Nghiên cứu một số yếu tố ảnh hưởng đến biến dạng lún vệt bánh xe có xét đến đặc tính mỏi của bê tông nhựa chặt làm lớp mặt đường Việt Nam

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ GIAO THÔNG VẬN TẢI VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ GIAO THÔNG VẬN TẢI BÙI NGỌC HƯNG NGHIÊN CỨU MỘT SỐ YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN BIẾN DẠNG LÚN VỆT BÁNH XE CÓ XÉT ĐẾN ĐẶC

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ GIAO THÔNG VẬN TẢI

VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ GIAO THÔNG VẬN TẢI

BÙI NGỌC HƯNG

NGHIÊN CỨU MỘT SỐ YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN BIẾN DẠNG LÚN VỆT BÁNH XE CÓ XÉT ĐẾN ĐẶC TÍNH MỎI CỦA BÊ TÔNG NHỰA CHẶT LÀM LỚP MẶT ĐƯỜNG VIỆT NAM

Chuyên ngành : Kỹ thuật Xây dựng Công trình Giao thông

Mã số : 62.58.02.05

TÓM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SỸ KỸ THUẬT

Hà Nội, 2016

CÔNG TRÌNH NÀY ĐƯỢC HOÀN THÀNH TẠI VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ GTVT

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:

1 PGS TS Vũ Đức Chính

2 GS TS Dương Học Hải

Phản biện 1: GS.TS Vũ Đình Phụng

Phản biện 2: PGS.TS Đào Văn Đông

Phản biện 3: PGS.TS Bùi Phú Doanh

Luận án sẽ được bảo vệ trước Hội đồng chấm luận án cấp Viện họp tại: Viện Khoa học và Công nghệ GTVT

vào hồi … giờ … ngày … tháng … năm 2016

Có thể tìm hiểu luận án tại thư viện:

1 Thư viện Quốc gia

2 Thư viện Viện Khoa học và Công nghệ GTVT

Research on Impact of Essential Factors on Rutting in concern to Fatigue Properties of Dense-graded Hot Mix Asphalt for Pavement

Hot mix asphalt concrete pavements need to be designed upon how to mitigate rut damages and fatigue cracking caused by vehicle loading and air temperature If the asphalt concrete mix is designed inclining to improve rutting resistance, it will intend to increase potential fatigue cracking in the pavement Therefore, it is necessary and urgent to explore the substance of rutting and essential factors impact on it in order to give the solution to diminish the development of rutting in hot mix asphalt pavements

The Decision No 858/QĐ-BGTVT, dated on March 26, 2014 promulgated

by Ministry of Transport for “Guidelines on applying current technical specifications to enhance the quality management in design and construction of hot mix asphalt pavements exposed under high-volume and heavy traffic activities” (hereafter referred as QĐ 858), has been widely used in Vietnam QĐ 858 provides the requirements for “coarse aggregate gradation” (high rate of gravel) and “fine aggregate gradation) (low rate of gravel), how to use “coarse gradation” for hot mix asphalt (HMA) pavements under high-volume and heavy traffic activities and how to design the aggregate gradation meets the S curse in order to diminish rutting damages Actually, a large number of contractors have abused this decision’s requirement when using “excessively” coarse gradations for asphalt concrete mixes Consequently, there were many pavement sections exposed the non-uniform aggregate distribution and less enough quantity of bituminous cements that was the causes of potential damages as raveling, permeability and fatigue cracking resulting in the attenuation of pavement service life Therefore, it is necessary to assess the rate of “coarse gradation” for hot mix asphalt concrete by which the appropriate “coarse gradations” are recommended for each type of aggregates and bitumen so as, to mitigate rutting and improve fatigue resistance, hence to lengthen the service life of asphalt pavement In order to get these appropriate “coarse gradation”, we need to make rutting and fatigue tests on all set of asphalt concrete

samples based on aggregates with gradations in different coarse rates

The dense-graded hot mix asphalt concrete is the research objective.We concentrated and assessed these causes of rutting damages occurred in some pavement sections A litureature review was conducted for international and Vietnamese researches on the performance of rutting and fatigue cracking in asphalt concrete; testing methods and equiment for empirical study

These tests was conducted on the sets of asphalt concrete samples inculding BTNC 12,5and BTNC 19 with different rates of “coarse aggregate gradations” according to QĐ 858/QĐ-BGTV and types of bitumen cements (40/50, 60/70 and PMBIII) Based on the resutls of rutting and fatigue tests and design of experiments (DOE), the appropriate “coarse aggregate gradations” were provided

