GIỚI THIỆU CHUNG
Tính cấp thiết của đề tài
Hiện nay, mặt đường bê tông nhựa (BTN) là sự lựa chọn hàng đầu của các kỹ sư khi thiết kế các công trình đường từ các đường kết nối tỉnh thành, đến đường cấp cao và đường cao tốc Kinh tế tăng trưởng nhanh đòi hỏi sự hoàn thiện của hạ tầng kỹ thuật ở một mức độ cao hơn và gây ra nhiều hư hỏng cho mặt đường BTN Có nhiều nguyên nhân gây ra hư hỏng và một trong những nguyên nhân chủ yếu là do mặt đường bị ẩm ướt thường xuyên do hệ thống thoát nước không tốt, triều cường, do quá trình đô thị quá nhanh Do đó việc hạn chế tối thiểu các hư hỏng mặt đường do ẩm ướt là một vấn đề cấp thiết cần được quan tâm
Cũng đã có những nghiên cứu nói về những hư hỏng phổ biến của mặt đường BTN và hướng giải quyết [1-2] Các hư hỏng thường xuất hiện của mặt đường BTN như: lún, nứt, ổ gà, ổ voi… các nguyên nhân chủ yếu: do tác dụng của tải trọng, nhiệt độ môi trường và BTN thường làm việc trong điều kiện ngập nước do đặc điểm khí hậu ở nước ta hay có mưa lớn, bão, lũ lụt… Nghiên cứu đã đưa ra các giải pháp cho vấn đề này như: sử dụng cốt liệu đá có cường độ cao, đường cong cấp phối hạt thiết kế phải trơn liên tục trong khoảng giữa hai miền giới hạn, cải thiện khâu thiết kế, công nghệ chế tạo bê tông nhựa và thi công
Từ những nguyên nhân trên, nhận thấy thành phần cấp phối rất quan trọng trong việc quyết định đến hiệu năng làm việc của BTN Do vậy, việc cải tiến chất lượng thành phần cấp phối của hỗn hợp BTN được quan tâm đặc biệt Có rất nhiều giải pháp được đưa ra nhằm cải thiện chất lượng BTN trong số đó là sử dụng vôi thủy hóa thay thế một phần của bột khoáng để cải thiện chất lượng hỗn hợp BTN Ở Việt Nam hiện nay vẫn còn chưa có nhiều nghiên cứu về sử dụng vôi trong hỗn hợp BTN Nhóm tác giả Lê Văn Phúc, Đặng Đình Tài và Nguyễn Minh Quang [3] đã nghiên cứu sử dụng vôi thủy hóa làm phụ gia cải thiện đặc tính cơ học của bê tông nhựa chặt có cỡ hạt lớn nhất danh định 12.5mm như tăng sức kháng kéo và tăng mô- đun đàn hồi tĩnh so với BTN thông thường Ngoài ra còn có tác giả Vũ Ngọc Phương [4] đã nghiên cứu sử dụng vôi hydrat như một phụ gia vô cơ trong hỗn hợp BTN làm cải thiện các đặc tính chống bong tách của BTN do tác động của độ ẩm, cũng như cải thiện thuộc tính cơ học của BTN như mô đun đàn hồi, cường độ, vệt hằn lún bánh xe, nứt mỏi và nứt do nhiệt
Trên thế giới thì có rất nhiều nghiên cứu sử dụng vôi trong hỗn hợp BTN Năm
2010, Francisco Thiago Sacramento Aragão và cộng sự [5] sử dụng các thí nghiệm mô đun phức động (dynamic modulus) và mỏi để đánh giá BTN có sử dụng vôi từ 0.5 đến 3% (trên tổng khối lượng hỗn hợp cốt liệu) và cho thấy khả năng kháng mỏi của BTN tăng ở hàm lượng 1.5% vôi Năm 2011, Sangyum Lee và cộng sự [6] cũng đánh giá khả năng kháng mỏi của hỗn hợp BTN có sử dụng vôi với hàm lượng 1% (trên tổng khối lượng cốt liệu) kết quả cho thấy vôi đã làm tăng khả năng phục hồi biến dạng và ít bị ảnh hưởng trong điều kiện độ ẩm cao Năm 2016, Olumide Moses Ogundipe [7] sử dụng thí nghiệm Marshall để đánh giá hỗn hợp BTN có sử dụng vôi thay thế phần bột khoáng (crushed stone dust) trong bê tông nhựa so với BTN thường, kết quả đã cho thấy khả năng chống rạn nứt, chống nước cực tốt ở trong điều kiện có nhiệt độ cao và còn có khả năng cải thiện lão hóa của hỗn hợp BTN có vôi so với hỗn hợp BTN thông thường
Nhằm nâng cao chất lượng kháng ẩm của bê tông nhựa có sử dụng vôi thủy hóa, cũng như xem xét hàm lượng vôi thủy hóa hợp lý sử dụng trong hỗn hợp BTN, nghiên cứu trình bày khả năng làm việc của bê tông nhựa có sử dụng vôi thay thế một phần bột khoáng trong hỗn hợp BTN Việc đánh giá khả năng làm việc của bê tông nhựa chủ yếu sử dụng thí nghiệm độ ổn định, độ dẻo Marshall, thí nghiệm độ ổn định còn lại của BTN, thí nghiệm xác định cường độ chịu kéo khi ép chẻ, thí nghiệm mô-đun đàn hồi vật liệu, thí nghiệm mô-đun phức động, thí nghiệm vệt hằn bánh xe Hàm lượng vôi thay thế 10; 20; 30 và 40% bột khoáng được sử dụng trong nghiên cứu
Từ những nghiên cứu và cơ sở lý luận trên nên bản thân chọn đề tài “Nghiên cứu ảnh hưởng của cấp phối và vôi đến khả năng chống ẩm của bê tông nhựa chặt 12.5”
Mục tiêu nghiên cứu
Mục tiêu nghiên cứu của đề tài là đánh giá ảnh hưởng của vôi thủy hóa đến khả năng kháng ẩm của hỗn hợp BTN với các mục tiêu chính sau :
Thứ nhất là đánh giá khả năng làm việc giữa hỗn hợp BTNC 12.5 thông thường và hỗn hợp BTNC 12.5 có sử dụng vôi thủy hóa
Thứ hai là xác định hàm lượng phần trăm vôi thủy hóa tối ưu khi thêm vào thành phần cấp phối BTNC 12.5 để nâng cao cải thiện chất lượng hỗn hợp BTNC 12.5 Thứ ba là so sánh kết quả đã đạt được với các kết quả nghiên cứu trước đó để đưa ra cái nhìn trực quan về sự ảnh hưởng của vôi thủy hóa đến khả năng kháng ẩm của hỗn hợp BTN.
Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
Bê tông nhựa chặt BTNC 12.5 sử dụng vôi thủy hóa
Nghiên cứu sử dụng vôi thủy hóa thay thế một phần của bột khoáng trong cấp phối BTNC 12.5
Việc chứng minh hiệu quả của hỗn hợp BTNC 12.5 có sử dụng vôi thủy hóa được thực hiện thông qua các thí nghiệm trong phòng và các phân tích, kết quả được so sánh với nghiên cứu trước đó.
