Đề tài nghiên cứu đánh giá chất lượng độ nhám thay đổi theo cấp phối của bê tông nhựa trong phòng thí nghiệm và đánh giá độ nhám thay đổi ngoài hiện trường Ngoài ra, nghiên cứu tìm ra mố
NGHIÊN CỨU TỔNG QUAN
TỔNG QUAN VỀ CÁC LOẠI BÊ TÔNG NHỰA
2.1.1 Giới thiệu bê tông nhựa
Bê tông nhựa hay bê tông asphalt là một hỗn hợp vật liệu bao gồm: đá, cát, bột khoáng và phụ gia (nếu có) được phối hợp với nhau theo một tỉ lệ hợp lý để tạo một cấp phối tốt nhất, được trộn nóng hoặc nguội với nhựa theo một chế độ nhất định trong trạm trộn rồi được rải nóng (đối với bê tông nhựa trộn nóng) ở nhiệt độ thích hợp và lu lèn [3], [4]
Cốt liệu thô là bộ khung chịu lực, tăng tính ổn định của bê tông nhựa Làm cho bê tông nhựa có khả năng chịu tác dụng của ngọai lực và tạo độ nhám cho bề mặt đường
Cốt liệu mịn: đóng vai trò lấp đầy các lỗ rỗng giữa các hạt đá dăm, nó sẽ cùng với đá dăm làm thành bộ khung chủ yếu của bê tông nhựa
Bột khoáng đóng vai trò là thành phần rất quan trọng trong hỗn hợp bê tông nhựa, nó vai trò lấp đầy lỗ rỗng giữa các cốt liệu lớn (cát, đá dăm hay sỏi) không những làm tăng độ đặc của hỗn hợp mà còn làm tăng nhanh tỷ diện bề mặt các cốt liệu, làm cho màng bitum trên mặt hạt khoáng vật càng mỏng và như thế sẽ làm lực tương tác của nó tăng lên, cường độ và độ bền của bê tông nhựa cũng tăng
Bitum là chất kết dính hữu cơ có khả năng dính kết các vật liệu khoáng vật tạo một hỗn hợp chịu lực mới
Phụ gia: có vai trò trong việc cải thiện một số tính chất nào đó trong bê tông nhựa như làm tăng tính dẻo, tính ổn định với nhiệt, …Thường phụ gia được thêm vào để cải tiến một số tính chất của bitum như: Bitum có pha thêm lưu huỳnh, Bitum có pha thêm cao su, Bitum có pha thêm mangan hữu cơ
Như vậy ta có thể thấy rằng cường độ của bê tông nhựa được hình thành trên cơ sở nguyên lý hình thành cường độ của hỗn hợp vật liệu theo nguyên tắc cấp phối với chất kết dính là nhựa đường
2.1.2 Các loại cấp phối bê tông nhựa
Bê tông nhựa cấp phối chặt (Dense-graded): [4]
Loại BTN sử dụng cấp phối cốt liệu có lượng hạt thô, hạt trung gian và hạt mịn gần tương đương nhau, tạo điều kiện để khi đầm nén các hạt cốt liệu dễ chặt khít với nhau nhất Thường được gọi là BTN chặt BTN chặt có độ rỗng dư nhỏ, thường từ 3-6%
Bê tông nhựa cấp phối gián đoạn (Gap-graded): [4]
Loại BTN sử dụng cấp phối cốt liệu có lượng hạt thô và lượng hạt mịn lớn, nhưng lượng hạt trung gian rất nhỏ Đường cong cấp phối cốt liệu của loại BTN này có xu thế gần nằm ngang tại vùng cỡ hạt trung gian Cấp phối cốt liệu này tạo khả năng để các hạt cốt liệu thô chèn móc tốt với nhau, tuy nhiên có xu thế dễ bị phân tầng trong quá trình rải BTN cấp phối gián đoạn thường có độ rỗng dư lớn hơn so với BTN chặt
Bê tông nhựa cấp phối hở (Open-graded): [4]
Loại BTN sử dụng cấp phối cốt liệu cấp phối có lượng hạt mịn chiếm một tỷ lệ nhỏ trong hỗn hợp Đường cong cấp phối loại này có xu thế gần thẳng đứng tại vùng hạt cốt liệu trung gian, gần nằm ngang và có giá trị gần bằng không (0) tại vùng hạt cốt liệu mịn Loại BTN này có độ rỗng dư lớn do không đủ lượng hạt mịn lấp đầy lỗ rỗng giữa các hạt thô Thường được gọi là BTN rỗng BTN rỗng có độ rỗng dư lớn nhất so với BTN chặt và BTN cấp phối gián đoạn
Loại BTN rỗng làm lớp móng (base course), thường không sử dụng bột khoáng, có độ rỗng dư từ 12% đến 16%
Bê tông nhựa có độ nhám cao (Open Graded Friction Course Asphalt- OGFCA): [4]
Loại BTN sử dụng làm lớp phủ mặt đường, có tác dụng ngăn ngừa hiện tượng văng nước gây ra khi xe chạy với tốc độ cao, tăng khả năng kháng trượt mặt đường và giảm đáng kể tiếng ồn khi xe chạy
Thường sử dụng loại BTN rỗng, có độ rỗng dư 15-22% (Open graded friction course –OGFC hoặc Porous friction course-PFC) hoặc BTN cấp phối gián đoạn, có độ rỗng dư 10-15% (Very thin friction course-VTO) Cần sử dụng nhựa đường cải thiện để chế tạo loại BTN này
Hỗn hợp đá- vữa nhựa (Stone matrix asphalt hoặc Stone mastic asphalt - SMA): [4]
Là loại BTN sử dụng cấp phối gián đoạn Hỗn hợp BTN này bao gồm nhựa đường, cốt liệu và cốt sợi (fiber) SMA thường sử dụng lượng bột khoáng và nhựa đường nhiều hơn so với BTN cấp phối chặt Độ rỗng dư của SMA có phạm vi rộng, từ 2-8%, tùy thuộc vào việc sử dụng SMA làm lớp mặt hoặc lớp móng
2.1.3 Phân loại bê tông nhựa 2.1.3.1 Theo độ rỗng còn dư
Theo độ rỗng dư, bê tông nhựa thường được phân thành các loại [4]:
BTN chặt, có độ rỗng dư từ 3% - 6%
BTN rỗng, bao gồm các loại BTN có độ rỗng dư lớn hơn 6 %
2.1.3.2 Phân loại theo đặc tính của cấp phối hỗn hợp cốt liệu
Theo đặc tính của cấp phối cốt liệu, bê tông nhựa thường được phân thành các loại [4]:
BTN có cấp phối chặt (dense graded mix)