The research results are:

- A summarization of recent related researches that can be used as a technical reference for designers and engineers

- Recommendations based on the empirical study for the rate of “coarse aggregate gradations” appropriate to design asphalt concrete mixes used different types of bitumen cements (as 40/50, 60/70 and PMBIII) That is useful experience for contractors in selecting the suitable gradation for asphalt concrete mixes in order

to simultaneously dinimish rutting damages and fatigue cracking

- Recommendations on selecting the suitable gradation for asphalt concrete mixes and the fatigue resistance based laboratorial testing on BTNC 12,5 used bitumen 60/70; and modifications in the rutting depths to BTNC 12,5 and BTNC

19 designed according to QĐ 858/ QĐ-BGTVT contribute to complete the engineering foundation for hot mix asphalt design and also to improve the pavement quality management concerned to mitigate rutting damages and fatigue cracking

The dissertation including four main contents without the introduction and conclusions as following:

- Chapter 1: Literature review on dense-graded asphalt concrete performance concerned to rutting and fatigue properties

- Chapter 2: Assessment of rutting causes based on field survey results

- Chapter 3 Empirical study on typical asphalt concrete samples concernced

to rutting and fatigue properties

- Chapter 4 Solutions to disminish rutting damages and improve the fatigue resistance for dense-graded hot mix asphalt concrete

MỞ ĐẦU

Các da ̣ng hư hỏng mă ̣t đường bê tông nhựa (BTN) điển hình phát sinh trong quá trình khai thác làm ảnh hưởng đến công năng của mă ̣t đường được thế giới tổng kết bao gồm: lún vê ̣t bánh xe (LVBX); nứt do mỏi; nứt do nhiê ̣t Do điều kiê ̣n khí hâ ̣u Viê ̣t Nam, nhiê ̣t đô ̣ không khí không quá thấp vào mùa la ̣nh nên hư hỏng

đă ̣c thù của mă ̣t đường bê tông nhựa Viê ̣t Nam chủ yếu là lún vê ̣t bánh xe (LVBX)

và nứt do mỏi

LVBX là hiện tượng tích lũy biến dạng không hồi phục của các lớp BTN mặt đường do ảnh hưởng của phương tiê ̣n xe lưu thông và nhiê ̣t đô ̣ môi trường gây ra trong quá trình khai thác LVBX là da ̣ng hư hỏng điển hình của biến dạng vĩnh cửu (thuật ngữ tiếng Anh go ̣i là Permanent Deformation) Trong nhiều trường hợp, thuật ngữ LVBX cũng đồng nhất với thuâ ̣t ngữ biến da ̣ng vĩnh cửu

Nứ t do mỏi của BTN xảy ra là do tác đô ̣ng của của tải tro ̣ng trùng phu ̣c gây

ra trong quá trình khai thác Khi ứng suất kéo uốn do tải trọng trùng phu ̣c gây ra trong lớp vật liệu BTN lớn hơn cường đô ̣ kéo uốn của vật liệu BTN, mă ̣t đường BTN xuất hiê ̣n nứt do mỏi

3 Đối tươ ̣ng và pha ̣m vi nghiên cứu

Đối tươ ̣ng nghiên cứu của luâ ̣n án là bê tông nhựa chă ̣t BTNC 12,5, BTNC

19 (qui định theo QĐ 858/QĐ-BGTVT [1]) rải nóng; nghiên cứu đánh giá nguyên nhân gây LVBX của BTN trên mô ̣t số tuyến đường có hư hỏng LVBX; nghiên cứu đề xuất “cấp phối thô” phù hợp cho BTN sử du ̣ng các loa ̣i nhựa đường khác nhau nhằm giảm thiểu LVBX và nứt mỏi mă ̣t đường BTN

4 Phương pháp nghiên cứu

Kết hợp giữa phương pháp nghiên cứu lý thuyết và thực nghiệm

5 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài nghiên cứu

Đưa ra kết quả nghiên cứu lý thuyết về LVBX, nứt mỏi của BTN; các nhân

tố ảnh hưởng đến LVBX, nứt mỏi; các giải pháp giảm thiểu LVBX, nứt mỏi trên

cơ sở tổng kết các kết quả nghiên cứu của thế giới trong những năm gần đây là tài liệu tham khảo cho các kỹ sư đường bô ̣, nâng cao kiến thức áp du ̣ng trong thực tiễn nhằm giảm thiểu hư hỏng LVBX và nứt mỏi

