Mục đích cơ bản của luận án này là xác định được nguyên nhân suy giảm khả năng dính bám đá-nhựa. Đề xuất được phương pháp thí nghiệm xác định khả năng dính bám đá nhựa, xác định độ nhạy ẩm của BTN phù hợp với điều kiện Việt Nam. Đánh giá được hiệu quả của các loại phụ gia tăng dính bám cho BTNC hiện có tại Việt Nam.
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI - VŨ NGỌC PHƯƠNG NGHIÊN CỨU SỬ DỤNG PHỤ GIA TĂNG KHẢ NĂNG DÍNH BÁM ĐÁ-NHỰA CẢI THIỆN CHẤT LƯỢNG BÊ TƠNG NHỰA Ở VIỆT NAM Ngành : Kỹ thuật xây dựng cơng trình giao thơng Mã số : 9.58.02.05 Chun ngành : Xây dựng đường ô tô đường thành phố TÓM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT Hà Nội, 1- 2019 Cơng trình hồn thành tại: Trường Đại học Giao thông Vận tải Người hướng dẫn khoa học: PGS.TS Nguyễn Quang Phúc GS.TS Bùi Xuân Cậy Phản biện 1: …… Phản biện 2: …… Phản biện 3: …… Luận án bảo vệ Hội đồng chấm luận án tiến sĩ cấp Trường họp Trường Đại học Giao thông Vận tải Vào hồi…… giờ,……, ngày…….tháng…… năm 2019 Có thể tìm thấy luận án tại: Trung tâm thông tin thư viện Trường Đại học Giao thông vận tải DANH MỤC CÁC CƠNG TRÌNH ĐÃ CƠNG BỐ CỦA TÁC GIẢ CÓ LIÊN QUAN ĐẾN ĐỀ TÀI LUẬN ÁN NCS Vũ Ngọc Phương, KS Akihiro Kato (2017) “Phân tích kết trường hiệu hai loại phụ gia tăng dính bám đá – nhựa Toughfix Wetfix Be hỗn hợp bê tơng nhựa nóng sử dụng đá khu vực Suối Mơ – Đà Nẵng” Tạp chí Khoa học Giao thông Vận tải, tháng năm 2017, ISSN 23540818 PGS.TS Nguyễn Quang Phúc, Dr Hiromitsu Nakanishi, Mr Akihiro Kato, NCS Vũ Ngọc Phương, ThS Lương Xuân Chiểu, KS Nguyễn Chí Cơng (2017) “Nghiên cứu thực nghiệm sử dụng phụ gia Tough Fix Hyper tăng độ ổn định nước cường độ bê tơng nhựa mặt đường” Tạp chí Giao thông Vận tải, tháng năm 2017, ISSN 2354-0818 ThS Vũ Ngọc Phương, ThS Nguyễn Lan Anh (2018) “Nghiên cứu sử dụng phụ gia vơi thủy hóa việc cải thiện khả kháng ẩm chống hằn lún vệt bánh xe hỗn hợp bê tông nhựa sử dụng đá granite khu vực miền Trung” Tạp chí Cầu đường Việt Nam, số năm 2018, ISSN 1859-459X ThS Nguyễn Tuấn Hiển, ThS Vũ Ngọc Phương, KS Phạm Văn Quyền (2018) “Nghiên cứu lựa chọn phương pháp thí nghiệm đánh giá độ nhạy ẩm bê tông nhựa phù hợp với điều kiện Việt Nam” Tuyển tập báo cáo Hội nghị khoa học công nghệ năm 2018, Viện Khoa học Công nghệ GTVT, ISBN: 978-604-89-5441-3 ThS Vũ Ngọc Phương, ThS Nguyễn Thanh Lập, KS Nguyễn Văn Chương (2018) “Nghiên cứu đánh giá hiệu số loại phụ gia kháng bong tách đá nhựa cho bê tông nhựa sử dụng cốt liệu dính bám khu vực Miền Trung” Tuyển tập báo cáo Hội nghị khoa học công nghệ năm 2018, Viện Khoa học Công nghệ GTVT, ISBN: 978-604-89-5441-3 MỞ ĐẦU Đặt vấn đề nghiên cứu Mặt đường bê tông nhựa (BTN) sử dụng phổ biến giới Việt Nam Đặc điểm chủ yếu BTN dễ bị nhạy ẩm, dẫn tới dễ bị hư hỏng tác động nước Dưới tác động nước, khả dính bám đá –nhựa, sau khả dính kết nội màng nhựa đường BTN bị suy giảm, dẫn tới phá hủy tính tồn vẹn kết cấu BTN Phụ gia tăng dính bám đá-nhựa giải pháp hữu hiệu nhằm cải thiện khả dính bám đá-nhựa BTN sử dụng cốt liệu dính bám kém, nhằm giảm thiểu hư hỏng mặt đường BTN tác động nước Việt Nam nằm vùng khí hậu nhiệt đới gió mùa, mưa nhiều dẫn tới mặt đường BTN thường bị phá hoại tác động nước Về cốt liệu sử dụng cho BTN, có nhiều loại cốt liệu có độ dính bám đá-nhựa kém, điển hình khu vực Miền Trung dẫn tới khả dính bám đá-nhựa bị suy giảm Vì đề tài, luận án “Nghiên cứu sử dụng phụ gia tăng khả dính bám đá-nhựa cải thiện chất lượng BTN Việt Nam” cần thiết, có ý nghĩa khoa học thực tiễn Mục đích nghiên cứu Xác định nguyên nhân suy giảm khả dính bám đá-nhựa Đề xuất phương pháp thí nghiệm xác định khả dính bám đánhựa, xác định độ nhạy ẩm BTN phù hợp với điều kiện Việt Nam Đánh giá hiệu loại phụ gia tăng dính bám cho BTNC có Việt Nam Đối tượng phạm vi nghiên cứu Nghiên cứu lý thuyết sở khoa học dính bám đá-nhựa phụ gia tăng dính