Nghiên cứu đề xuất giải pháp cấp phối để nâng cao cường độ và khả năng kháng hằn lún vệt bánh xe cho hỗn hợp bê tông nhựa rải nóng sử dụng vật liệu địa phương

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG NGUYỄN TẤN CHÁNH NGHIÊN CỨU ĐỀ XUẤT GIẢI PHÁP CẤP PHỐI ĐỂ NÂNG CAO CƯỜNG ĐỘ VÀ KHẢ NĂNG KHÁNG HẰN LÚN VỆT BÁNH XE CHO HỖN HỢP BÊ TÔNG NHỰA RẢI NÓNG SỬ DỤNG VẬT LIỆU ĐỊA PHƯƠNG Chuyên ngành: Kỹ thuật xây dựng cơng trình giao thơng Mã số: 60 58 02 05 TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT Đà Nẵng – Năm 2015 Cơng trình hoàn thành ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG Người hướng dẫn khoa học: TS NGUYỄN HỒNG HẢI Phản biện 1: GS.TS Vũ Đình Phụng Phản biện 2: PGS TS Phan Cao Thọ Luận văn bảo vệ trước Hội đồng chấm Luận văn tốt nghiệp thạc sĩ kỹ thuật họp Đại học Đà Nẵng vào ngày tháng 08 năm 2015 Có thể tìm hiểu luận văn tại:  Trung tâm Thông tin-Học liệu, Đại học Đà Nẵng  Thư viện Trường đại học bách khoa, Đại học Đà Nẵng MỞ ĐẦU Tính cấp thiết đề tài Mặt đường bê tơng nhựa (BTN) có nhiều ưu điểm như: đảm bảo êm thuận, tiếng ồn, sinh bụi loại mặt đường khác, công tác tu bảo dưỡng đơn giản, dễ dàng sửa chữa, nâng cấp Vì thế, sử dụng rộng rãi Việt Nam giới Tuy nhiên, trình khai thác, tác dụng tải trọng xe chạy điều kiện khí hậu thời tiết, lớp bê tông nhựa thường xuất hư hỏng như: nứt, lún vệt bánh xe, nhựa bề mặt ảnh hưởng lớn chất lượng khai thác, điều kiện chạy xe tiềm ẩn nhiều nguy an tồn giao thơng, đặc biệt vào ban đêm mùa mưa Đã có nhiều nghiên cứu nước nguyên nhân giải pháp khắc phục tượng hằn lún vệt bánh xe (HLVBX) mặt đường BTN Tuy nhiên Việt Nam nay, vấn đề chưa giải triệt để Với mong muốn đóng góp phần nhỏ cho việc tìm kiếm giải pháp có tính khả thi, chi phí giá thành hợp lý để khắc phục hạn chế hư hỏng mặt đường bê tông nhựa, tác giả chọn đề tài: “Nghiên cứu đề xuất giải pháp cấp phối để nâng cao cường độ khả kháng hằn lún vệt bánh xe cho hỗn hợp bê tơng nhựa rải nóng sử dụng vật liệu địa phương” Mục tiêu nghiên cứu: Nghiên cứu đề xuất giải pháp thành phần cấp phối hạt cho hỗn hợp bê tơng nhựa rải nóng sử dụng cốt liệu địa bàn thành phố Đà Nẵng nhằm nâng cao cường độ khả kháng HLVBX Đối tượng phạm vi nghiên cứu: a) Đối tượng nghiên cứu Các mối liên hệ thành phần cấp phối BTN đến cường độ, độ ổn định cường độ khả kháng vệt hằn bánh xe của hỗn hợp bê tơng nhựa rải nóng b) Phạm vi nghiên cứu Ảnh hưởng cấp phối hạt đến cường độ khả kháng hằn lún vệt bánh xe cho hỗn hợp BTN chặt rải nóng Dmax12.5 Dmax19, sử dụng cốt liệu địa phương (thành phố Đà Nẵng) Phương pháp nghiên cứu - Nghiên cứu lý thuyết - Nghiên cứu thực nghiệm Bố cục đề tài Luận văn gồm phần: - Phần mở