Nghiên cứu ảnh hưởng của cốt liệu mịn đến cường độ kháng lún vệt bánh xe của hỗn hợp bê tông nhựa chặt Dmax12,5

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA PHẠM VIẾT HẬU NGHIÊN CỨU ẢNH HƢỞNG CỦA CỐT LIỆU MỊN ĐẾN CƢỜNG ĐỘ KHÁNG LÚN VỆT BÁNH XE CỦA HỖN HỢP BÊ TÔNG NHỰA CHẶT Dmax12,5 DỰ ÁN MỞ RỘNG QUỐC LỘ 1, ĐOẠN KM1027 - KM1045+780, TỈNH QUẢNG NGÃI TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT XÂY DỰNG CƠNG TRÌNH GIAO THƠNG Đà Nẵng - Năm 2018 Cơng trình hồn thành TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA Người hướng dẫn khoa học: PGS TS NGUYỄN HỒNG HẢI Phản biện 1:TS Nguyễn Văn Châu Phản biện 2:TS Huỳnh Phương Nam Luận văn bảo vệ trước Hội đồng chấm Luận văn tốt nghiệp thạc sĩ Kỹ thuật xây dựng cơng trình giao thơng họp Trường Đại học Bách khoa vào ngày … tháng …… năm 2018 Có thể tìm hiểu luận văn tại:  Trung tâm Học liệu, Đại học Đà Nẵng Trường Đại học Bách khoa  Thư viện Khoa Kỹ thuật xây dựng công trình giao thơng – Đại học Bách khoa MỞ ĐẦU LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI Năm 2015, tuyến Quốc lộ đoạn từ Km1027+00 đến Km1045+780 qua địa bàn tỉnh Quảng Ngãi đầu tư nâng cấp việc thi công tăng cường 13cm bê tông nhựa đến tháng 4/2017 bàn giao đưa cơng trình vào khai thác để đáp ứng nhu cầu vận tải ngày tăng mạnh Tuy nhiên, sau thời gian ngắn sử dụng, số đoạn đường bị lún vệt bánh xe, gây nên ảnh hưởng nghiêm trọng đến điều kiện khai thác Đề tài "Nghiên cứu ảnh hưởng cốt liệu mịn đến cường độ kháng lún vệt bánh xe hỗn hợp bê tông nhựa chặt Dmax12,5 dự án mở rộng Quốc lộ 1, đoạn Km1027 - Km1045+780, tỉnh Quảng Ngãi" nhằm nghiên cứu ảnh hưởng cốt liệu mịn hỗn hợp cấp phối vật liệu bê tông nhựa đến cường độ kháng lún vệt bánh xe bê tông nhựa Thông qua thí nghiệm đánh giá cường độ kháng vệt bánh xe hỗn hợp BTN sử dụng loại cốt liệu mịn lấy mỏ khác nhau, luận văn đề xuất lựa chọn loại cốt liệu mịn tỷ lệ sử dụng hợp lý để nâng cao cường độ kháng lún vệt bánh xe cho lớp mặt bê tông nhựa chặt Dmax12,5 Dự án mở rộng Quốc lộ 1, đoạn từ Km1027 đến Km1045+780, tỉnh Quảng Ngãi nhằm khắc phục tượng lún vệt bánh xe phạm vi mặt đường mở rộng dự án MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU a Mục tiêu tổng quát: Nâng cao cường độ khả kháng lún vệt bánh xe cho hỗn hợp BTNC 12,5 sử dụng cho dự án cải tạo Quốc lộ (đoạn Km1027 - Km1045+780), đoạn qua địa bàn tỉnh Quảng Ngãi b Mục tiêu cụ thể: - Nghiên cứu nhân tố ảnh hưởng đến đặc trưng cường độ khả kháng lún vệt bánh xe bê tông nhựa chặt; - Nghiên cứu đề xuất giải pháp cấp phối; - Đánh giá chất lượng cát xay mỏ đá sử dụng đề xuất tỷ lệ sử dụng hợp lý để nâng cao cường độ khả kháng lún vệt bánh xe cho lớp mặt BTNC 12,5 ĐỐI TƢỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU a Đối tượng nghiên cứu: Cốt liệu mịn (bao gồm cát xay, cát sông) sử dụng hỗn hợp cốt liệu bê tông nhựa chặt Dmax12,5 b Phạm vi nghiên cứu: - Dự án đầu tư xây dựng mở