Phương pháp nghiên cứu
Phương pháp nghiên cứu được sử dụng là phương pháp nghiên cứu tài liệu kết hợp với thực nghiệm (đánh giá thông qua các thí nghiệm trong phòng)
Phương pháp nghiên cứu về lý thuyết: Nghiên cứu các tính chất kỹ thuật của vật liệu BTNC 12.5 có sử dụng vôi thủy hóa
Phương pháp nghiên cứu về thực nghiệm: Thí nghiệm độ ổn định, độ dẻo marshall, Thí nghiệm độ ổn định còn lại của hỗn hợp BTN, thí nghiệm mô-đun đàn hồi vật liệu, thí nghiệm cường độ chịu kéo gián tiếp, thí nghiệm mô-dun phức động, thí nghiệm vệt hằn bánh xe.
Ý nghĩa khoa học và ý nghĩa thực tiễn của đề tài
Nghiên cứu đề xuất hàm lượng phần trăm tối ưu của vôi thủy hóa Đồng thời cho ra hỗn hợp BTNC 12.5 làm việc hiệu quả hơn trong điều kiện mặt đường ngập nước hoặc độ ẩm cao Nước ta có nhiều mỏ đá vôi nên dễ dàng ứng dụng thực tiễn do nguồn nguyên liệu có sẵn và dồi dào.
Nội dung nghiên cứu
Nội dung nghiên cứu của luận văn thể hiện chủ yếu qua các chương :
Chương 1: Giới thiệu về đề tài thực hiện, tính cấp thiết, mục tiêu và ý nghĩa nghiên cứu Đồng thời tóm tắt các nội dung thực thiện và phạm vi nghiên cứu của đề tài
Chương 2: Trình bài nghiên cứu tổng quan nhằm tạo nên cái nhìn tổng thể về việc ứng dụng vôi vào BTN trên thế giới nói chung và Việt Nam nói riêng
Từ đó tìm ra hướng nghiên cứu cho đề tài
Chương 3: Phương pháp nghiên cứu: lựa chọn vật liệu, hàm lượng vôi thay thế bột khoáng và các thí nghiệm để đánh giá ảnh hưởng của vôi đến chất lượng của BTN
Chương 4: Trình bày các nhận xét từ kết quả thí nghiệm có được Từ đó tìm ra hàm lượng vôi tối ưu
Chương 5: Tóm tắt kết quả nghiên cứu và đưa ra các kiến nghị.
TỔNG QUAN
Ứng dụng vôi trong xây dựng phát triển đường
Theo A Morgan Johnson và cộng sự vào năm 1924 và 1925 dưới sự chỉ đạo của Dean McCaustland, một số thử nghiệm ban đầu về sử dụng vôi trong mặt đường tự nhiên và đường cao tốc ở Iowa và South Dakota spon-sored được tài trợ bởi Bureau of Public Roads và được báo cao lên National Lime Association [8]
Trong những năm 1947-1948, những kỹ sư Texas Highway Departmen đã có nhiều bài báo nói những thành công trong ứng dụng vôi và vôi thủy hóa trong xây dựng gia cố phát triển đường Họ đã đưa ra được chỉ số PI (chỉ số dẻo), hàm lượng phần trăm của vôi sử dụng trong gia cố đường [9-13]
Năm 2001, Jon A Epps và cộng sự nghiên cứu sự ảnh hưởng của vôi trong việc kháng ẩm trông hỗn hợp đường nhựa Nghiên cứu này đã thống kê và đánh giá các phương thức thử nghiệm vôi lên đường nhựa, sau đó tìm ra những ưu điểm vượt trội của vôi so với các phụ gia khác Kết quả cho thấy rằng vôi là hợp chất khi cho và đường nhựa sẽ làm tăng khả năng kháng nước, làm cứng chất kết dính nhựa đường với cốt liệu, cải thiện khả năng chống ẩm trong điều kiện nhiệt độ và độ ẩm cao [14] Ngày nay, các quốc gia như Đức, Anh, Ai cập là những nước dẫn đầu trong việc sử dụng vôi trong hỗn hợp BTN [15-17].
Các loại vôi ứng dụng trong xây dựng đường
Thành phần hóa học : Đá vôi → Phản ứng nhiệt độ tầng giá hóa lỏng → [Vôi (CaO) + Canxi sunfat (CaSO 4 )] – Vôi phụ phẩm
Vôi phụ phẩm (Bột)CFB Vôi phụ phẩm (Dạng hạt )CFB
Vôi phụ phẩm (hydrat )CFB
Hình 2.1: Các dạng vôi phụ phẩm
Theo những nghiên cứu của đại học trung tâm quốc gia Trung Quốc vật liệu vôi phụ phẩm – cấp phối cốt liệu Formosa” có thể thay thế nhiên liệu tự nhiên vôi hoặc muội than khác cho sử dụng vật liệu đường cơ bản, cung cấp một sự lựa chọn khác cho đơn vị thiết kế cấp phối cốt liệu đường Đồng thời cũng giảm sự khai thác cấp phối cốt liệu tự nhiên, làm giảm sự thiếu hút của việc cấp phối cốt liệu tự nhiên và có khả năng không thấm nước [18]
2.2.2 Vôi thải tái chế (waste lime)
Vôi thải tái chế là sản phẩm của quá trình soda hóa của Na2CO3
Phương trình phản ứng hóa học :
2NH4Cl + CaO + H2O → 2NH3 + CaCl2 +2H2O
Năm 1982, Kennedy và cộng sự [19] đã nghiên cứu và làm một loạt các thí nghiệm kiểm tra sự ảnh hưởng của vôi thải tái chế đến hỗn hợp bê tông nhựa, trong đó có 02 thí nghệm nổi trội là : kiểm tra độ ổn định marshall và thử nghiệm Lotman (AASHTOT 283) Kết quả chỉ ra rằng chỉ số MSR (tỷ lệ ổn định Marshall) và chỉ số TSR (tỷ lệ độ bền kéo) cao hơn so với hỗn hợp bê tông nhựa thông thường Điều đó chứng tỏ hỗn hợp bê tông nhựa có sử dụng vôi thải tái chế có khả năng phục hồi biến dạng ở điều kiện độ ẩm cao
2.2.3 Bụi lò vôi (lime kiln dust)
Bụi lò vôi là sản phẩm phụ công nghiệp được tạo ra khi sản xuất vôi sống có công thức hóa học là CaO Khi đá vôi được nung nóng tự nhiên, nó tạo ra khí với bụi Bụi được sàng lọc được gọi là Lime Kiln dust, có hoạt tính tương đối cao Bụi lò vôi có thể có hàm lượng canxi oxit (CaO) 30 – 50% và hàm lượng canxi cacbonat (CaCO 3 )
Các nghiên cứu chỉ ra rằng [21, 22] bụi lò vôi có thể sử dụng như một phần bột khoáng trong cốt liệu BTN Làm cho hỗn hợp BTN bền vững về cấu trúc cũng như tiết kiệm chi phí và bảo tồn tài nguyên khoáng sản cho thế hệ tương lai
Theo Jiupeng Z và cộng sự [23] đã chứng minh được hàm lượng CaO có trong bụi lò vôi đóng vai trò trong tính chất lưu biến ưu việt đồng thời làm đóng cứng hơn hỗn hợp BTN và tăng khả năng chống hư hỏng trong điều kiện độ ẩm cao.