đầu - Chương 1: Hiện tượng hằn lún vệt bánh xe mặt đường bê tông nhựa yếu tố ảnh hưởng - Chương 2: Các dạng đường cong cấp phối hạt sử dụng thiết kế cấp phối bê tông nhựa - Chương 3: Khảo sát đường cong cấp phối hạt vị trí có tượng HLVBX số tuyến đường khai thác - Chương 4: Đề xuất cấp phối sử dụng cho hỗn hợp bê tông nhựa Dmax12.5 Dmax19 cải thiện khả kháng HLVBX - Kết luận kiến nghị CHƯƠNG HIỆN TƯỢNG HẰN LÚN VỆT BÁNH XE TRONG MẶT ĐƯỜNG BÊ TÔNG NHỰA VÀ CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG 1.2 ĐẶT VẤN ĐỀ Hằn lún vệt bánh xe (HLVBX) tượng biến dạng bề mặt mặt đường theo phương dọc vệt bánh xe mặt đường tích lũy biến dạng dư theo thời gian tác dụng lặp lại tải trọng bánh xe HLVBX làm cho hư hỏng kết cấu mặt đường làm trơn trượt xe chạy, gây nguy hiểm tới điều kiện an toàn chạy xe, đặc biệt điều kiện trời mưa vào ban đêm 1.3 BIẾN DẠNG KHÔNG HỒI PHỤC (BIẾN DẠNG DƯ) VÀ HIỆN TƯỢNG HẰN LÚN VỆT BÁNH XE TRONG MẶT ĐƯỜNG BTN 1.3.1 Biến dạng không phục hồi (biến dạng dư) 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 dư chia thành loại [12]: - Biến dạng toàn kết cấu áo đường - Biến dạng dẻo - Biến dạng tác dụng tải trọng xe (đầm nén thứ cấp) Hằn lún vệt bánh xe kết cấu mặt đường BTN trường hợp biến dạng dư tích lũy mặt đường mềm, thường xảy 75-100mm (3-4 inches) mặt đường bê tông nhựa 1.3.2 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 a Nhóm nguyên nhân khách quan - Ảnh hưởng yếu tố thời tiết, khí hậu - Ảnh hưởng lưu lượng tải trọng xe chạy b Nhóm nguyên nhân chủ quan Đối với nhóm ngun nhân chủ quan, ngồi ngun nhân chất lượng lớp nền, móng khơng bảo đảm; kết nghiên cứu gần cho thấy hầu hết vệt hằn bánh xe xảy phần thuộc lớp bề mặt bê tông nhựa (Ahmed Attia, 2013; Gaballa, 1993) Kết luận: Trên sở nguyên nhân phân tích tượng hằn lún vệt bánh xe mặt đường BTN, luận văn tập trung nghiên cứu, phân tích ảnh hưởng việc lựa chọn cốt liệu thành phần cấp phối hạt đến khả kháng HLVBX BTN rải nóng 1.4 KHẢ NĂNG KHÁNG HẰN LÚN VỆT BÁNH XE CỦA BTN [12] Khả kháng hằn lún vệt bánh xe (hay sức kháng cắt) bê tông nhựa sức kháng kết hợp cốt liệu khoáng vữa asphalt, biễu diễn phương trình Mohr-Coulomb:  = c + .tan  Trong đó: - cường độ kháng cắt hỗn hợp bê tông nhựa; c - lực dính bê tơng nhựa Trong trường hợp này, phần lực dính tạo thành vữa asphalt;  - ứng suất hỗn hợp bê tơng nhựa;  - góc nội ma sát cốt liệu khống tạo Phương trình (1.1) cho thấy ảnh hưởng lớn tính chất đặc trưng cốt liệu khoáng đến sức kháng cắt BTN, thơng qua thơng số: lực dính c góc nội ma sát  1.5 ẢNH HƯỞNG CỦA CÁC ĐẶC TRƯNG CỐT LIỆU ĐẾN CƯỜNG ĐỘ VÀ KHẢ NĂNG KHÁNG VỆT HẰN BÁNH XE CỦA BTN NÓNG [12] 1.5.1 Cốt liệu Trong hỗn hợp bê tông