rộng Quốc lộ đoạn Km1027 Km1045+780, tỉnh Quảng Ngãi - Cốt liệu cát xay sử dụng cho bê tông nhựa lấy mỏ đá: Núi Trà, Bình Mỹ Cà ty PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU a Nghiên cứu lý thuyết: - Lý thuyết cường độ, yếu tố ảnh hưởng đến cường độ bê tông nhựa; lý thuyết cấp phối tốt nhất; - Đánh giá nguyên nhân xảy tượng lún vệt bánh xe đoạn tuyến khai thác; đề xuất thành phần cấp phối hàm lượng nhựa tối ưu cho hỗn hợp BTN b Nghiên cứu thực nghiệm: Thí nghiệm tiêu lý; độ góc cạnh; độ ổn định marshall cường độ kháng lún vệt bánh xe Ý NGHĨA KHOA HỌC VÀ THỰC TIỄN CỦA ĐỀ TÀI Luận văn nghiên cứu, đánh giá tiêu lý hỗn hợp bê tông nhựa chặt 12,5 sử dụng cát xay mỏ đá phục vụ cho Dự án, đề xuất tỷ lệ sử dụng cốt liệu mịn hợp lý hỗn hợp bê tông nhựa đảm bảo yêu cầu cường độ kháng lún vệt bánh xe CẤU TRÚC CỦA LUẬN VĂN - Mở đầu (Mục tiêu, Đối tượng, Phạm vi nghiên cứu) - Chương 1: Hiện tượng hằn lún vệt bánh xe ảnh hưởng cốt liệu mịn đến cường độ, khả kháng lún vệt bánh xe bê tơng nhựa - Chương 2: Thí nghiệm đánh giá tiêu lý mẫu khoan trường vật liệu nghiên cứu - Chương 3: Nghiên cứu ảnh hưởng cốt liệu mịn đến tiêu lý khả kháng lún vệt bánh xe bê tông nhựa C12,5 - Kết luận Kiến nghị CHƢƠNG HIỆN TƢỢNG HẰN LÚN VỆT BÁNH XE VÀ ẢNH HƢỞNG CỦA CỐT LIỆU MỊN ĐẾN CƢỜNG ĐỘ, KHẢ NĂNG KHÁNG LÚN VỆT BÁNH XE CỦA BÊ TÔNG NHỰA 1.1 TỔNG QUAN VỀ HIỆN TƢỢNG LÚN VỆT BÁNH XE TRONG MẶT ĐƢỜNG BÊ TÔNG NHỰA 1.1.1 Khái niệm Lún vệt bánh xe tượng bề mặt mặt cắt ngang đường không giữ nguyên hình dạng theo thiết kế ban đầu, mặt đường bị lún vị trí vệt bánh xe hình thành vệ lún theo chiều dọc đường Lún vệt bánh xe tượng tích lũy biến dạng khơng hồi phục lớp bê tông nhựa ảnh hưởng nhiều nguyên nhân như: lưu lượng xe, tải trọng xe, thành phần dòng xe, điều kiện khí hậu, chất lượng lớp kết cấu bê tông nhựa, 1.1.2 Các dạng lún vệt bánh xe Dưới tác dụng lặp lại tải trọng xe chạy, mặt đường bê tơng nhựa (BTN) tích luỹ biến dạng dư theo thời gian, trị số biến dạng tích luỹ vượt trị số cho phép, mặt đường xem bị phá hoại Biến dạng lún mặt đường chia thành loại: 1.1.2.1 Lún vệt bánh xe BTN bị chảy dẻo 1.1.2.2 Lún vệt bánh xe kết cấu 1.1.2.3 Lún vệt bánh xe xảy lớp mặt BTN 1.1.3 Nguyên nhân Nguyên nhân dẫn đến tượng HLVBX BTN toán phức tạp, chịu ảnh hưởng nhiều yếu tố, chia thành nhóm: nguyên nhân khách quan nguyên nhân chủ quan [7] 1.1.3.1 Nhóm nguyên nhân khách quan - Ảnh hưởng yếu tố thời tiết, khí hậu - Ảnh hưởng lưu lượng tải trọng xe chạy 1.1.3.2 Nhóm nguyên nhân chủ quan - Tư áp đặt thiết kế kết cấu áo đường mềm - Chất lượng nhựa đường nhập - Chất lượng cốt liệu đầu vào - Công tác kiểm tra, kiểm sốt giám sát chất lượng thi cơng - Năng lực kinh nghiệm Nhà thầu thi công 1.2 LÝ THUYẾT VỀ CƢỜNG ĐỘ VÀ KHẢ NĂNG KHÁNG LÚN VỆT BÁNH XE CỦA BÊ TÔNG NHỰA 1.2.1 Nguyên lý hình thành cƣờng độ bê tơng nhựa Bê tơng nhựa vật liệu có tính lưu biến, đàn hồi-nhớt-dẻo Q trình biến dạng