bám; nghiên cứu thực nghiệm đánh giá hiệu phụ gia tăng dính bám có Việt Nam cho lớp mặt BTNC12.5 (sử dụng nhựa đường 60/70), lớp vật liệu đắt tiền nhất, chịu tác dụng trực tiếp điều kiện môi trường, tác động nước lượng xe lưu thông Ý nghĩa khoa học thực tiễn đề tài 4.1 Ý nghĩa khoa học Phân tích nêu bật chất dính bám đá-nhựa hỗn hợp BTN, suy giảm dính bám đá-nhựa, giải pháp cải thiện dính bám đá-nhựa sử dụng phụ gia tăng dính bám Phân tích vai trò, chế hoạt động loại phụ gia tăng dính bám đá nhựa cho BTN có nước ta: Wetfix Be, Toughfix, Toughfix Hyper, Zycotherm, vôi hydrat 4.2 Ý nghĩa thực tiễn Đề xuất phương pháp thí nghiệm cần thiết để đánh giá khả dính bám đá-nhựa, đánh giá hiệu phụ gia tăng dính bám phù hợp với điều kiện Việt Nam Xác định hàm lượng tối ưu số phụ gia tăng dính bám: hàm lượng tối ưu vôi hydrat cho giải pháp xử lý trước với cốt liệu, hàm lượng tối ưu Toughfix Hyper Đánh giá hiệu loại phụ gia tăng dính bám có Việt Nam (Wetfix Be, Toughfix, Toughfix Hyper, Zycotherm, vôi hydrat xi măng) cho BTN có sử dụng đá dăm dính bám mỏ đá miền Trung Đánh giá hiệu phụ gia Toughfix giai đoạn thi công đoạn đường thuộc Dự án xây dựng đường ô tô cao tốc Đà Nẵng-Quảng Ngãi; xác định độ nhạy ẩm mặt đường BTN sau năm khai thác đoạn đường thuộc QL1A Cấu trúc luận án Đề tài luận án gồm Phần mở đầu,4 chương Phân kết luận, kiến nghị, danh mục tài liệu tham khảo Phụ lục kẻm theo Chương TỔNG QUAN VỀ DÍNH BÁM ĐÁ-NHỰA, SUY GIẢM DÍNH BÁM ĐÁNHỰA, CÁC GIẢI PHÁP CẢI THIỆN DÍNH BÁM ĐÁ- NHỰA VÀ VAI TRỊ CỦA PHỤ GIA TĂNG DÍNH BÁM 1.1 Dính bám đá-nhựa Cường độ BTN tạo thành nhân tố: 1) Lực chèn móc ma sát hạt cốt liệu, phụ thuộc vào: cường độ cốt liệu, đặc tính cốt liệu (độ góc cạnh, độ nhám bề mặt), tỷ lệ cỡ hạt cốt liệu (cấp phối cốt liệu) 2) Lực dính kết nội phân tử nhựa đường, phụ thuộc chủ yếu vào đặc tính nhựa đường 3) Lực dính bám nhựa đường với bề mặt cốt liệu, hay gọi lực dính bám đá-nhựa, phụ thuộc vào: đặc tính nhựa đường; đặc tính cốt liệu (thuộc tính khống vật, hóa học, vật lý) tác động nước 1.2 Suy giảm dính bám đá-nhựa - Bong tách 1.2.1 Nguyên nhân Nước tồn hỗn hợp BTN xâm nhập vào giao diện màng nhựa đường bề mặt cốt liệu dẫn đến suy giảm liên kết đá – nhựa, mặt đường bị hư hỏng tác động nước Hiện tượng gọi bong tách (stripping) 1.2.2 Nhận dạng hư hỏng mặt đường BTN bong tách Có hai dạng hư hỏng BTN bong tách Bong tách (stripping): bong tách hình thành đáy lớp BTN nóng phía (lớp móng BTN), sau phát triển lên lớp BTN phía Bong tróc (raveling): trường hợp riêng bong tách, bong tróc hình thành bề mặt mặt đường BTN, sau phát triển xuống lớp BTN phía 1.2.3 Cơ chế hình thành phát triển bong tách Có chế hình thành phát triển bong tách (mechanisms of stripping) phân tích, bao gồm: 1) Tách màng nhựa, 2) Dịch chuyển màng nhựa, 3) Nhũ tương hóa tự sinh, 4) Đứt màng nhựa, 5) Áp lực lỗ rỗng, 6) Xói mòn thủy lực 7) Tác động môi trường Các yếu tố gây bong tách hoạt động độc lập kết hợp với gây bong tách đá-nhựa 1.3 Các nhân tố ảnh hưởng đến khả dính bám đá-nhựa 1.3.1 Ảnh hưởng nhựa đường Chủ yếu là: 1) thuộc tính lưu biến 2) thuộc tính hóa học 1.3.2 Ảnh hưởng cốt liệu Chủ yếu là: thuộc tính vật lý, thành phần khống thành phần hóa 1.3.3 Ảnh hưởng thiết kế hỗn hợp BTN Để phòng ngừa nước thấm vào lớp BTN gây phá hoại nước, cần điều chỉnh cấp phối cốt liệu hàm lượng nhựa cho độ rỗng dư thiết kế đạt 4% Độ rỗng dư cao làm tăng tính thấm nước, thấp dễ bị lún bánh xe Thiết kế thiếu nhựa đường làm cho hỗn hợp BTN dễ nhạy cảm với tác động nước 1.3.4 Ảnh hưởng thời tiết thi cơng lớp BTN Thời tiết q lạnh độ chặt đầm nén khó đảm bảo, dẫn tới tăng độ rỗng dư BTN Nếu độ rỗng dư > 7% BTN dễ bị thấm nước, dễ gây bong tách, hư hỏng cấu trúc BTN 1.3.5 Ảnh hưởng khí hậu mơi trường Khí hậu ẩm ướt, tác động chu kỳ đóng/tan băng, vùng có nhiệt độ mơi trường biến động nhiều tăng khả BTN