Tổng quan vôi thủy hóa Ca(OH)2
Vôi thủy hóa có tên khoa học là Canxi hyđroxyt là một hợp chất hóa học với công thức hóa học Ca(OH) 2 Nó là một chất dạng tinh thể không màu hay bột màu trắng, tên gọi của khoáng chất tự nhiên chứa canxi hiđroxit là portlandit [24]
Ca(OH)2 thu được là từ nguồn gốc đá vôi Hầu hết các đá vôi hình thành trong vùng nước biển nông, yên tĩnh, ấm áp Loại môi trường đó là nơi các sinh vật có khả năng hình thành vỏ canxi cacbonat và bộ xương có thể dễ dàng chiết xuất các thành phần cần thiết từ nước biển Khi những con vật này chết, vỏ và mảnh vụn xương của chúng tích tụ lại như một lớp trầm tích có thể được hóa thành đá vôi Ngày nay trên Trái đất có nhiều môi trường hình thành đá vôi Chúng được tìm thấy ở vùng nước nông giữa
30 độ vĩ bắc và 30 độ vĩ nam Đá vôi đang hình thành ở biển Caribbean, Ấn Độ Dương, Vịnh Ba Tư, Vịnh Mexico, xung quanh các đảo Thái Bình Dương và trong quần đảo Indonesia [25]
Hình 2 2: Cấu trúc phân tử Ca(OH)2 [26]
2.3.1 Các dạng của vôi thủy hóa
Dung dịch vôi thủy hóa chưa lọc có thể vẩn của các hạt hyđroxyt canxi rất mịn trong nước gọi là “vôi sữa” Dung dịch vôi thủy hóa sau khi lọc bỏ cặn rắn thu được dung dịch vôi trong suốt, gọi là “nước vôi trong” Vôi thủy hóa dạng tinh thể không màu hay bột màu trắng
Hình 2.3: Vôi dạng dung dịch (vôi sữa) Hình 2.4 : Vôi dạng bột
Hình 2.5: Điều chế vôi thủy hóa Ca(OH) 2 [27]
Các sơ đồ phản ứng hóa học: Đá vôi + nhiệt → Canxi oxít + Carbon Dioxide
CaCO3 + (~ 1315 ° C) → CaO + CO 2 Đá vôi đôlômit + nhiệt → Đôlômit Vôi + Carbon Dioxide
CaCO3.MgCO3 + (~ 1315 C) → CaO.MgO + CO2
Quá trình hydrat hóa mà biến đổi vôi để vôi thủy hóa (vôi thủy hóa) như sau:
Canxi oxít + Nước → Calcium Hydroxide + Nhiệt
CaO + H2O → Ca(OH)2 + Nhiệt Đôlômit Vôi + Nước → Vôi + Nhiệt
CaO.MgO + H 2 O → Ca(OH) 2 MgO hoặc Ca(OH) 2 Mg OH) 2 + Nhiệt Thông số kỹ thuật của vôi thủy hóa Ca(OH)2 được thể hiện Bảng 2 1
Bảng 2.1: Các thông số cơ bản của vôi thủy hóa
Danh pháp IUPAC Hyđroxit canxi
Tên khác Canxi hyđroxit, vôi thủy hóa
Công thức phân tử Ca(OH) 2
Biểu hiện Bột mềm màu trắng
Tỷ trọng và pha 2,211 g/cm 3 , rắn Độ hòa tan trong nước 0,185 g/ cm 3
K sp = 4,68 × 10 −6 Điểm nóng chảy 580 °C (853 K) (phân hủy)
Tổng quan về nghiên cứu sử dụng vôi trong hỗn hợp BTN
2.4.1 Nghiên cứu ứng dụng vôi trên thế giới
Theo một nghiên cứu vào năm 2008, Hwang Sung Do và cộng sự [28] Hỗn hợp BTN theo tiêu chuẩn Hàn Quốc, Hỗn hợp cốt liệu có sử dụng vôi thải tái chế với các hàm lượng khác nhau (0%; 25%; 50%; 75%; 100%) khối lượng của bột khoáng Tác giả đã tiến hành các thí nghiệm độ ổn định, độ dẻo Marshall, mô-đun đàn hồi, kéo gián tiếp, thí nghiệm mỏi kết quả cho thấy về việc sử dụng vôi vào cốt liệu (BTN) giúp cải thiện chất lượng BTN đạt được các kết quả như sau: Tăng cường độ và độ ổn định của BTN do hỗn hợp thu được “cứng” hơn khi có vôi, cải thiện khả năng đàn hồi và sức kháng mỏi ở nhiệt độ khắc nghiệt, độ ẩm cao; có nhiều phương pháp thiết kế áo đường mềm, giảm chiều dày lớp kết cấu áo đường và giảm chi phí bảo dưỡng và duy tu công trình
Một nghiên cứu khác của Sangyum Lee, Sungho Mun, Y Richard Kim vào năm
2011 [6] Hỗn hợp BTN sử dụng nhựa đường 60/70 với hàm lượng tối ưu là 5.30% và cốt liệu có cấp phối theo tiêu chuẩn Hàn Quốc Hỗn hợp BTN có sử dụng vôi thủy hóa với hàm lượng 1% trọng lượng mẫu tương đường với 15.6 % khối lượng bột khoáng Sau đó tiến hành hàng loạt thí nghiệm Trong đó có hai thí nghiệm nổi trội và đánh giá một cách khách quan; thí nghiệm mô-đun tĩnh và mô-đun động và kết quả cho thấy có nhiều khả quan Khi cho vôi thủy hóa vào hỗn hợp BTN thì BTN đã tăng khả năng phục hồi biến dạng và ít bị ảnh hưởng trong điều kiện độ ẩm cao Tuy nhiên có một nhược điểm tương đối lớn là độ cứng lại giảm khá nhiều so với hỗn hợp BTN thông thường theo tiêu chuẩn Hàn Quốc
Tại Thổ Nhĩ Kỳ vào năm 2012 một nhóm tác giả gồm Celaleddin E Sengul, Atakan Aksoy, Erol Iskender, Halit Ozen [29] Đã tiến hành nghiên cứu hỗn hợp BTN có sử dụng vôi thủy hóa theo tiêu chuẩn của Thổ Nhĩ Kỳ BTN sử dụng các hàm lượng vôi khác nhau (2.0% ; 4.0% ; 6.0%) để thay thế một phần bột khoáng Trong nghiên cứu này tác giả muốn xem xét các vấn đề biến dạng trong môi trường độ ẩm cao Để đánh giá vấn đề đó tác giả đã tiến hành một số thí nghiệm có liên quan Thí nghiệm Marshall Quotient (MQ) và thí nghiệm repeated creep (RCT) ở nhiệt độ 25 0 C và 40 0 C Nhìn chung kết quả cho thấy trog môi trường độ ẩm cao thì biến dạng sức kháng tăng hơn so với BTN thông thường theo tiêu chuẩn Thổ Nhĩ Kỳ Tuy nhiên có một vấn đề lớn là BTN có sử dụng vôi thủy hóa là giá trị trong thí nghiệm mỏi tương đối thấp, điều đó chứng tỏ một điều khả năng kháng mỏi không được tốt trong điều kiện độ ẩm cao
Một nghiên cứu tương đối đầy đủ được thực hiện bới Olumide Moses Ogundipe vào năm 2016 [7] Trong bài viết này, độ ổn định marshall của hỗn hợp BTN có sử dụng hydrat lime được so sánh với hỗn hợp BTN thông thường Tác giả đã sử dụng hỗn hợp BTN theo tiêu chuẩn BSI (1997) – Nigeria, hàm lượng nhựa tối ưu là 6,5% Trong nghiên cứu này, hỗn hợp BTN có sử dụng hydrat lime với 10% trọng lượng cốt liệu Các kết quả của nghiên này đã cho thấy độ ổn định marsall của hỗn hợp BTN có hydrat lime (8.2kN) cao hơn so với hỗn hợp BTN thông thường (7.9kN) và giá trị dòng chảy của hỗn hợp BTN có hydrat lime (3.4mm) thấp hơn so với hỗn BTN thông thường (3.3mm) Điều đó chứng tỏ hỗn hợp BTN có sử dụng hydrat lime chống rạn nứt, chống nước cực tốt ở trong điều kiện có nhiệt độ cao và còn có khả năng cải thiện lão hóa của hỗn hợp so với hỗn hợp BTN thông thường
