LUẬN VĂN THẠC SĨ NGÀNH XÂY DỰNG ĐƯỜNG Ô TÔ NGHIÊN CỨU CÁC PHƯƠNG PHÁP THÍ NGHIỆM XÁC ĐỊNH CÁC CHỈ TIÊU CƠ HỌC CỦA BÊ TÔNG NHỰA VÀ ĐỊNH HƯỚNG SỬ DỤNG Ở VIỆT NAM

Bộ giáo dục và đào tạo Tr ờng đại học giao thông vận tải Nguyễn văn thành Nghiên cứu các ph ơng pháp thí nghiệm xác định các chỉ tiêu cơ học của bê tông nhựa và định h ớng sử dụng ở việt nam Luận án thạc sĩ khoa học kỹ thuật Hà nội-2006 Bộ giáo dục và đào tạo Tr ờng đại học giao thông vận tải Nguyễn văn thành Nghiên cứu các ph ơng pháp thí nghiệm xác định các chỉ tiêu cơ học của bê tông nhựa và định h ớng sử dụng ở việt nam Luận án thạc sĩ khoa học kỹ thuật Chuyên ngành: Xây dựng đ ờng ô tô và đ ờng thành phố Mã số: 60.58.30 Ng ời h ớng dẫn khoa học: PGS.TS. Vũ Đức chính Hà nội-2006 i Mục lục TT Nội dung Trang Phần mở đầu ! Ch ơng 1. Tổng quan " 1.1. #$%&'( )* +,(+ -+.(+ /01($ 23 /45 6' -7($ (+85 4 1.2. 9:/ -;(+ /+<- /= 6>( /45 6' -7($ (+85 4 1.2.1. Tính đàn-nhớt 5 1.2.2. Tính nhớt-dẻo 5 1.2.3. Tính chảy-dẻo 5 1.3. 9:/ ?7 +,(+ /= +@/ ?7 A+B($ 2C/ -;(+ 6DE( FG($ /45 6' -7($ (+85 5 1.3.1. Mô hình Maxvel 5 1.3.2. Mô hình Kelvin 6 1.3.3. Mô hình Buger 6 1.4. H%I (+0J/ 2DK? /+4 &E% /45 6' -7($ (+85 7 1.4.1. Những u điểm chủ yếu của bê tông nhựa 7 1.4.2. Những nh ợc điểm chủ yếu của bê tông nhựa 8 1.4.3. Những dạng h hỏng chính của mặt đ ờng bê tông nhựa 8 1.5. /:/ A+0=($ A+:A -+; ($+DL? M:/ 2N(+ /:/ /+O -D'% /= +@/ /45 6' -7($ (+85 10 1.5.1. Phân loại theo mục đích sử dụng 10 1.5.2. Phân loại theo hình dạng mẫu thí nghiệm 15 1.5.3. Phân loại theo tải trọng thí nghiệm 15 1.5.4. Phân loại theo mô hình thí nghiệm 15 1.5.5. Đề xuất cách phân loại các ph ơng pháp thí nghiệm 16 !PQP #+R( MS- !Q ii TT Nội dung Trang Ch ơng 2. các ph ơng pháp thí nghiệm chủ yếu xác định các chỉ tiêu cơ học của bê tông nhựa và định h ớng sử dụng ở việt nam !T 2.1. UC- V<( 2W 18 2.2. /:/ X+; ($+DL? -+YZ A+0=($ 201($ [;(+ /45 ?\% +,(+ -]^ -]_( 18 2.2.1. Thí nghiệm kéo gián tiếp xác định c ờng độ ép chẻ 19 2.2.2. Thí nghiệm kéo gián tiếp tải trọng trùng phục xác định mô đun đàn hồi và hệ số poisson 21 2.3. /:/ X+; ($+DL? F@/ -]^/ -]'( ?\% +,(+ -]^ -]_( 24 2.3.1. Thí nghiệm xác định mô đun đàn hồi sử dụng tải trọng tĩnh 24 2.3.2. Thí nghiệm xác định mô đun động 25 2.3.3. Thí nghiệm nén tĩnh xác định c ờng độ chịu nén giới hạn 27 2.3.4. Thí nghiệm hạn chế ứng suất nhiệt xác định c ờng độ chịu kéo 29 2.3.5. Thí nghiệm kéo trực tiếp sử dụng tải trọng tĩnh xác định c ờng độ chịu kéo 31 2.3.6. Thí nghiệm kéo trực tiếp sử dụng tải trọng trùng phục xác định đặc tính mỏi 31 2.3.7. Thí nghiệm kéo-nén trực tiếp tải trọng trùng phục xác định đặc tính mỏi 32 2.4. X+; ($+DL? ` -]^/ ->D -]@($ -]a($ A+^/ -]'( ?\% +,(+ -]^ -]_( 33 2.5. /:/ X+; ($+DL? /b- 34 2.5.1. Thí nghiệm cắt tĩnh xác định lực dính đơn vị và góc nội ma sát 34 2.5.2. Các thí nghiệm cắt trên thiết bị cắt Superpave 35 2.6. /:/ X+; ($+DL? -]'( ?