hư hỏng nước 1.3.6 Ảnh hưởng lưu lượng xe Dưới tác động bánh xe chạy trời mưa, nước mặt đường bị ép lại, gây áp lực thủy tĩnh làm phá vỡ liên kết đá-nhựa 1.4 Các giải pháp cải thiện dính bám đá-nhựa, giảm thiểu bong tách 1.4.1 Giải pháp 1-Lựa chọn cốt liệu Sử dụng cốt liệu có khả dính bám tốt, bề mặt có độ nhám cao, cốt liệu sạch, khơng bị nhiễm bẩn sét 1.4.2 Giải pháp 2- Xử lý trước bề mặt cốt liệu Nhằm cải thiện đặc tính bề mặt cốt liệu có khả dính bám đánhựa thấp cách bao phủ lên lớp vật liệu có khả dính bám đá-nhựa tốt Giải pháp xử lý trước bề mặt cốt liệu vôi hydrat ví dụ điển hình cho giải pháp 1.4.3 Giải pháp 3-Ngăn chặn xâm nhập nước vào lớp BTN Bao gồm giải pháp hữu hiệu nhằm giảm thiểu tính thấm BTN lựa chọn độ rỗng dư, cấp phối cốt liệu chiều dầy lớp BTN phù hợp Việc phủ lên bề mặt BTN lớp phủ mỏng vữa nhựa, láng nhựa cần thiết để giảm thiểu tác động nước xâm nhập vào lớp BTN 1.4.4 Giải pháp 4- Sử dụng phụ gia tăng dính bám đá-nhựa Nhằm cải thiện khả chống bong tách, giảm thiểu độ nhạy ẩm BTN Phụ gia tăng dính bám đá-nhựa thường áp dụng với cốt liệu có độ dính bám đá-nhựa Giải pháp xem có hiệu áp dụng đồng thời với giải pháp 1.5 Tính phụ gia tăng dính bám 1.5.1 Phụ gia vô (dạng rắn) 1) Vôi: Vôi hydrat (Ca(OH)2) (vơi thủy hóa) sử dụng rộng rãi giới Ngày vôi sống (CaO) không sử dụng Có giải pháp để đưa vơi hydrat vào hỗn hợp BTN: 1) Giải pháp 1: Đưa vôi hydrat trực tiếp vào thùng trộn BTN Giải pháp 2: Xử lý trước bề mặt đá dăm với vơi hydrat, sau đưa cốt liệu xử lý vào thùng trộn BTN Vơi hydrat có ưu điểm: cải thiện khả chống bong tách BTN tác động ẩm, xem loại bột khoáng hoạt tính, cải thiện khả hóa già nhựa đường BTN, làm tăng độ cứng vữa nhựa, dẫn tới cải thiện thuộc tính học BTN mô đun đàn hồi, cường độ, vệt hằn lún bánh xe, nứt mỏi nứt nhiệt 2) Xi măng Hiện nhiều nước giới khơng sử dụng xi măng để làm phụ gia tăng dính bám 1.5.2 Phụ gia hóa học Phụ gia hóa học (phụ gia hữu cơ) thường có gốc amin, diamin, polymer thường dạng lỏng Ưu điểm: sử dụng với hàm lượng thấp nên giảm chi phí Hạn chế: dễ bị suy giảm chất lượng tác động nhiệt độ cao Có nhiều loại phụ gia hóa học sử dụng giới Tại Việt Nam, có loại phụ gia như: Wetfix Be hãng Akzonobel (Thụy Điển), Tougfix, Toughfix Hyper công ty Taiyu Kensetsu (Nhật Bản) 1.5.3 Phụ gia nano organosilane Phụ gia nano organosilane phụ gia tăng dính bám dựa công nghệ nano Zycotherm, môt loại phụ gia nano, hãng Zydex (Ấn Độ) đưa vào Việt Nam gần Ưu điểm: sử dụng với hàm lượng thấp, khơng ảnh hưởng đến tính chất nhựa đường, chịu nhiệt độ cao, khả kháng nước tốt Hạn chế: công nghệ chế tạo phức tạp so với phụ gia hóa học, chưa áp dụng phổ biến, cần có thêm thời gian nghiên cứu đánh giá 1.6 Cơ chế hoạt động phụ gia tăng dính bám đá – nhựa Phụ gia vô vôi hydrat: hoạt động cách thay ion âm bề mặt cốt liệu ion canxi dương, làm tăng khả dính bám nhựa đường với bề mặt cốt liệu Vôi hydrat phản ứng với phân tử có nhựa đường (axit cacboxylic) có cốt liệu (nhóm OH có tính axit) dẫn đến phân tử dễ hấp thụ bề mặt cốt liệu phân tử có khả phân ly liên kết với phân tử nước Phụ gia hóa học Wetfix Be, Toughfix, Toughfix Hyper phụ gia Zycotherm: thường hoạt động để giảm sức căng bề mặt nhựa đường, giúp cho nhựa đường dính bám tốt với cốt liệu, truyền điện tích cho nhựa đường trái dấu với điện tích bề mặt cốt liệu Phụ gia hóa học có vai trò cầu nối nhựa đường bề mặt cốt liệu, đầu tương tác với cốt liệu, đầu tương tác với nhựa đường 1.7 Các phương pháp thí nghiệm dính bám Có thể phân thành hai nhóm: 1) Nhóm phương pháp thí nghiệm mẫu hỗn hợp đá-nhựa rời 2) Nhóm phương pháp thí nghiệm mẫu hỗn hợp đá-nhựa đầm nén Phân tích ưu điểm, hạn chế hai nhóm phương pháp thí nghiệm chi tiết chương 1.8 Tình hình nghiên cứu sử dụng phụ gia tăng dính bám giới 1.8.1 Hoa Kỳ Có 44 Bang sử dụng phụ gia chống bong tách (kết khảo sát năm 