BTN có cấp phối gián đoạn (gap graded mix)
BTN có cấp phối hở (open graded mix)
2.1.3.3 Phân loại theo cỡ hạt danh định lớn nhất của cốt liệu
Theo cách phân loại này, BTN thường được phân thành các loại có cỡ hạt danh định lớn nhất là: 37,5 mm; 25,0 mm; 19,0 mm; 12,5 mm; 9,5 mm và 4,75 mm (tương ứng với việc phân loại theo cỡ hạt lớn nhất là 50 mm; 37,5 mm; 25,0 mm;
2.1.3.4 Phân loại theo vị trí và công năng trong kết cấu mặt đường
Theo vị trí và công năng trong kết cấu mặt đường, BTN thường được phân thành các loại [4]:
BTN có độ nhám cao, tăng khả năng kháng trượt: sử dụng cho đường ô tô cấp cao, đường cao tốc, các đoạn đường nguy hiểm Lớp BTN này được phủ trên mặt BTN, ngay sau khi thi công các lớp BTN phía dưới hoặc được phủ sau này, khi nâng cấp mặt đường
BTN dùng làm lớp mặt (surface course mixture), bao gồm: BTN dùng làm lớp mặt trên (wearing course mixture) và BTN dùng làm lớp mặt dưới (binder course mixture): thường sử dụng BTN chặt
TỔNG QUAN VỀ ĐỘ NHÁM MẶT ĐƯỜNG
Nhiều nghiên cứu đã chỉ ra rằng có nhiều yếu tố ảnh hưởng đến độ bám của bánh xe với mặt đường Về phương diện đường ô tô thì yếu tố chủ yếu và quan trọng nhất vẫn là độ nhám của mặt đường Để nghiên cứu bản chất và các nhân tố ảnh hưởng đến độ bám của bánh xe với mặt đường Về phương điện đường ô tô thì yếu tố chủ yếu và quan trọng nhất vẫn là độ bám của mặt đường Độ nhám của mặt đường được tạo nên bởi hai thành phần chính: nhám vĩ mô và nhám vi mô
Nhám vĩ mô (nhám thô – macrotexture): được định nghĩa là độ chênh cao giữa bề mặt đường so với mặt phẳng chuẩn với các kích thước đặc trưng của bước sóng và biên độ thấp nhất từ 0.5mm cho đến mức mà độ chênh cao đó không ảnh hưởng đến sự tác động giữa lốp xe và mặt đường Có thể nói độ nhám vĩ mô là độ nhám của toàn bộ mặt đường và được hình thành bởi hình dáng, kích thước của các hạt cốt liệu lộ ra trên bề mặt đường [9]
Nhám vi mô (nhám mịn – microtexture): được định nghĩa là độ chênh cao giữa bề mặt đường so với mặt phẳng chuẩn với các kích thước đặc trưng của bước sóng và biên độ nhỏ hơn 0.5mm Có thể nói độ nhám vĩ mô là độ nhám, độ xù xì của hạt cốt liệu lộ ra trên mặt đường và khó nhìn thấy [9]
Hình 2.2: Sự khác nhau giữa độ nhám vi mô và độ nhám vĩ mô [10]
Vai trò của độ nhám vĩ mô là tạo ra các kênh thoát nước Bằng cách giảm áp lực ở trước và xung quanh lốp xe, nhám vĩ mô cho phép một diện tích lớn của lốp xe vẫn duy trì sự tiếp xúc ma sát với về mặt mặt đường Điều này cho phép nhám vĩ mô phát huy tác dụng kháng trượt
2.2.1 Các yếu tố ảnh hưởng đến độ nhám vĩ mô
Diện tích cốt liệu thô nổi lên mặt đường: trong hỗn hợp bê tông nhựa thì cốt liệu lớn nhất nổi lên trên bề mặt đường là nơi mà lốp xe tiếp xúc nhiều nhất Vì thế mà nó đóng góp phần lớn vào sức kháng trượt của bề mặt đường qua cả nhám vi mô và nhám vĩ mô Nhám vĩ mô đạt được nhờ việc thiết kế tối ưu hàm lượng nhựa và phụ thuộc trực tiếp vào cấp phối, góc cạnh và hình khối của cốt liệu Việc dùng một tỷ lệ lớn các cốt liệu thô trong hỗn hợp sẽ cho kết quả là một diện tích lớn các cốt liệu thô được nổi lên mặt đường và do đó sẽ có độ nhám vĩ mô cao [11]
Hàm lượng nhựa trong hỗn hợp và hệ số đầm nén: Nếu lượng nhựa quá nhiều hoặc độ đầm nén quá chặt sẽ làm giảm diện tích nổi lên mặt đường của các cốt liệu thô, do đó làm giảm sức kháng trượt mặt đường Ngoài ra, tính chất vật lý của bản thân loại nhựa cũng ảnh hưởng đáng kể tới độ nhám vĩ mô Một loại nhựa có thuộc tính ổn định nhiệt cao (nhựa cải thiện) sẽ hạn chế khả năng chảy nhựa vào mùa nóng làm cho bề mặt bê tông nhựa dễ duy trì được diện tích cốt liệu thô hơn [11]
Tính chịu mài mòn của cốt liệu: độ bền của nhám vĩ mô phụ thuộc chủ yếu vào tính chịu bào mòn của cốt liệu Cốt liệu có sức chịu bào mòn kém sẽ nhanh chóng bị mòn đi dưới tác dụng của xe cộ và cho kết quả là mặt đường bị mất sức kháng trượt
Tính chịu mài mòn được xác định bằng thí nghiệm Los Angeles [11]
Hình khối, góc cạnh của cốt liệu thô: để cho các hạt cốt liệu nhô lên bề mặt mặt đường không bị gãy vụn ra, để đảm bảo độ nhám vĩ mô bền vững thì các hạt cốt liệu phải có hình dạng hình khối, không được chứa nhiều hàm lượng hạt thoi dẹt [11]
2.2.2 Các yếu tố ảnh hưởng đến độ nhám vi mô Đối với đá, độ bền của nhám vi mô phụ thuộc vào đặc tính kháng mài bóng
Sức kháng mài bóng của đá được đánh giá bằng thí nghiệm mài bóng thông qua chỉ số mài bóng PSV (British Polish Stone Value Test, ASTM D3319) Vật liệu có chỉ số PSV cao chứng tỏ có sức kháng mài bóng tốt [11] Đối với cát, độ bền của nhám vi mô chủ yếu phụ thuộc vào hàm lượng thạch anh và silic Hàm lượng này càng cao thì độ bền của nhám vi mô càng lớn.
