đường 60/70 được sử dụng phổ biến trong thiết kế cấp phối bê tông nhựa rỗng trong mặt đường bán mềm tại Việt Nam.

Mặt đường bán mềm dùng loại vữa xi măng là loại vữa cải tiến, do việc thi công không qua đầm nén nên loại vữa dùng trong mặt đường bán mềm có yêu cầu độ chảy cao, tự lèn vào các lỗ rỗng của kết áo đường Do đó mỗi đơn vị đều cho ra các thành phần vữa với công thức riêng với nhiều tên gọi như: Densiphalt, Chemilink SS-141, Eucopave…

Hình 2.2: Hình ảnh và cấu tạo thực tế nón Marsh [1]

Thành phần chủ yếu của vữa cải tiến bao gồm: xi măng Portland, nước, muội silic cùng với các loại phụ gia siêu dẻo nhằm tăng độ nhớt, tăng khả năng chống nứt, tăng cường độ cho vữa xi măng

Theo tiêu chuẩn ASTM C940, thời gian chảy của vữa dao động từ 10-18 giây khi đo bằng nón chuẩn Marsh Để đo thời gian chảy, vữa được đổ vào nón Marsh đến thể tích 1100ml Khi vữa chảy qua nón, cần theo dõi sự phân tầng và tính đồng nhất của hỗn hợp vữa.

Hình 2.3: Thí nghiệm kiểm tra cường độ uốn và nén của vữa [17]

Cường độ chịu uốn và cường độ chịu nén vữa xi măng được xác định theo 189 QĐ-BGTVT về Thiết kế, thi công và nghiệm thu lớp bê tông bán mềm

Tùy theo loại phụ gia được áp dụng trong vữa cũng như thành phần cấu tạo, tỉ lệ Nước/ Xi măng…mà từng nước có những tiêu chuẩn kỹ thuật khác nhau Một số tiêu chuẩn kỹ thuật phổ biến của vữa xi măng về độ nhớt, cường độ chịu nén, cường độ uốn …thường được sử dụng như:

Bảng 2.4: Tiêu chuẩn kỹ thuật đối với vữa xi măng tại Việt Nam [4]

TT Chỉ tiêu thí nghiệm Quy định Phương pháp thử

1 Độ chảy (độ nhớt), s 10÷14 ASTM C939

2 Cường độ chịu kéo khi uốn

(mẫu 7 ngày tuổi), MPa ≥ 2,0 TCVN 3121-11:2003

3 Cường độ chịu nén (mẫu 7 ngày tuổi), MPa 15÷36 TCVN 3121-11:2003

Bảng 2.5: Tiêu chuẩn kỹ thuật của vữa xi măng áp dụng trong mặt đường bán mềm tại Nhật [17]

Tiêu chuẩn Độ chảy (Phương pháp phễu loại P) (giây)

Cường độ nén sau 7 ngày (MPa)

Cường độ nén khi thông xe (MPa)

Cường độ uốn sau 7 ngày (MPa)

Tiêu chuẩn quốc gia, Hiệp hội đường bộ Nhật

Bảng 2.6: Tiêu chuẩn kỹ thuật trong vữa Densiphalt [1]

Chỉ tiêu kỹ thuật Tiêu chuẩn 1 ngày 7 ngày 28 ngày

Bảng 2.7: Tiêu chuẩn kỹ của vữa Chemilink SS 141 [3]

Chỉ tiêu kỹ thuật Tiêu chuẩn Chemilink SS-141 Độ chảy ASTM C939 13-27 giây

Cường độ chịu uốn 28 ngày EN 196 - 3 7-15 MPa

2.2.4 Yêu cầu kỹ thuật của mặt đường bán mềm

Sự kết hợp của hỗn hợp bê tông nhựa rỗng cùng vữa xi măng trong cùng một lớp kết cấu áo đường là mặt đường bán mềm Bộ khung nhựa có độ rỗng dư 22-28% (theo 189 QĐ-BGTVT) làm bộ khung kết hợp vữa xi măng lấp kín vào các khoảng trống còn lại Mặt đường bán mềm tạo nên sự linh động và tự do của các khớp đặc trưng của nhựa đường và năng lực kháng lún của bê tông và chịu lực tĩnh cao, lớp bề mặt với những đặc điểm tốt nhất của bê tông xi măng và bê tông nhựa Lớp mặt đường bán mềm thường được phủ trên một bề mặt đường bê tông nhựa cũ hoặc được tái chế lại Bề dày lớp mặt đường bán mềm tuỳ theo nhà sản xuất vữa: 40–60 mm theo DensiphalR [1], 50-75 mm theo nghiên cứu D.Q Wu, 2011 [18], 50mm… Đoạn thử nghiệm của công ty Infrasol có bề dày 50mm

Các thử nghiệm đã cho thấy tiềm năng chịu biến dạng vĩnh viễn của mặt đường bán mềm là rất tốt, không thấy bất kỳ vết lún bánh xe nào trên mặt mặt đường bán mềm Trong nghiên cứu của Boundy, với bề dày mặt đường bán mềm 40 mm thì độ lún hay độ biến dạng vĩnh viễn là vô cùng bé và hệ số Poison ở 20℃ là 0.25 Nghiên cứu của tác giả Anderton [8] cho thấy tiềm năng hoạt động tối ưu của mặt đường bán mềm trong môi trường làm việc tải trọng nặng kèm theo điều kiện có hoá chất nóng hoặc xăng dầu rơi vãi trên mặt đường Đặc tính cơ học của mặt đường bán mềm nằm giữa bê tông xi măng và bê tông nhựa chặt trộn nóng Tác giả Anderton tổng kết so sánh giữa mặt đường bán mềm và bê tông nhựa (BTN)

Bảng 2.8: Kết quả so sánh giữa 2 loại mặt đường theo Anderton [8] Đặc trưng vật liệu Bê tông nhựa Mặt đường bán mềm Độ ổn định Marshall (KN) 8.7 19