2012), có 56% Bang sử dụng phụ gia dạng lỏng, có 44% Bang sử dụng phụ gia vôi hydrat 1.8.2 Châu Âu Vôi hydrat ngày sử dụng cho BTN hầu châu Âu, đặc biệt Áo, Pháp, Hà Lan, Anh Thụy Sĩ Wetfix Be sử dụng châu âu, thụy điển 1.8.3 Châu Á Ấn Độ sử dụng phụ gia hóa dạng lỏng vơi hydrat Philipin sử dụng phụ gia hóa dạng lỏng Malaisia sử dụng vôi hydrat Wetfix Be.Trung quốc sử dụng vôi hydrat xi măng Nhật sử dụng vơi hydrat, phụ gia hóa dạng lỏng, Tough Fix, Tough Fix Hyper 1.9 Tình hình nghiên cứu sử dụng phụ gia tăng dính bám Việt Nam Có loại phụ gia tăng dính bám như: vơi hydrat, xi măng, Wetfix Be, Toughfix, ToughFix Hyper, Zycotherm có Việt Nam Chỉ có Toughfix Hyper cơng bố hợp chất lưỡng tính có khả cải thiện dính bám đá granite đá vơi Hiện có Wetfix Be Toughfix áp dụng cho Dự án xây dựng đường Nhìn chung chưa có đề tài, dự án nghiên cứu đánh giá tổng thể hiệu sử dụng phụ gia tăng dính bám cho BTN triển khai Vôi hydrat TCVN 8819:2011 cho phép sử dụng, nhiên chưa có nghiên cứu sử dụng vơi hydrat cho BTN Có Tiêu chuẩn thí nghiệm dính bám đá-nhựa ban hành, cho phép áp dụng: 1) TCVN 7504: 2005; 2) TCVN 8860-12:2011; 3) QĐ số 1617 (LVBX) 4) QĐ số 3287 (Thí nghiệm độ nhạy ẩm theo AASHTO T283) Cần phân tích đánh giá phương pháp phương pháp thí nghiệm giới để lựa chọn phương pháp phù hợp với Việt Nam 1.10 Những vấn đề luận án cần giải Trên sở phân tích nghiên cứu nước nước, luận án tập trung vào số vấn đề sau: Nghiên cứu sở khoa học, phân tích chế dính bám đá-nhựa, suy giảm dính bám đá-nhựa nhân tố ảnh hưởng đến dính bám đánhựa; phân tích chế hoạt động loại phụ gia tăng dính bám Nghiên cứu lựa chọn phương pháp thí nghiệm kiểm tra đánh giá khả dính bám đá-nhựa phù hợp với điều kiện Việt Nam Nghiên cứu thực nghiệm phòng đánh giá hiệu loại phụ gia: vôi hydrat, xi măng, Wetfix BE, Toughfix, ToughFix Hyper, Zycotherm có Việt Nam Nghiên cứu thực nghiệm trường số đoạn đường có sử dụng phụ gia tăng dính bám cho BTN khu vực miền Trung để đánh giá độ nhạy ẩm BTN sau khai thác hiệu phụ gia Chương NGHIÊN CỨU PHÂN TÍNH, ĐÁNH GIÁ, LỰA CHỌN PHƯƠNG PHÁP THÍ NGHIỆM KIỂM TRA KHẢ NĂNG DÍNH BÁM ĐÁ-NHỰA PHÙ HỢP VỚI ĐIỀU KIỆN VIỆT NAM 10 (khoảng 4%) nên nước khó thấm vào mẫu thử, dẫn đến khó đánh giá độ nhạy ẩm Qua phân tích, đề xuất sử dụng AASHTO T 283, nhiên đề xuất loại bỏ bảo dưỡng mẫu thử với chu kỳ đóng băng/tan băng (phân tích mục 2.2.4) 2.2.4 Phân tích loại bỏ việc bảo dưỡng mẫu với chu kỳ đóng băng/tan băng AASHTO T283 cho phù hợp với điều kiện khí hậu Việt Nam Việc bảo dưỡng mẫu với chu kỳ đóng băng/tan băng theo AASHTO T283 nhằm đánh giá tác động bất lợi nhiệt độ thấp (nhiệt độ âm) vào mùa đơng đến suy giảm dính bám đá-nhựa Tuy nhiên chế độ bảo dưỡng phù hợp với nước có khí hậu lạnh, khơng phù hợp với khu vực có khí hậu ấm Việt Nam Điển tiêu chuẩn ALDOT-361-98 bang Alabama có khí hậu ấm, khơng quy định phải ngâm mẫu với chu kỳ đóng-tan băng Việt Nam có khí hậu ấm nên áp dụng ngâm mẫu với chu kỳ đóng băng/ tan băng bất lợi, không phù hợp Điều quan trọng, đảm bảo tính đơn giản thí nghiệm đồng thời phù hợp với điều kiện khai thác mặt đường Việt Nam Vì đề đề xuất sử dụng AASHTO T283, loại bỏ việc bảo dưỡng mẫu “ướt” với chu kỳ đóng băng tan băng/tan băng (gọi tắt phương pháp AASHTO T283*) AASHTO T283* sử dụng để kiểm tra đánh hiệu phụ gia tăng dính bám, độ nhạy ẩm BTN, áp dụng giai đoạn: thiết kế thành phần BTN, kiểm tra chất lượng thi công BTN khai thác Chương NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM TRONG PHÒNG ĐÁNH GIÁ HIỆU QUẢ CỦA CÁC PHỤ GIA TĂNG DÍNH BÁM HIỆN CĨ Ở VIỆT NAM 3.1 Nghiên cứu xác định hàm lượng phụ gia vôi hydrat tối ưu để xử lý trước bề mặt đá dăm nhằm cải thiện khả dính bám đá-nhựa cho BTN 3.1.1 Mục đích nghiên cứu Mục đích nghiên cứu phần đánh giá hiệu giải pháp sử dụng vôi hydrat để xử lý trước bề mặt đá dăm nhằm cải thiện khả dính bám