TỔNG QUAN VỀ THÍ NGHIỆM XÁC ĐỊNH ĐỘ NHÁM
Ở Việt Nam có hai loại thí nghiệm đánh giá độ nhám thường được dùng là thí nghiệm rắc cát và con lắc Anh Ngoài ra còn có nhiều phương pháp đánh giá độ nhám trên thế giới
Thí nghiệm được thực hiện theo tiêu chuẩn TCVN 8866 – 2011 [12]
Nguyên lý thực hiện: Đong một lượng cát tiêu chuẩn bằng ống đong có thể tích xác định, đổ thể tích cát từ ống đong lên mặt đường đã được làm sạch và che chắn gió Dùng bàn xoa bịt cao su có kích thước quy định để xoa cát thành mảng cát tròn liên tục lấp đầy các lỗ hỗng trên mặt đường cho ngang bằng với đỉnh của các hạt cốt liệu Xác định đường kính trung bình của mảng cát, từ đó tính toán chiều sâu cấu trúc vĩ mô trung bình của mặt đường làm cơ sở đánh giá độ nhám,
Vật liệu cát tiêu chuẩn: là cát khô, sạch, tròn cạnh và có đường kính cỡ hạt nằm giữa hai cỡ sàng 0,15 mm và 0,30 mm và được đựng trong hộp kín Ống đong cát có thể tích bên trong là 25cm3, một đầu ống được bịt kín
Bàn xoa: là dụng cụ đáy hình tròn, bằng gỗ, có đường kính 6 – 7,5 cm, dày từ
6,0 – 10 mm Mặt đáy của bàn xoa được gắn một lớp cao su mỏng dày khoảng 2mm, mặt trên có núm để cầm
Một bàn chải sắt cứng và một bàn chải lông mềm để quét sạch mặt đường trước khi rải cát
Một thước dài 500 mm khắc vạch đến 1 mm để đo đường kính mảng cát
Các tấm chắn gió thích hợp đặt trên mặt đường để che cho cát khi thí nghiệm không bị gió thổi hoặc luồng không khí xoáy do phương tiện giao thông chạy trên đường gây ra
Một cân thí nghiệm có độ chính xác 0,1 g để kiểm tra thêm, đảm bảo lượng cát dùng cho các lần thí nghiệm không thay đổi về khối lượng
Tại các vị trí đo, mặt đường phải khô, bề mặt đồng đều, không có những đặc điểm cá biệt như vết nứt, các mối nối Quét sạch mặt đường bằng bàn chải sắt cứng,
2 mm dùng bàn chải lông mềm dọn sạch các mảnh vụn, hoặc các hạt cốt liệu dính kết rời rạc khỏi mặt đường Nếu trời có gió, phải đặt các tấm chắn gió xung quanh diện tích thử nghiệm để cát khỏi bay Không được thử nghiệm khi mặt đường ẩm ướt Đong cát, đổ đầy cát vào ống đong, gõ nhẹ đáy của ống đong nhiều lần trên một mặt cứng Cho thêm cát vào ống đong cho đầy tới miệng rồi dùng thước rồi gạt phẳng miệng ống đong Đổ ống đong chứa cát lên vị trí mặt đường đã làm sạch Dùng bàn xoa có bịt cao su, san cát từ trong ra ngoài theo hình xoắn ốc để tạo thành một mảng cát tròn liên tục, lấp đầy các lỗ ng trên mặt đường cho ngang bằng với các đỉnh của các hạt cốt liệu Tiến hành xoa cho đến khi mảng cát không còn lan ra ngoài Cần chú ý để mảng cát khi xoa có dạng hình tròn Đo ít nhất 4 đường kính đại diện của mảng cát đã xoa, gồm có đường kính lớn nhất, nhỏ nhất và trung gian Tính đường kính trung bình của mảng cát thí nghiệm, lấy tròn đến mm để làm trị số tính toán Độ nhám của mặt đường tại mỗi vị trí thử nghiệm (hi), tính bằng milimét, chính xác tới 2 chữ số thập phân, theo công thức sau:
+ Hi là độ nhám của mặt đường (chiều sâu cấu trúc vĩ mô) tại vị trí thử nghiệm thứ i, mm; V là thể tích cát đựng trong ống đong, 25000 mm 3
+ D là đường kính trung bình của mảng cát thí nghiệm đo được, mm Độ nhám của đoạn mặt đường được xem là đồng nhất, được tính theo công thức sau
(2.3) + Htb là độ nhám (chiều sâu cấu trúc vĩ mô trung bình) của đoạn đường, mm;
+ Hi là độ nhám (chiều sâu cấu trúc vĩ mô) của mặt đường tại vị trí thử nghiệm thứ i, mm; N là số điểm thử nghiệm trên đoạn mặt đường đồng nhất
Trường hợp các phép thử mắc lỗi các do thao tác sai hoặc nếu mảng cát đo có dạng hình elip quá dẹt (giá trị hai trục nhỏ nhất và lớn nhất của hình elíp chênh nhau quá 1,2 lần) thì nên loại bỏ kết quả đo ở những điểm này Loại bỏ các kết quả đo có trị số hi khác biệt với trị số Htb quá 0,13 mm Để thuận tiện cho việc xoa cát tạo nên mảng hình tròn, vẽ các đường tròn đồng tâm có bán kính lệch nhau từ 2,0 cm đến 5,0 cm, sau đó đổ cát vào tâm đường tròn và dùng bàn xoa san cát theo đường tròn vạch sẵn
Quy định về xử lý số liệu: Độ lệch bình phương trung bình của các trị số độ nhám thu được tại các điểm đo trên đoạn mặt đường được xem là đồng nhất không nên vượt quá 27% của giá trị độ nhám trung bình (Htb) của đoạn chia Trường hợp độ lệch bình phương trung bình cao hơn, phải xem xét lại các giá trị sai số thô có thể đã mắc phải, hoặc tăng thêm số lần đo, hoặc phân chia lại các đoạn được xem là đồng nhất cho phù hợp
Tiêu chí đánh giá độ nhám
Tiêu chuẩn kiểm tra nghiệm thu độ nhám đối với mặt đường mới làm Đối với mặt đường bê tông xi măng mới làm, khi kiểm tra trong quá trình thực hiện dự án, độ nhám Htb phải bằng hoặc lớn hơn 0,50 mm Khi nghiệm thu bàn giao thì phải bảo đảm 95% tổng số điểm đo nhám có chiều sâu cấu trúc vĩ mô 0,50 mm với điều kiện đo nhám được thực hiện trong vòng 1 năm từ khi làm xong mặt đường Đối với mặt đường bê tông nhựa, khi kiểm tra trong quá trình thực hiện dự án, chiều sâu cấu trúc vĩ mô trung bình Htb phải lớn hơn hoặc bằng 0,45 mm Khi nghiệm thu bàn giao thì phải bảo đảm 95% tổng số điểm thử nghiệm có độ nhám lớn hơn hoặc bằng giá trị quy định với điều kiện đo nhám được thực hiện trong vòng một năm từ khi làm xong mặt đường Đối với mặt đường bê tông nhựa có tính năng đặc biệt (bê tông nhựa mỏng tạo nhám), giá trị chiều sâu cấu trúc vĩ mô trung bình Htb phải thoả mãn quy định của tiêu chuẩn thi công tương ứng
Tiêu chuẩn đánh giá độ nhám mặt đường đang khai thác Đối chiếu giá trị đo nhám (chiều sâu cấu trúc vĩ mô trung bình) của mặt đường với các giá trị tại Bảng 2.2 để đánh giá độ nhám của các đoạn đường hiện có, đề ra được các biện pháp khắc phục như: cải thiện độ nhám, tăng cường một lớp tạo nhám, hạn chế tốc độ xe chạy trong trường hợp không thỏa mãn quy định tại Bảng 2.2
Bảng 2.2: Yêu cầu độ nhám mặt đường