Peerapong Jitsanigam, Wahidul Biswas, Martyn Compton đã nghiên cứu về bụi lò vôi là sản phẩm phụ công nghiệp có tính chất và độ mịn tương tự hydrat lime để dùng cho hỗn hợp BTN [30] Bài viết sử dụng hỗn hợp BTN C170 và BTN C320 theo tiêu chuẩn của Úc có sử dụng bụi lò vôi so sánh với hỗn hợp BTN sử dụng hydrat lime Bụi lò vôi với thành phần hóa học chính là CaCO 3 và CaO được thêm lần lượt vào hai hỗn hợp để thay thế một phần bột khoáng với các hàm lượng khác nhau 10%, 20%, 30%, 40%, 50% (so với trọng lượng của nhựa) Tác giả đã tiến hành một loạt các thí nghiệm ; đo độ biến thiên của hỗn hợp BTN (DRS), thử nghiệm chai cán (RBT) Các kết quả đã chỉ ra hàm lượng tối ưu của bụi lò vôi sử dụng cho hai hỗn hợp BTN C170 và C320 là 50% Qua đó còn làm tăng khả năng chống ẩm ở nhiệt độ cao (160 0 C), đồng thời làm độ phủ bề mặt nhựa của hai hỗn hợp BTN sử dụng bụi lò vôi so với hỗn hợp BTN sử dụng hydrat lime Cuối cùng, nhóm tác giả kết luận có thể sử dụng bụi lò vôi để thay thế một phần bột khoáng để chế tạo hỗn hợp BTN
2.4.2 Nghiên cứu ứng dụng vôi với BTN ở Việt Nam
Việc sử dụng vôi trong BTN còn khá mới mẻ ở Việt Nam Những đánh giá đầy đủ về ảnh hưởng của vôi đến tính chất của BTN ở Việt Nam còn rất ít
Gần đây, nhóm tác giả gồm Lê Văn Phúc, Đặng Đình Tài và Nguyễn Minh Quang nghiên cứu sử dụng vôi thủy hóa làm phụ gia cải thiện đặc tính cơ học của bê tông nhựa trong điều kiện ẩm ướt [3] Bước đầu, tác giả xác định hàm lượng nhựa tối ưu cho hỗn hợp BTNC 12.5, sau tiến hành một số chỉ tiêu cơ lý và chỉ tiêu marshall với các hàm lượng nhựa khác nhau, tác giả đã chọn hàm lượng nhựa tối ưu là 4,8% Sau khi xác định được hàm lượng nhựa tối ưu tác giả sử dụng 4 hàm lượng vôi thủy hóa thay đổi từ 5, 10, 15, 20, 25% thay thế hàm lượng bột khoán của BTN thông thường với hàm lượng nhựa là 4,8% Bằng các thí nghiệm Marshall, tác giả tìm ra được hàm lượng vôi tối ưu để thay thế bột khoáng (Bảng 2.2)
Bảng 2.2: Kết quả thí nghiệm xác định chỉ tiêu kỹ thuật BTN sử dụng vôi thủy hóa
Hàm lượng vôi thay thế bột khoáng
(%) Độ rỗng dư (%) Độ ổn định marshall (kN) Độ dẻo (mm) Độ ổn định còn lại sau khi ngâm mẫu trong nước ở nhiệt độ 60 0 C trong vòng
Hàm lượng vôi thủy hóa tối ưu được lựa chọn trên cơ sở phải đảm bảo yêu cầu kỹ thuật độ rỗng dư 4+0,5% theo Tiêu chuẩn ASTM D4867 [5] Theo TCVN 8860-
1 :2011, độ ổn định marshall ≥8KN, độ dẻo từ 1,5 ÷ 4mm, độ ổn định còn lại là ≥75%
Từ kết quả thí nghiệm trong bảng 2.3, tác giả đã chọn được hàm lượng vôi thủy hóa tối ưu là 15%
Sau khi chọn được hàm lượng vôi thủy hóa tối ưu, tác giả đã tiến hành so sánh hỗn hợp BTNC 12.5 thông thường và BTNC 12.5 có sử dụng 15% hàm lượng vôi thủy hóa thay thế bột khoáng, tác giả thực hiện các thí nghiệm ép chẻ, kéo gián tiếp và mô đun đàn hồi tĩnh nhằm chứng minh hiệu quả của VÔI đến tính chất của hỗn hợp BTNC 12.5 Kết quả bước đầu tương đối khả quan Các mẫu BTNC 12.5 có hàm lượng vôi thủy hóa cho tỷ số cường độ kéo gián tiếp cao (104%) so với BTNC 12.5 thông thường BTNC 12.5 thông thường có cường độ kéo gián tiếp trong môi trường nước giảm 14% so với cường độ kéo gián tiếp trong môi trường khô Ngược lại, BTN 12.5 có sử dụng 15% vôi thay thế bột khoáng thì cường độ kéo gián tiếp trong môi trường nước tương đương môi trường khô Điều này chứng tỏ BTN có sử dụng vôi sẽ làm tăng sức kháng kéo cho BTN trong điều kiện làm việc bất lợi của nhiệt và ẩm BTNC 12.5 có hàm lượng vôi thủy hóa cho mô-đun đàn hồi tĩnh ở 30 0 C (381 Mpa) cao hơn 17% so với BTNC 12.5 thông thường
Kết quả đạt được tương đối giống với các nghiên cứu trước đó Tuy nhiên, cần nhiều thí nghiệm hơn để đánh giá các tính chất của BTNC 12.5 có sử dụng vôi thủy hóa Đồng thời, việc đánh giá mức độ tương thích của vôi so với hỗn hợp BTNC 12.5 và để áp dụng thực tế thì cần phải tiến hành các thí nghiệm khác như thí nghiệm cantabro, mô-đun động, thí nghiệm kháng mỏi và các chỉ tiêu liên quan cường độ của BTN
Một nghiên cứu khác được thực hiện bởi Nguyễn Quang Phúc, Bùi Xuân Cậy, Vũ Ngọc Phương nghiên cứu sử dụng phụ gia tăng khả năng dính bám đá-nhựa cải thiện chất lượng bê tông nhựa ở Việt Nam [4] Trong nghiên cứu này nhóm tác giả đã sử dụng phương pháp nghiên cứu lý thuyết kết hợp thí nghiệm trong phòng, thí nghiệm hiện trường bằng các thiết bị hiện đại với số mẫu thử hợp lý, cụ thể là thí nghiệm đánh giá ảnh hưởng của nước đến cường độ hỗn hợp BTN đã đẩm nén theo AASHTO T283: là phương pháp thí nghiệm chủ đạo nhằm đánh giá khả năng kháng ẩm của BTN và đánh giá hiệu quả của vôi hydat làm phụ gia tăng khả năng dính bám trong giai đoạn thiết kế, thi công và khai thác (đánh giá độ nhạy ẩm theo thời gian) Thí nghiệm xác định độ dính bám với đá theo TCVN 7504: 2005: áp dụng để xác định khả năng dính bám nhựa của đá dăm và đánh giá hiệu quả của vôi hydrat làm phụ gia tăng khả năng dính bám trong giai đoạn thiết kế thành phần BTN
Kết quả đạt được trong nghiên cứu này rất tốt Với BTNC12.5 có sử dụng vôi hydrat các chỉ số đánh giá cường độ chịu kéo khi ép chẻ, vệt hằn bánh xe đều cải thiện hơn so với BTNC 12.5 thông thường Nghiên cứu cũng xác định được hàm lượng phụ gia vôi hydrat tối ưu áp dụng để xử lý bề mặt đá dăm là 1.0 % cho BTNC12.5 và cải thiện khả năng dính bám giữa nhựa đường với cốt liệu.