đá-nhựa xác định tỷ lệ vôi hydrat tối ưu 11 3.1.2 Tóm tắt trình tự tiến hành nghiên cứu thực nghiệm 1) Thiết kế thành phần BTNC12.5 theo QĐ 858 Sau hồn thành cơng tác thiết kế thành phần BTNC12.5 tiến hành thí nghiệm LVBX theo QĐ 1617-Phương pháp A để có sở chấp thuận kết thiết kế 2) Xử lý trước bề mặt đá vôi đá granite với tỷ lệ vôi hydrat khác (theo khối lượng đá dăm) là: 0% (không xử lý trước), 0.5, 1.0, 1.5 2.0% 3) Thí nghiệm xác định TSk, TSbh, TSR với tập mẫu BTNC12.5 xử lý trước vôi hydrat theo AASHTO T283* 4) Phân tích kết thí nghiệm TSk, TSbh, TSR theo AASHTO T283* mẫu 0% (không xử lý trước), 0.5, 1.0, 1.5 2.0% để đánh giá hiệu vôi hydrat xác định tỷ lệ vôi hydrat tối ưu sử dụng để xử lý trước bề mặt đá dăm 5) Thí nghiệm LVBX với BTNC12.5 có tỷ lệ vơi hydrat tối ưu để đánh giá xem kết luận rút sau thí nghiệm LVBX có tương đồng với kết luận rút sau thí nghiệm AASHTO T283* hay không 3.1.3 Thiết kế thành phần hỗn hợp BTNC12.5 Sử dụng loại đá dăm: 1) đá Granite mỏ Xuân Long – Thừa thiên Huế 2) đá vơi tỉnh Hà Nam, có độ dính bám đạt cấp 3; cát tự nhiên Sơng Lơ Việt trì; bột khoáng: Kiện Khê, Hà Nam nhựa đường 60/70 Shell để thiết kế Việc thiết kế thành phần BTNC12.5 theo quy định QĐ 858 Các tiêu kỹ thuật hỗn hợp BTNC12.5 thiết kế ứng với hai loại đá dăm thể Bảng 3.1 Bảng 3.1 Các tiêu kỹ thuật BTNC12.5 thiết kế Các tiêu kỹ thuật BTNC12.5, BTNC12.5, YCKT đá granite đá vôi (QĐ 858) Hàm lượng nhựa tối ưu, 4.5 4.6 % 13.99 10.50 Min 8.0 Độ ổn định Marshall, kN Độ dẻo, mm Độ rỗng dư, Va % Độ rỗng cốt liệu VMA, 3.48 4.64 14.40 2.86 4.45 14.68 1,5 ÷ 4÷6 Min 14.0 (với 12 Các tiêu kỹ thuật % Độ rỗng lấp đầy nhựa VFA, % Độ ổn định lại, % Tỷ trọng khối, g/cm3 LVBX, mm BTNC12.5, đá granite BTNC12.5, đá vôi 67.75 69.65 92.74 2.38 9,45 94.64 2.47 YCKT (QĐ 858) Va=4.5%) 65 - 75 Min 80 Max 12 Nhận xét: Hỗn hợp BTNC12.5 thiết kế thỏa mãn quy định QĐ 858 3.1.4 Xử lý trước bề mặt đá dăm với vôi hydrat Sử dụng vôi hydrat công ty Cổ phần hóa chất Minh Đức-Hải Phòng sản xuất (thỏa mãn quy định AASHTO M303) để xử lý bề mặt đá dăm Việc xử lý bề mặt đá dăm vôi hydrat tiến hành theo hướng dẫn Hiệp hội vôi Châu Âu (EuLA) Tiến hành trộn vôi hydrat với tỷ lệ 0%, 0.5%, 1.0%, 1.5% 2.0% với hỗn hợp đá dăm làm ẩm bề mặt, sau đưa vào tủ sấy sấy đến khối lượng khơng đổi 3.1.5 Thí nghiệm ảnh hưởng nước đến hỗn hợp BTN đầm nén Tổng cộng có 54 mẫu thử chế tạo Kết thí nghiệm thể bảng 3.5 Bảng Kết thí nghiệm cường độ kéo ép chẻ mẫu BTNC12.5 với đá vôi, đá granite, tỷ lệ vôi hydrat khác Đá granite Đá vôi Tỷ lệ vôi TSk TSbh, TSR TSk TSbh, TSR hydrat, % kPa kPa % kPa kPa % 782.9 704.1 90 714.9 628.8 88 0.5 783.6 717.2 91.5 1.0 842.3 791.2 93.9 788.2 714.2 90.6 1.5 745.2 682.5 91.6 681.8 604.7 88.7 2.0 670.8 621.0 92.6 649.9 537.6 82.7 Từ kết bảng 3.5 có nhận xét sau: Tỷ lệ vơi hydrat tối ưu để xử lý trước đá granite đá vôi cho BTNC12.5 1.0% 13 Dựa kết bảng 3.5 để phân tích ANOVA Qua phân tích cho thấy kết thí nghiệm có ý nghĩa thống kê với hệ số p4.5% nhựa tối ưu, % Độ rỗng dư, Va 4.88 4.85 4.84 5.72 4.70 4%-6% Độ rỗng cốt 14.84 14.52 14.25 16.58 15.01 >13% liệu, VMA Độ rỗng lấp đầy 65% ÷ 67.11 66.59 66.06 65.48 68.66 nhựa, VFA 75% HLVBX, mm 11,49 6,41 6,80 14,69 7,31 Max 12 Nhận xét: Riêng BTNC12.5 với đá Đắc Lắc thiết kế không thỏa mãn QĐ 858 LVBX lớn quy định Tuy nhiên sử dụng để nghiên cứu, xem đưa TFH vào LVBX có thỏa mãn QĐ 858 hay khơng 3.2.4 Thí nghiệm ảnh hưởng nước đến hỗn hợp BTN đầm nén Sử dụng kết thiết kế thành phần BTNC12.5 xác lập mục 3.2.3 với tỷ lệ thành phần (đá dăm, cát, bột khoáng, hàm lượng nhựa) biết để chế tạo thử BTNC12.5 Tổng cộng có 120 mẫu thử BTNC12.5 15 Kết thí nghiệm xác định TSkh, TSbh, TSR mẫu thử BTNC12.5 ứng với loại đá dăm, tỷ lệ phụ gia TFH (0%, 0.1%, 0.15% 0.2%) thể hình từ hình 3.15 đến hình 3.24 Nhận xét: 1) TFH có hiệu việc cải thiện khả kháng