Kéo gián tiếp (KPa) 715 985 Độ nhạy nước 0.87 0.72 Đóng băng - tan bang 0.7 0.66-0.89

Mô đun đàn hồi (MPa) 2040 4937 Độ nhạy nước 0.83 0.82 Đóng băng-tan bang 0.68 0.51 - 0.78

Bảng 2.9: Tiêu chuẩn cho hỗn hợp mặt đường bán mềm của (NEXCO) [17]

Thí nghiệm uốn Thí nghiệm ép chẻ (kéo gián tiếp)

Cường độ uốn Biến dạng giới hạn Cường độ ép chẻ

Min 2.5 MPa Min 3 x 10 -3 (mục tiêu) Min 0.9 MPa

Dựa trên “Phương pháp thí nghiệm

Thời gian bảo dưỡng: 7 ngày

Tốc độ gia tải: 10mm/phút

Dựa trên “Sổ tay Phương pháp thí nghiệm được ban hành bởi Hiệp hội đường bộ Nhật Bản”

Mẫu: Khoan mẫu (d cm) Tốc độ gia tải: 50 mm/phút

Bảng 2.10: Tiêu chuẩn kĩ thuật cho mặt đường bán mềm Densiphalt tại nhiệt độ 20℃

Chỉ tiêu kỹ thuật Tiêu chuẩn Giá trị 5 ngày

Cường độ chịu nén (MPa) BS 1881 6-8 7-10 8-12

Chống mài mòn (cm 3 /50 cm 2 ) DIN 52108 7-8

Kháng đóng/tan băng SS 137244 Rất tốt

Thấm DIN 18130 Không thấm Để phát triển mặt đường bán mềm thì theo Densit sẽ có 2 hướng chính Hướng đầu tiên là tối ưu khoảng trống trong bê tông nhựa hở, sao cho tổng số lỗ rỗng mà vữa xuyên qua là lớn nhất Hướng thứ 2 là tối ưu hoá vữa bằng công nghệ micro silica, giúp vữa có thể đi qua được các lỗ bé nhất trong bê tông nhựa hở Những thông số yêu cầu của hỗn hợp mặt đường bán mềm được trình bày như bảng 2.10 do nhà cung cấp Densiphalt® đưa ra.

Tình hình nghiên cứu và ứng dụng mặt đường bán mềm trên thế giới và Việt Nam

2.3.1 Các nghiên cứu và ứng dụng trên thế giới

Hiện nay, mặt đường bán mềm đã phổ quát và được áp dụng rộng rãi mọi nơi do những điểm mạnh của nó mang tới Đã có nhiều công ty tại nhiều quốc gia nhảy vào ngành xây dựng với sản phẩm bê tông nhựa vữa mặc dù tên gọi mỗi nước mỗi khác nhưng nguyên lý làm việc cơ bản giống nhau là dùng xi măng lắp đầy các lỗ rỗng của bê tông nhựa rỗng nhằm tạo một kết cấu bền vững mang điểm mạnh của cả mặt đường bê tông xi măng và mặt đường bê tông nhựa

Công ty con Densiphalt® thuộc tập đoàn ITW Engineered Polymers của Đan Mạch đã tạo ra loại vữa xi măng Densiphalt® cường độ cao có độ rỗng 25-30% Vữa này được phát triển dựa trên công nghệ DSP sau hơn 30 năm nghiên cứu Công nghệ DSP ứng dụng cấu trúc chứa nhiều hạt siêu mịn được sắp xếp đồng nhất, giúp tăng cường độ của xi măng, đồng thời chống thấm nước, dầu, nhiên liệu và hóa chất, qua đó kéo dài tuổi thọ đáng kể cho bề mặt đường.

Một ví dụ minh họa khác là công ty hóa chất Euclid có trụ sở tại Cleveland, Ohio, Hoa Kỳ đã giới thiệu sản phẩm EucoPave Điểm khác biệt của EucoPave là sử dụng thêm phụ gia đá vôi và sợi xenlulo để tăng cường độ bền Ngoài ra, sản phẩm này còn được pha trộn từ xi măng đặc biệt cùng các phụ gia như muội silic, phụ gia siêu dẻo và cát thạch anh, tạo nên một loại mặt đường bán mềm có khả năng chịu được trọng tải cao thường xuyên ở những nơi như sân bay và bến hàng.

Hình 2.4: Kết cấu áo đường EucoPave [1]

Hình 2.5: Sân bay quốc tế Logan, Boston ứng dụng mặt đường EucoPave [2]

Hình 2.6: Sân bay quốc tế Changi, Singapore ứng dụng vữa Chemilink SS-141 [3]

Một nhà sản xuất khác cũng có sản phẩm được áp dụng trong nhiều công trình như sân bay quốc tế Changi, Singapore (2007), những đường chịu tải nặng như Sungei Kadut Street 1, Abingdon Road (2010), giao lộ ở South Bouna Vista Road

(2011)… Đó là sản phẩm Chemilink SS-141 do tập đoàn Chemilink Technologies sản xuất

2.3.2 Các nghiên cứu và ứng dụng tại Việt Nam

Công nghệ mặt đường bán mềm chỉ mới ở những bước đầu nghiên cứu và thử nghiệm một số đoạn tuyến Một số nghiên cứu và thử nghiệm thực hiện ở Việt Nam như:

Dự án mặt đường bán mềm có màu tại Thành phố Hồ Chí Minh Ở Việt Nam, việc áp dụng mặt đường bán mềm ngày càng phổ biến hơn, mặt đường bán mềm có màu đã được rải thử nghiệm 1 đoạn gần chợ Đệm vào ngày 15/08/2022 vừa qua là một ứng dụng của mặt đường bán mềm Mặt đường bán mềm có màu là sự phối hợp của khung bê tông nhựa rỗng với vữa xi măng STP của công ty Taiyu được trộn thêm chất tạo màu giúp nâng cao an toàn bảo đảm trật tự giao thông (phù hợp áp dụng tại các vị trí băng đường do mặt đường có màu đỏ giúp tăng nhận diện và đảm bảo giao thông)

Hình 2.7: Mặt đường bán mềm có màu được rải 1 đoạn gần chợ Đệm

Giáo sư Đào Văn Đông đóng vai trò tiên phong trong lĩnh vực mặt đường bán mềm tại Việt Nam Ông đưa ra nguyên lý, vật liệu cơ bản, trình tự thử nghiệm và hiệu quả đạt được trên từng mẫu thí nghiệm để chế tạo mặt đường bán mềm.