\% +,(+ Fc? 39 2.6.1. Thí nghiệm xác định c ờng độ kéo uốn giới hạn 39 iii TT Nội dung Trang 2.6.2. Thí nghiệm uốn dầm sử dụng tải trọng trùng phục gia tải tại các điểm 1/4 để xác định đặc tính mỏi 41 2.6.3. Thí nghiệm uốn dầm sử dụng tải trọng trùng phục gia tải tại điểm giữa để xác định đặc tính mỏi 42 2.6.4. Thí nghiệm uốn dầm sử dụng tải trọng quay để xác định đặc tính mỏi 43 2.6.5. Thí nghiệm uốn mẫu dầm hình thang sử dụng tải trọng trùng phục xác định đặc tính mỏi 43 2.6.6. Thí nghiệm uốn dầm trên bệ đỡ xác định đặc tính mỏi 44 2.7. /:/ X+; ($+DL? ?5($ -;(+ [D(+ ($+DL? 45 2.7.1. Thí nghiệm Marshall xác định độ ổn định, độ dẻo 45 2.7.2. Thí nghiệm xác định độ ổn định Hveem 46 2.8. /:/ X+; ($+DL? ?7 A+B($ 47 2.8.1. Giới thiệu về thiết bị APA 50 2.8.2. Các thí nghiệm trên thiết bị APA 51 2.9. #+R( MS- V. 2N(+ +0d($ ef F^($ g VDL- (5? 56 2.9.1. Nhận xét 56 2.9.2. Định h ớng sử dụng ở Việt Nam 58 Ch ơng 3. Nghiên cứu thực nghiệm c ờng độ ép chẻ và c ờng độ kéo uốn giới hạn của bê tông nhựa 59 `P!P UC- V<( 2W V. ?^/ -D'% ($+D'( /h% ij `PkP #3D F%($ -+8/ +DL( Ql `P`P [E- m%> -+8/ +DL( Q" `P`P!P Kết quả thiết kế hỗn hợp bê tông nhựa Q" 3.3.2. Kết quả thí nghiệm c ờng độ ép chẻ 72 3.3.3. Kết quả thí nghiệm c ờng độ kéo uốn giới hạn 74 iv TT Nội dung Trang 3.3.4. Xử lý số liệu 75 3.4. #+R( MS- 78 Ch ơng 4. Kết luận kiến nghị, định h ớng nghiên cứu tiếp 79 4.1. nE- )%R( /+%($ 79 4.2. [DE( ($+N 80 4.3. 2N(+ +0d($ ($+D'( /h% -DEA 82 Tài liệu tham khảo 83 Phụ lục A. Kết quả thiết kế hỗn hợp bê tông nhựa Phụ lục B. Kết quả thí nghiệm c ờng độ kéo uốn giới hạn và c ờng độ ép chẻ Phụ lục C. Một số hình ảnh công tác thí nghiệm 1 Phần mở đầu Trên thế giới nói chung và ở Việt Nam nói riêng, vật liệu bê tông nhựa đã và đang đ ợc sử dụng rất phổ biến trong xây dựng đ ờng ô tô và đ ờng sân bay do những u điểm nổi bật. g Việt Nam, trong những năm gần đây và t ơng lai, các công trình xây dựng đ ờng ô tô ngày càng đ ợc phát triển rất mạnh mẽ nhằm tạo tiền đề cho công cuộc công nghiệp hoá, hiện đại hoá đất n ớc. Các dự án xây dựng đ ờng với vốn đầu t trong n ớc hay ngoài n ớc đã và đang đ ợc triển khai và sử dụng một khối l ợng lớn bê tông nhựa làm lớp mặt đ ờng. Việc xây dựng các lớp kết cấu mặt đ ờng bê tông nhựa đảm bảo chất l ợng cao, kéo dài tuổi thọ, chịu đ ợc tác động của xe chạy và các yếu tố môi tr ờng là một nhiệm vụ quan trọng của chuyên ngành đ ờng ô tô trên thế giới cũng nh ở Việt Nam. Để đáp ứng những yêu cầu chất l ợng nêu trên, lớp bê tông nhựa đ ợc thiết kế, xây dựng phải thoả mãn các yêu cầu sau: Chống biến dạng d . Chống nứt gãy do mỏi. Chống nứt gãy do nhiệt độ thấp. Dễ thi công với các thiết bị hiện có. Bền lâu và chống mài mòn do tác động của các ph