ẩm (cải thiện độ dính bám đá-nhựa) cho BTNC12.5 cho loại Biểu đáđồdăm tỷ lệ độ bền kéo gián tiếp 95% CI for the Mean 100 Tỷ lệ độ bền kéo (%) 90 91.32 91.38 Nhựa 60/70 Nhựa 60/70+0.1%PG 93.66 92.69 Nhựa 60/70+0.15%PG Nhựa 60/70+0.2%PG 80 70 60 50 40 30 20 10 Individual standard deviations were used to calculate the intervals Hình 3.15 TSk TSbh mẫu Hình 3.16 TSR mẫu BTNC12.5 đá granite Bình Định BTNC12.5 đá granite Bình Định Hình 3.17 TSk TSbh mẫu Hình 3.18 TSR mẫu BTNC12.5 đá granite Đà Nẵng BTNC12.5 đá granite Đà Nẵng Hình 3.19 TSk TSbh mẫu BTNC12.5 đá granite Hà Tĩnh Hình 3.20 TSR mẫu BTNC12.5 đá granite Hà Tĩnh 16 Hình 3.21 TSk TSbh mẫu Hình 3.22 TSR mẫu BTNC12.5 đá granie Đăk Lăk BTNC12.5 đá granie Đăk Lăk Hình 23 TSk TSbh mẫu Hình 3.24 TSR mẫu BTNC12.5 đá vơi Ninh Bình BTNC12.5 đá vơi Ninh Bình 2) TSbh, TSR đá granite Bình Định, Đà Nẵng, Hà Tĩnh đạt giá trị lớn hàm lượng 0.15% nên hàm lượng TFh tối ưu cho loại đá 0.15% Với đá granite Dak Lak đá vơi Nình Bình TSbh, TSR đạt giá trị cao hàm lượng TFH=0.15%-0.2%, nhiên hiệu TFH=0.2% so với TFH=0.15% tăng không đáng kể (khoảng 2%), nên chọn giá trị tối ưu cho loại đá TFH=0.15% Vậy hàm lượng TFH tối ưu cho loại đá 0.15% 3.2.5 Thí nghiệm LVBX BTNC12.5 có tỷ lệ TFH tối ưu 0.15% Qua kết thí nghiệm LVBX theo QĐ1617-Phương pháp A cho thấy: Phụ gia TFH=0.15% có hiệu làm tăng khả kháng LVBX đá vôi đá granite Nhận xét tương đồng với nhận xét rút từ thí nghiệm với AASHTO T283* 17 Với BTNC12.5 dùng đá Đak Lak, TFH=0,15% LVBX giảm 13.37 mm, thấp 14,69 mm vượt giá trị cho phép nên BTNC12,5 dùng đá Đak Lak thiết kế khơng phù hợp Hình 3.25 So sánh LVBX BTNC12.5 có khơng có TFH=0.15% 3.3 Đánh giá hiệu phụ gia tăng dính bám cho BTNC12.5 sử dụng cốt liệu dính bám miền Trung 3.3.1 Mục đích nghiên cứu So sánh hiệu loại phụ gia: vôi hydrat, xi măng, Wetfix Be, Toughfix, Toughfix Hyper Zycotherm có Việt Nam thước đo chung sử dụng loại đá dăm dính bám (dính bám cấp 2), loại BTNC12.5 3.3.2 Lựa chọn vật liệu Đá dăm mỏ Weicovina Km 76-Km77, QL1A, có độ dính bám (cấp 2), Nhựa đường 60/70 Shell Singapor, bột khoáng Hà Nam, cát xay Tỷ lệ phụ gia lựa chọn để nghiên cứu xem bảng 3.11 Bảng 3.11 Tỷ lệ phụ gia tăng dính bám lựa chọn để nghiên cứu TT Loại phụ Khoảng tỷ lệ Tỷ lệ khuyến nghị sử dụng gia khuyến nghị phổ biến-Tỷ lệ lựa chọn sử dụng Wetfix Be 0.2% ÷ 0.5% 0.3% khối lượng nhựa đường Tough Fix 0.2% ÷ 05% 0.3% khối lượng nhựa đường Toughfix 0.1% ÷ 0.3% 0.15% khối lượng nhựa đường Hyper Zycotherm 0.1% ÷ 0.3% 0.15% khối lượng nhựa đường Vơi hydrat 1% ÷ 2% 1.5% khối lượng cốt liệu Xi măng 1.5% khối lượng cốt liệu (chọn với vôi hydrat) 3.3.3 Thiết kế thành phần hỗn hợp BTNC12.5 Cấp phối hỗn hợp cốt liệu sử dụng thí nghiệm cấp phối sử 18 dụng cho gói thầu A1- Dự án đường Cao tốc Đà Nẵng – Quảng Ngãi Việc thiết kế thành phần BTNC12.5 theo quy định QĐ 858 TCVN 8819:2011 Kết thiết kế hỗn hợp BTNC12.5 (khơng có phụ gia) thể bảng 3.12 Bảng 3.12 Các tiêu kỹ thuật hỗn hợp BTNC12.5 (khơng có phụ gia tăng dính bám) TCVN TT Các tiêu thiết kế Kết 8819:2011 Hàm lượng nhựa, % 4,7 Khối lượng thể tích, g/cm3 2,356 - Tỷ trọng lớn trạng thái rời Gmm, g/cm3 2,501 - Độ rỗng dư Va, % 4,7 4–6 14,14 ≥ 13,5 66,76 65 – 75 12,11 ≥ 8,0 Độ rỗng cốt liệu hỗn hợp BTN đầm nén VMA, % Độ rỗng lấp đầy nhựa hỗn hợp BTN đầm nén VFA, % Độ ổn định Marshall 60˚C, kN Độ dẻo Marshall 60˚C, mm 3,05 1,5 – 4,0 Độ sâu LVBX, mm 3,67 ≤ 12,5 Qua kết Bảng 3.12 có nhận xét: Ngoại trừ tiêu độ dính bám đá-nhựa thấp (cấp 2), tiêu kỹ thuật khác thỏa mãn quy định TCVN 8819:2011 QĐ858 3.3.4 Thí nghiệm độ dính bám theo TCVN 7504:2005 Kết thí nghiệm độ dính bám nhựa đường 60/70 với loại phụ gia thể bảng 3.13 Bảng 3.13 Kết thí nghiệm độ dính bám ứng với loại phụ gia TT Loại phụ gia cho nhựa Kết độ dính Kết đường 60/70 bám chi tiết Khơng có phụ gia Cấp (10/10 viên) Cấp 2 Cấp (6/10 