Bài viết đã đưa ra được cấp phối và chế tạo mẫu bê tông nhựa rỗng, tạo ra vữa rót với các vật liệu sẵn có tại Việt Nam Để tạo mẫu mặt đường bán mềm và dưỡng hộ tác giả đã thiết lập qui trình rót vữa xi măng vào mẫu bê tông nhựa rỗng

Các mẫu thử được thí nghiệm nén mẫu Cho được các kết quả khả quan tốt hơn bê tông nhựa thông thường

Dự án thi công thí điểm mặt đường bán mềm tại TP Hồ Chí Minh- Công ty

Infrasol là doanh nghiệp đầu tiên tại Việt Nam áp dụng mặt đường bán mềm vào điều kiện thực tế tại khu vực phía Nam

Vào tháng 1 năm 2015, công ty Infrasol đã cho thi công thử nghiệm đoạn tuyến với chiều dài 300m trên làn đường dành cho xe tải nặng lưu thông tại đường dẫn cao tốc Bình Thuận – Chợ Đệm đi Quốc lộ 1A trên địa bàn huyện Bình Chánh, TP

Hồ Chí Minh Công nghệ tái chế nguội tại hiện trường được áp dụng để thi công lớp bê tông nhựa rỗng Kế tiếp thi công lớp mặt đường bán mềm

Hình 2.8: Hiện trạng mặt đường bán mềm thi công đoạn đường dẫn cao tốc Bình

Thuận – Chợ Đệm năm 2015 [7] Đoạn đường này được khai thác sử dụng sau 4 năm (Hình 2.8), tuy vẫn có vết nứt nhưng vẫn đảm bảo khai thác tốt, chưa sửa chữa hư hỏng Trong cùng thời gian khai thác, hai làn đường bê tông nhựa cạnh đoạn thí điểm đã sửa chữa, thảm mới lại 2-3 lần

Dựa vào những thành công của đoạn thử nghiệm trước đó vào năm 2018 Infrasol tiếp tục thử nghiệm đoạn mặt đường bán mềm bằng vữa Vinkems Asphasol tại Đoạn quốc lộ 1, BOT An Sương – An Lạc, bên trái tuyến trước khu công nghiệp Tân Tạo, TP HCM Sau đó kiểm tra chất lượng công nghệ, lập báo cáo kỹ thuật sau thời gian khai thác 1, 3, 6 tháng [7]

Hình 2.9: Thi công thí điểm mặt đường bán mềm bằng vữa Vinkems Asphalsol tại cổng KCN Tân Tạo (Ảnh chụp 04-2018)

Nghiên cứu của 2 tác giả Nguyễn Mạnh Hùng và Cao Đình Vũ [19]

2 tác giả đã nghiên cứu thêm việc sử dụng mặt đường bán mềm bằng việc ứng dụng vữa xi măng tự chèn cùng với 2 loại phụ gia là chất chống co ngót (Intraplast Z-HV), chất hóa dẻo (Sika Viscoceret 3000-20 loại G) Thử nghiệm 5 tỉ lệ Nước/Xi Măng và chọn được tỉ lệ N/XM = 0.456 cho độ nhớt, cường độ chịu nén và cường độ chịu uốn R28 thõa mãn được các tính chất của mặt đường bán mềm như: cường độ chịu kéo gián tiếp, cường độ chịu nén, môđun đàn hồi vật liệu cho kết quả tăng thêm theo thời gian bảo dưỡng (3, 7, 28 ngày) Khả năng chống xuất hiện vết nứt bề mặt do co ngót không được nêu ra trong nghiên cứu Do đó cần nghiên cứu thêm về cả lý thuyết và thực tiễn

Luận văn “Nghiên cứu đánh giá chất lượng mặt đường bán mềm sử dụng vữa tự chèn kết hợp bê tông nhựa có độ rỗng dư cao” – Nguyễn Duy Phương – Trường Đại học Bách Khoa TPHCM [20] Đề tài này tập trung việc đánh giá những chỉ số cốt lõi của mặt đường bán mềm được tạo ra từ khung bê tông nhựa rỗng kết hợp với phụ gia TPS, 2 loại vữa tự chèn sử dụng phụ gia gốc SBR của hãng Sika cùng với vữa thương phẩm Vinkems Asphalsol của công ty Infrasol

Trong nghiên cứu này, hai loại vữa tự chèn sử dụng phụ gia gốc SBR của Sika đạt tiêu chuẩn về độ chảy, cường độ chịu nén và uốn phù hợp cho mặt đường bán mềm với hàm lượng phụ gia từ 8-9% so với xi măng Số chày đầm mỗi mặt là 35 chày đảm bảo chỉ tiêu kỹ thuật cho khung bê tông nhựa Để tránh mất nước, cần bảo dưỡng thích hợp, sử dụng phụ gia bảo dưỡng khi thi công Trường hợp vữa chứa cát nên dùng cấp phối tạo độ rỗng dư cao (Vinkems Asphalsol).