nhựa, cốt liệu đóng vai trò tạo nên khung chịu lực tốt để chống tác dụng tải trọng trùng phục, tính chất đặc trưng cốt liệu có ảnh hưởng lớn đến khả kháng HLVBX hỗn hợp bê tông nhựa 1.5.2 Thành phần cấp phối 1.5.3 Cốt liệu mịn 1.5.4 Cốt liệu thô 1.5.5 Kết luận 1.6 MỘT SỐ GIẢI PHÁP KỸ THUẬT NÂNG CAO CƯỜNG ĐỘ VÀ KHẢ NĂNG KHÁNG HẰN LÚN VỆT BÁNH XE CHO MẶT ĐƯỜNG BÊ TƠNG NHỰA NĨNG 1.6.1 Giải pháp kết cấu - Thay đổi chiều dày kết cấu áo đường BTN có sử dụng phụ gia cải thiện cường độ khả kháng HLVBX; - Sử dụng lớp móng có gia cố chất liên kết vô cơ; - Sử dụng mặt đường bê tông xi măng; 1.6.2 Giải pháp thiết kế cấp phối hỗn hợp BTN - Thiết kế cấp phối cốt liệu cho hỗn hợp bê tông nhựa theo hướng giảm hàm lượng hạt mịn [1] - Tăng độ rỗng cốt liệu - Khống chế khoảng độ rỗng dư hỗn hợp bê tông nhựa - Tăng số lần đầm chế tạo mẫu thí nghiệm Marshall - Sử dụng cát xay thay cho cát tự nhiên - Khống chế hàm lượng cốt liệu thô cốt liệu mịn - Sử dụng chất kết dính (nhựa đường) có độ cứng lớn - Kiểm soát chặt chẽ yêu cầu cốt liệu 1.7 KẾT LUẬN Có nhiều giải pháp để nâng cao cường độ khả kháng hằn lún vệt bánh xe cho bê tông nhựa Trong đó, giải pháp cốt liệu lựa chọn thành phần cấp phối hợp lý, sở nguồn vật liệu sẵn có địa phương để sản xuất BTN, nhằm giảm chi phí xây dựng đảm bảo yêu cầu kỹ thuật xem giải pháp tiết kiệm hiệu điều kiện kinh tế khó khăn, cần nhiều nguồn vốn cho đầu tư xây dựng hạ tầng giao thông nước ta CHƯƠNG CÁC DẠNG ĐƯỜNG CONG CẤP PHỐI HẠT SỬ DỤNG TRONG THIẾT KẾ CẤP PHỐI BÊ TÔNG NHỰA 2.1 ĐẶT VẤN ĐỀ Trong hỗn hợp bê tông nhựa, cốt liệu chiếm khoảng 85% tổng thể tích, đặc tính hỗn hợp bê tông nhựa thường chịu ảnh hưởng lớn tính chất cốt liệu, bao gồm: thành phần hạt, hình dạng kích thước hạt, độ góc cạnh đặc trưng bề mặt (độ ghồ ghề) Đây tính chất có ảnh hưởng đến việc hình thành độ rỗng khung cốt liệu, khả chịu cắt kháng hằn lún vệt bánh bê tông nhựa tác dụng tải trọng xe chạy yếu tố khí hậu thời tiết [13] 2.2 MỘT SỐ KHÁI NIỆM VÀ PHÂN LOẠI BÊ TÔNG NHỰA 2.2.1 Một số khái niệm  Hỗn hợp bê tơng nhựa nóng (Hot Mix Asphalt, HMA)  Cỡ hạt lớn (Maximum Size of Aggregate)  Cỡ hạt lớn danh định (Nominal Maximum Size of Aggregate)  Hàm lượng nhựa (Asphalt Content)  Hàm lượng nhựa tối ưu (Optimum Asphalt Content)  Ðộ rỗng dư (Air Voids)  Ðộ rỗng cốt liệu (Voids in The Mineral Aggregate) 2.2.2 Phân loại bê tông nhựa Theo TCVN 8819-2011 [4], bê tông nhựa phân loại sau:  Theo độ rỗng dư: - Bê tông nhựa chặt (BTNC) - Bê tông nhựa rỗng (BTNR)  Theo kích cỡ hạt lớn danh định - Bê tông nhựa chặt (BTNC): gồm loại + BTNC 9,5 (cỡ hạt lớn 12.5 mm); + BTNC 12,5 (cỡ hạt lớn 19 mm); + BTNC 19 (cỡ hạt lớn 25 mm); + BTNC 4,75 (cỡ hạt