Tốc độ chạy xe yêu cầu (Km/h) Hoặc mức độ nguy hiểm
Chiều sâu rắc cát trung bình
Htb ≥ 0,25 Htb ≥ 0,35 Htb ≥ 0,45 Đường qua địa hình khó khăn nguy hiểm
(đường vòng quanh co, đường cong bán kính dưới 150m mà không hạn chế tốc độ, đoạn có độ dốc dọc > 5%, chiều dài dốc > 100m, …
2.3.2 Thí nghiệm đo độ nhám mặt đường bằng con lắc Anh
Thí nghiệm xác định độ nhám bằng con lắc Anh được thực hiện theo tiêu chuẩn ASTM E303-93 [13] Độ nhám của mặt đường phụ thuộc vào cấu trúc vi mô của bề mặt áo đường (pavament surface microtexture) bằng cách đo hệ số ma sát trượt trung bình của con lắc mang tấm cao su tiêu chuẩn, dao động lắc trượt trên mặt đường
Quy trình kỹ thuật này mô phỏng sức kháng trượt giữa bánh xe ô tô và mặt đường khi xe chạy với tốc độ 50km/h, được sử dụng để nghiệm thu mặt đường mới hoặc khi đánh giá chất lượng của đường hiện đang khai thác có lớp phủ mặt là bê tông nhựa hoặc bê tông xi măng
Nguyên lý làm việc : Thiết bị đo nhám mặt đường kiểu con lắc xách tay có một tấm cao su nằm bên dưới bụng của con lắc Khi dao động trên mặt đường, tấm cao su được một lò so tì xuống mặt đường một lực đã được định trước và sẽ trượt trên mặt đường với một chiều dài đường trượt quy định Theo định luật bảo toàn năng lượng thì: độ cao văng lên của con lắc sau khi trượt trên mặt đường phụ thuộc vào mất mát năng lượng do ma sát trượt của con lắc với mặt đường Bởi vậy, có thể tính được hệ số ma sát trượt (φ) của tấm cao su với mặt đường theo biểu thức sau:
W là trọng lượng của con lắc, daN
H là chiều cao nâng lên ban đầu của trọng tâm con lắc, mm;
h là chiều cao văng lên của con lắc sau khi trượt trên mặt đường, mm;
P Lực tác động trung bình của con lắc xuống mặt phẳng trượt, daN;
CÁC NGHIÊN CỨU TRONG VÀ NGOÀI NƯỚC
Bài báo khoa học: “Đánh giá các đặc tính khai thác vật liệu bê tông nhựa lớp tạo nhám và đề xuất giải pháp nâng cao chất lượng khai thác” [16]
Bài báo trình bày các đặc tính của lớp bê tông nhựa tạo nhám cho lớp mặt đường: Độ nhám theo thời gian, hệ số độ bám bề mặt, độ rỗng dư còn lại, độ hút nước, … từ đó xem xét và kiểm tra chất lượng vật liệu, thiết kế thành phần cũng như đưa ra các giải pháp nâng cao chất lượng khai thác BTN lớp tạo nhám có hiệu quả hơn
Trong quá trình khai thác, vật liệu BTN lớp tạo nhám của kết cấu áo đường mềm phải làm việc trong mọi điều kiện và chịu tác động của nhiều nhân tố: Tải trọng, khí hậu và môi trường, theo thời gian sẽ bị suy giảm
Tác giả nghiên cứu đã thống kê xác định mối quan hệ các chỉ tiêu khai thác thông qua độ nhám vĩ mô gồm: Quan hệ giữa độ nhám vĩ mô và độ rỗng dư; độ rỗng dư và độ hút nước; xác định sự thay đổi độ nhám vĩ mô (chiều sâu rắc cát trung bình) theo thời gian, từ đó có thể biết được độ rỗng dư còn lại theo thời gian khai thác của lớp vật liệu BTN tạo nhám
Các chỉ tiêu đánh giá chất lượng khai thác BTN lớp tạo nhám:
Nghiên cứu mối quan hệ giữa độ rỗng dư và độ nhám vĩ mô
Nghiên cứu mối quan hệ giữa độ rỗng dư và độ hút nước
Nghiên cứu sự thay đổi độ nhám vĩ mô của mặt đường nhám theo thời gian
Nghiên cứu hiệu quả tăng nhám
Phương pháp thổi bằng khí nén
Phương pháp phun rữa cao áp
Kết quả nghiên cứu mối quan hệ giữa độ nhám, độ rỗng dư, độ hút nước cũng như đánh giá khả năng suy giảm độ nhám mặt đường Từ cơ sở này có thể mở rộng nghiên cứu cho các tuyến cao tốc khác tại Việt Nam, giúp cho các kỹ sư quản lý đường cao tốc nắm được bản chất các đặc tính khai thác của vật liệu BTN lớp phủ tạo nhám; thời hạn định kỳ bảo dưỡng mặt đường, phương pháp và kỹ thuật xử lý, cũng như đưa ra giải pháp nâng cao chất lượng vật liệu BTN lớp tạo nhám tại Việt Nam
Kiến nghị qui chế kiểm tra định kỳ độ nhám lớp phủ BTN tạo nhám trên các tuyến cao tốc, từ đó có thể đề ra giải pháp duy trì hiệu quả làm việc mặt đường nhám và có qui chế duy tu bảo dưỡng phù hợp đối với các tuyến đường cao tốc hiện nay và cho thời gian sau này
2.4.2 Nghiên cứu của Nguyễn Tấn Bá và Nguyễn Mạnh Tuấn
Bài báo khoa học: “Bước đầu ứng dụng trong bê tông nhựa nhám cao Dmaxmm trong điều kiện vật liệu ở Tp Hồ Chí Minh” [17]
Bài báo trình bày vai trò của độ nhám trong việc quyết định chất lượng khai thác của mặt đường bê tông nhựa và an toàn xe chạy Ngoài ra bài báo trình bày nội dung thiết kế thành phần hỗn hợp BTNTNC có Dmaxmm, với vật liệu là đá dăm và nhựa polime được sử dụng phổ biến ở Tp Hồ Chí Minh Để nâng cao tính đa dạng về vật liệu đặc biệt về cấp phối nên bài báo này trình bày loại hỗn hợp BTNTNC 12.5 (BTNTNC có đường kính hạt lớn nhất danh định 12.5mm) với Dmax mm được lựa chọn theo khuynh hướng của nước phát triển là Mỹ
Bài báo trình bày về vật liệu và phương pháp thí nghiệm bao gồm: nhựa đường, cốt liệu, đường cong cấp phối thiết kế Các bước thiết kế thành phần hỗn hợp bê tông nhựa tạo nhám:
Bước 1: Lựa chọn thành phần hỗn hợp vật liệu lớp bê tông nhựa tạo nhám và thí nghiệm xác định các chỉ tiêu cơ lý của cốt liệu và nhựa đường
Bước 2: Tính tỷ lệ phối trộn của các cốt liệu để tạo ra hỗn hợp cốt liệu có thành phần hạt đạt yêu cầu kỹ thuật
Bước 3: Chuẩn bị mẫu hỗn hợp cốt liệu để đúc mẫu Marshall
Bước 4: Trộn cốt liệu với nhựa đường và đầm mẫu Marshall
Bước 5: Thí nghiệm và tính toán các chỉ tiêu đặc tính thể tích của hỗn hợp bê tông nhựa
Bước 6: Thí nghiệm xác định độ ổn định, độ dẻo trên các mẫu Marshall
Bước 7: Xác định hàm lượng nhựa tối ưu: Dựa trên kết quả của bước 5 và bước 6 để xác định hàm lượng nhựa tối ưu cho hỗn hợp bê tông nhựa Trên cơ sở các kết quả thí nghiệm, tính toán đã xác định ở trên, vẽ các đồ thị quan hệ sau, trong đó trục hoành biểu thị các hàm lượng nhựa (5 hàm lượng nhựa đã chọn); trục tung biểu thị các giá trị tương ứng: Độ ổn định Marshall, độ dẻo, độ rỗng dư, độ rỗng cốt liệu, độ rỗng lấp đầy nhựa, khối lượng thể tích của hỗn hợp bê tông nhựa