BTN có quan hệ chặt chẽ với thời gian tác dụng tải trọng; trị số ứng suất phụ thuộc vào tốc độ biến dạng trị số biến dạng Cường độ BTN phụ thuộc vào thành phần lực dính góc ma sát vật liệu BTN: - Lực ma sát: hình thành ma sát hạt có kích thước lớn Cốt liệu sần sùi, sắc cạnh, kích thước lớn đồng lực ma sát lớn Lực ma sát thay đổi theo nhiệt độ thời gian tác dụng tải trọng thay đổi nhiều theo hàm lượng nhựa - Lực dính: tạo yếu tố + Lực dính tương hỗ móc vướng vào hạt phụ thuộc vào độ lớn độ sắc cạnh hạt; thay đổi nhiệt độ - độ ẩm - tốc độ biến dạng thay đổi giảm BTN chịu tải trọng trùng phục xe cộ hỗn hợp chặt Lực dính phụ thuộc vào cấu trúc, độ nhớt nhựa, nhiệt độ tốc độ biến dạng + Lực dính tương hỗ lực dính bám tác dụng tương hỗ nhựa với cốt liệu lực dính bên thân nhựa Lực dính phụ thuộc vào tỷ diện cốt liệu, tính chất hấp thu cốt liệu nhựa [18] 1.2.2 Khả kháng lún vệt bánh xe bê tông nhựa Sức chống cắt BTN xác định theo công thức Mohr Coulomb: τ = C + σ tg Cường độ kháng cắt τ BTN phụ thuộc vào lực dính C, ứng suất σ góc nội ma sát trong đó: + Lực dính C phụ thuộc chủ yếu vào đặc tính nhựa đường vữa nhựa; + Ứng suất σ phụ thuộc chủ yếu vào tải trọng xe, tốc độ lưu thông dòng xe; +Góc nội ma sát phụ thuộc chủ yếu vào đặc tính cốt liệu Vào mùa nóng, xe tải trọng nặng lưu lượng xe lưu thông lớn, cường độ kháng cắt bê tông nhựa giảm mạnh không đủ để chống lại ứng suất cắt tải trọng bánh xe gây lớp BTN, nguyên nhân dẫn đến tượng phá hoại cắt BTN, gây nên tượng lún vệt bánh xe (LVBX) 1.3 CÁC YẾU TỐ ẢNH HƢỞNG ĐẾN CƢỜNG ĐỘ VÀ KHẢ NĂNG KHÁNG LÚN VỆT BÁNH XE CỦA BÊ TÔNG NHỰA 1.3.1 Ảnh hƣởng cốt liệu thành phần hỗn hợp BTN 1.3.1.1 Cốt liệu - Kích cỡ hạt lớn danh định - Độ góc cạnh cốt liệu - Hàm lượng sét cốt liệu - Hàm lượng hạt dẹt cốt liệu - Tỷ lệ bột khoáng/nhựa đường (FB 1.3.1.2 Nhựa đường - Độ cứng nhựa: - Cấp nhiệt độ cao nhựa đường PG - Cải thiện nhựa đường phối trộn polime 1.3.1.3 Ảnh hưởng tính chất thành phần hỗn hợp BTN - Độ rỗng dư BTN thiết kế thi công - Độ rỗng cốt liệu (VMA) - Độ rỗng lấp đầy nhựa (VFA) - Mức đầm nén thiết kế hỗn hợp BTN 1.3.2 Ảnh hƣởng lƣu lƣợng, tốc độ dòng xe, tải trọng trục xe 1.3.2.1 Lưu lượng xe: 1.3.2.2 Tốc độ dòng xe 1.3.2.3 Tải trọng trục xe 1.3.3 Ảnh hƣởng nhiệt độ môi trƣờng 1.3.4 Ảnh hƣởng yếu tố khác 1.3.4.1 Kết cấu áo đường 1.3.4.2 Chất lượng vật liệu chất lượng thi công bê tông nhựa 1.4 ẢNH HƢỞNG CỦA CỐT LIỆU MỊN ĐẾN CƢỜNG ĐỘ VÀ KHẢ NĂNG KHÁNG VỆT HẰN BÁNH XE CỦA BÊ TƠNG NHỰA [7] Đã có nhiều nghiên cứu thực nghiên cứu ảnh hưởng hàm lượng cát xay cát thiên nhiên cốt liệu mịn đến cường độ ổn định cường độ BTN tượng hằn lún vệt bánh xe Crawford (1989) thực nghiên cứu ảnh hưởng hình dạng hạt hàm lượng lọt sàng 4,75mm đến tiêu lý hỗn hợp BTN, kết cho thấy cát tự nhiên (tròn cạnh) có ảnh hưởng lớn đến tiêu lý BTN Khi hàm lượng cát tự nhiên tăng lên, BTN dễ xảy tượng hằn lún vệt bánh xe Từ thí nghiệm phòng, Herrin