Kết quả nghiên cứu thực nghiê ̣m đưa ra khuyến nghi ̣ về “cấp phối thô” phù

hợp cho BTN sử du ̣ng các loa ̣i nhựa đường khác nhau ta ̣o điều kiê ̣n cho các nhà thầu xây dựng trong viê ̣c lựa cho ̣n cấp phối cho BTN ha ̣n chế cả LVBX cũng như

nứ t mỏi

6 Kết cấu luận án

Luận án trình bày trong 122 trang A4 gồm mở đầu, nội dung nghiên cứu gồm 4 chương, kết luận và kiến nghị, tài liệu tham khảo và danh mục các công trình

đã công bố của tác giả

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ LÚN VỆT BÁNH XE VÀ MỎI CỦA

BÊ TÔNG NHỰA CHẶT

1.1 Sư ̣ cần thiết nghiên cứu lún vê ̣t bánh xe và nứt mỏi của BTN

Quyết định số 858/QĐ–BGTVT [1] ngày 26/3/2014 của Bộ GTVT đang đươ ̣c áp du ̣ng phổ biến ở nước ta QĐ 858/QĐ-BGTVT đã đưa ra quy đi ̣nh rõ về

“cấp phối thô” (nhiều đá dăm), “cấp phối mi ̣n” (ít đá dăm) và áp du ̣ng “cấp phối thô” cho mặt đường bê tông nhựa (BTN) có quy mô giao thông lớn; quy đi ̣nh về thiết kế cấp phối cốt liê ̣u theo đường cong chữ S nhằm giảm thiểu LVBX Tuy nhiên không ít nhà thầu xây dựng la ̣m du ̣ng quy đi ̣nh này, sử du ̣ng cấp phối quá

“thô” cho BTN dẫn đến không ít đoa ̣n đường BTN có hiê ̣n tượng phân bố cốt liê ̣u không đồng đều, quá ít nhựa đường, dẫn đến mă ̣t đường dễ bi ̣, bong tróc, thấm nước, nứt mỏi làm suy giảm tuổi tho ̣ Vì vâ ̣y, viê ̣c nghiên cứu đánh giá mức đô ̣ thô

củ a “cấp phối thô” cho BTN, qua đó khuyến nghi ̣ “cấp phối thô” phù hợp ứng với loại cốt liê ̣u, loa ̣i nhựa đường là cần thiết nhằm đảm bảo lớp BTN vừa cải thiê ̣n LVBX, vừ a cải thiê ̣n sức kháng mỏi để kéo dài tuổi tho ̣ Để có cơ sở đưa ra “cấp phối thô” phù hợp, cần thiết phải thí nghiê ̣m LVBX kết hợp với thí nghiê ̣m mỏi trên các tâ ̣p mẫu BTN với cấp phối cốt liê ̣u có mức đô ̣ “thô” khác nhau để đưa ra các khuyến nghị, đề xuất nhằm giảm thiểu hư hỏng LVBX và nứt mỏi mă ̣t đường BTN nước ta

1.2 Lu ́ n vê ̣t bánh xe

1.2.1 Các dạng lún vệt bánh xe

Có 3 dạng LVBX phổ biến đó là: LVBX do BTN bi ̣ chảy dẻo (Instability Rutting - Plastic Flow); LVBX do kết cấu (Structural Rutting); và LVBX tại lớp mặt BTN (Surface/Wear Rutting) [27] Trong đó LVBX do BTN bi ̣ chảy dẻo là hư

hỏng chủ yếu của mă ̣t đường BTN và được thế giới tâ ̣p trung nghiên cứu nhằm đưa

ra các giải pháp khắc phu ̣c

LVBX do BTN bi ̣ chảy dẻo LVBX do kết cấu LVBX ta ̣i lớp mặt BTN

là Accelerated Load Testing (ALT); LVBX loa ̣i nhỏ (small scale) bao gồm, Hamburg Wheel-Tracking (HWTD); French Pavement Rutting (FRT) và Asphalt Pavement Analyzer (APA)

- Nhóm 2: xác đi ̣nh LVBX (biến da ̣ng vĩnh cửu) thông qua xác đi ̣nh sức kháng cắt trươ ̣t của mẫu BTN Điển hình các phương pháp thí nghiê ̣m: của Superpave (Mỹ); của trường đa ̣i ho ̣c Nottingham (vương quốc Anh); của CHLB Nga