lớn 9,5 mm) - Bê tông nhựa rỗng (BTNR): gồm loại + BTNR 19 (cỡ hạt lớn 25 mm); + BTNR 25 (cỡ hạt lớn 31,5 mm); + BTNR 37,5 (cỡ hạt lớn 50 mm) 2.3 LÝ THUYẾT ĐƯỜNG CONG CẤP PHỐI TỐT NHẤT 2.3.1 Các dạng đường cong cấp phối - Cấp phối chặt (Dense-graded) - Cấp phối gián đoạn (Gap-graded) - Cấp phối hở (Open-graded) 2.3.2 Đường cong cấp phối lý tưởng Fuller Fuller đưa đường cong cấp phối lý tưởng, gọi đường dung trọng lớn (maximum density line), biểu diễn theo công thức: Trong đó: = (2.1) yi - phần trăm lọt sàng cốt liệu qua cỡ sàng thứ i; di - Kích thước lỗ sàng thứ i (mm); D - Kích thước lớn cốt liệu; n - Hệ số thực nghiệm Theo Fuller, n = 0.5; Theo đề nghị Cục đường liên bang Mỹ (FHWA), n = 0.45 2.3.3 Theo Superpave Superpave viết ngắn gọn cụm từ "Superior Performance Asphalt Pavement", phương pháp thiết kế BTN phát triển để thay phương pháp Hveem Marshall 10 100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 Hàm lượng lọt sàng tích luỹ (%) Fuller, n=0,5 22TCN 249-98 TCVN 8819-2011 QĐ 858 0.01 0.1 Cỡ sàng1(mm) 10 100 Hình 2.11: Đường cong cấp phối áp dụng cho BTNC 19 2.5.2 Đường cong cấp phối dự án nâng cấp QL1A ADB3 Hàm lượng lọt sàng tích luỹ (%) HRP2 100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 Fuller, n=0,5 QL1A-ADB3 QL1A-HRP2 QĐ 858 0.01 0.1 Cỡ sàng (mm) 10 100 Hình 2.12: Đường cong CP BTN lớp mặt dự án QL1A-ADB3 HRP2 2.6 KẾT LUẬN Cốt liệu chiếm tỷ lệ lớn bê tơng nhựa đóng vai trò quan trọng tạo khung chịu lực, thành phần cốt liệu có 11 ảnh hưởng lớn đến tính chất hỗn hợp bê tơng nhựa có tính chất cường độ khả kháng hằn lún vệt bánh xe CHƯƠNG KHẢO SÁT ĐƯỜNG CONG CẤP PHỐI HẠT TẠI CÁC VỊ TRÍ CĨ HIỆN TƯỢNG HẰN LÚN VỆT BÁNH XE TRÊN MỘT SỐ TUYẾN ĐƯỜNG ĐANG KHAI THÁC 3.1 GIỚI THIỆU HIỆN TRẠNG MẶT ĐƯỜNG TRÊN CÁC ĐOẠN TUYẾN NGHIÊN CỨU 3.1.1 Đường Tôn Đức Thắng, Quận Liên Chiểu – TP Đà Nẵng 3.1.2 Dự án Nâng cấp QL1A – ADB3 3.1.3 Quốc lộ 1A đoạn Km942 - Km1027 3.1.4 Nâng cấp, mở rộng QL1A Đoạn Hòa Cầm – Hòa Phước 3.2 NỘI DUNG KHẢO SÁT, THÍ NGHIỆM 3.2.1 Khảo sát, lấy mẫu trường Các vị trí lựa chọn nghiên cứu đoạn tuyến cụ thể sau: a Đường Tôn Đức Thắng, Quận Liên Chiểu – TP Đà Nẵng b Dự án Nâng cấp QL1A – ADB3 c Quốc lộ 1A đoạn Km942 - Km1027 d Nâng cấp, mở rộng QL1A Đoạn Hòa Cầm – Hòa Phước 3.2.2 Nội dung thí nghiệm Các mẫu đưa phòng thí nghiệm để xác định tiêu: Thành phần cấp phối hạt; Khối lượng thể tích; Độ rỗng dư; Độ rỗng cốt liệu 12 3.3 KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM 3.3.1 Đường Tôn Đức Thắng, Quận Liên Chiểu – TP Đà Nẵng HRP2 Fuller Hàm lượng lọt sàng (%) 100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0.01 Cỡ sàng (mm) 0.1 10 100 Hình 3.7: Đường cong TPH, mẫu