Goetz (1954) nhận thấy cường độ BTN liên quan đến loại cốt liệu hạt thô; ngược lại, cường độ tăng lên thay đổi từ cát tự nhiên sang cát nghiền thành phần cốt liệu hạt mịn Kallas Griffith (1957) cho điều kiện thí nghiệm hàm lượng nhựa tối ưu, tăng độ góc cạnh cát nghiền tăng độ ổn định Marshall độ ổn định Hveem; đồng thời với công đầm nén định hàm lượng nhựa tối ưu, tăng độ góc cạnh cốt liệu mịn làm tăng độ rỗng khung cốt liệu Shklarsky Livneh (1964) cho thay cát tự nhiên cát nghiền làm tăng độ ổn định Marshall, giảm biến dạng tích lũy, giảm hàm lượng nhựa, tăng độ rỗng cốt liệu độ rỗng dư Lottman Goetz (1956) cho tăng cường độ bê tông nhựa độ góc cạnh độ ghồ ghề cát xay Hình dạng tính chất bề mặt cốt liệu mịn yếu tố ảnh hưởng đến biến dạng dẻo bê tông nhựa, Button Perdomo (1991) chứng minh trị số biến dạng tốc độ biến dạng tăng theo gia tăng hàm lượng cát tự nhiên Giảm hàm lượng cát tự nhiên, tăng hàm lượng cát xay làm tăng sức kháng vệt hằn bánh xe hỗn hợp bê tông nhựa Nguyễn cộng [8] thực thí nghiệm nghiên cứu ảnh hưởng tỷ lệ cát xay hỗn hợp cốt liệu mịn đến tiêu lý cường độ Marshall BTNC 19 Nghiên cứu cho thấy tăng tỷ lệ cát xay, độ góc cạnh hỗn hợp cốt liệu mịn độ ổn định Marshall tăng Nhóm tác giả rút kết luận tỷ lệ cát xay hỗn hợp cốt liệu mịn nên thiết kế phạm vi từ 75% đến 80% 1.5 KẾT LUẬN CHƢƠNG Chương trình bày dạng hư hỏng lún vệt bánh xe nguyên nhân gây nên tượng lún vệt bánh xe mặt đường BTN Để khắc phục tượng LVBX, hỗn hợp BTN cần nâng cao sức chống cắt BTN, thơng qua hai yếu tố: lực dính lực ma sát Lực ma sát BTN phụ thuộc vào đặc trưng cốt liệu thành phần cấp phối hỗn hợp Trên sở phân tích nguyên nhân yếu tố ảnh hưởng đến chất lượng BTN khả kháng LVBX mặt đường BTN, luận văn tập trung nghiên cứu, phân tích ảnh hưởng việc lựa chọn cốt liệu mịn tỷ lệ thành phần cát xay thành phần hỗn hợp cốt liệu mịn đến khả kháng HLVBX BTN rải nóng Làm sở triển khai ứng dụng cho BTN C12,5 làm lớp mặt cho dự án cải tạo Quốc lộ đoạn từ Km1027 đến Km1045+780 qua địa bàn tỉnh Quảng Ngãi nhằm khắc phục tượng lún vệt bánh xe phạm vi mặt đường mở rộng dự án 10 lún vệt bánh xe xuất rõ gây nhiều ảnh hưởng đến việc lưu thông phương tiện, cụ thể đoạn lý trình: từ Km1030+400 đến Km1030+550 (trái tuyến); từ Km1040+280 đến Km1042+350 (trái tuyến) từ Km1040+600 đến Km1040+700 (trái tuyến) 2.3 KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM CÁC CHỈ TIÊU CƠ LÝ CỦA CÁC MẪU KHOAN HIỆN TRƢỜNG 2.3.1 Thí nghiệm hàm lƣợng nhựa Hình 2.7 Kết thí nghiệm hàm lượng nhựa 06 mẫu khoan Nhận xét: Kết thí nghiệm hàm lượng nhựa cho thấy hàm lượng nhựa mẫu khoan nằm giá trị từ 4,72-4,96%; So sánh với TCVN8860:2011[3] QĐ 858/QĐ-BGTVT [5] cho thấy hàm lượng nhựa mẫu đạt yêu cầu Trong mẫu khoan, hàm lượng nhựa mẫu khoan số 04 nhỏ 2.3.2 Thí nghiệm độ ổn định Marshall Hình 2.8 Kết thí nghiệm độ ổn định Marshall 06 mẫu khoan 11 Nhận xét: Kết thí nghiệm độ ổn định Marshall