ơng tiện giao thông, điều kiện khí hậu môi tr ờng cũng nh của con ng ời. Đóng góp vào c ờng độ chung của kết cấu áo đ ờng. Dễ duy tu bảo d ỡng và quan trọng nhất là phải hiệu quả về mặt kinh tế. Bảo đảm độ nhám bề mặt trong mọi điều kiện thời tiết. Có hệ số sức cản lăn trong phạm vi chấp nhận đ ợc. Hạn chế độ ồn trong phạm vi cho phép. Để đáp ứng đ ợc các yêu cầu trên, cần phải thực hiện đồng bộ ở tất cả các khâu (nh thiết kế, thi công, giám sát, duy tu bảo d ỡng, ), trong đó quan trọng nhất là phải lựa chọn đ ợc ph ơng pháp thiết kế và các ph ơng pháp thí nghiệm xác định các chỉ tiêu cơ học của bê tông nhựa đáng tin cậy, phản ánh gần đúng nhất bản chất, điều kiện làm việc thực tế của bê tông nhựa. Trên thế giới đã và đang sử dụng nhiều ph ơng pháp thiết kế, nhiều ph ơng pháp thí nghiệm hiện đại để đánh giá các chỉ tiêu cơ học của bê tông 2 nhựa phản ánh gần đúng điều kiện làm việc thực tế của mặt đ ờng bê tông nhựa; trong khi đó Việt Nam hiện vẫn đang sử dụng một số ph ơng pháp truyền thống đơn giản để kiểm tra, đánh giá chất l ợng bê tông nhựa. Do vậy, cần thiết phải có một nghiên cứu đầy đủ và toàn diện về các ph ơng pháp xác định các chỉ tiêu cơ học của bê tông nhựa, trên cơ sở đó đ a ra định h ớng sử dụng ở Việt Nam. Mục tiêu nghiên cứu : Nghiên cứu đánh giá các ph ơng pháp thí nghiệm xác định các chỉ tiêu cơ học của bê tông nhựa hiện đang đ ợc sử dụng ở Việt Nam và trên thế giới. Nghiên cứu thực nghiệm xác lập hệ số t ơng quan giữa c ờng độ kéo uốn giới hạn và c ờng độ ép chẻ của một số loại bê tông nhựa điển hình đang đ ợc sử dụng ở Việt Nam. Trên cơ sở các nghiên cứu lý thuyết và thực nghiệm, đ a ra định h ớng cho việc sử dụng các ph ơng pháp thí nghiệm xác định các chỉ tiêu cơ học của bê tông nhựa ở Việt Nam. Ph ơng pháp nghiên cứu : Đề tài đ ợc thực hiện theo ph ơng pháp nghiên lý thuyết và thực nghiệm: - Nghiên cứu lý thuyết: Nghiên cứu đánh giá các ph ơng pháp thí nghiệm xác định các chỉ tiêu cơ học của bê tông nhựa hiện đang sử dụng trên thế giới và ở Việt Nam trên cơ sở các tài liệu hiện có, các kết quả nghiên cứu của một số tác giả về các ph ơng pháp xác định các chỉ tiêu cơ học của bê tông nhựa. - Nghiên cứu thực nghiệm: Nghiên cứu thực nghiệm xác lập hệ số t ơng quan giữa c ờng độ kéo uốn giới hạn và c ờng độ ép chẻ của một số loại bê tông nhựa điển hình đang đ ợc sử dụng ở Việt Nam - Trên cơ sở các nghiên cứu lý thuyết và thực nghiệm, đ a ra định h ớng cho việc sử dụng các ph ơng pháp thí nghiệm xác định các chỉ tiêu cơ học của bê tông nhựa ở Việt Nam. Nội dung luận án: Luận án gồm 4 ch ơng và 3 phụ lục: - Ch ơng 1. Tổng quan - Ch ơng 2. Nghiên cứu một số ph ơng pháp thí nghiệm chủ yếu xác định các chỉ tiêu cơ học của bê tông nhựa và định h ớng sử dụng ở Việt Nam. - Ch ơng 3. Nghiên cứu thực nghiệm c ờng độ ép chẻ và c