Thi công thử nghiệm mặt đường bán mềm tại Đà Nẵng – Công ty Taiyu

Vào cuối năm 2017, công ty Taiyu Nhật Bản đã thực hiện việc thử nghiệm áp dụng mặt đường bê tông bán mềm trên đường Võ Chí Công - Đà Nẵng

Hình 2.10: Thi công vữa xi măng SPT tại Đà Nẵng [21]

THIẾT KẾ HỖN HỢP BÊ TÔNG NHỰA VỮA XI MĂNG

Vật liệu sử dụng trong nghiên cứu

Liên hệ tìm nguồn cung ứng vật liệu: cốt liệu, bột khoáng, nhựa đường

Sử dụng silica fume của công ty Elkem: Elkem Microsilica ® 940

Miêu tả: Elkem Microsilica ® 940 là bột silica fume khô Nó là thành phần chính trong nhiều vật liệu xây dựng Khi sử dụng, nó hoạt động về mặt vật lý như một chất phụ gia và về mặt hóa học như một pozzolan có khả năng phản ứng cao

Elkem Microsilica ® 940 được áp dụng trong lĩnh vực xi măng sợi như một chất hỗ trợ quá trình, để cải thiện sự phân tán thành phần và cải thiện đặc tính cứng và độ bền tổng thể

Elkem Microsilica ® 940: Không đặc (U) và đặc (D)

Bảng 3.1: Bảng cấu tạo hóa học của Elkem Microsilica ® 940

Thành phần Giá trị Đơn vị

Giữ lại trờn sàn 45àm Maximum 1.5 %

Thiết kế khung bê tông nhựa rỗng

Vật liệu cấp phối bê tông nhựa gồm: cát, đá, nhựa và bột khoáng

Trong quá trình nghiên cứu, Công ty Thi Công Xây Dựng Cầu Đường Hồng An đã cung cấp đá từ bãi lưu trữ vật liệu tại trạm trộn bê tông nhựa Hồng An trên tuyến đường Nguyễn Xiển, Quận 9, Thành phố Hồ Chí Minh Đá được chuyển từ trạm trộn về phòng thí nghiệm để sấy khô, rây sàn và phân loại các kích thước hạt, bao gồm 12,5mm, 9,5mm, 4,75mm, 2,36mm, 1,18mm, 0,6mm, 0,3mm, 0,15mm và 0,075mm

Trong nghiên cứu này, xi măng đa dụng Vicem Hà Tiên OPC của Công ty Cổ phần Vicem Hà Tiên đã được sử dụng làm bột khoáng

Dựa trên các cấp phối đã được thực hiện nghiên cứu và áp dụng trên toàn thế giới cũng như tại Việt Nam sử dụng trong mặt đường bán mềm Dựa trên yêu cầu về cường độ và độ rỗng lựa chọn đường cong cấp phối hợp lý

Tham khảo từ luận án thạc sĩ của tác giả Nguyễn Duy Phương [20] về việc nghiên cứu và đánh giá chất lượng của mặt đường bán mềm sử dụng vữa tự chèn phối hợp bê tông nhựa với độ rỗng lớn, các thành phần hạt và biểu đồ cấp phối đã được chọn như bảng 3.2 bên dưới Cấp phối có hàm lượng hạt mịn như 1.18, 0.6, 0.3, 0.15mm không sử dụng đảm bảo tránh được sự cản trở quá trình len lỏi lấp kín của vữa xi măng và thành phần hạt mịn, hạt thô trung bình giữa các cấp phối đã được ứng dụng như Taiyu, Densiphalt, công ty Infrasol hay của tác giả Nguyễn Mạnh Hùng

Bảng 3.2: Cấp phối sử dụng trong luận văn

Cấp phối trong nghiên cứu [20]

Sử dụng vật liệu liên kết là nhựa đường ICT được cung cấp bởi doanh nghiệp Đầu tư Xây dựng và Thương mại Quốc tế

Dựa trên nghiên cứu về bê tông nhựa rỗng của tác giả Trương Nguyễn Thanh Vương [14] và tác giả Nguyễn Duy Phương [20], hàm lượng nhựa tối ưu được đề xuất là 5.2-5.4 % Do đó trong nghiên cứu này việc chế tạo khung bê tông nhựa rỗng với tỉ lệ 5.2% đã được chọn Thực tế khi thực hiện nghiên cứu, hàm lượng nhựa 5.2% không phù hợp gây đọng nhựa và lãng phí Vì thế trong nghiên cứu này, tác giả đề xuất giảm tỷ lệ nhựa xuống còn 4.9% để cải thiện hiệu suất

3.2.4 Nghiên cứu ảnh hưởng đầm nén đến khung BTNR

Tham khảo từ nghiên cứu trước đó của tác giả Nguyễn Duy Phương [20] nên chọn số chày đầm mỗi mặt là 35 chày (dựa vào các chỉ tiêu kỹ thuật bảng 3.3) để đánh giá về mặt cơ lý của hỗn hợp bê tông nhựa rỗng (BTNR) theo quy trình Marshall được quy định cụ thể trong TCVN 8820:2011 [28]

Bảng 3.3: Kết quả thử nghiệm số chày đầm mỗi mặt là 35 chày [20]

Khối lượng riêng ở trạng thái rời (g/cm 3 ) 2.53 Độ rỗng dư (%) 23%

KLTT (g/cm 3 ) 1.96 Độ ổn định Marshall (KN) 3.65

Khả năng chế tạo mẫu Tốt

Thiết kế hỗn hợp silica fume

Do cường độ của khung bê tông nhựa rỗng (BTNR) kém hơn bê tông nhựa chặt (BTNC) thông thường nên vữa xi măng đóng vai trò quan trọng trong việc tạo ra cường độ của hỗn hợp bê tông nhựa rỗng và bitum (MĐBM) Để đảm bảo độ chảy cao giúp vữa xi măng tự lèn chặt vào khoảng trống của BTNR, ngoài xi măng và nước, việc pha trộn phụ gia có vai trò then chốt trong việc ổn định chất lượng của vữa xi măng.