cho thấy độ ổn định mẫu khoan nằm giá trị từ 10,9-14,6 KN; So sánh với TCVN8860:2011[3] QĐ 858/QĐ-BGTVT [5] cho thấy độ ổn định mẫu đạt yêu cầu Trong mẫu khoan, độ ổn định Marshall mẫu khoan số 04 tốt 2.3.3 Thí nghiệm độ dẻo Hình 2.9 Kết thí nghiệm xác định độ dẻo 06 mẫu khoan Nhận xét: Kết thí nghiệm độ dẻo cho thấy độ dẻo mẫu khoan nằm giá trị từ 2,9-3,7mm; So sánh với TCVN8860:2011[3] QĐ 858/QĐ-BGTVT [5] cho thấy độ dẻo mẫu 01, 02, 03, 04 06 đạt yêu cầu Riêng độ dẻo mẫu khoan 05 không đạt yêu cầu 2.3.4 Thí nghiệm thành phần cấp phối Hình 2.10 Biểu đồ cấp phối 06 mẫu khoan 12 Nhận xét: Kết thí nghiệm thành phần cấp phối mẫu khoan cho thấy thành phần cấp phối 03 mẫu khoan vị trí bị hằn lún vệt bánh xe không đạt yêu cầu thành phần cốt liệu mịn vượt khỏi giới hạn theo quy định, đường cong cấp phối vật liệu mẫu khoan có xu hướng lệch phía cận Ngược lại hành phần cấp phối 03 mẫu khoan vị trí khơng bị hằn lún đạt u cầu, đường cong cấp phối vật liệu mẫu khoan có xu hướng lệch phía cận dưới, mẫu khoan số 04 lệch nhiều phía cận - Mẫu khoan số 04 có độ ổn định cao, đường cong cấp phối có xu hướng lệch cận dưới, phù hợp với khuyến cáo để nâng cao khả kháng LVBX Do vậy, đề tài đề xuất sử dụng cấp phối có đường cong tương tự mẫu 04, để thiết kế cho hỗn hợp BTNC 12,5 Hình 2.11 Cấp phối có dạng đường cong chữ S, phần đá dăm có cỡ hạt lớn 4,75mm nằm đường trung vị theo Quyết định 858/QĐ-BGTVT, phần hạt nhỏ cỡ sàng 4,75mm nằm đường trung vị theo Quyết định 858/QĐ-BGTVT Hình 2.11 Đường cong cấp phối hỗn hợp lựa chọn nghiên cứu 2.4 KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM CHỈ TIÊU CƠ LÝ CỦA VẬT LIỆU SỬ DỤNG TRONG NGHIÊN CỨU CỦA LUẬN VĂN 2.4.1 Cốt liệu lớn (Đá dăm) 13 Đá dăm loại (5x13 13x19) sử dụng nghiên cứu lấy mỏ đá Núi Trà, huyện Núi Thành, tỉnh Quảng Nam 2.4.2 Cốt liệu mịn (Cát xay, cát sông) - Cát xay sử dụng nghiên cứu lấy 03 mỏ gồm: mỏ đá Núi Trà, huyện Núi Thành, tỉnh Quảng Nam; mỏ đá Bình Mỹ, huyện Bình Sơn, tỉnh Quảng Ngãi mỏ đá Cà ty, huyện Bình Sơn, tỉnh Quảng Ngãi - Cát sông sử dụng nghiên cứu lấy sông Trà Khúc, thành phố Quảng Ngãi 2.4.3 Bột khoáng Bột khoáng sử dụng nghiên cứu bột đá vôi Hà Nam Công ty CPXD Khoáng sản Thiên Sơn sản xuất 2.4.4 Nhựa đƣờng Nhựa đường sử dụng nghiên cứu nhựa đường 60/70 (Shell Singapore, Tratimex; ADCo) 2.5 KẾT LUẬN CHƢƠNG Một nguyên nhân gây hằn lún vệt bánh xe tuyến Quốc lộ đoạn Km1027-Km1045+780 thành phần cấp phối BTN không đạt yêu cầu Các mẫu khoan vị trí bị hằn lún cho thấy thành phần cốt liệu mịn vượt khỏi giới hạn theo quy định, bên cạnh đường cong cấp phối vật liệu có xu hướng lệch phía cận cho thấy cấp phối BTN mịn so với mẫu khoan vị trí khơng bị hằn lún Qua phân tích tiêu lý mẫu khoan trường, mẫu khoan số 04 có độ ổn định cao, đường cong cấp phối có xu hướng lệch cận dưới, phù hợp với khuyến cáo để nâng cao khả kháng LVBX Do vậy, đề tài đề xuất sử dụng cấp phối có đường cong tương