Một số nhận xét từ kết quả của việc nghiên cứu tổng quan
Từ những nghiên cứu được tổng hợp ở trên, có thể thấy rằng hiệu quả của việc BTN bị ảnh hưởng bởi hàm lượng vôi
Về hàm lượng vôi: Hàm lượng vôi được đề nghị để hỗn hợp BTN sử dụng vôi đạt hiệu quả tốt nhất nằm trong khoảng từ 10% đến 40% (hàm lượng vôi trên tỷ lệ % hàm lượng bột khoáng)
Về các thí nghiệm: Tiến hành hàng loạt thí nghiệm như thí nghiệm độ ổn định, độ dẻo marshall, thí nghiệm độ ổn định còn lại của BTN, thí nghiệm mô-đun phức động, thí nghiệm cường độ chịu kéo khi ép chẻ, thí nghiệm mô-đun đàn hồi, thí nghiệm vệt hằn bánh xe
Từ những cơ sở trên ta sẽ đánh giá chính xác và chọn ra hàm lượng tối ưu nhất của vôi cho BTN
Nghiên cứu về vôi ở Việt Nam đã đưa ra được một số hiệu quả bước đầu của vôi trong việc cải thiện các tính chất của BTN Việc nghiên cứu chuyên sâu về hàm lượng tối ưu của vôi đối với BTN là cần thiết nhằm nâng cao chất lượng BTN Bên cạnh đó, việc đánh giá các tính chất của BTN khi chịu tải trọng động cần được thực hiện để có những kết luận phù hợp hơn với điều kiện làm việc thực tế.
PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
Vật liệu
3.1.1 Cốt liệu Đá dăm được lấy từ mỏ đá Tân Cang, Long Thành Sau khi đưa về phòng thí nghiệm, cốt liệu được sấy khô và rây sàng thành từng cỡ hạt riêng biệt Thành phần cấp phối của BTNN 12.5 được lấy theo nghiên cứu của Trần Huy Hải [31] Kết quả thành phần cấp phối thể hiện trong Bảng 3.1 và Hình 3.1
Bảng 3.1: Cấp phối cốt liệu BTNC 12.5 sử dụng trong nghiên cứu
Cỡ sàng (mm) Lượng lọt sàng (%)
Hình 3.1: Đường cong cấp phối BTNC 12.5
Nghiên cứu sử dụng nhựa đường đặc, mác 60/70 từ hãng Shell (cung cấp bởi công ty Bach’Chambard) Các chỉ tiêu cơ lý của nhựa 60/70 thể thiện trong Bảng 3.2
Bảng 3.2: Các chỉ tiêu cơ lý của nhựa đường 60/70
Chỉ tiêu Kết quả thí nghiệm Độ kim lún (0.1mm) 62
Nhiệt độ hóa mềm ( o C) 49 Độ kéo dài (cm) ở 25 o C 150 (ngừng thí nghiệm ở 150 mm)
Nhiệt độ bắt lửa ( o C) 348 o C (ngừng thí nghiệm ở 348 o C)
Vôi thủy hóa dạng bột của công ty Cổ phần hóa chât Minh Đức - Hải Phòng sản xuât, đóng thành bao 25 kg, có thông số kỹ thuật của vôi Ca(OH)2 được thể hiện qua Bảng 3.3 và Hình 3.2
Bảng 3.3: Thông số kỹ thuật của vôi thủy hóa
Thành phần hóa học Tỷ lệ %
CaCO 3 MgCO 3 1.16% Độ ẩm 1.5% Đặc tính vật lý
Tổng diện tích bề mặt 13-22 m 2 /g
Khối lượng thể tích 500 kg/m 3
Kích thước Lọt qua lưới 325 hay nhỏ hơn 0.044mm
Kiểm tra các tính chất của hỗn hợp BTNC 12.5
3.2.1 Thí nghiệm đo độ ổn định, độ dẻo Marshall
Thí nghiệm đo độ ổn định, độ dẻo Marshall được thực hiện theo chỉ dẫn của TCVN 8860-1 : 2011 [33]
Thí nghiệm độ ổn định, độ dẻo Marshall nhằm đánh giá khả năng kháng biến dạng của BTN trong điều kiện nhiệt độ và độ ẩm của môi trường cao Hai yếu tố làm thay đổi giá trị độ ổn định và độ dẻo Marshall là lực ma sát trong và tính dính bám giữa các cốt liệu với nhựa đường
Thí nghiệm đo độ ổn định còn lại của BTN được dùng để đánh giá ảnh hưởng của nước đối với BTN Độ ổn định Marshall là giá trị lực nén lớn nhất đạt được khi thử nghiệm mẫu BTN chuẩn (mẫu hình trụ đường kính 101.6 mm, chiều cao 63.5 mm) trên máy nén Marshall, đơn vị tính là kilôniutơn (kN) Trường hợp mẫu có chiều cao khác 63,5 mm thì hiệu chỉnh để xác định độ ổn định Marshall Độ dẻo Marshall là biến dạng của mẫu BTN trên máy nén Marshall tại thời điểm xác định độ ổn định Marshall, đơn vị tính là milimét (mm)
Tiến hành đúc các mẫu Marshall với các hàm lượng vôi thủy hóa thay đổi từ 0%, 10%, 20%, 30% và 40% Tương ứng với từng hàm lượng vôi thủy hóa sẽ có 3 mẫu Tổng số mẫu chế bị là 15 mẫu Mẫu phải được giữ ở nhiệt độ phòng tối thiểu 12 giờ trước khi thử nghiệm
Hình 3.3: Mẫu sử dụng cho thí nghiệm đo độ ổn định, độ dẻo Marshall Đo chiều cao trung bình của các viên mẫu trước khi thí nghiệm chính xác đến 0.1 mm
Ngâm mẫu trong bể ổn định nhiệt ở 60 o C ± 1 o C trong thời gian 40 phút ± 5 phút Lấy mẫu ra khỏi bể ổn định nhiệt và tiến hành gia tải Tốc độ bàn nèn là 50.8 mm/phút Thời gian thực hiện thí nghiệm từ không quá 30s tính từ lúc lấy mẫu ra khỏi bể
Hình 3.4: Ngâm mẫu trong bể ổn nhiệt Hình 3.5 : Đo kích thước mẫu
Hình 3.6: Thí nghiệm đo độ ổn định và độ dẻo Marshall Độ ổn định Marshall được xác định như sau:
Trong đó: - K dược nội suy từ Bảng 1 của TCVN 8860-1 : 2011