ờng độ kéo uốn giới hạn của bê tông nhựa. 3 - Ch ơng 4. Kết luận, kiến nghị và định h ớng nghiên cứu tiếp. - Tài liệu tham khảo. - Phụ lục A. Kết quả thiết kế hỗn hợp bê tông nhựa. - Phụ lục B. Kết quả thí nghiệm c ờng độ kéo uốn giới hạn và c ờng độ ép chẻ. - Phụ lục C. Một số hình ảnh công tác thí nghiệm ý nghĩa khoa học: - Đề tài là một nghiên cứu tổng hợp; phân tích, đánh giá các ph ơng pháp thí nghiệm xác định các chỉ tiêu cơ học của bê tông nhựa hiện đang đ ợc sử dụng ở Việt Nam và trên thế giới; nghiên cứu thực nghiệm tìm ra hệ số t ơng quan giữa c ờng độ kéo uốn giới hạn và c ờng độ ép chẻ của một số loại bê tông nhựa điển hình đ ợc sử dụng phổ biến ở Việt Nam. - Kết quả nghiên cứu của đề tài b ớc đầu đ a ra đ ợc định h ớng sử dụng các ph ơng pháp thí nghiệm xác định các chỉ tiêu cơ học của bê tông nhựa ở Việt Nam và là tiền đề cho những nghiên cứu chuyên sâu. Trong khuôn khổ một luận án thạc sĩ, chắc rằng còn nhiều thiếu sót, rất mong nhận đ ợc ý kiến góp ý của các Thầy giáo, Cô giáo và bạn bè, đồng nghiệp. Tôi xin trân trọng cảm ơn PGS.TS. Vũ Đức Chính - Giám đốc Phòng thí nghiệm trọng điểm đ ờng bộ I thuộc Viện Khoa học và Công nghệ GTVT đã h ớng dẫn tôi thực hiện luận án này. Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn đến ng ời thân, các Thầy giáo, Cô giáo và bạn bè, đồng nghiệp Phòng thí nghiệm trọng điểm đ ờng bộ I thuộc Viện Khoa học và Công nghệ GTVT đã giúp tôi trong quá trình thực hiện luận án. Học viên Nguyễn Văn Thành [...]... mặt đường bê tông nhựa Hình 1.3 Nứt mỏi bề mặt bê tông nhựa Để lớp mặt bê tông nhựa có chất lượng tốt, bền vững, đáp ứng được yêu cầu sử dụng dưới tác dụng của tải trọng xe và các điều kiện khí hậu môi trường, yêu cầu hỗn hợp bê tông nhựa và kết cấu mặt đường phải được thiết kế hợp lý dựa trên các đặc tính cơ học của bê tông nhựa 9 1.5 các phương pháp thí nghiệm xác định các chỉ tiêu cơ học của bê tông. .. đề xuất các phương pháp thí nghiệm áp dụng hợp lý trong điều kiện thực tế ở Việt Nam hiện nay và tương lai 17 Chương 2 nghiên cứu một số phương pháp thí nghiệm chủ yếu xác định các chỉ tiêu cơ học của bê tông nhựa và định hướng sử dụng ở việt nam 2.1 đặt vấn đề Như đã trình bày ở Chương 1, hiện có nhiều phương pháp thí nghiệm xác định các chỉ tiêu cơ học của bê tông nhựa và có nhiều cách phân loại khác... nhiệt và độ chặt của bê tông nhựa Như vậy, để lớp mặt bê tông nhựa có chất lượng tốt, đủ cường độ, ổn định, đáp ứng được yêu cầu sử dụng dưới tác dụng của tải trọng xe và các điều kiện khí hậu môi trường, yêu cầu hỗn hợp bê tông nhựa và kết cấu mặt đường phải được thiết kế hợp lý dựa trên các đặc tính cơ học của bê tông nhựa Hiện có nhiều phương pháp thí nghiệm xác định các chỉ tiêu cơ học của bê tông nhựa, ... Thí nghiệm cắt Thí nghiệm trên mẫu hình dầm Thí nghiệm mang tính kinh