tự mẫu 04 để thiết kế cho hỗn hợp BTNC 12,5 Để nghiên cứu đề xuất loại cát xay sử dụng cho hỗn hợp BTN C12,5 áp dụng cho dự án cải tạo mở rộng Quốc lộ đoạn qua địa bàn tỉnh Quảng Ngãi, đề tài sử dụng mỏ đá Núi Trà (huyện Núi 14 Thành, tỉnh Quảng Nam); Bình Mỹ Cà ty (huyện Bình Sơn, tỉnh Quảng Ngãi) Kết thí nghiệm xác định tiêu lý cho thấy loại vật liệu đáp ứng yêu cầu kỹ thuật theo TCVN 8819:2011 Quyết định 858/QĐ-BGTVT cho BTNC CHƢƠNG NGHIÊN CỨU ẢNH HƢỞNG CỦA CỐT LIỆU MỊN ĐẾN CÁC CHỈ TIÊU CƠ LÝ VÀ KHẢ NĂNG KHÁNG LÚN VỆT BÁNH XE CỦA BÊ TÔNG NHỰA C12,5 3.1 ĐẶT VẤN ĐỀ Trên sở lựa chọn đường cong cấp phối thí nghiệm đánh giá chất lượng vật liệu sử dụng chế tạo hỗn hợp bê tông nhựa chương 2, để có nghiên cứu ảnh hưởng cốt liệu mịn đến tiêu lý khả kháng lún vệt bánh xe bê tông nhựa C12,5 phục vụ Dự án, luận văn đề xuất lựa chọn tỷ lệ cát xay hỗn hợp sản xuất BTN phục vụ nghiên cứu từ 70% đến 100% Thông qua kết thí nghiệm, tiến hành phân tích đánh giá để đề xuất sử dụng loại cát xay tỷ lệ hợp lý nhằm đảm bảo yêu cầu tiêu lý khả kháng lún vệt bánh xe hỗn hợp BTN 3.2 TÍNH TỐN XÁC ĐỊNH TỶ LỆ CÁT XAY TRONG HỖN HỢP BTN Sử dụng cốt liệu mịn hỗn hợp BTN với 04 tỷ lệ cát xay cát sông gồm: - Cấp phối 1: 70%CX +30%CS - 70% cát xay + 30% cát sông - Cấp phối 2: 80%CX +20%CS - 80% cát xay + 20% cát sông - Cấp phối 3: 90%CX +10%CS - 90% cát xay + 10% cát sông - Cấp phối 4: 100%CX - 100% cát xay 3.3 KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM ĐỘ GĨC CẠNH CỦA HỖN HỢP CỐT LIỆU MỊN VÀ CÁC CHỈ TIÊU CƠ LÝ CỦA HỖN HỢP BÊ TÔNG NHỰA THEO PHƢƠNG PHÁP MARSHALL 3.3.1 Thí nghiệm độ góc cạnh (U) [TCVN 8860-7-2011] Độ góc cạnh (U) 15 Cát xay Núi Trà 50 Cát xay Bình Mỹ 49 Cát xay Cà ty 48 47 46 70% 80% 90% 100% Tỷ lệ cát xay hỗn hợp cốt liệu… Hình 3.2 Quan hệ hàm lượng cát xay hỗn hợp cốt liệu mịn với độ góc cạnh cốt liệu mịn cho 03 loại cát xay Nhận xét: Kết thí nghiệm độ góc cạnh hỗn hợp cốt liệu mịn cho thấy độ góc cạnh cát tăng tỷ lệ cát xay hỗn hợp cát tăng Với tỷ lệ cát xay/cát sông nhau, độ góc cạnh hỗn hợp cốt liệu mịn sử dụng cát xay mỏ Núi Trà tốt độ góc cạnh sử dụng cát xay mỏ Bình Mỹ mỏ Cà Ty 3.3.2 Kết thí nghiệm tiêu lý độ ổn định Marshall 3.3.2.1 Khối lượng thể tích mẫu bêtơng nhựa (mb) Hình 3.6 thể quan hệ khối lượng thể tích hàm lượng nhựa cho loại cát xay với tỷ lệ sử dụng 100% (không sử dụng cát sông) Kết cho thấy, mỏ đá Núi Trà cho kết tốt (khối lượng thể tích khơ đạt lớn nhất), mỏ đá Bình Mỹ Cà Ty cho kết gần tương tự 16 Độ ổn định Marshall (KN) Hình 3.6 Quan hệ hàm lượng nhựa khối lượng thể tích hỗn hợp 100% cát xay cho mỏ Núi Trà, Bình Mỹ Cà Ty 3.3.2.2 Độ ổn định Marshall (S) Hình 3.10 thể quan hệ độ ổn định Marshall hàm lượng nhựa cho loại cát xay với tỷ lệ sử dụng 100% (không sử dụng cát sông) Kết cho thấy, mỏ đá Núi Trà cho kết tốt (độ ổn định Marshall đạt giá trị lớn nhất), tiếp đến mỏ đá Bình Mỹ cuối mỏ đá Cà Ty Mỏ đá Núi Trà 13.0 Mỏ đá Bình Mỹ Mỏ đá Cà Ty 12.0 11.0 10.0 9.0 4.50% 4.75% 5.00% 5.25% 5.50% 5.75% Hàm lượng nhựa (%) Hình 3.10 Biểu đồ quan hệ hàm lượng nhựa độ ổn định Marshall cho mỏ đá Núi Trà, Bình Mỹ Cà Ty hàm lượng cát xay 100% 17 3.3.2.3 Độ dẻo bê tơng nhựa Hình 3.14 thể quan hệ độ dẻo hàm lượng nhựa cho loại cát xay với tỷ lệ sử dụng 100% (khơng sử dụng cát sơng) Kết thí nghiệm cho thấy độ dẻo mẫu đạt yêu cầu Khi thay đổi hàm lượng cát xay độ dẻo có xu hướng giảm xuống độ dẻo có xu hướng tăng hàm lượng nhựa tăng Độ dẻo (mm) 4.0 3.5 3.0 Mỏ đá Núi Trà 2.5 Mỏ đá Bình Mỹ 2.0 4.50% 4.75% 5.00% 5.25% Mỏ đá Cà Ty 5.50% 5.75% Hàm lượng nhựa (%) Hình 3.14 Biểu đồ quan hệ hàm lượng nhựa độ dẻo của hỗn hợp 100% cát xay mỏ: Núi Trà, Bình Mỹ Cà Ty 3.3.2.4 Kết thí nghiệm xác định độ rỗng dư, Va Hình 3.18 thể quan hệ độ rỗng dư hàm lượng nhựa cho loại cát xay với tỷ lệ sử dụng 100% (không sử dụng cát sông) Kết thí nghiệm cho thấy, độ rỗng dư đạt nhỏ cho mỏ đá tương ứng với hàm lượng nhựa 5%, mỏ đá Núi Trà cho kết tốt Cát xay mẫu thí nghiệm lấy mỏ Bình Mỹ Cà ty hàm lượng nhựa 5% đạt yêu cầu hàm lượng lại khơng đạt yêu cầu (Va>6%) Độ rỗng dư (%) 18 9.0 Mỏ đá Núi Trà 8.0 Mỏ đá Bình Mỹ Mỏ đá Cà Ty 7.0 6.0 5.0 4.0 4.50% 4.75% 5.00% 5.25% 5.50% 5.75% Hàm lượng nhựa (%) Độ rỗng cốt liệu (%) Hình 3.18 Biểu đồ quan hệ hàm lượng nhựa độ rỗng dư hỗn hợp 100% cát xay mỏ: Núi Trà, Bình Mỹ Cà Ty 3.3.2.6 Độ rỗng khung cốt liệu, VMA Hình 3.22 thể quan hệ độ rỗng cốt liệu hàm lượng nhựa cho loại cát xay với tỷ lệ sử dụng 100% (không sử dụng cát sông) Kết thí nghiệm cho thấy, độ rỗng cốt liệu tất mẫu đạt yêu cầu Độ rỗng đạt giá trị nhỏ cho mỏ đá tương ứng với hàm lượng nhựa 5%, mỏ đá Núi Trà có trị số nhỏ Mỏ đá Núi Trà 18.0 Mỏ đá Bình Mỹ 17.0 Mỏ đá Cà Ty 16.0 15.0 14.0 4.50% 4.75% 5.00% 5.25% 5.50% 5.75% Hàm lượng nhựa (%) Hình 3.22 Quan hệ hàm lượng nhựa độ rỗng cốt liệu hỗn hợp sử dụng 100% cát xay cho mỏ Núi Trà, Bình Mỹ Cà Ty 19 Độ rỗng lấp đầy nhựa (%) 3.3.2.7 Độ rỗng lấp đầy nhựa, VFA Hình 3.26 thể quan hệ độ rỗng lấp đầy nhựa hàm lượng nhựa cho loại cát xay với tỷ lệ sử dụng 100% (không sử dụng cát sơng) Kết thí nghiệm cho thấy, có mỏ đá Núi Trà đạt yêu cầu theo TCVN 8819:2011 Ở hàm lượng nhựa 5%, độ rỗng lấp đầy nhựa đạt giá trị lớn 70 Mỏ đá Núi Trà Mỏ đá Bình Mỹ 65 Mỏ đá Cà Ty 60 55 50 4.50% 4.75% 5.00% 5.25% 5.50% 5.75% Hàm lượng nhựa (%) Hình 3.26 Quan hệ hàm lượng nhựa độ rỗng lấp đầy nhựa hỗn hợp sử dụng 100% cát xay mỏ đá Núi Trà, Bình Mỹ Cà Ty Kết luận chung: Trên sở kết thí nghiệm tiêu lý hỗn hợp bê tông nhựa sử dụng cát xay 03 mỏ đá theo phương pháp Marshall nhận thấy hỗn hợp bê tông nhựa sử dụng cát xay mỏ Núi Trà có tiêu lý tốt 02 mỏ lại Luận văn kiến nghị chọn cát xay mỏ đá Núi Trà sử dụng làm cốt liệu mịn cho BTN dự án 3.4 KHẢO SÁT ẢNH HƢỞNG CỦA HÀM LƢỢNG CÁT XAY TRONG HỖN HỢP CỐT LIỆU MỊN ĐẾN KHẢ NĂNG KHÁNG VỆT BÁNH XE CỦA HỖN HỢP BÊ TÔNG NHỰA CHẶT C12,5 Để nghiên