- P là tải tác dụng lớn nhất tính bằng kN Độ dẻo Marshall F (mm) là giá trị biến dạng của mẫu tại P lớn nhất
3.3.2 Thí nghiệm đo độ ổn định còn lại của BTN
Thí nghiệm đo độ ổn định còn lại của BTN được thực hiện theo chỉ dẫn của TCVN 8860-12 : 2011 [34] Độ ổn định còn lại của BTN Chỉ tiêu đánh giá ảnh hưởng của nước đối với độ ổn định Marshall của BTN
Tiến hành đúc các mẫu Marshall với các hàm lượng vôi thủy hóa thay đổi từ 0%, 10%, 20%, 30% và 40% Tương ứng với từng hàm lượng vôi thủy hóa sẽ có 6 mẫu Tổng số mẫu chế bị là 30 mẫu Mẫu phải được giữ ở nhiệt độ phòng tối thiểu 12 giờ trước khi thử nghiệm
Hình 3.7: Mẫu sử dụng cho thí nghiệm đo độ ổn định còn lại của BTN Đo chiều cao trung bình của các viên mẫu trước khi thí nghiệm chính xác đến 0.1 mm
Ngâm mẫu trong bể ổn định nhiệt ở 60 o C ± 1 o C trong thời gian 24 giờ
Lấy mẫu ra khỏi bể ổn định nhiệt và tiến hành gia tải Tốc độ bàn nèn là 50.8 mm/phút Thời gian thực hiện thí nghiệm từ không quá 30s tính từ lúc lấy mẫu ra khỏi bể
Hình 3.8: Ngâm mẫu trong bể ổn định Hình 3.9: Đo kích thước mẫu
Hình 3.10: Thí nghiệm đo độ ổn định còn lại của BTN Độ ổn định còn lại của BTN được xác định như sau: a 100
- S là độ ổn định Marshall của BTN khi ngâm mẫu trong bể ổn nhiệt ở 60 o C trong thời gian 40 min, xác định theo TCVN 8860-1 : 2011;
- Sa là độ ổn định Marshall của BTN khi ngâm mẫu trong bể ổn nhiệt ở 60 o C trong thời gian 24 giờ, xác định theo TCVN 8860-1 : 2011
3.3.3 Thí nghiệm xác định cường độ chịu kéo khi ép chẻ
Thí nghiệm xác định cường độ chịu kéo khi ép chẻ được thực hiện theo chỉ dẫn của TCVN 8862 : 2011 [35]
Thí nghiệm này nhằm đánh giá khả năng kháng nứt của BTN khi làm việc trong điều kiện nhiệt độ giảm Khi nhiệt độ giảm và chịu tải trọng, BTN có xu hướng co lại, phát sinh ứng suất kéo Nếu ứng suất kéo vượt quá cường độ chịu kéo, BTN sẽ bị nứt Cường độ chịu kéo khi ép chẻ hay còn gọi là cường độ chịu kéo gián tiếp, cường độ kéo khi bửa là khả năng mẫu vật liệu chịu kéo khi có một lực nén tác dụng đều dọc theo đường sinh của mẫu thử hình trụ Khi lực nén đạt đến trị số tối đa, mẫu thử hình trụ sẽ bị phá hủy theo mặt phẳng thẳng đứng do ứng suất kéo phát sinh lớn hơn cường độ chịu kéo của vật liệu mẫu thử Cường độ kéo khi ép chẻ thường lớn hơn cường độ kéo dọc trục và nhỏ hơn cường độ kéo khi uốn của mẫu vật liệu
Các mẫu Marshall với các hàm lượng vôi thủy hóa thay đổi từ 0%, 10%, 20%, 30% và 40% được sử dụng Tổng số mẫu là 15 mẫu
Xác định thiết diện chịu kéo bằng cách đo hai đường sinh và hai đường kính nằm trên cùng một mặt phẳng bằng thước kẹp chính xác đến 1 mm
Bảo dưỡng mẫu trong tủ ổn định nhiệt ở nhiệt độ 15 o C trong thời gian 4 giờ Độ sai lệch nhiệt độ cho phép là ±1 o C Đặt mẫu đã bảo dưỡng vào tấm đệm truyền tải bằng thép, lắp vào bàn nén và tiến hành nén mẫu Tốc độ di chuyển của bàn nén là 50.8 mm/phút
Cường độ chịu kéo khi ép chẻ Rkc của từng viên mẫu được tính chính xác đến 0.01 MPa theo công thức:
Trong đó: - R kc là cường độ chịu kéo khi ép chẻ, MPa;
- P là tải trọng phá hủy mẫu, N;
- H và D là chiều cao và đường kính mẫu (mm)
Hình 3 11: Bão dưỡng mẫu và thí nghiệm xác định cường độ chịu kéo khi ép chẻ
3.3.4 Thí nghiệm đo mô đun đàn hồi tĩnh
Thí nghiệm đo mô đun đàn hồi được thực hiên theo chỉ dẫn của 22TCN 211 – 06, mục C.3.1 [36]
Thí nghiệm nhằm đo mô đun đàn hồi của mẫu BTN – một trong những đặc trưng tính toán quan trọng của BTN Giá trị của mô đun đàn hồi thể hiện khả năng kháng lún của mẫu BTN khi có tải trọng tác dụng
Các mẫu được đúc với kích thước D = 10 cm, H = 10cm (sai số ±0.2cm) với hàm lượng vôi thủy hóa thay đổi từ 0%, 10%, 20%, 30% và 40% Mẫu thí nghiệm được chế bị ở áp lực 30 MPa và giữ trong thời gian 3 phút Quá trình chế bị mẫu thể hiện ở Hình 3.13 Tổng số mẫu để thực hiện thí nghiệm là 5 mẫu (mỗi hàm lượng vôi thủy hóa có 1 mẫu) Mẫu giữ nhiệt độ phòng ít nhất là 16 giờ trước khi thí nghiệm
Hình 3 12: Chế bị mẫu thí nghiệm xác định mô đun đàn hồi
Các nhiệt độ thí nghiệm bao gồm 15 o C, 30 o C và 60 o C Các mẫu được bảo dưỡng ở tủ ổn định nhiệt tại các nhiệt độ tương ứng trong thời gian 2,5 giờ trước khi tiến hành nén mẫu Bố trí thí nghiệm xác định mô đun đàn hồi được thể hiện trong Hình 3.14 Mẫu được đem ép 1 lần Áp lực p được giữ đến khi p=0.5MPa, đọc giá trị của chuyển vị kế lúc gia tải Sau đó dỡ tải và đợi tốc độ biến dạng ổn định như trên, tiến hành đọc giá trị chuyển vị kế lúc dỡ tải Trị số biến dạng đàn hồi L là hiệu giữa giá trị chuyển vị kế lúc dỡ tải và gia tải