1.2.3 Ca ́ c phương pháp dự báo lún vệt bánh xe

Có một số phương pháp dự báo LVBX điển hình như sau:

- Phương pháp đánh giá tuổi thọ kết cấu mặt đường trên cơ sở tiêu chuẩn LVBX;

- Phương pháp thiết kế cơ học - thực nghiệm;

- Phương pháp của chương trình nghiên cứu chiến lược đường ô tô SHRP;

- Phương pháp của Shell sử dụng tiện ích SPDM

1.2.4 Các phương pháp xác định lún vệt hằn bánh xe ngoài hiện trường

- Phương pháp đo đạc mặt cắt ngang mặt đường (Transverse Surface Profile);

- Phương pháp sử dụng thước đo theo ASTM E1703/E1703M;

- Phương pháp sử dụng thiết bị laser để đo lún vệt hằn bánh xe

1.3 Nứt do mỏi

Nứ t do mỏi thường xảy ra vào mùa có nhiê ̣t đô ̣ môi trường trung bình (nhiê ̣t

đô ̣ trung gian giữa nhiê ̣t đô ̣ cao nhất và thấp nhất xảy ra trong năm) Ta ̣i nhiê ̣t đô ̣ trung gian, BTN có xu hướng cứng hơn và giòn hơn so với khi nhiê ̣t đô ̣ cao nên dưới tác đô ̣ng của tải tro ̣ng lă ̣p, BTN có xu hướng bi ̣ nứt do mỏi Hình ảnh nứt mỏi điển hình thường có da ̣ng "da cá sấu"

1.3.1 Phương pha ́ p thí nghiê ̣m mỏi BTN theo mô hình uốn dầm 4 điểm

Mặc dù có nhiều mô hình nghiê ̣m mỏi BTN được phát triển trên thế giới như:

- Mô hình uốn dầm, bao gồm các phương pháp: thí nghiê ̣m uốn dầm 2 điểm, uốn dầm 3 điểm, uốn dầm 4 điểm, uốn dầm 5 điểm và uốn dầm trên nền đàn hồi

- Mô hình kéo (nén), bao gồm các phương pháp: kéo (nén) mẫu đúng tâm

dọc tru ̣c, ép chẻ (kéo gián tiếp), kéo (nén) lê ̣ch tâm

Tuy nhiên hiê ̣n nay, phương pháp thí nghiê ̣m mỏi BTN theo mô hình uốn

dầm 4 điểm được sử dụng rộng rãi nhất trên thế giới Vì vâ ̣y, luâ ̣n án chỉ tâ ̣p trung phân tích thí nghiê ̣m mỏi theo mô hình uốn dầm 4 điểm

Các thông số quan trọng ảnh hưởng tới thí nghiệm mỏi gồm:

- Nhiệt đô ̣ thí nghiê ̣m mỏi: Trong tiêu chuẩn ASTM D7460-10 [41] có khuyến cáo, nhiệt độ thí nghiệm độ bền mỏi thường được lấy là 20 0C (đây là nhiệt

độ cực hạn được lựa chọn cho hầu hết các vùng của nước Mỹ, trong đó có các bang khu vực phía Nam nước Mỹ như: Arkansas, Louisiana, Mississippi, Oklahoma và Texas có khí hậu khá tương đồng với khí hậu Việt Nam)

- Tần số tải thí nghiê ̣m mỏi: Theo khuyến cáo trong tiêu chuẩn ASTM D7460-10 [41] tần số tải thí nghiệm thường được đặt trong phạm vi từ 5 Hz đến 10

Hz và thông thường lấy với tần số 10 Hz

- Chế độ thí nghiệm mỏi: Thí nghiệm mỏi thường được thực hiện theo các chế độ khống chế ứng suất (ứng suất không đổi) và khống chế biến dạng (biến dạng không đổi) dưới tác dụng của tải trọng

1.3.2 Phương pha ́ p dự báo tuổi thọ mỏi của bê tông nhựa

Các kết quả nghiên cứu về mỏi BTN trên thế giới đều chỉ ra được mối tương quan giữa biến dạng/ứng suất với số lần tác dụng của tải trọng làm phá hoại vật liệu Những kết quả đó được ứng dụng để lựa chọn kết cấu áo đường có lớp BTN đảm bảo tuổi thọ mỏi