cứu ảnh hưởng tỷ lệ cát xay đến khả LVBX 20 BTN, luận văn tiến hành khảo sát tổ mẫu sử dụng cát xay mỏ đá Núi Trà, có hàm lượng hỗn hợp cốt liệu mịn khác (70%, 80%, 90% 100%) Các mẫu thí nghiệm ký hiệu 70%CX+30%CS; 80%CX+20%CS; 90%CX+10%CS 100%CX Cấp phối hỗn hợp có thành phần hạt Hình 2.11, với hàm lượng nhựa sử dụng 5% cho tổ mẫu 3.4.1 Thiết bị thí nghiệm Thí nghiệm thực thiết bị Wheel Tracking Phòng thí nghiệm trọng điểm đường II, Viện KHCN Giao thơng vận tải (Hình 3.27) Thiết bị sử dụng loại Hamburg Wheel Tracking Model 20-400 hãng Infratest (Đức) sản xuất 3.4.2 Thơng số thí nghiệm Thí nghiệm tiến hành theo phương pháp A, môi trường nước nhiệt độ 50˚C theo Quyết định 1617/QĐ-BGTVT Mẫu thí nghiệm dạng hình chữ nhật có kích thước (Chiều dài)x(Chiều rộng)x(Chiều cao)= (320mm) x (260mm) x (50mm), chế bị phương pháp đầm lăn theo phụ lục C Quyết định 1617/QĐ-BGTVT 3.4.3 Phƣơng pháp chế bị bảo dƣỡng mẫu thí nghiệm 3.4.3.1 Phương pháp chế bị mẫu: Mẫu chế bị theo TCVN 11782-2017 "Bê tơng nhựa - Chuẩn bị thí nghiệm phương pháp đầm lăn bánh thép" Thiết bị đầm lăn giới thiệu Hình 3.27b Cốt liệu định lượng theo tỷ lệ thiết kế sấy đến nhiệt độ 175 - 180°C sau trộn với nhựa đường thời gian 60 giây trước cho vào khuôn tạo mẫu 2.4.3.2 Bảo dưỡng mẫu thí nghiệm Mẫu sau chế bị tháo khỏi khuôn đặt bề mặt phẳng, bảo dưỡng nhiệt độ phòng vòng ngày trước tiến hành thử nghiệm 21 3.4.4 Kết thí nghiệm Kết thí nghiệm hằn lún vệt bánh xe 04 tổ mẫu BTNC 12,5 sử dụng cát xay mỏ Núi Trà tỷ lệ khác thể Hình 3.28 Hình 3.29 Độ hằn lún vệt bánh xe (mm) Hình 3.28 Diễn biến độ sâu vệt bánh xe theo số lượt tác dụng tải trọng cho 04 tổ mẫu thí nghiệm với hàm lượng cát xay thay đổi 4.12 2.98 2.18 1.95 70% 80% 90% 100% Tỷ lệ cát xay hỗn hợp cốt liệu mịn(%) Hình 3.29 Quan hệ độ sâu hằn lún vệt bánh xe tỷ lệ cát xay hỗn hợp cốt liệu mịn sau 15.000 lượt tác dụng tải trọng Nhận xét: Kết thí nghiệm hằn lún vệt bánh xe mẫu BTNC12,5 sử dụng cát xay mỏ Núi Trà cho thấy độ sâu hằn lún nằm phạm vi từ 1,95mm đến 4,12mm Các giá trị đạt nhỏ 22 nhiều so với trị số quy định theo Quyết định 1617/QĐBGTVT [6] Càng tăng tỷ lệ cát xay, độ sâu lún vệt bánh xe giảm, hay nói cách khác BTN có khả kháng LVBX Kết cho thấy, độ góc cạnh cốt liệu mịn tăng, khả kháng LVBX BTNC tốt 3.5 KẾT LUẬN CHƢƠNG Từ kết thí nghiệm tiêu lý mẫu bê tông nhựa sử dụng cát xay 03 mỏ Núi Trà, Bình Mỹ Cà Ty sử dụng cải tạo Quốc lộ đoạn qua địa bàn tỉnh Quảng Ngãi cho thấy nguồn gốc đá tỷ lệ cát xay có ảnh hưởng đến cường độ tiêu lý BTNC 12,5 Độ góc cạnh cát tăng cường độ khả kháng LVBX BTN cao Ứng với cấp phối đề xuất, tỷ lệ cát xay/cát sơng hàm lượng nhựa tối ưu 5% Trong mỏ đá nghiên cứu, nhận thấy cát xay sử dụng từ mỏ đá Núi Trà cho kết thí nghiệm lý độ ổn định Marshall tốt Kết thí nghiệm lún vệt bánh xe 04 cấp phối hỗn hợp BTN sử dụng cát xay mỏ Núi Trà với hàm lượng nhựa 5% đạt yêu cầu nhỏ nhiều so với trị số cho phép (