Hình 3.13: Thí nghiệm mô đun đàn hồi Hình 3.14 : Đo nhiệt độ bằng súng
Trị số mô đun đàn hồi được tính theo công thức sau:
Trong đó: - E là trị số mô đun đàn hồi, MPa;
- P là lực tác dụng lên bàn nén, kN
- D là đường kính mẫu (mm)
3.3.5 Thí nghiệm xác định mô đun đàn hồi động (mô đun phức động)
Mô đun phức động (dynamic modulus) của BTN là thông số đầu vào rất quan trọng để thiết kế kết cấu áo đường mềm theo phương pháp cơ học thực nghiệm Giá trị này phản ánh ứng xử của BTN sát với điều kiện làm việc thực tế của nó Thí nghiệm nhằm xác định mô đun phức động của vật liệu đàn - nhớt, cụ thể là BTNC 12.5 tại một số nhiệt độ nhất định dưới tác dụng của tải trọng động theo dạng nửa hình sin
KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU
Độ ổn định, độ dẻo Marshall
Giá trị độ ổn định và độ dẻo Marshall của các mẫu tương ứng với các hàm lượng vôi thủy hóa được thể hiện ở Bảng 4.1 và Hình 4.1
Bảng 4.1: Kết quả đo độ ổn định và độ dẻo Marshall
Hàm lượng vôi thủy hóa 0% 10% 20% 30% 40% Độ ổn định Marshall (kN) 13.03 13.36 12.21 13.34 13.20 Độ dẻo Marshall 4.66 4.93 4.87 4.24 3.73
Hình 4.1: Biểu đồ ảnh hưởng của hàm lượng vôi đến độ ổn định và độ dẻo Marshall
Hàm lượng vôi thủy hóa (%) Độ dẻ o (mm ) Độ ổn đị nh M ar shall (kN )
Hình 4.2: Biểu đồ kết quả thí nghiệm độ ổn định và độ dẻo Marshall
Mối quan hệ giữa hàm lượng vôi thủy hóa với độ ổn định và độ dẻo Marshall được thể hiện ở Bảng 4.1 cho thấy, khi tăng hàm lượng vôi thủy hóa, độ ổn định và độ dẻo Marshall tăng lên Giá trị lớn nhất đạt được tại hàm lượng vôi thủy hóa 10% Tương ứng với hàm lượng vôi thủy hóa 10%, độ ổn định Marshall đạt 13.4 kN, tăng 3.08%; độ dẻo Marshall đạt 4.93, tăng 5.79% so với mẫu không có vôi thủy hóa Tiếp tục tăng hàm lượng vôi thủy hóa, độ ổn định và độ dẻo Marshall giảm dần
Các kết quả đạt được chứng tỏ việc thêm vôi thủy hóa vào hỗn hợp BTNC 12.5 cải thiện đáng kể khả năng làm việc của BTN trong điều kiện nhiệt độ và độ ẩm cao Độ ổn định và độ dẻo Marshall tăng chứng tỏ hỗn hợp nhựa đường hiệu chỉnh dính bám với cốt liệu tốt hơn.
Độ ổn định còn lại của BTN
Giá trị độ ổn định và độ dẻo Marshall của các mẫu tương ứng với các hàm lượng vôi thủy hóa được thể hiện ở Bảng 4.2 và Hình 4.3
0,00 2,00 4,00 6,00 8,00 10,00 12,00 14,00 Độ ổn đinh Mars hall (kN) Độ dẻo (mm)
Bảng 4.2 : Kết quả độ ổn định còn lại của BTN
Hàm lượng vôi thủy hóa 0% 10% 20% 30% 40% Độ ổn định còn lại của BTN
Hình 4.3 : Độ ổn định còn lại
Mối quan hệ giữa hàm lượng vôi thủy hóa với độ ổn định còn lại của BTN được thể hiện ở hình 4.3 cho thấy, giá trị lớn nhất đạt được tại hàm lượng vôi thủy hóa 10% Tương ứng với hàm lượng vôi thủy hóa 10%, độ ổn định còn lại đạt 78%, tăng 2% so với mẫu không có vôi thủy hóa
Các kết quả đạt được chứng tỏ việc thêm vôi thủy hóa vào hỗn hợp BTNC 12.5 làm cho sự ảnh hưởng của nước đối với BTN được cải thiện đáng kể Như vậy hỗn hợp BTNC 12.5 có sử dụng vôi thủy hóa 10% sẽ làm cải thiện khả năng làm việc trong điều kiện ngập nước.
Cường độ chịu kéo khi ép chẻ
Cường độ chịu kéo khi ép chẻ đánh giá khả năng kháng nứt của BTN khi làm việc trong điều kiện nhiệt độ giảm Kết quả xác định cường độ chịu kéo khi ép chẻ của các mẫu BTNC 12.5 tương ứng với các hàm lượng vôi thủy hóa được thể hiện ở Bảng 4.3 và Hình 4.4
0% 10% 20% 30% 40% Đ ộ ổn định còn lại của B TN (% )
Hàm lượng vôi thủy hóa (%)
Bảng 4 3: Kết quả xác định cường độ chịu kéo khi ép chẻ
Hàm lượng vôi thủy hóa 0% 10% 20% 30% 40%
Cường độ chịu kéo khí ép chẻ (MPa) 2.49 2.81 2.65 2.26 2.10
Hình 4.4: Ảnh hưởng của hàm lượng vôi thủy hóa và cường độ chịu kéo khi ép chẻ
Hình 4.4 cho thấy ảnh hưởng của vôi thủy hóa đến cường độ chịu kéo khi ép chẻ Cường độ chịu kéo khi ép chẻ tăng lên khi tăng hàm lượng vôi thủy hóa Giá trị cực đại đạt được là 2.81 N/mm 2 khi hàm lượng vôi thủy hóa sử dụng là 10% Cường độ chịu kéo khi ép chẻ giảm xuống khi tăng hàm lượng vôi thủy hóa lên 20% So với mẫu không có vôi thủy hóa, giá trị cường độ chịu kéo khi ép chẻ tăng đến 13% Do vậy, hiêu quả kháng nứt của hỗn hợp BTNC 12.5 sử dụng vôi thủy hóa tốt hơn so với hỗn hợp BTNC 12.5 thông thường.
Mô đun đàn hồi
Kết quả đo mô đun đàn hồi của các mẫu BTNC 12.5 có vôi thủy hóa ở 3 nhiệt độ thí nghiệm lần lượt là 15 o C, 30 o C và 60 o C được tổng hợp ở Bảng 4.4 và Hình 4.5
Cư ờng độ chịu kéo (kN)
Hàm lượng vôi thủy hóa (%)
Bảng 4 4: Tổng hợp kết quả xác định mô đun đàn hồi
Hàm lượng vôi thủy hóa 0% 10% 20% 30% 40%
Hình 4.5: Ảnh hưởng của hàm lượng vôi thủy hóa và mô đun đàn hồi
Hình 4.5 thể hiện tương quan giữa hàm lượng vôi thủy hóa và mô đun đàn hồi tại các nhiệt độ xác định Xu hướng thay đổi mô đun đàn hồi của mẫu ở các nhiệt độ khác nhau là tương đối giống nhau Khi hàm lượng vôi thủy hóa tăng lên, mô đun đàn hồi tăng theo và đạt giá trị cực đại Tiếp tục tăng hàm lượng vôi thủy hóa, mô đun đàn hồi giảm xuống Giá trị mô đun đàn hồi khi thí nghiệm ở 15 o C đạt lớn nhất là 707.67 MPa đối với mẫu BTNC 12.5 có 10% vôi thủy hóa So với mẫu không có vôi thủy hóa, giá trị mô đun đàn hồi tăng 10.3% Ở các nhiệt độ 30 o C và 60 o C, giá trị mô đun đàn hồi đạt cực đại lần lượt là 377.56 MPa và 233.73 MPa tại mẫu có 10% vôi thủy hóa So với mẫu không có vôi thủy hóa, mẫu với 10% vôi thủy hóa có mô đun đàn hồi tăng lần lượt là 5.92% và 38.42%
Hàm lượng vôi thủy hóa (%)
Mô đun phức động (dynamic modulus)
Kết quả đo mô đun phức động của mẫu BTNC 12.5 sử dụng vôi thủy hóa với các hàm lượng 0%, 10%, 20%, 30% và 40% được thể hiện ở Bảng 4.5, Bảng 4.6, Bảng 4.7, Bảng 4.8 và Bảng 4.9
Bảng 4.5: Giá trị mô đun phức động của BTNC 12.5 với hàm lượng vôi thủy hóa 0%
Bảng 4.6: Giá trị mô đun phức động của BTNC 12.5 với hàm lượng vôi thủy hóa 10%
Bảng 4.7: Giá trị mô đun phức động của BTNC 12.5 với hàm lượng vôi thủy hóa 20%
Bảng 4.8: Giá trị mô đun phức động của BTNC 12.5 với hàm lượng vôi thủy hóa 30%
Bảng 4.9: Giá trị mô đun phức động của BTNC 12.5 với hàm lượng vôi thủy hóa 40%
0.1 654.6 1744.4 8442.8 Đường cong master curve thể hiện mối quan hệ giữa tần số và mô đun phức động của mẫu BTNC 12.5 với các hàm lượng vôi thủy hóa khác nhau được xây dựng dựa trên các giá trị tại nhiệt độ tham chiếu là 20 o C Kết quả thể hiện trong Hình 4.6, Hình 4.7, Hình 4.8, Hình 4.9 và Hình 4.10 Tương quan về giá trị mô đun phức động của BTNC 12.5 sử các hàm lượng vôi khác nhau được thể hiện ở Hình 4.11
Hình 4.6: Đường cong chủ (Master Curve) của mẫu BTNC 12.5 với vôi thủy hóa 0%
Hình 4.7: Đường cong chủ (Master Curve) của mẫu BTNC 12.5 với vôi thủy hóa 10%
Hình 4.8: Đường cong chủ (Master Curve) của mẫu BTNC 12.5 với vôi thủy hóa 20%
Hình 4.9: Đường cong chủ (Master Curve) của mẫu BTNC 12.5 với vôi thủy hóa 30%
Hình 4.10 : Đường cong chủ (Master Curve) của mẫu BTNC 12.5 với vôi thủy hóa
Hình 4.11: Hệ số shift factor (a T ) ứng với nhiệt độ tham khảo 20 o C
Hình 4.12: Hệ số shift factor (a T ) ứng với nhiệt độ tham khảo 20 o C
Hình 4.6 - 4.10 cho thấy, khi nhiệt độ giảm, mô đun phức động của mẫu tăng Tại mỗi nhiệt độ thí nghiệm, mô đun phức động của mẫu tăng khi tần số tăng Mức độ tăng của mô đun phức động tương ứng với từng tần số thể hiện rõ khi thí nghiệm tại các nhiệt độ 21 o C và 37 o C Tại các nhiệt độ thấp 4 o C, khác biệt về mô đun phức động khi thay đổi tần số là không quá lớn
Trong biểu đồ 4.11, đường cong Master Curve của mẫu BTNC 12.5 sử dụng vôi thủy hóa 10% nằm trên đường cong Master Curve của mẫu BTN thông thường và BTN sử dụng vôi thủy hóa 20, 30, 40% Tại nhiệt độ cao, BTNC 12.5 sử dụng vôi thủy hóa 10% so với BTNC 12.5 thông thường và BTNC 12.5 sử dụng các các hàm lượng vôi thủy hóa khác có khoảng cách giữa các đường Master Curve tương đối lớn Chứng tỏ với hàm lượng vôi thủy hóa 10% cải thiện đáng kể khả năng chịu tải trọng động của BTN trong điều kiện nhiệt độ cao Khi nhiệt độ giảm xuống thấp, giá trị mô đun phức động của mẫu có 10% vôi thủy hóa biến đổi không nhiều so với mẫu còn lại
Do vậy, ảnh hưởng của vôi thủy hóa đến hiệu năng làm việc của BTN ở nhiệt độ thấp là tương đối ít.
Thí nghiệm vệt hằn bánh xe
Hai mẫu BTNC 12.5 là BTNC 12.5 có sử dụng hàm lượng vôi thủy hóa 10% và BTNC 12.5 không sử dụng vôi thủy hóa được thực hiện theo phương pháp A trong môi trường nước ở 50 o C Kết quả thí nghiệm vệt hằn bánh xe được thể hiện ở Hình 4.13 và Bảng 4.9
Hình 4.13: Thí nghiệm vệt hằn bánh xe bằng thiết bị Wheel Tracking Hamburd
Bảng 4.9: Kết quả thí nghiệm vệt hằn bánh xe
Hàm lượng vôi thủy hóa Lần tác dụng Chiều sâu vệt hằn, mm
Hình 4.14: Biểu đồ chiều sâu vệt hằn bánh xe
Hình 4.14 thí nghiệm vệt hằn bánh xe cho thấy với cùng 2600 lượt tải tác dụng thì BTNC 12.5 sử dụng 10% vôi thủy hóa và BTNC 12.5 không sử dụng vôi thủy hóa có chiều sâu lún lần lượt là 12.04 và 12.14 Điều đó chứng tỏ rằng với cùng một lượt tải tác dụng thì BTNC 12.5 có sử dụng 10% vôi thủy hóa có khả năng kháng lún tốt hơn so với BTNC 12.5 không sử dụng vôi thủy hóa
Lượt tác dụng (lần) Mẫu 0% Mẫu 10%