nghiệm Thí nghiệm mô phỏng Việc nghiên cứu, phân tích đầy đủ các phương pháp thí nghiệm xác định các chỉ tiêu cơ học của bê tông nhựa hiện đang sử dụng ở Việt Nam và trên thế giới là rất cần thiết; là cơ sở lựa chọn, đề xuất các phương pháp thí nghiệm áp dụng hợp lý trong điều kiện thực tế ở Việt Nam hiện nay và tương lai 2.2 các. .. biến dạng của bê tông nhựa 1.4 Ưu, nhược điểm chủ yếu của bê tông nhựa 1.4.1 Những ưu điểm chủ yếu của bê tông nhựa Bê tông nhựa được sử dụng phổ biến ở Việt Nam và trên thế giới để xây dựng đường ô tô và đường sân bay là do có những ưu điểm chủ yếu sau đây: Công nghệ chế tạo và thi công đơn giản, thuận lợi cho việc áp dụng cơ giới hoá do đó có tốc độ thi công nhanh, dễ đảm bảo chất lượng cao Công tác... - Thí nghiệm dọc trục trên mẫu hình trụ tròn - Thí nghiệm 3 trục trên mẫu hình trụ tròn 16 - Thí nghiệm cắt - Thí nghiệm trên mẫu hình dầm - Thí nghiệm mang tính kinh nghiệm - Thí nghiệm mô phỏng Việc nghiên cứu, phân tích đầy đủ các phương pháp thí nghiệm xác định các chỉ tiêu cơ học của bê tông nhựa hiện đang sử dụng ở Việt Nam và trên thế giới là rất cần thiết; là cơ sở lựa chọn, đề xuất các phương. .. bố đều đặn các cỡ hạt và nhựa đường, vào chất lượng kỹ thuật trong quá trình chế tạo hỗn hợp, đặc biệt là chế độ nhiệt và độ chặt chặt của bê tông nhựa Có nhiều phương pháp thí nghiệm xác định các chỉ tiêu cơ học của bê tông nhựa và được phân loại dựa theo nhiều tiêu chí khác nhau Trong luận án này, đề xuất phân loại các phương pháp thí nghiệm thành các nhóm sau: - Thí nghiệm theo phương đường kính... nghĩa sử dụng: Cường độ chịu nén giới hạn của bê tông nhựa được sử dụng để: - Đánh giá chất lượng của bê tông nhựa - Thiết kế hỗn hợp bê tông nhựa theo phương pháp cường độ của Liên Xô (cũ) c) Nhận xét, đánh giá: Đây là thí nghiệm đơn giản, dễ thực hiện; tuy nhiên hiện nay ít được sử dụng do: - Việc tạo mẫu và thí nghiệm sử dụng lực tĩnh, không phù hợp với điều kiện làm việc thực tế của mặt đường bê tông. .. suất không đổi - Thí nghiệm cắt tải trọng trùng phục ở chiều cao không đổi - Thí nghiệm cắt đơn giản ở chiều cao không đổi Nội dung thiết kế ở mức 3: Sau khi hoàn tất các nội dung đã thực hiện như ở mức 1, tiến hành các thí nghiệm trên mẫu bê tông nhựa để ước tính và dự báo khả năng làm việc thực tế của mặt đường Các phương pháp thí nghiệm xác định các đặc tính cơ học của bê tông nhựa cần thực hiện ở mức... này, các phương pháp thí nghiệm được phân thành các nhóm theo mục đích sử dụng: 1.5.1.1 Các phương pháp thí nghiệm sử dụng trong thiết kế hỗn hợp bê tông nhựa Mục đích của việc thiết kế hỗn hợp bê tông nhựa là lựa chọn tỷ lệ phối hợp các loại cốt liệu và nhựa đường hợp lý để tạo ra bê tông nhựa có các chỉ tiêu kỹ thuật thoả mãn yêu cầu, nhằm tạo nên một kết cấu mặt đường có đủ cường độ, ổn định trong