lấy đường Tôn Đức Thắng 3.3.2 Dự án Nâng cấp QL1A – ADB3 Hàm lượng lọt sàng (%) 100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0.01 ADB3 Fuller Mẫu Mẫu 0.1 (mm) Cỡ sàng 10 100 Hình 3.8: Đường TPH (mẫu phân tích Dự án QL1A-ADB3) Ghi chú: - Mẫu 1: Mặt đường lún vệt bánh xe, sâu 12 cm - Mẫu 2: Mặt đường lún vệt bánh xe, sâu 5.2 cm - Mẫu 3: Mặt đường không bị lún vệt bánh xe 13 Hàm lượng lọt sàng (%) 3.3.3 Quốc lộ 1A đoạn Km942 - Km1027 (Dự án WB4) 100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0.01 WB4 Fuller Mẫu Mẫu Mẫu Mẫu 0.1 Cỡ sàng (mm) 10 100 Hình 3.9: Đường cong thành phần hạt (mẫu phân tích Dự án QL1A, đoạn Km942 - Km1027) Ghi chú: - Mẫu 1,2,3: Vị trí hằn lún vệt bánh xe - Mẫu 4: Vị trí khơng hằn lún vệt bánh xe 3.3.4 Nâng cấp, mở rộng QL1A Đoạn Hòa Cầm – Hòa Phước Hàm lượng lọt sàng (%) 100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0.01 22 TCN249-98 Fuller Mẫu Mẫu Mẫu Mẫu 0.1 (mm) Cỡ sàng 10 100 Hình 3.10: Biểu đồ thành phần cấp phối bê tông nhựa QL1A đoạn Hòa Cầm – Hòa Phước Ghi chú: - Mẫu 1,2,3: Vị trí hằn lún vệt bánh xe - Mẫu 4: Vị trí khơng hằn lún vệt bánh xe 14 3.4 KẾT LUẬN Đề tài tiến hành khảo sát, lấy mẫu phân tích đoạn tuyến thuộc Dự án cải tạo nâng cấp QL1A có xảy tượng hư hỏng HLVBX Để đảm bảo số liệu phân tích phản ánh ảnh hưởng thành phần cấp phối hạt đến khả xảy tượng HLVBX, mẫu thí nghiệm lấy theo dự án, đồng thời cho vị trí có khơng có xảy tượng HLVBX (ngồi trừ đoạn tuyến Tơn Đức Thắng) Đối chiếu kết tính tốn phân tích quan sát trường cho thấy: tỷ lệ thành phần hạt thô hạt mịn thành phần hạt cấp phối có vai trò quan trọng khả chịu lực hỗn hợp bê tơng nhựa Tại vị trí xảy tượng hằn lún vệt bánh xe cấp phối thường có có hàm lượng hạt thơ thấp hàm lượng hạt mịn cao so với cấp phối vị trí khơng xảy tượng hằn lún vệt bánh xe, đồng thời độ rỗng dư độ rỗng khung cốt liệu thường nhỏ trị số cho phép (trị số CA, FAc, FAf lớn) Điều giải thích lượng cốt liệu thơ khơng đủ để hình thành nên khung chịu lực kết cấu "treo lơ lửng" môi trường hạt mịn nên kết cấu có cường độ khả kháng HLVBX CHƯƠNG ĐỀ XUẤT CẤP PHỐI SỬ DỤNG CHO HỖN HỢP BÊ TÔNG NHỰA Dmax12.5 VÀ Dmax19 CẢI THIỆN KHẢ NĂNG KHÁNG HẰN LÚN VỆT BÁNH XE 4.1 ĐẶT VẤN ĐỀ Thực tế nay, nước ta thường sử dụng bê tông nhựa chặt 15 Dmax12.5 Dmax19 để làm lớp mặt mặt đường bê tơng nhựa Do đó, phạm vi nghiên cứu chương đề cập đến loại thành phần cấp phối nói 4.2 CÁC TÍNH CHẤT CỦA VẬT LIỆU SỬ DỤNG ĐỂ THÍ NGHIỆM 4.2.1 Đá dăm Đá dăm loại lấy từ mỏ đá Hốc Khế, xã Hòa Nhơn, huyện Hòa Vang, Thành phố Đà Nẵng 4.2.2 Cát Vật liệu cát sử dụng có nguồn gốc từ sơng Túy Loan, huyện Hòa Vang – Thành phố Đà Nẵng 4.2.3 Bột khoáng Bột khoáng sử