Trên cơ sở phân tích các loại đường cong cấp phối bê tông nhựa tạo nhám cao trên thế giới và theo tiêu chuẩn Việt Nam, cấp phối với cỡ hạt lớn nhất là 19mm hay BTNTNC 12.5 được đề xuất sử dụng Cốt liệu cho hỗn hợp nghiên cứu đảm bảo tiêu chuẩn vật liệu bê tông nhựa tạo nhám 22 TCN 345-06 và nhựa đường là nhựa polime PMB-I đáp ứng theo tiêu chuẩn 22 TCN 319-04 Theo tiêu chuẩn TCVN 8820-2011, hàm lượng nhựa tối ưu theo cốt liệu của hỗn hợp bê tông nhựa tạo nhám trong nghiên cứu này là 3.95% Hệ số thấm của mẫu bê tông nhựa tạo nhám ở hàm lượng nhựa tối ưu là 2.9x10-3 (m/sec); kết quả thí nghiệm độ nhám mặt đường (SRT) bằng con lắc Anh cho hai mẫu bê tông nhựa là 80
2.4.3 Nghiên cứu của Lâm Thành Quý và Nguyễn Mạnh Tuấn
Bài báo khoa học: “Quan hệ giữa độ nhám bằng thí nghiệm rắc cát và con lắc Anh của bê tông nhựa nhám cao” [18]
Bài báo trình bày tình hình sử dụng mặt đường bê tông nhựa nhám cao tại Việt Nam Kích cỡ cốt liệu lớn nhất sử dụng cho lớp tạo nhám mặt đường BTNNC ở mỗi nước khác nhau Ở Mỹ sử dụng cỡ hạt lớn đa dạng 9.5, 12.5, 19 và 25mm Ở Nhật Bản, Trung Quốc, Ấn Độ thì cỡ hạt lớn nhất là 19mm; các nghiên cứu ở Việt Nam cũng như theo 22 TCN 345-06 thì cỡ hạt lớn nhất chủ yếu là 12.5mm
Phương pháp đánh giá độ nhám của mặt đường mang tính chất vi mô và vĩ mô
Các thí nghiệm đó là: Thí nghiệm con lắc Anh, thí nghiệm rắc cát, thí nghiệm đo chiều sâu bằng tia laser, thí nghiệm độ nhám dựa trên dòng chảy ra, thí nghiệm dựa trên ánh sáng phản chiếu từ bề mặt đường, …
Bài báo đưa ra các thành phần vật liệu và cấp phối bê tông nhựa nhám cao sau đó dùng các thí nghiệm để đánh giá độ nhám (thí nghiệm rắc cát và thí nghiệm con lắc Anh)
Bài báo đã sử dụng hai thí nghiệm xác định độ nhám vi mô và vĩ mô là thí nghiệm rắc cát và con lắc Anh để đánh giá ba loại cấp phối Ba loại cấp phối nghiên cứu là bê tông nhựa có độ nhám cao có cỡ hạt danh định lớn nhất thay đổi là 19mm, 12.5mm và 9.5mm Kết quả thí nghiệm cho thấy:
ĐÁNH GIÁ ĐỘ NHÁM MẶT ĐƯỜNG BÊ TÔNG NHỰA CHẶT
ĐÁNH GIÁ ĐỘ NHÁM TRONG PHÒNG THÍ NGHIỆM
3.1.1 Thiết kế cấp phối bê tông nhựa
Dựa trên đề tài nghiên cứu về bê tông nhựa của anh Trần Huy Hải và anh Nguyễn Hoài Vẹn đã thực hiện:
- Anh Trần Huy Hải với đề tài : Nghiên cứu ảnh hưởng của độ rỗng cốt liệu VMA đến khả năng làm việc của bê tông nhựa chặt [24]
- Anh Nguyễn Hoài Vẹn với đề tài : Nghiên cứu ảnh hưởng của vùng giới hạn theo Superpave đến khả năng làm việc của bê tông nhựa chặt [25] Đề tài nghiên cứu sử dụng các cấp phối của những đề tài nói trên để thực hiện luận văn
Bảng 3.1: Bảng tổng hợp thành phần cấp phối nghiên cứu
CẤP PHỐI LUẬN VĂN TRẦN
CẤP PHỐI LUẬN VĂN NGUYỄN HOÀI VẸN
CẤP PHỐI 1 CẤP PHỐI 2 CP TRÊN
Hình 3.1 Các đường cong cấp phối nghiên cứu được chọn
3.1.1.1 Đường cong cấp phối thiết kế của Trần Huy Hải
Theo luận văn của Trần Huy Hải cấp phối được thiết kế theo phương pháp
Cấp phối cốt liệu 1 đi dưới vùng giới hạn có dạng đường cong hình chữ S trên biểu đồ cấp phối với cỡ sàng mũ 0.45 được thiết kế theo phương pháp Bailey và tuân theo tiêu chuẩn TCVN 8819-2011 Phần trăm lọt sàng và hình dạng được biểu diễn ở bảng 3.1 Cấp phối cốt liệu 1 được thiết kế theo phương pháp Bailey sử dụng một loại cốt liệu lớn CA gồm các hạt cốt liệu có kích thước lọt sàng 19mm và đọng trên sàng 2.36mm, một loại cốt liệu nhỏ FA gồm các hạt cốt liệu lọt sàng 2.36mm và bột khoáng là xi măng Hocim lọt qua sàng 0.075mm
Bảng 3.2: Giá trị chỉ số Bailey của cấp phối 1
Chỉ số Giá trị tính toán Giá trị đề nghị Kết luận
Cấp phối cốt liệu 2 đi trên vùng giới hạn có hình dạng chữ S có phần trăm lọt sàng của các cỡ hạt và hình dạng đường cong được biễu diễn theo bảng 3.1 và được kiểm tra theo các chỉ số Bailey đối với cấp phối cốt liệu dạng mịn Trong cấu trúc cốt liệu cấp phối 2, các hạt cốt liệu thô sắp xếp rời rạc và không tạo được bộ khung chịu lực như cấp phối dạng thô, toàn bộ tải trọng được truyền qua cấu trúc hạt mịn Đối với cấp phối dạng mịn, các cỡ sàng khống chế và các chỉ số Bailey có sự khác biệt so với cấp phối dạng thô Đối với cấp phối hạt mịn, chỉ xét đến hai chỉ số CA, FAc và xét đến phần cốt liệu hạt mịn lọt sàng 2.36mm trong tính toán Công thức tính chỉ số CA và FAc được tính toán tương tự như cấp phối hạt thô Kết quả được thể hiện ở bảng 3.2
Bảng 3.3: Giá trị chỉ số Bailey của cấp phối 2
Chỉ số Giá trị tính toán
Bảng 3.4: Cấp phối cốt liệu 1 và 2 BTNC 12.5mm
3.1.1.2 Đường cong cấp phối thiết kế của Nguyễn Hoài Vẹn
Theo luận văn của Nguyễn Hoài Vẹn cấp phối được thiết kế theo phương pháp
Marshall và TCVN 8819-2011 [4] Nguyễn Hoài Vẹn thiết kế 3 đường cong cấp phối: Cấp phối trên vùng giới hạn, cấp phối qua vùng giới hạn và cấp phối dưới vùng giới hạn
Bảng 3.5: Cấp phối thực hiện của Nguyễn Hoài Vẹn
CP đi trên vùng giới hạn
CP đi qua vùng giới hạn
CP đi dưới vùng giới hạn
% Lọt sàng % Lọt sàng % Lọt sàng
3.1.2 Lựa chọn vật liệu cho thiết kế hỗn hợp
Cốt liệu, bột khoáng trong hỗn hợp bê tông nhựa được học viên chọn từ trạm trộn bê tông nhựa nóng của Công ty Cổ phần Đầu Tư Xây Dựng BMT, Huyện Bến Lức, Tỉnh Long An, nguồn gốc đá từ mỏ đá Tân Can - Tỉnh Đồng Nai, được nghiền từ đá tảng, đá núi
Cốt liệu thô (đá dăm): Đá dăm là những cốt liệu có kích thước lớn nằm trên sàng 4.75mm, giữ vai trò là bộ khung chịu lực chính trong hỗn hợp bê tông nhựa Đá dăm được nghiền từ đá tảng, đá núi Không được dùng đá xay từ đá mác ma, sa thạch sét, diệp thạch sét
Các chỉ tiêu cơ lý của đá dăm dùng cho bê tông nhựa phải thoả mãn các yêu cầu quy định tại Bảng 3.6
Hình 3.2: Máy rây sàng cốt liệu
Bảng 3.6: Các chỉ tiêu cơ lý quy định cho đá dăm [5]
TT Chỉ tiêu Yêu cầu Phương pháp thí nghiệm