1.4 Các yếu tố ảnh hưởng đến lún vệt bánh xe va ̀ nứt mỏi của bê tông nhựa

Các yếu tố ảnh hưởng đến LVBX và nứt mỏi của BTN đươ ̣c thế giới tổng

kết phân thành hai nhóm:

- Nhóm liên quan đến BTN bao gồm: cốt liê ̣u (cốt liê ̣u thô – đá dăm, cốt liê ̣u

mịn – cát); nhựa đường; thiết kế thành phần BTN; thi công lớp BTN

- Nhóm liên quan đến lưu lươ ̣ng xe, tải tro ̣ng xe, nhiê ̣t đô ̣ môi trường

Bảng 1-1 Các yếu tố ảnh hưởng đến LVBX và mỏi của của BTN [31]

1.5 Ca ́ c kết quả nghiên cứu liên quan đến LVBX và nứt mỏi của BTN

1.5.1 Trên thế giơ ́ i

Để giảm thiểu tác đô ̣ng bất lợi của LVBX, nứt mỏi gây ra trên mă ̣t đường BTN, thế giới triển khai đồng bô ̣ các nhóm giải pháp sau: (1) Nhóm giải pháp về thiết kế kết cấu; (2) Nhóm giải pháp về BTN; (3) Nhóm giải pháp về thi công; (4) Nhóm giải pháp về kiểm soát tải tro ̣ng xe

1.5.2 Tại Việt Nam

(1) TCVN 8819:2011 - Tiêu chuẩn thi công và nghiê ̣m thu mă ̣t đường BTN [8] (2) Quyết định số 858/QĐ–BGTVT ngày 26/3/2014 của Bộ GTVT [1] “Hướng

dẫn áp dụng hệ thống các tiêu chuẩn kỹ thuật hiện hành nhằm tăng cường quản lý chất lượng thiết kế và thi công mặt đường BTN nóng đối với các tuyến đường ô tô

có quy mô giao thông lớn”

(3) Quyết định số 1617/QĐ-BGTVT ngày 29/4/2014 “Quy định kỹ thuật về phương pháp thử độ sâu vệt hằn bánh xe của BTN xác định bằng thiết bị Wheel tracking" [4]

(4) 22 TCN 319 - 04 - Yêu cầu kỹ thuâ ̣t, phương pháp thử nhựa đường polime [10]

(1) Đề tài nghiên cứu cấp Bộ GTVT 2009 “Nghiên cứu biến dạng kéo dài của mặt đường BTN và đề xuất phương pháp xử lý” [6] do ThS.Bùi Ngo ̣c Hưng làm chủ nhiệm đề tài

(2) Đề tài nghiên cứu cấp Bộ GTVT 2014 “Nghiên cứu lựa cho ̣n kết cấu và vâ ̣t liệu cho kết cấu áo đường mềm trên các tuyến đường có xe tải tro ̣ng nă ̣ng phù hợp

vớ i điều kiê ̣n nhiê ̣t ẩm” [23] do PGS.TS Vũ Đức Chính làm chủ nhiệm đề tài

(1) Luận án tiến sỹ “Nghiên cứu một số yếu tố ảnh hưởng đến độ bền mỏi bê tông asphalt làm lớp mặt đường tại Việt Nam” của tác giả Trần Thiện Lưu (luâ ̣n án bảo

vệ thành công vào tháng 5/2015 ta ̣i Trường Đa ̣i ho ̣c Giao thông vâ ̣n tải) [7] (2) Luận án tiến sỹ “Nghiên cứu ảnh hưởng cốt sợi thủy tinh phân tán đến khả năng chống mỏi và chống lún vệt bánh xe của bê tông asphalt trong điều kiện Việt Nam” của tác giả Vũ Phương Thảo (luâ ̣n án bảo vê ̣ thành công vào tháng 5/2015 ta ̣i Trườ ng Đa ̣i ho ̣c Giao thông vâ ̣n tải) [13]

1.6 Những vấn đề tồn tại cần giải quyết trong luận án

1.6.1 Về a ̉ nh hưởng của mức độ thô của “cấp phối thô” đến LVBX

“Cấp phối thô” áp du ̣ng cho BTN thường tỷ lê ̣ thuâ ̣n với khả năng kháng LVBX, do đó, để đánh giá ảnh hưởng của mức đô ̣ “thô” của “cấp phối thô” đến chất lươ ̣ng mă ̣t đường BTN phải xem xét đến ảnh hưởng kháng mỏi của BTN, theo

kết quả phân tích ta ̣i mu ̣c 1.2 và mu ̣c 1.3 thì ảnh hưởng của BTN đến LVBX và

nứ t mỏi là hai chỉ tiêu có xu thế ngươ ̣c nhau

Vì vâ ̣y, luâ ̣n án lựa cho ̣n nô ̣i dung chính để nghiên cứu là ảnh hưởng của mức