viên) Cấp 4* Tough Fix 0,3% Cấp (4/10 viên) 19 Cấp (7/10 viên) Cấp Cấp (3/10 viên) Cấp (10/10 viên) Cấp Cấp (8/10 viên) Cấp Wetfix Be 0,3% Cấp (2/10 viên) Cấp (8/10 viên) Cấp Vôi thủy hóa 1,5% Cấp (2/10 viên) Cấp (6/10 viên) Cấp Xi măng 1.5% Cấp (4/10 viên) Chú thích: “*” châm chước, có nhièu mẫu khơng đạt cấp Nhận xét: Qua kết bảng 3.13 cho thấy loại phụ gia đưa vào nhựa đường nhìn chung thấy cải thiện độ dính bám đá-nhựa, độ dính bám tăng từ cấp đến cấp 3.3.5 Thí nghiệm đánh nước đến hỗn hợp BTN đầm nén Tổng cộng có 42 mẫu thử BTNC12.5 Kết thí nghiệm TSR, TSbh trung bình tổ mẫu BTNC12.5 thể hình 3.27 hình 3.28 Tough Fix Hyper 0,15% Zycotherm 0,15% Hình 3.27 Biểu đồ giá trị TSR Hình 28 Biểu đồ đánh giá mức ứng với loại phụ gia độ tăng TSbh (theo %) Kết luận: 1) Tất loại phụ gia tăng dính bám có hiệu 2) Hiệu loại phụ gia tăng dính bám xếp theo thứ tự từ cao xuống thấp sau: 1) vôi hydrat (TSbh tăng 64% so với TSbh khơng có phụ gia); 2) xi măng (TSbh tăng 62%); 3) Zycotherm (TSbh tăng 47%); 4) Wetfix Be (TSbh tăng 45%); 5) Tough Fix (TSbh tăng 44%); 6) Tough Fix Hyper (TSbh tăng 36%) 20 Chương NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM HIỆN TRƯỜNG ĐÁNH GIÁ HIỆU QUẢ CỦA PHỤ GIA TĂNG DÍNH BÁM TRÊN MỘT SỐ ĐOẠN ĐƯỜNG KHU VỰC MIỀN TRUNG 4.1 Khảo sát độ nhạy ẩm đoạn đường Km1249+200 Km1249+300, QL1A sau năm khai thác 4.1.1 Mục đích nghiên cứu AASHTO T283* có ưu điểm có khả xác định độ nhạy ẩm BTN thời gian sau đưa đường vào khai thác, nhiên chưa áp dụng Việt Nam Vì sử dụng AASHTO T283* để khảo sát xác định độ nhạy ẩm đoạn đường sau thời gian khai thác cần thiết 4.1.2 Khảo sát lựa chọn đoạn đường nghiên cứu, khoan mẫu BTN Đoạn đường nghiên cứu lựa chọn đoạn Km1249+200- Km1249+300 (100 m), có đặc thù: 1) Mặt đường thường xuyên bị đọng nước sau mưa; 2) Mặt đường bị bong tróc, lộ mặt đá dăm Tiến hành khoan 12 mẫu dọc theo đoạn nghiên cứu (hình 4.2) 4.1.3 Đánh giá chất lượng mặt đường đoạn nghiên cứu thời điểm bắt đầu khai thác Qua kết kiểm định chất lượng thi công tuyến đường Dự án xây dựng mở rộng QL1, Km 1212+400 – Km 1265 thực cuối năm 2015 cho thấy đoạn đường có chất lượng thi công tốt, ngoại trừ độrỗng dư BTNC12 cao (7.6%) 4.1.4 Thí nghiệm xác định độ nhạy ẩm BTN đoạn nghiên cứu Việc bảo dưỡng mẫu khô, mẫu bão Hình 4.2 Khoan mẫu BTN hòa thí nghiệm xác định TSk, đoạn nghiên cứu TSbh, TSR theo AASHTO T283* Kết thí nghiệm xác định cường TSk, TSbh xem bảng 4.4 bảng 4.5 21 Bảng 4 Cường độ kéo gián tiếp ép chẻ mẫu khô, TSk Số hiệu mẫu 10 11 12 10.79 8.22 8.74 8.02 7.00 Độ rỗng dư, % Pa 8.15 TSk, kPa S1 847.9 784.3 870.5 774.6 820.0 830.1 S1tb 821.2 TSk tb, kPa Bảng Cường độ kéo gián tiếp ép chẻ mẫu bão hòa, TSbh Số hiệu mẫu Độ rỗng dư, % Pa 8.04 8.72 9.73 9.36 7.69 8.97 Độ bão hoà, % S’ 73.39 74.97 73.01 75.15 73.47 75.78 TSbh, kPa S2 532.1 583.2 551.4 572.1 646.6 578.2 TSbh tb, kPa S2tb 573.3 Hệ số cường độ kéo gián tiếp ép chẻ TSR=(573.3/821.2)%=70.3 % Kết phân tích thống kê sử dụng TSk, TSbh bảng 4.4 bảng 4.5 cho thấy độ lệch độ chụm thỏa mãn yêu cầu Nhận xét: Độ nhạy ẩm BTN đoạn đường nghiên cứu sau thời gian năm khai thác xác định TSR =70.3%, nhỏ ngưỡng TSR= 80% nên nói chất lượng mặt đường BTN bị suy giảm Sự suy giảm có nguyên nhân liên quan đến tác động nước độ rỗng dư lớp mặt BTNC12.5 cao (trung bình 7.6%) dẫn đến mặt đường bị bong tróc, BTNC12.5 sử dụng phụ gia Wetfix Be 4.2 Đánh giá hiệu phụ gia ToughFix giai đoạn thi công đoạn đường Km66+700- Km67+200, cao tốc Đà NẵngQuảng Ngãi 4.2.1 Mục đích nghiên cứu Phụ gia tăng dính bám phát huy hiệu thực tốt công tác thiết kế thành phần BTN kiểm soát chất lượng thi công Việc đánh giá hiệu Tough Fix (TF) giai đoạn thiết kế thành phần BTN thực mục 3.3 - chương Cần thiết tiếp tục đánh giá hiệu Tough Fix giai đoạn thi công 22 4.2.2 Đánh giá hiệu phụ gia Toughfix với BTNC12.5 trạm trộn Việc lấy mẫu