1 Giới hạn bền nén của đá gốc, daN/cm 2 min.1200 TCVN 1772-87 (lấy chứng chỉ từ nơi sản xuất đá) 2 Độ hao mòn Los Angeles (LA), % max 20 22 TCN 318-04 3 Hàm lượng hạt thoi dẹt, % max 12 TCVN 1772-87
4 - Hàm lượng chung bụi, bùn, sét (tính theo khối lượng đá dăm), %
- Hàm lượng sét (tính theo khối lượng đá đam), % max 2 max
Cốt liệu mịn là loại cốt liệu lọt sàng 4,75mm, được nghiền (xay) từ đá gốc sản xuất ra đá dăm, có kích cỡ lọt sàng 4,75 mm Không sử dụng cát thiên nhiên để chế tạo BTNNC Qui định các chỉ tiêu kỹ thuật cho cốt liệu mịn
Bảng 3.7: Các chỉ tiêu cơ lý quy định cho cốt liệu mịn [5]
TT Chỉ tiêu Yêu cầu Phương pháp thí nghiệm
1 Mô đun độ lớn (MK) min 2 TCVN 342-86
2 Hệ số đương lượng cát (ES), % min 50 AASHTO T176-02
3 Hàm lượng chung bụi bùn sét (tính theo khối lượng cát xay), % max 3 TCVN 343-86
4 Hàm lượng sét (tính theo khối lượng cát xay), % max 0,5 TCVN 343-86
Nhựa đường sử dụng cho BTN là loại nhựa đường 60/70 thõa mãn các yêu cầu kỹ thuật theo “Bitum – Yêu cầu kỹ thuật” TCVN 7493:2005 [26]
Bảng 3.8: Các chỉ tiêu nhựa đường sử dụng trong nghiên cứu
TT Các chỉ tiêu Đơn vị Theo TCVN
1 Nhiệt độ hoá mềm, PP vòng và bi 0 C min.46
4 Điểm chớp cháy (cốc mở cleveland) o C 232
5 Tổn thất khối lượng sau gia nhiệt 5 giờ ở 163 ºC % max.0.5
6 Tỷ lệ độ kim lún sau gia nhiệt 5 giờ ở 163 ºC so với ban đầu % min.75
7 Lượng hòa tan trong Trichloethylene % min.99
8 Khối lượng riêng ở 25ºC g/cm 3 1,00-1,05
10 Độ dính bám với đá cấp độ cấp 3
Bột khoáng là sản phẩm được nghiền từ đá các bô nát (đá vôi canxit, đô lô mit) sạch, có giới hạn bền nén không nhỏ hơn 200 daN/cm 2 hoặc là xi măng
Bột khoáng phải khô, tơi, không được vón cục, độ ẩm ≤ 1,0 % Chỉ số dẻo của bột khoáng từ đá các bô nát Ip ≤ 4% (AASHTO T89, T90) Thành phần hạt của bột khoáng được quy định tại bảng 3 5
Bảng 3.9: Thành phần hạt quy định của bột khoáng [3]
TT Chỉ tiêu Quy định Phương pháp thử
1 Thành phần hạt (lượng lọt sàng qua các cỡ sàng mắt vuông), %
3 Chỉ số dẻo của bột khoáng nghiền từ đá các bô nát, % ≤ 4,0 TCVN 4197:1995
Bảng 3.10: Bảng tổng hợp kết quả khối lượng riêng hỗn hợp cốt liệu
Loại cốt liệu Tiêu chuẩn áp dụng Kết quả thí nghiệm
- Khối lượng riêng (g/cm3) AASHTO T85-2000 [16] 2.61 Cốt liệu nhỏ:
- Khối lượng riêng (g/cm3) AASHTO T84 -2000 [17] 2.12 Bột khoáng:
- Khối lượng riêng (g/cm3) TCVN 4195-2012 [18] 2.718
- Khối lượng riêng (g/cm3) TCVN 4195-2012 [18] 2.718
3.1.3 Tiến hành đúc mẫu thí nghiệm 3.1.5.2 Trình tự thiết kế hỗn hợp
Các công tác chuẩn bị thiết kế và chế tạo mẫu theo phương pháp Marshall tuân thủ theo TCVN 8820 – 2011: Hỗn hợp bê tông nhựa nóng - thiết kế theo phương pháp Marshall [3]
Cốt liệu (đá dăm), bột khoáng sau khi được cân theo đúng tỷ lệ, đem sấy đến nhiệt độ cần thiết trong tủ sấy (170 0 C) duy trì trong 4 giờ
Nhựa đường được sấy đến nhiệt độ cần thiết trong tủ sấy (170 0 C) duy trì trong khoảng 2 giờ
Nhựa đường được cân theo đúng tỷ lệ, đem trộn với cốt liêu, bột khoáng ở nhiệt độ thiết kế từ 150÷160 0 C khoảng 3 phút
Quá trình đầm nén mẫu ở nhiệt độ 140÷150 0 C, sau đó mẫu được bảo dưỡng ở điều kiện nhiệt độ phòng
Mẫu được đánh số, bảo quản tại vị trí địa hình bằng phẳng, tránh những tác động làm biến dạng mẫu
Hình 3.3: Tủ sấy nhựa đường
3.1.5.3 Chuẩn bị mẫu hỗn hợp cốt liệu để đúc mẫu Để thiết kế thành phần cốt liệu hỗn hợp bê tông nhựa chặt nghiên cứu cần thiết phải chuẩn bị 5 tổ mẫu, mỗi tổ 2 mẫu
Thông qua 10 mẫu ứng với 5 hàm lượng nhựa Tính toán, đo đạc các giá trị liên quan đến độ nhám Kích thước mẫu hình chử nhật 300 x 300 x 50 mm
Chuẩn bị cốt liệu: căn cứ số lượng mẫu cần thiết, chuẩn bị đủ lượng hỗn hợp cốt liệu, sấy khô, sàng thành các cỡ hạt riêng biệt, sau đó phối trộn các cỡ hạt lại để tạo thành các mẫu hỗn hợp cốt liệu riêng biệt
Thiết kế thành phần vật liệu bê tông nhựa chặt dùng trong nghiên cứu lượng hỗn hợp cốt liệu cho mỗi mẫu khoảng 11000-12000 g
Hình 3.4: Khuôn chế bị mẫu thí nghiệm
3.1.5.5 Trộn cốt liệu với nhựa đường
Cân xác định khối lượng của các mẫu ứng với hàm lượng nhựa đã chọn (tính theo % khối lượng hỗn hợp BTN)
Cho mẫu nhựa đường vào trong tủ sấy nhựa ở nhiệt độ 170 o C trong 2 giờ
Cho mẫu cốt liệu vào tủ sấy cốt liệu ở nhiệt độ 170 o C trong 4 giờ
Nhựa đường được cân theo đúng tỷ lệ, đem trộn với cốt liêu, bột khoáng ở nhiệt độ 170 0 C khoảng 3 phút bằng thiết bị trộn mẫu bê tông nhựa
Hình 3.5: Thiết bị trộn mẫu bê tông nhựa
3.1.5.6 Đầm mẫu bằng thiết bị đầm lăn
Thiết bị đầm lăn mô phỏng quá trình lu BTN trong thực tế, thiết bị sử dụng con lăn thép đầm chặt hỗn hợp BTN đến chiều dày định trước với độ chặt yêu cầu Toàn bộ quá trình đầm được tự động hóa Thiết bị có khả năng tác dụng lực nén tĩnh F tối thiểu:
F ≥ 10 -5 l.2.D (KN) (2.8) Nhiệt độ đầm nén được xác định là nhiệt độ để nhựa đường thông thường đạt độ nhớt động học 280 ± 30 cSt, đối với các loại nhựa khác thì theo quy định của nhà sản xuất Nhiệt độ đầm nén được quy định cụ thể trong các tiêu chuẩn thi công và nghiệm thu mặt đường bê tông nhựa tương ứng
Chế bị mẫu bằng thiết bị đầm lăn:
THÍ NGHIỆM NGOÀI HIỆN TRƯỜNG
Các thí nghiệm được lần lượt tiến hành trong khuôn viên trường đại học Bách khoa Thành phố Hồ Chí Minh Độ nhám được xác định trên 5 con đường được đặt tên như trong bản đồ tổng thể
Năm con đường được đặt tên theo thứ tự là: Đường số 1, Đường số 2-A, Đường số 2- B, Đường số 3 và Đường số 4
Vị trí các tuyến đường được chọn trong khuôn viên Trường Đại học Bách Khoa Thành phố Hồ Chí Minh với tiêu chí là: mặt đường đã sử dụng trên ba năm, mặt đường có độ nhám đồng đều và không hư hỏng và các cấp phối thực hiện kết cấu
Hình 3.13: Sơ đồ tổng thể và vị trí các tuyến đường làm thí nghiệm
Các thí nghiệm được thực hiện tại 29 vị trí, mỗi vị trí thực hiện 5 lần thí nghiệm con lắc Anh và 3 lần thí nghiệm rắc cát