3.3.2 Thành phần vữa xi măng sử dụng silica fume

Bằng cách thử dần tỉ lệ xi măng, nước, silica fume trong hỗn hợp đảm bảo độ linh động và thời gian ninh kết Qui trình thiết kế vữa xi măng được tiến hành theo như trong Hình 3.2

Thành phần vữa cải tiến thực nghiệm gồm nước và xi măng PCB40 từ công ty cổ phần vicem Hà Tiên Quá trình thử nghiệm bao gồm: trộn hỗn hợp xi măng, nước, silica fume, xem xét sự linh động và đúc mẫu vữa quan sát khả năng ninh kết Những thông số kỹ thuật của vữa đánh giá dựa trên Bảng 3.3

Hình 3.3: Biểu đồ quy trình lựa chọn thành phần trong vữa xi măng [30]

Bảng 3.4: Các chỉ tiêu kỹ thuật đối với vữa xi măng

Silica fume được biết đến như một loại bụi siêu nhỏ với kích thước chỉ dưới 1 μm, trung bình khoảng 0,15 μm Chúng có kích thước nhỏ hơn khoảng 100 lần so với hạt xi măng Điều này giúp cho các hạt silica fume len lỏi vào những lỗ rỗng mà hạt xi măng không vào được qua đó giúp tăng cường độ của vữa xi măng

Bảng 3.5: Tỉ lệ % thành phần silica fume so với khối lượng xi măng

Chỉ tiêu Đơn vị Yêu cầu Tiêu chuẩn thí nghiệm Độ chảy của vữa Giây 10-18 ASTM C940

Cường độ chịu kéo uốn sau 7 ngày MPa ≥ 2,0 TCVN 3121-11:2003

Cường độ chịu nén sau 7 ngày MPa 10-36 TCVN 3121-11:2003

Hình 3.4: Thí nghiệm vữa xi măng

So sánh về độ chảy, vữa xi măng với các hàm lượng silica fume đều đáp ứng về độ chảy yêu cầu Khi lượng silica fume tăng, độ chảy cũng tăng theo qua đó cho thấy silica fume làm tăng độ chảy của vữa cũng như áp dụng silica fume để điều chỉnh độ chảy của vữa Độ bền nén và độ bền kéo uốn đạt giá trị lớn nhất tại vữa xi măng với hàm lượng silica fume là 5% Độ bền nén và độ bền kéo uốn tại giá trị hàm lượng 4% có giá trị gần tương đương với hàm lượng silica fume 5%

Bảng 3.6: Kết quả thí nghiệm của các loại vữa

Mẫu Vữa xi măng với hàm lượng Độ chảy CĐ nén (7 ngày) CĐ uốn (7 ngày) s MPa MPa

Hình 3.5: Biểu đồ kết quả thí nghiệm các loại vữa.

Chế tạo mẫu bê tông nhựa vữa xi măng

Theo phương pháp Marshall, việc tạo ra mẫu bê tông nhựa được tiến hành với quá trình đầm mỗi mặt là 35 chày thay vì 75 chày theo TCVN 8819-2011 [27]

Hình 3.6: Máy đầm Marshall; khuôn và dụng cụ đúc mẫu (Ảnh chụp 11-2023)

Cường độ chịu kéo uốn (MPa)

Cường độ chịu nén (MPa)

Cường độ chịu nén (MPa) Cường độ chịu kéo uốn (MPa)

Hình 3.7: Mẫu bê tông nhựa rỗng sau khi chế tạo xong (Ảnh chụp 11-2023)

Bảo quản mẫu bê tông nhựa rỗng trong khuôn tối thiểu 12 giờ ở môi trường nhiệt độ phòng sau đó tháo mẫu ra khỏi khuôn Sử dụng tờ giấy bóng kính bọc chặt xung quanh mẫu, sao cho phần dưới tờ giấy bằng với phần dưới của mẫu bê tông nhựa rỗng Phần trên của tờ giấy cao hơn phần trên của mẫu ít nhất 1cm Đặt mẫu lên một bề mặt phẳng, trước đó mẫu đã được bọc giấy kính

Hình 3.8: Tạo mẫu và đánh dấu trước khi tiến hành rót vữa (Ảnh chụp 11-2023)

Hình 3.9: Đo lường phần trăm phụ gia, kiểm tra độ chảy của hỗn hợp vữa trước khi đổ vào khuôn bê tông nhựa rỗng (Ảnh chụp 11-2023)

Trước khi bắt đầu rót vữa, cần kiểm tra độ chảy của nó Để đo lượng vữa đã chuẩn bị, sử dụng ống đong có vạch thể tích Rót từ từ vữa vào khuôn bê tông nhựa rỗng cho đến khi hết, sau đó dùng chổi nhỏ để phân phối đồng đều vữa trong khuôn Mẫu được bảo quản suốt một ngày đêm ở môi trường nhiệt độ phòng lab

Hình 3.10: Mẫu sau khi rót vữa xi măng và quá trình ninh kết sau 2 giờ

Các mẫu bê tông nhựa vữa xi măng được bảo dưỡng ở nhiệt độ phòng trong phòng lab Sau 3 ngày bảo dưỡng, khuôn mẫu được tháo ra khi xi măng đạt cường độ cần thiết, sau đó ghi chú trên các mẫu Tiếp theo, sau 7 ngày duy trì ở nhiệt độ phòng, mẫu có thể được thử nghiệm.