rời BTNC12.5 thực vào 19/05/2018, nhà thầu thi công BTN hai xe thuộc đoạn Km66+700 đến Km67+200 (hướng Đà Nẵng Quảng Ngãi) Tiến hành chế tạo mẫu thử 1, mẫu thử thí nghiệm mẫu theo AASHTO T283* Kết thí nghiệm xác định TSk, TSbh BTNC12.5 thể hình 4.9, TSR BTNC12.5 thể hình 4.10 Hình TSk, TSbh Hình 4.10 TSR BTNC12.5, BTNC12.5, 0.3% TF xe 0.3% TF xe Nhận xét: TSR hai cao gần (93.5% 94.6%) cho thấy chất lượng sản xuất BTNC12,5 trạm trộn tốt sở để phụ gia Toughfix phát huy hiệu cho BTN 4.2.3 Đánh giá hiệu Toughfix, tỷ lệ 0.3% giai đoạn lu lèn BTNC12.5 Tiến hành khoan mẫu BTNC12.5 Làn (rộng m), mẫu BTNC12.5 Làn (rộng 5.8 m) để thí nghiệm theo AASHTO T283* Kết thí nghiệm TSk, TSbh, TSR thể hình 4.13 hình 14 Nhận xét: TSR hai cao gần (95% 97%) cho thấy chất lượng lu lèn BTNC12.5 tốt, tạo điều kiện để phụ gia Toughfix có hiệu cho BTN 23 Hình 4.13 TSk, TSbh Hình 14 TSR BTNC12.5, 0.3% BTNC12.5, 0.3% TF Kết luận: Kết hợp với kết thí nghiệm đánh giá hiệu Toughfix giai đoạn thiết kế mẫu BTN (mục 3.3 – chương 3) cho thấy phụ gia Toughfix có hiệu tốt giai đoạn thiết kế thành phần BTN giai đoạn thi công Đây sở để phụ gia Toughfix phát huy hiệu tốt việc tăng khả kháng ẩm BTNC12.5 giai đoạn khai thác sau KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Kết luận Những đóng góp luận án kể đến là: 1) Đã phân tích chi tiết vai trò, chế hoạt động, tính loại phụ gia tăng dính bám đá nhựa cho BTN có Việt Nam Wetfix Be, Toughfix, Toughfix Hyper, Zycotherm, vôi hydrat 2) Đã lựa chọn phương pháp thí nghiệm phù hợp với điều kiện Việt Nam: - Thí nghiệm đánh giá ảnh hưởng nước đến cường độ hỗn hợp BTN đẩm nén (AASHTO T283-14*): phương pháp thí nghiệm chủ đạo nhằm đánh giá khả kháng ẩm BTN đánh giá hiệu tất loại phụ gia tăng khả dính bám giai đoạn thiết kế, thi cơng khai thác (đánh giá độ nhạy ẩm theo thời gian) - Thí nghiệm xác định độ dính bám với đá theo TCVN 7504: 2005: áp dụng để xác định khả dính bám nhựa đá dăm đánh 24 giá hiệu loại phụ gia tăng khả dính bám giai đoạn thiết kế thành phần BTN 3) Kết đạt qua nghiên cứu thực nghiệm phòng: - Xác định hàm lượng phụ gia vôi hydrat tối ưu áp dụng để xử lý bề mặt đá dăm 1.0 % cho BTNC12.5 - Xác định hàm lượng phụ gia Toughfix Hyper tối ưu 0.15% cho BTNC12.5 - loại phụ gia tăng dính bám có Việt Nam có hiệu cho BTNC12.5 sử dụng đá dăm có độ dính bám Hiệu phụ gia tăng dính bám xếp theo thứ tự từ cao xuống thấp là: 1) Vôi hydrat; 2) Xi măng; 3) Wetfix Be; 4) Zycotherm; 5) ToughFix; 6) Tough Fix Hyper 4) Kết đạt qua nghiên cứu thực nghiệm trường: - Đã khảo sát xác định độ nhạy ẩm đoạn đường nghiên cứu (Km1249+200- Km1249+300 thuộc QL 1A) sau thời gian năm khai thác TSR=70.3% - Đã thí nghiệm đưa kết luận phụ gia Toughfix cho BTNC12.5 có hiệu giai đoạn thi công đoạn nghiên cứu, Km66 + 700 -Km67+200, thuộc Dự án xây dựng đường ô tô cao tốc Đà Nẵng-Quảng Ngãi Kiến nghị 1) Kiến nghị sử dụng rộng rãi phụ gia vôi hydrat để cải thiện khả dính bám cho BTN có sử dụng đá dăm có độ dính bám kém, với khu vực miền Trung 2) Kiến nghị sử dụng rộng rãi phương pháp thí nghiệm đánh giá ảnh hưởng nước đến hỗn hợp BTN đầm nén theo AASHTO T283* để đánh giá đánh giá độ nhạy ẩm, đánh giá hiệu phụ gia tăng dính bám giai đoạn thiết kế thành phần BTN, thi công khai thác ... đề sau: Nghiên cứu sở khoa học, phân tích chế dính bám đá -nhựa, suy giảm dính bám đá -nhựa nhân tố ảnh hưởng đến dính bám đ nhựa; phân tích chế hoạt động loại phụ gia tăng dính bám Nghiên cứu lựa... hợp BTN, suy giảm dính bám đá -nhựa, giải pháp cải thiện dính bám đá -nhựa sử dụng phụ gia tăng dính bám Phân tích vai trò, chế hoạt động loại phụ gia tăng dính bám đá nhựa cho BTN có nước ta:... cứu lý thuyết sở khoa học dính bám đá -nhựa phụ gia tăng dính bám; nghiên cứu thực nghiệm đánh giá hiệu phụ gia tăng dính bám có Việt Nam cho lớp mặt BTNC12.5 (sử dụng nhựa đường 60/70), lớp vật