Hình 3.14: Hình ảnh tổng quan về Đường số 1
Hình 3.15: Hình ảnh tổng quan về Đường số 2-A
Hình 3.16: Hình ảnh tổng quan về Đường số 2-B
Hình 3.17: Hình ảnh tổng quan về Đường số 3
Hình 3.18: Hình ảnh tổng quan về Đường số 4
Trên đây là 1 số hình ảnh tổng quan về những con đường thực hiện thí nghiệm
3.2.2 Thí nghiệm con lắc Anh ngoài hiện trường
Phương pháp con lắc Anh xác định độ nhám của mặt đường phụ thuộc vào cấu trúc vĩ mô của mặt đường bằng cách đo độ nhám trung bình của con lắc mang tấm cao su tiêu chuẩn, dao động lắc trượt trên mặt đường Thí nghiệm được thực hiện theo tiêu chuẩn ASTM E303-93 [13]
Thiết bị đo nhám mặt đường kiểu con lắc xách tay có một tấm cao su nằm bên dưới bụng của con lắc Khi dao động trên mặt đường, tấm cao su được một lò xo tì xuống mặt đường một lực đã được định trước và sẽ trượt trên mặt đường với một chiều dài đường trượt quy định Theo định luật bảo toàn năng lượng thì độ cao nâng lên của con lắc sau khi trượt trên mặt đường phụ thuộc vào mất mát năng lượng do ma sát trượt của con lắc với mặt đường
Các bước thực hiện thí nghiệm như sau: Lắp dựng thiết bị; Chỉnh thiết bị về số
“0” nhằm xác định giá trị đọc của kim trên bảng khắc độ khi con lắc văng tự do (không tiếp xúc với mặt đường) xem có đúng vạch “0” hay không Điều chỉnh chiều dài đường trượt nằm trong khoảng 124mm đến 127mm bằng cách kéo cần nâng bằng tay của con lắc lên, đặt miếng đệm thép dưới vít điều chỉnh cảu cần nâng Tiến hành thí nghiệm đo nhám: Tưới nước sạch làm ướt mặt đường tại vị trí cần thử nghiệm; Dùng nhiệt kế đo và ghi nhiệt độ của nước trên mặt đường, tại vị trí thử nghiệm Nâng con lắc về phía phải, mắc nó vào vị trí núm giữ con lắc (C), gạt kim đo về vị trí thẳng đứng theo phương của dây dọi, bấm núm (C) để thả con lắc rơi tự do, con lắc sẽ rơi quệt xuống mặt đường sau đó văng lên về phía trái, kéo theo kim đo Nếu kết quả đo ổn định, ở mỗi vị trí đo nhám thực hiện liên tiếp năm lần thả con lắc, nếu giá trị các lần đo vượt qua 3 đơn vị phải làm lại thí nghiệm
Tại mỗi vị trí thử nghiệm, giá trị hệ số ma sát trượt đo bằng thiết bị con lắc xách tay hay độ nhám, ký hiệu là SRT là giá trị trung bình các số đọc của 5 lần đo liên tục, sau khi đã hiệu chỉnh theo kết quả thử nghiệm về số 0 và hiệu chỉnh về nhiệt độ tiêu chuẩn ở 20 o C Kết quả thí nghiệm được lấy tới mức đơn vị đo chính xác là 1 đơn vị SRT
Hình 3.19: Tiến hành đo độ nhám mặt đường bằng thí nghiệm con lắc Anh
3.2.3 Thí nghiệm rắc cát ngoài hiện trường
Phương pháp rắc cát gián tiếp xác định độ nhám của mặt đường bằng cách dùng cát để đo chiều sâu trung bình cấu trúc vĩ mô bề mặt áo đường Thí nghiệm được thực hiện theo tiêu chuẩn TCVN 8866 – 2011 [12]
Các bước thực hiện thí nghiệm: Quét sạch mặt đường, dọn sạch các mảnh vụn hoặc các hạt cốt liệu dính kết rời rạc khỏi mặt đường Đong một lượng cát tiêu chuẩn bằng ống đong có thể tích xác định (25cm 3 ), đổ thể tích cát từ ống đong lên mặt đường đã được làm sạch và che chắn gió Dùng bàn xoa bịt cao su có kích thước quy định để xoa cát thành mảng cát tròn liên tục lấp đầy các lỗ hỗng trên mặt đường cho ngang bằng với đỉnh của các hạt cốt liệu Tiến hành xoa cho đến khi mảng cát không còn lan ra ngoài Cần chú ý để mảng cát khi xoa có dạng hình tròn Xác định đường kính trung bình của mảng cát, từ đó tính toán chiều sâu cấu trúc vĩ mô trung bình của mặt đường làm cơ sở đánh giá độ nhám
Hình 3.20: Tiến hành đo độ nhám mặt đường bằng thí nghiệm rắc cát
3.2.4 Kết quả thí nghiệm ngoài hiện trường 3.2.3.1 Kết quả thí nghiệm rắc cát ngoài hiện trường
Hình 3.21: Mẫu thực hiện thí nghiệm rắc cát trên mặt đường BTNC 12.5mm
Hình 3.22: Ba mẫu thí nghiệm rắc cát tại một vị trí khi thực hiện thí nghiệm
Thí nghiệm rắc cát ngoài hiện trường được thực hiện tại khuôn viên của trường đại học Bách khoa Thành phố Hồ Chí Minh Thí nghiệm rắc cát được thực hiện trên 5 con đường (Đường số 1, Đường số 2-A, Đường số 2-B, Đường số 3 và Đường số 4)
Bảng 3.19: Kết quả tổng hợp thí nghiệm rắc cát
STT VỊ TRÍ H tb (mm) δ (mm) δ/Htb (%)
Hình 3.23: Biểu đồ kết quả thí nghiệm rắc cát ngoài hiện trường
Qua biểu đồ, ta thấy cả 3 cấp phối đều có giá trị độ nhám lớn hơn 0.55mm Với kết quả này, xét TCVN 8866-2011 thì ta có đặc trưng bề mặt trung bình Phù hợp áp dụng với nơi có địa hình bằng phẳng, vận tốc chạy xe thấp Kết quả độ nhám của Đường số 4 thấp nhất, độ nhám = 0.55mm; độ nhám của Đường số 4 cao nhất với giá trị 0.69mm
3.2.3.2 Kết quả thí nghiệm con lắc Anh ngoài hiện trường
Hình 3.24: Thực hiện thí nghiệm con lắc Anh ngoài hiện trường
Thí nghiệm con lắc Anh ngoài hiện trường được thực hiện tại khuôn viên của trường đại học Bách khoa Thành phố Hồ Chí Minh Thí nghiệm con lắc Anh được thực hiện trên 5 con đường (Đường số 1, Đường số 2-A, Đường số 2-B, Đường số 3 và Đường số 4)
Bảng 3.20: Kết quả tổng hợp thí nghiệm con lắc Anh
STT VỊ TRÍ ĐỘ NHÁM (SRT)
Trong nghiên cứu này, thí nghiệm con lắc Anh được thực hiện xác định độ nhám tại 29 vị trí Số liệu thí nghiệm sử dụng phương pháp loại sai số thô của N V
Xmirnop, được xử lý với độ lệch bình phương trung bình của mẫu Trong nghiên cứu này thí nghiệm được tiến hành ở 30 o C nên kết quả đo được hiệu chỉnh bằng cách cộng thêm 2 đơn vị SRT để quy về kết quả đo chuẩn ở 20 o C
Hình 3.25: Biểu đồ kết quả thí nghiệm con lắc Anh ngoài hiện trường
Kết quả cuối cùng của 3 cấp phối thể hiện trong Hình 4.6 Xét từng cấp phối về thí nghiệm con lắc Anh thì Đường số 4 có độ nhám thấp nhất, SRT = 58.53 Cao hơn là Đường số 2-B với SRT = 64.20 Cao hơn nữa là Đường số 2-A trị số độ nhám SRT = 66.35 và Đường số 1 có SRT = 67.31 là cao nhất Các cấp phối đều có trị số SRT > 55, đảm bảo yêu cầu kỹ thuật quy chuẩn 22TCN 345-06 [27].