SO SÁNH, ĐÁNH GIÁ CHẤT LƯỢNG CÁC LOẠI BÊ TÔNG NHỰA VỮA XI MĂNG

Thí nghiệm mô đun đàn hồi vật liệu

Đúc các mẫu thí nghiệm với tỉ lệ thành phần trong phòng thí nghiệm để đạt được chiều cao là 100mm Đưa vào máy nén, nén mẫu đến chiều cao mong muốn và giữ nguyên trong vòng 3 phút Thực hiện việc đổ vữa vào mẫu sau khi thực hiện bảo dưỡng ở môi trường nhiệt độ phòng Trước khi thử nghiệm, mẫu được bảo quản trong vòng 28 ngày và sau đó được đặt trong tủ ấm, tủ sấy ở ba nhiệt độ khác nhau là 15℃, 30℃ và 60℃ trong 25 giờ ứng với mỗi nhiệt độ để tuân thủ theo tiêu chuẩn 22TCN 211-06 [29] Tổng số mẫu cần cho thí nghiệm là 6 mẫu cho mỗi hàm lượng silica fume tương ứng với 1 mẫu

Hình 4.1 : Dụng cụ chế tạo mẫu mô đun đàn hồi (Ảnh chụp 11-2023)

Hình 4.2: Thí nghiệm Mô đun đàn hồi vật liệu bê tông nhựa vữa xi măng

Sử dụng 3 mức nhiệt độ là 15℃, 30℃ và 60℃ để thí nghiệm mô đun đàn gồi theo tiêu chuẩn 22TCN 211-06 [29] Mẫu được đem đi ép, khi đạt đến cường độ yêu cầu đọc giá trị trên chuyển vị kế Tiếp đó dỡ tải đợi tốc độ biến dạng ổn định đọc giá trị trên chuyển vị kế một lần nữa Trị số biến dạng đàn hồi L là hiệu số giữa giá trị chuyển vị kế lúc dỡ tải và lúc gia tải

Mô đun đàn hồi được tính theo công thức sau:

4P 2 p  D (MPa) (4.2) + D cm là đường kính mẫu (sai số0.2 cm) và H cm là chiều cao mẫu (sai số0.2 cm);

Lực tác dụng lên bề mặt bàn ép trong các thử nghiệm thường có giá trị khoảng 0,5MPa, tương ứng với áp suất làm việc của vật liệu áo đường Giá trị này được sử dụng để mô phỏng điều kiện làm việc thực tế của vật liệu.

Bảng 4.1: Kết quả thí nghiệm mô đun đàn hồi vật liệu

Ở nhiệt độ 30℃ và 60℃, bê tông nhựa vữa xi măng có hàm lượng silica fume 5% có mô đun đàn hồi tĩnh cao nhất Tại nhiệt độ 15℃, mô đun đàn hồi đạt giá trị lớn nhất khi hàm lượng silica fume là 6%.

Thí nghiệm cường độ chịu kéo gián tiếp (ép chẻ)

Thử nghiệm để xác định cường độ chịu kéo của vật liệu được thực hiện dựa trên tiêu chuẩn TCVN 8862:2011 [30] Tác dụng một lực theo hướng dọc trên mẫu bê tông nhựa, đi qua đường kính của hai đáy mẫu và nằm trong mặt phẳng thẳng đứng Mẫu sẽ bị phá hủy khi đạt đến giá trị nén tối đa do ứng suất kéo nâng lên quá năng lực chịu tải của vật liệu thử

Mục đích thí nghiệm: Khi nhiệt độ giảm, mẫu vữa xi măng sẽ co lại thông qua tác động của tải trọng, gây ra ứng suất kéo Thông qua thí nghiệm này xác định khả năng chịu kéo của vật liệu Nếu ứng suất kéo từ tải trọng cao hơn năng lực chịu kéo của vật liệu, thì mặt đường sẽ xuất hiện nứt

- Máy nén tăng cường áp suất đến khi phá hủy mẫu, với khả năng điều chỉnh tải trọng và tốc độ nén trên máy nén đa năng

- Các công cụ được sử dụng để điều chỉnh nhiệt độ như tủ ổn nhiệt

- Nhiệt kế để đo nhiệt độ được sử dụng trong tủ ổn nhiệt với độ chính xác 0.1℃

Hình 4.4: Tủ ổn nhiệt và máy nén đa năng thí nghiệm ép chẻ (Ảnh chụp 12-2023)

- Tiến hành đúc mẫu Marshall với hàm lượng silica fume thay đổi từ 0% đến 3%, 4%, 5%, 6% và 7% Quy trình xác định khả năng chịu kéo gián tiếp của mẫu BTN được tiến hành ở 25℃, kế tiếp bảo quản mẫu trong tủ ổn nhiệt trong vòng 4 giờ

Hình 4.5: Mẫu bê tông nhựa vữa xi măng sau khi ép chẻ (Ảnh chụp 12-2023)

Cường độ chịu kéo gián tiếp - ITS: Mỗi viên mẫu thử hình trụ được đo chính xác đến 0,01 MPa theo phương pháp tính toán trong công thức (4.3):

Trong đó: d, h: đường kính và chiều cao mẫu, mm

P: tải trọng khi phá hủy mẫu, N

Bảng 4.2: Kết quả thí nghiệm cường độ chịu kéo gián tiếp

Cường độ chịu kéo khí ép chẻ (N/mm 2 )

Hình 4.6: Biểu đồ kết quả thí nghiệm cường độ chịu kéo gián tiếp Độ bền kéo của vữa khi sử dụng silica fume ở mức 3% đạt kết quả cao nhất là 0,77 Mpa Các hàm lượng khác mặc dù thấp hơn nhưng không có sự chênh lệch đáng kể như trong hình (Hình 4.6).

Thí nghiệm độ ổn định Marshall

Thử nghiệm về chỉ số ổn định Marshall được tiến hành theo tiêu chuẩn TCVN 8860-1: 2011 [31]

- Chỉ số ổn định Marshall là khả năng chống chịu tối đa (tính bằng kG, daN) của mẫu thử trong môi trường nước ở nhiệt độ cao khi phải đối mặt với tải trọng theo tiêu chuẩn cụ thể

Hình 4.7: Bình ổn định nhiệt và máy nén và khuôn ép Marshall.(Ảnh chụp 12-

Máy nén Marshall tác động tải trọng lên mẫu thử qua hai vòng bán nguyệt của khuôn ép Máy nén được lắp đặt các thành phần thiết yếu như:

- Lò xo vòng và khuôn ép bao gồm 2 vòng bán nguyệt được dùng để giữ và ép mẫu thử Vòng trên di chuyển theo hướng thẳng đứng nhờ vào 2 thanh hướng dẫn được gắn vào vòng dưới