đô ̣ thô của “cấp phối thô” của BTN đến LVBX có xem xét đến đô ̣ bền mỏi của BTN để đưa ra những khuyến nghi ̣ về mức đô ̣ thô của “cấp phối thô” phù hợp cho BTN theo qui định tại QĐ 858/QĐ-BGTVT (BTNC 12,5; BTNC 19) với các loa ̣i nhựa đường khác nhau, các loa ̣i cốt liê ̣u đá dăm điển hình cho khu vực Miền Bắc

1.6.2 Về nguyên nhân gây lún vệt bánh xe cu ̉ a mặt đường bê tông nhựa xảy ra trong như ̃ng năm gần đây

Luận án lựa cho ̣n nô ̣i dung đánh giá nguyên nhân gây LVBX trên mô ̣t số tuyến Quốc lô ̣ tại Viê ̣t Nam để nghiên cứu Trên cơ sở kết quả nghiên cứu trên thế giớ i về những nguyên nhân gây ra LVBX, luâ ̣n án sử du ̣ng kết quả kiểm đi ̣nh của

Viện Khoa ho ̣c và Công nghê ̣ GTVT để phân tích, đưa ra nguyên nhân

1.6.3 Về ảnh hưởng liên quan đến đồng thời lún vệt bánh xe và độ bền mỏi của

bê tông nhựa

Để có thể phân tích đánh giá nguyên nhân hư hỏng LVBX trên mô ̣t số tuyến đường trong nước gần đây cũng như đánh giá được ảnh hưởng của mức đô ̣ “thô”

củ a cấp phối cốt liê ̣u BTN theo QĐ 858/QĐ-BGTVT [1] cần thiết phải nghiên cứu

các ảnh hưởng liên quan đến đồng thởi cả LVBX và đô ̣ bền mỏi của BTN trên cơ

sở tổng kết các kết quả nghiên cứu của thế giới trong những năm gần đây

CHƯƠNG 2 PHÂN TÍCH NGUYÊN NHÂN HƯ HỎNG LÚN VỆT BÁNH XE QUA KẾT QUẢ KHẢO SÁT HIỆN TRƯỜNG

2.1 Khảo sát hiện trường lún vệt bánh xe tại một số dự án

Trên cơ sở kết quả báo cáo kiểm định xác định nguyên nhân hư hỏng mặt đường các dự án nâng cấp cải tạo Quốc lộ 1 đoạn qua địa phận tỉnh Ninh Bình, Thanh Hóa, tuyến tránh Vinh (cầu Bến Thủy II), Quốc lộ 3 cũ [20]

Bảng 2-1: Kết quả khảo sát thực trạng hư hỏng LVBX tại một số dự án [20]

Tên dự án Thời gian

khai thác

Thời gian kiểm định

Chiều dài kiểm định

Tỷ lệ % chiều dài hư hỏng LVBX

Mức độ hư hỏng LVBX

Dự án xây dựng

Quốc lộ 1A,

đoạn số 01

Tháng 1/2011

Tháng 7/2013

13,4 km Đoạn 1:

hướng Hà Nội–Ninh Bình 63,2%;

hướng Ninh Bình – Hà Nội 50%

Đoạn 2:

hướng Hà Nội–Ninh Bình 14,5%;

hướng Ninh Bình–Hà Nội 67,8%

Đoạn 1: chiều sâu LVBX lớn nhất đạt 50

mm

Đoạn 2: chiều sâu LVBX lớn nhất đạt

Tháng 7/2013

36,4 km Hướng Hà

Nội–Thanh Hóa: 5,8%

Chiều sâu LVBX lớn nhất đạt 44

mm

Tên dự án Thời gian

khai thác

Thời gian kiểm định

Chiều dài kiểm định

Tỷ lệ % chiều dài hư hỏng LVBX

Mức độ hư hỏng LVBX Hướng Thanh

Tháng 8/2013

0,9963 km Hướng từ

Vinh-Hà Tĩnh: 95,35%

Hướng từ Hà Tĩnh-Vinh:

95,35%

Chiều sâu LVBX lớn nhất đạt 51

Tháng 7/2013

12,2 km Tỷ lệ đoạn

LVBX làn trong: 30,7%

Chiều sâu LVBX lớn nhất đạt 55

mm

2.2 Phân tích, đánh giá nguyên nhân hư hỏng lún vệt bánh xe tại một số dự

án điển hình

2.2.1 Phạm vi hư hỏng lún vệt bánh xe trong kết cấu mặt đường mềm

Phạm vi hư hỏng LVBX tại các dự án đường bộ được khảo sát chủ yếu xảy

ra tại 2 lớp BTN trong kết cấu mặt đường Da ̣ng hư hỏng LVBX xảy ra là hằn lún

do chảy dẻo BTN

2.2.2 Thiếu chiều dầy các lớp kết cấu áo đường và dính bám kém

Với tỷ lệ không đạt yêu cầu cao về chiều dầy thiết kế của BTN lớp trên, BTN lớp dưới, lớp móng cấp phối đá dăm lớp trên và lớp móng cấp phối đá dăm lớp dưới, kết hợp với khả năng dính bám kém của các lớp BTN dẫn đến nguy cơ xuất hiện nhanh hư hỏng LVBX

2.2.3 Chất lượng thi công các lớp kết cấu áo đường tại các vị trí kiểm tra không đảm bảo yêu cầu kỹ thuật

1) Chất lươ ̣ng thi công các lớp BTN của các đoa ̣n có hư hỏng nhìn chung chưa đáp ứng yêu cầu quy đi ̣nh nêu ta ̣i TCVN 8819:2011 [8] và theo QĐ 858/QĐ-BGTVT [1]

2) Những khiếm khuyết trong thi công các lớp BTN chủ yếu liên quan đến thành phần ha ̣t và hàm lươ ̣ng nhựa

3) Chất lươ ̣ng thi công các lớp móng CPĐD của các đoa ̣n có hư hỏng (và cả

các đoa ̣n chưa xuất hiê ̣n hư hỏng) nhìn chung chưa đáp ứng yêu cầu quy đi ̣nh, trong đó vi pha ̣m chủ yếu liên quan đến đô ̣ chă ̣t lu lèn và thành phần ha ̣t

2.2.4 Lưu lượng và tải trọng trục xe

2.2.4.3 Lựa chọn mô đun đàn hồi yêu cầu (Eyc)

Khi thiết kế kết cấu áo đường, trong hồ sơ thiết kế chỉ khảo sát lưu lượng xe, không khảo sát tải trọng trục xe và sử dụng tải trọng trục tiêu chuẩn 10 tấn để thiết

kế, kiểm toán kết cấu áo đường Trên cơ sở lưu lượng và tải trọng xe thực tế khảo sát, đã kiểm toán lại các kết cấu mặt đường tại các dự án nêu trên đều cho thấy Eyc thực tế rất lớn so với giá trị thiết kế với Eyc = 140 MPa đến 160 MPa

2.2.5 Nhiệt độ không khí và nhiệt độ mặt đường khu vực khảo sát

Qua điều tra, khảo sát khu vực các dự án, thời tiết nóng nhất trong năm tập trung vào từ tháng 5 đến tháng 8 với nhiệt độ không khí cao nhất từ 38 0C đến 41,1

0C, khi đó nhiệt độ bề mặt mặt đường BTN có thể đạt cao nhất từ 54,7 0C đến 68,5

0C Đây là tác nhân không nhỏ làm tăng nhanh LVBX mặt đường

CHƯƠNG 3 NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM VỀ LÚN VỆT BÁNH XE

VÀ MỎI CỦA BÊ TÔNG NHỰA CHẶT ĐIỂN HÌNH

3.1 Mục đích và nội dung nghiên cứu thực nghiệm trong phòng

3.1.1 Mục đích

(1) Đánh giá hưởng của mức đô ̣ ”thô” của cấp phối cốt liệu BTN, với các loại đá dăm phổ biến ta ̣i khu vực phía Bắc, với loa ̣i nhựa đường khác nhau (60/70; 40/50; PMB III) đến khả năng kháng LVBX củ a mẫu BTN và kiểm chứng độ bền mỏi của mẫu; (2) Lập tương quan thực nghiệm giữa chỉ tiêu LVBX và độ bền mỏi của BTN tương ứng với từng nguồn gốc đá dăm, mức đô ̣ ”thô” của cấp phối cốt liệu và loại nhựa đường; (3) Rút ra được những khuyến nghi ̣ liên quan đến mức đô ̣