MỐI TƯƠNG QUAN GIỮA THÍ NGHIỆM RẮC CÁT VÀ CON LẮC
3.3.1 Mối tương quan giữa thí nghiệm rắc cát và con lắc Anh trong phòng thí nghiệm
Bảng 3.21: Kết quả thí nghiệm con lắc Anh và rắc cát ở phòng thí nghiệm
STT Tên chỉ tiêu Số hiệu mẫu
1 PP Con lắc Anh (SRT) 87.51 86.29 95.78 89.80 88.93 2 PP Rắc Cát (mm/100) 88.73 80.43 82.48 81.65 80.43
Hình 3.26: Biểu đồ kết quả thí nghiệm trong phòng thí nghiệm
Thông qua 5 mẫu thí nghiệm ở trên, tỷ số kết quả giữa thí nghiệm con lắc Anh và rắc cát với BTNC 12.5 thay đổi lân cận 109 (với 109 là trung bình của tỉ số SRT/mm của 4 con đường BTNC 12.5), thể hiện qua SRT/mm ở trong Hình 4.7 Điều đó có nghĩa 109 là hệ số chuyển đổi giữa hai loại thí nghiệm đối với BTNC 12.5mm hay: Độ nhám bằng con lắc Anh (SRT) 109 lần độ nhám bằng rắc cát (mm) với BTNC 12.5mm trong phòng thí nghiệm
3.3.2 Mối tương quan giữa thí nghiệm rắc cát và con lắc Anh ngoài hiện trường
Bảng 3.22: Kết quả thí nghiệm con lắc Anh và rắc cát ngoài hiện trường
STT VỊ TRÍ TN CON LẮC ANH
Hình 3.27: Biểu đồ kết quả thí nghiệm ngoài hiện trường
Thông qua 5 con đường trên, tỷ số kết quả giữa thí nghiệm con lắc Anh và rắc cát với BTNC 12.5 thay đổi lân cận 102 (với 102 là trung bình của tỉ số SRT/mm của 4 con đường BTNC 12.5), thể hiện qua SRT/mm ở trong Hình 3.27 Điều đó có nghĩa 102 là hệ số chuyển đổi giữa hai loại thí nghiệm đối với BTNC 12.5mm hay: Độ nhám bằng con lắc Anh (SRT) 102 lần độ nhám bằng rắc cát (mm) với BTNC 12.5 Và với BTNC 9.5mm thì hệ số chuyển đổi là 99.37
3.3.3 Nhận xét và đánh giá về mối tương quan giữa thí nghiệm rắc cát và con lắc Anh
Thông qua việc đo độ nhám của 2 thí nghiệm rắc cát và con lắc Anh:
- Tại phòng thí nghiệm: đo 10 mẫu BTNC 12.5mm với 5 loại cấp phối khác nhau trong phòng thí nghiệm Mỗi mẫu thực hiện 30 lần thí nghiệm con lắc Anh với 5 lần quét tại 6 vị trí trên mẫu
- Các thí nghiệm được thực hiện tại 29 vị trí, mỗi vị trí thực hiện 5 lần thí nghiệm con lắc Anh và 3 lần thí nghiệm rắc cát
Dựa vào số liệu thí nghiệm cung cấp, ta có thể thấy được các trị số đo được độ nhám của 2 phương pháp rắc cát và con lắc Anh trong phòng thí nghiệm và ngoài hiện trường có sự chênh lệch khá rõ nét
- Đối với mẫu trong phòng thí nghiệm: Trị số SRT của thí nghiệm con lắc Anh dao động từ 87.51 → 95.78, trị số mm của thí nghiệm rắc cát dao động từ 0.80 → 0.89 Tỉ số SRT/mm trung bình là 109.12mm đối với BTNC 12.5mm
- Đối với mẫu ngoài hiện trường: Trị số SRT của thí nghiệm con lắc Anh dao động từ 58.83 → 67.31, trị số mm của thí nghiệm rắc cát dao động từ 0.55 → 0.68 Tỉ số SRT/mm trung bình là 102.30mm đối với BTNC 12.5mm và 99.37 đối với BTNC 9.5mm
- Mẫu trong phòng thí nghiệm là được đúc mới trong khi đó mẫu BTN ngoài hiện trường đã được sử dụng trên 3 năm nên sự chênh lệch giữa hai độ nhám là điều chắc chắn Mặc dù thành phần có sự khác nh au trong kết quả đo của từng thí nghiệm nhưng hệ số SRT/mm đo trong phòng thí nghiệm và hiện trường không có sự chênh lệch cao là 108.52 và 101.71 (sự chênh lệch là 6.27%) Đây là tiền đề để tạo sự quy đổi giữa hai phương pháp đo độ nhám là rắc cát và con lắc Anh
Bảng 3.23: Tổng hợp kết quả thí nghiệm
STT Tên mẫu Con lắc Anh
(mm) SRT/mm Giá trị trung bình
Giả sử mẫu thí nghiệm phân bố theo phân phối chuẩn thì thì xét với độ tin cậy R 95% và 90% thì ta có kết quả như sau:
Bảng 3.24: Trị số tỉ số SRT/mm khi xét với độ tin cậy
STT Tên mẫu Giá trị trung bình δ (mm) δ/H tb (%) R% R%
Khi xét đến độ tin cậy thì ta có kết quả như sau : - Với độ tin cậy 95% thì tỉ số SRT/mm đối với mẫu trong phòng thí nghiệm là 95.98 Còn đối với mẫu ngoài hiện trường là 94.86 Sự chênh lệch là 1.17%
- Với độ tin cậy 90% thì tỉ số SRT/mm đối với mẫu trong phòng thí nghiệm là 98.03 Còn đối với mẫu ngoài hiện trường là 95.98 Sự chênh lệch là 2.09%
Khi xét đến độ tin cậy thì sự chênh lệch giữa thí nghiệm trong phòng thí nghiệm và ngoài hiện trường là không đáng kể, sự chênh lệch ở đây là khá nhỏ Đây là tiền đề để tạo sự quy đổi giữa hai phương pháp đo độ nhám là rắc cát và con lắc Anh.