- Bình ổn định nhiệt được sử dụng để ngâm mẫu thử trước khi thí nghiệm Bình chứa có độ sâu tối thiểu là 15 cm và bộ điều chỉnh nhiệt để duy trì nhiệt độ của nước ở mức 60  1℃ và có vách ngăn cách đáy bồn 5cm để giữ mẫu thử

Thí nghiệm độ ổn định Marshall:

- Thực hiện tạo mẫu Marshall với các hàm lượng silica fume thay đổi từ 0%, 3%, 4%, 5%, 6% và 7% (hàm lượng silica fume trên hàm lượng xi măng) Tổng số mẫu chế bị là 12 mẫu, tương ứng với mỗi hàm lượng silica fume sẽ có 2 mẫu Độ dẻo Marshall và độ ổn định được tính trung bình từ 2 mẫu Trước khi thí nghiệm, mẫu được bảo quản trong nhiệt độ phòng tối thiểu 12 giờ

- Chiều cao trung bình của mẫu được xác định trước khi thí nghiệm

- Đặt mẫu vào bể nước bể ổn định nhiệt 60℃với độ chênh lệch không quá 1℃ trong thời gian là 40 phút, có thể dao động trong khoảng 5 phút

Mẫu BTN sau khi lấy ra khỏi thiết bị ổn định nhiệt sẽ được nhanh chóng đặt vào giữa hai vòng thép để nén mẫu Áp lực sẽ được tác động lên mẫu với tốc độ không đổi 50,8 mm/phút cho đến khi mẫu bị phá hủy Điểm phá hủy được xác định khi đạt tải trọng cao nhất, chính là chỉ số ổn định Marshall của mẫu BTN.

- Trong quá trình thực hiện thí nghiệm, không vượt quá 30 giây kể từ khi mẫu được rút khỏi bể ổn nhiệt cho đến khi xác định được áp lực nén tối đa Để đánh giá độ bền và độ dẻo theo phương pháp Marshall, chúng ta sẽ lấy giá trị trung bình của hai mẫu, và sự khác nhau giữa chúng không được quá 10%

Bảng 4.3: Kết quả thí nghiệm nén Marshall

Hàm lượng silica fume 0% 3% 4% 5% 6% 7% Độ ổn định Marshall (kN) 7.66 8.68 10.60 12.33 11.74 9.57 Độ dẻo Marshall (mm) 10.03 10.02 9.03 8.27 8.43 9.58

Hình 4.8: Biểu đồ kết quả thí nghiệm độ ổn định Marshall

Mẫu BTN có chỉ số ổn định Marshall đạt được cao nhất: 12,33 kN tại hàm lượng silica fume là 5% Trong 6 loại hàm lượng silica fume được sử dụng trong vữa xi măng thử nghiệm độ dẻo Marshall nhỏ nhất: 8.27mm tại hàm lượng silica fume là 5%

00% 03% 04% 05% 06% 07% Độ dẻo Marshall Độ ổn định Marshall (kN)

Hàm Lượng Silica Fume Độ ổn định Marshall tb (KN) Độ dẻo Marshall tb (mm)

Thí nghiệm mô đun phức động (Dynamic Modulus)

Dùng thiết bị DTS-30 của hãng Matest-Italia thử nghiệm xác định Mô đun phức động theo tiêu chuẩn EN 12697-26C [32]

Các hư hỏng trên mặt đường chủ yếu bắt nguồn từ sự tương tác giữa tải trọng lặp lại của xe cộ và tác động nhiệt độ thay đổi theo thời tiết Trong bối cảnh đó, việc nghiên cứu các đặc tính cơ nhiệt của vật liệu làm mặt đường đóng vai trò quan trọng nhằm phát triển các phương pháp và công thức cải tiến, tạo ra vật liệu có khả năng chống chịu hiệu quả trước những tác động này.

Một chỉ số quan trọng không thể thiếu trong việc lập thiết kế mặt đường theo cách tiếp cận cơ học thực nghiệm là mô đun động Đây chính là chỉ số quan trọng thể hiện sự phản ứng của bề mặt đường sát với hoạt động thực tế của vật liệu bê tông nhựa

Thiết bị thử nghiệm là máy DTS-30 có thể thí nghiệm kéo, nén đa năng và thích hợp dể thử nghiệm đa dạng các vật liệu như nhựa đường, đất, vật liệu dạng hạt DTS-30 được điều khiển bằng bộ CDAS kỹ thuật số của Pavetest, phần mềm TestLab và các phụ kiện kèm theo Tủ ổn nhiệt kèm theo và bộ điều khiển nhiệt độ rời

Một thử nghiệm được thực hiện với mẫu hình trụ tròn có đường kính 100mm và chiều cao 150mm Tổng cộng có 3 mẫu được dùng trong thí nghiệm, tương đương với 3 mức hàm lượng silica fume là 0%, 5%, 7%

Tần số của tải trọng tác dụng lên mẫu lần lượt là 0.1 Hz, 0.5Hz, 1 Hz, 5 Hz, 10

Hz và 25 Hz Tương ứng với mỗi tần số của tải trọng là nhiệt độ thí nghiệm là -10 oC, 4 o C, 21 o C,37 o C và 54 o C

Tiến hành lắp mẫu vào khung thí nghiệm, gắn chuyển vị kế và đặt vào máy DTS

30 Thiết lập nhiệt độ thí nghiệm và đợi mẫu đạt đến nhiệt độ đó thông qua một mẫu quy chiếu có gắn nhiệt kế

Trong quá trình tác dụng xung lực, 10 xung lực đầu tiên sẽ được sử dụng để hiệu chỉnh độ lớn và chu kỳ lực xung lực sao cho phù hợp với giới hạn biến dạng ngang đã được thiết lập trước.