”thô” của cấp phối cốt liệu BTN ứng với các loa ̣i nhựa đường

3.1.2 Các nội dung nghiên cứu thực nghiệm

(1) Chọn loa ̣i BTNC 12,5 và BTN 19 với 3 loa ̣i cấp phối có mức đô ̣ ”thô” khác nhau (ít thô, thô vừa, rất thô), sử du ̣ng 03 loa ̣i nhựa đường khác nhau (nhựa 60/70; nhựa 40/50; nhựa PMB III), sử du ̣ng 02 loa ̣i đá phổ biến (đá bazan và đá vôi) để thiết kế hỗn hơ ̣p BTN, xác đi ̣nh hàm lượng nhựa tối ưu; (2) Sử du ̣ng số liê ̣u

thiết kế của các loa ̣i BTN để chế ta ̣o các mẫu BTN da ̣ng tấm Thí nghiệm LVBX của các mẫu BTN bằng thiết bị Hamburg Wheel Tracker theo phương pháp A, phù hợp với Quyết định số QĐ 1617 [4]; (3) Chế ta ̣o các mẫu dầm BTN từ các mẫu BTN dạng tấm Thí nghiệm độ bền mỏi theo tiêu chuẩn ASTM D7460-10 [39] trên thiết bị kiểu uốn dầm 4 điểm –4BPT Stand Alone Four Point Bending Machine

3.1.3 Phân tích lựa chọn thông số đầu vào

(1) Về tiêu chuẩn áp du ̣ng: Theo hướng dẫn ta ̣i QĐ 858/QĐ-BGTVT [1] và

có xem xét đến TCVN 8819:2011 [8]; (2) Về cấp phối thô: Theo hướng dẫn ta ̣i QĐ 858/QĐ-BGTVT; (3) Về thiết kế thành phần hạt theo dạng đường cong chữ S

3.1.3.2 Lựa chọn vật liê ̣u

(1) Đá dăm: Đá vôi ta ̣i Mỏ Kinh Môn – Thống Nhất – Hải Dương; đá bazan tại Mỏ Sunway - Hòa Thạch - Quốc Oai - Hà Nội; (2) Cát: lựa chọn loa ̣i cát nghiền lấy từ đá mạt của mỏ đá Sunway và mỏ Thống nhất tương ứng với các đá dăm tương ứng để chế tạo mẫu thí nghiệm; (3) Bô ̣t đá: lựa cho ̣n bô ̣t đá vôi từ cơ sở sản xuất ta ̣i Hà Nam, có trữ lượng lớn và đang được sử du ̣ng ta ̣i nhiều dự án; (4) Nhựa đường: nhựa 60/70 (ADCo); nhựa 40/50(ADCo); nhựa Polime PMBIII (Pertrolimex)

3.1.3.3 Lựa chọn độ rỗng dư bê tông nhựa để thí nghiệm lún vệt bánh xe và độ bền mỏi

(1) Đô ̣ rỗng dư khi thí nghiê ̣m LVBX: nghiên cứu sinh cho ̣n đô ̣ rỗng dư 7% để chế ta ̣o mẫu; (2) Đô ̣ rỗng dư khi thí nghiê ̣m độ bền mỏi: để có cơ sở đánh giá khả năng mỏi có liên quan đến LVBX, lựa cho ̣n đô ̣ rỗng dư 7%

3.2 Lựa chọn thiết bị và các thông số thí nghiệm

3.2.1 Thí nghiệm lún vệt bánh xe

3.2.1.1 Thiết bị sử dụng

Là loại Hamburg Wheel Tracker do hãng Cooper Technology (Anh Quốc) sản xuất, thí nghiệm LVBX theo tiêu chuẩn AASHTO-T324 [30], BS EN 12697-22:2003 [48] và QĐ 1617/QĐ-BGTVT [4]

3.2.1.2 Thông số thí nghiệm

Thí nghiệm và tiêu chuẩn đánh giá theo phương pháp A trong môi trường ngâm nước tại nhiệt độ thí nghiệm 50 0C theo QĐ 1617/QĐ-BGTVT [4]; Mẫu thí nghiệm có dạng tấm hình chữ nhật được chế bị bằng cách sử dụng đầm lăn theo phụ lục C của QĐ 1617/QĐ-BGTVT

3.2.2 Thí nghiệm độ bền mỏi

3.2.2.1 Thiết bị sử dụng

Là thiết bị kiểu uốn dầm 4 điểm – 4PBT (Stand Alone Four Point Bending