Hình 4.9: Dạng xung tải thể hiện qua thời gian tăng tải và tải trọng lớn nhất [33]

Hình 4.10: Thí nghiệm xác định mô đun phức động của bê tông nhựa vữa xi măng (Ảnh chụp 12-2023)

Trong quá trình nghiên cứu, để đánh giá mối quan hệ giữa nhiệt độ và tần số, biểu đồ đặc trưng về mối quan hệ giữa hai yếu tố này là công cụ thiết yếu Nguyên tắc này thường được áp dụng để dự đoán các tính chất của vật liệu có chất kết dính bitum ở các mức độ tần số và nhiệt độ khác nhau Việc này giúp giảm đáng kể số lượng thử nghiệm cần thiết và đơn giản hóa quá trình nghiên cứu trên loại vật liệu này.

Phát triển Master Curve: dựa trên bộ số liệu về mối quan hệ giữa tần số ở từng nhiệt độ và mô đun đàn hồi, đường cong master curve được xây dựng bằng cách lấy bộ số liệu ở các nhiệt độ tham chiếu và chuyển đổi bộ số liệu tại các nhiệt độ còn lại về một đường cong thông qua hệ số chuyển (shift factor)

Hình 4:1: Hệ số dịch chuyển a(T) trong nghiên cứu

Hệ số dịch chuyển (shift factor) được được biểu diễn dưới dạng logarit xác định theo công thức 4.4 và hình 4.11:

 t (4.4) Trong đó: a(T): hàm nhiệt độ, hệ số dịch chuyển t: số lần tải, nghịch đảo của tần số tải tr: số lần tải ở nhiệt độ tham khảo

Log Hệ số Shift (aT)

Hình 4:2: Dạng đồ thị Master curve theo hàm sigmoidal

Dựa vào Master Curve có thể xác định được E* theo công thức:

Trong đó: tr: số lần tải tại nhiệt độ tham khảo

 : giá trị tối thiểu của E*

   : giá trị lớn nhất của E*

  : tham số biểu diễn hình dạng của hàm sigmoidal

 : biến số của hàm gradation

Kết quả thử nghiệm của mô đun phức động cho mẫu vữa xi măng BTN ứng với các tỷ lệ silica fume 0%, 5% và 7% được thể hiện trong bảng 4.4, 4.5 và 4.6.

Bảng 0.4: Giá trị mô đun phức động (E*) của mẫu BTN vữa xi măng có tỉ lệ silica fume 0%, tương đương với sáu tần số ở năm nhiệt độ

Bảng 0.5: Giá trị mô đun phức động (E*) của mẫu BTN vữa xi măng có tỉ lệ silica fume 5%, tương đương với sáu tần số ở năm nhiệt độ Tần số (Hz) 54 o C 37 o C 21 o C 4 o C -10 o C

Bảng 0.6: Giá trị mô đun phức động (E*) của mẫu BTN vữa xi măng có tỉ lệ silica fume 7%, tương đương với sáu tần số ở năm nhiệt độ

Hình 0:13 trình bày kết quả thử nghiệm mô đun phức động (E*) phản ánh sự ảnh hưởng của tần số và nhiệt độ đối với BTN vữa xi măng không sử dụng silica fume.

Hình 0:14: Kết quả thử nghiệm mô đun phức động (E*) phản ánh sự ảnh hưởng của tần số và nhiệt độ đối với BTN vữa xi măng có hàm lượng silica fume 5%

Kết quả thí nghiệm mô đun phức động (E*) với 0% silica fume

Kết quả thí nghiệm mô đun phức động (E*) với 5% silica fume

Hình 0:15: Kết quả thử nghiệm mô đun phức động (E*) phản ánh sự ảnh hưởng của tần số và nhiệt độ đối với BTN vữa xi măng có hàm lượng silica fume 7%

Kích thước của mô đun phức động minh họa dựa trên hệ tọa độ như trong các Hình 4.13, 4.14, 4.15 Các biểu đồ này minh họa cách vật liệu BTN vữa xi măng ứng xử với hàm lượng silica fume khác nhau ở các mức tần số và nhiệt độ thử nghiệm khác nhau Tần số tăng, mô-đun động học E tăng lên và ngược lại khi nhiệt độ hạ

Biểu đồ đường cong master curve biểu hiện liên hệ giữa tần số và mô đun phức động của mẫu vữa xi măng BTN thông thường cũng như mẫu chứa 5% và 7% silica fume, được minh họa trong các Hình 4.16, 4.17, 4.18 Sự liên quan giữa giá trị mô đun phức động của các mẫu vữa xi măng BTN với 3 tỉ lệ không giống nhau của silica fume được thể hiện trong hình 4.19

Kết quả thí nghiệm mô đun phức động (E*) với 7% silica fume

Hình 0:16: Đường cong Master Curve của mẫu BTN vữa xi măng với 0% silica fume

Hình 0:17: Đường cong Master Curve của mẫu BTN vữa xi măng với 5% silica fume

Hình 0:18: Đường cong Master Curve của mẫu BTN vữa xi măng với 7% silica fume

Hình 0:19: Mối liên hệ về mô đun phức động của các mẫu BTN vữa xi măng

Trong hình 4.19, so sánh đường cong Master Curve của các mẫu Bê Tông Nhựa (BTN) với tỉ lệ silica fume tương ứng là 0%, 5% và 7% BTN với hàm lượng 5 đạt hiệu suất tốt nhất về mô đun phức động ở nhiều tần số và nhiệt độ thí nghiệm, cũng như có biên độ biến đổi thấp hơn khi tần số giảm so với hai loại BTN khác Ở nhiệt độ thấp, đường cong Master Curve của các mẫu BTN có dịch chuyển nhỏ Điều này cho thấy silica fume không nâng cao khả năng chịu tải trọng động của BTN ở nhiệt độ thấp Khi nhiệt độ tăng lên 37 o C và 54 o C, sự dịch chuyển trên đường cong Master Curve rõ rệt hơn, mẫu với hàm lượng 5% silica fume nằm trên đường cong Master Curve của mẫu không có silica fume Do đó, BTN với hàm lượng 5% tăng cường khả năng hoạt động ở nhiệt độ thấp.