dụng đề tài nghiên cứu sản xuất nhà máy Long Thọ, tỉnh Thừa Thiên Huế 4.2.4 Nhựa đường Nhựa đường sử dụng nhựa đường có độ kim lún 60/70, nhập từ Singapore, lấy kho nhựa đường Petrolimex Đà Nẵng 4.3 QUY HOẠCH THỰC NGHIỆM 4.3.1 Đề xuất cấp phối a Đối với cấp phối BTNC 12,5 Đường cong thành phần hạt cấp phối C12.5 để thí nghiệm thể hình 4.1 16 Hàm lượng lọt sàng (%) 100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0.01 QĐ 858 C12.5-1 C12.5-2 0.1 (mm) Cỡ sàng 10 100 10 100 Hình 4.1: Đường cong thành phần hạt cho cấp phối BTNC 12.5 Hàm lượng lọt sàng (%) b Đối với cấp phối BTNC 19 100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0.01 QĐ 858 C19 CP19-1 CP19-2 CP19-3 0.1 Cỡ sàng (mm) Hình 4.3: Đường cong thành phần hạt cho cấp phối BTNC 19 4.3.2 Chương trình thực nghiệm 4.4 NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP THÍ NGHIỆM 4.4.1 Xác định hàm lượng nhựa tối ưu theo phương pháp Marshall Công tác thiết kế hỗn hợp BTN theo phương pháp Marshall nhằm mục đích tìm hàm lượng nhựa tối ưu ứng với hỗn hợp cốt liệu chọn 17 Quá trình bước thí nghiệm tiến hành theo trình tự quy định tiêu chuẩn TCVN 8820-2011: "Hỗn hợp BTN nóng thiết kế theo phương pháp Marshall" [11] 4.4.2 Thí nghiệm vệt hằn bánh xe Thí nghiệm xác định độ sâu vệt hằn bánh xe thiết bị Wheel Tracking theo định số 1617/QĐ-BGTVT ngày 29/4/2014 Bộ trưởng Bộ Giao thông vận tải theo AASHTO T324-04 4.5 KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM 4.5.1 Kết xác định hàm lượng nhựa tối ưu Bảng 4.12: Tổng hợp kết hàm lượng nhựa tối ưu Hàm lượng nhựa tối STT Loại BTN Ký hiệu mẫu ưu (% theo hỗn hợp) BTNC Dmax19 BTNC Dmax12.5 C19-1 5.07 C19-2 5.0 C19-3 4.9 C12.5-1 5.10 C12.5-2 5.04 C12.5-3 4.95 18 4.5.2 Kết thí nghiệm tiêu lý Bảng 4.13: Tổng hợp kết thí nghiệm BTN C12.5 Cấp phối thí nghiệm ST T Chỉ tiêu thí nghiệm Khối lượng thể tích Tỷ trọng hỗn hợp bê tông nhựa Đơn vị CP12.5- CP12 CP12 Yêu cầu (*) 5-2 5-3 g/cm3 2.435 2.431 2.356 - 2.543 2.545 2.548 - % thể tích 4.23 4.47 7.55 4-6 % thể tích 15.00 14.70 17.64 > 13 kN mm 13.06 3.48 13.90 2.98 11.82 2.40 >8 1.5 - - Độ ổn định (Stability) - Độ ổn định lại 60 o C thời gian 24 so với độ ổn định ban đầu kN 11.86 12.75 11.23 % 90.81 91.73 95.01 > 80 Độ rỗng lấp đầy nhựa % 71.60 69.20 58.50 65 - 75 Hàm lượng nhựa so với hỗn hợp bê tông nhựa % 5.10 5.04 4.95 -6 Độ rỗng dư Độ rỗng cốt liệu khoáng Marshall 60 oC, thời gian 40 phút, - Độ ổn định (Stability) - Độ dẻo (Flow) Marshall 60 oC thời gian 24 giờ, (*) Theo TCVN 8819:2011 858 /QĐ-BGTVT ngày 26/03/2014 19 Bảng 4.14: Tổng hợp kết thí nghiệm BTN C19 Cấp phối thí nghiệm STT Chỉ tiêu thí nghiệm Đơn vị CP19- CP19- Yêu CP19-3 cầu* 2.439 2.416 - 2.546 2.545 2.545 - 1.95 4.17 5.08 4-6 tích 12.00 14.70 14.82 > 13 kN 12.45 12.70 13.30 >8 mm 3.14 3.10 2.67 1.5 - kN 10.56 11.84 12.26 với độ ổn định ban đầu % 84.82 93.23 92.18 > 80 Độ rỗng lấp đầy nhựa % 88.00 71.10 66.87 65 - 75 % 5.07 4.90 4.8 - 5.8 Khối lượng thể tích g/cm3 2.50 Tỷ trọng hỗn hợp bê tông nhựa % thể Độ rỗng dư tích Độ rỗng cốt liệu khoáng % thể o Marshall 60 C, thời gian 40 phút, - Độ ổn định - Độ dẻo o Marshall 60 C thời gian 24 giờ, - Độ ổn định - Độ ổn định lại 60 o C thời gian 24 so Hàm lượng nhựa so với hỗn hợp bê tông nhựa 5.00 (*) Theo TCVN 8819:2011 858 /QĐ-BGTVT ngày 26/03/2014 20 4.5.3 Kết thí nghiệm vệt hằn bánh xe Kết vệt hằn bánh xe cho mẫu tổng hợp bảng 4.15 bảng 4.16 Bảng 4.15: Kết thí nghiệm vệt hằn bánh xe (phương pháp A) Giá trị vệt hằn bánh xe sau Yêu cầu 7500 chu kỳ (15000 lượt theo Loại Ký hiệu bánh xe) (mm) STT TCVN BTN mẫu 8819Bên trái Bên phải Trung 2011 bình CP19-3 1.72 1.56 1.64 BTNC 19 CP19-2 3.80 3.59 3.70 CP19-1 5.95 7.01 6.48 ≤ 12.5 CP12.5-3 2.61 4.46 3.54 mm CP12.5-2 3.36 3.43 3.84 CP12.5-1 9.37 12.77 11.07 BTNC 12.5 Bảng 4.15: Kết thí nghiệm vệt hằn bánh xe (phương pháp C) STT Loại BTN Độ ổn định động (lần/mm) Ký hiệu Trung mẫu Bên trái Bên phải bình BTNC 19 CP19-1 BTNC 12.5 CP12.5-1 2625 3706 3165 1068 1189 1128 4.6 ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ 4.6.1 Bê tông nhựa C12.5 4.6.2 Bê tông nhựa C19 4.6.3 Nhận xét chung Yêu cầu theo TCVN 8819-2011 ≥ 1000 lần/mm 21 4.7 KẾT LUẬN Qua phân tích kết thí nghiệm phòng thí nghiệm với thành phần cấp phối khác nhau, rút kết luận sau: Các đường cong cấp phối nằm “vùng giới hạn” đường cong cấp phối theo Superpave cho thấy khả kháng biến dạng tích lũy tốt so với đường nằm phía “vùng giới hạn” Với thành phần cấp phối gần cận đường bao cấp phối theo QĐ 858/BGTVT, độ rỗng cốt liệu độ rỗng dư tăng lên Các hạt cốt liệu tiếp xúc tốt với hình thành lên khung cốt liệu khỏe để kháng lại biến dạng chịu tác dụng tải trọng Thành phần cấp phối hạt phạm vi từ đường cong Fuller (n=0.45) đến giới hạn đường bao cấp phối theo QĐ 858/BGTVT cho thấy khả kháng hằn lún vệt bánh xe tốt thành phần cấp phối hạt nằm phía đường cong Fuller KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ KẾT LUẬN Lún vệt bánh xe tượng biến dạng bề mặt mặt đường dọc theo vệt bánh xe tích lũy biến dạng dư theo thời gian tác dụng lặp lại tải trọng xe chạy, nguyên nhân xuất biến dạng trượt thân lớp mặt bê tông nhựa ứng suất cắt tải trọng xe chạy lớn sức chống cắt cho phép vật liệu bê tông nhựa (BTN) HLVBX lớp mặt BTN thường xuất vị trí vệt bánh xe, mặt cắt ngang lớp mặt BTN thường bị trượt hai bên làm cho mặt đường bị lõm xuống vị trí vệt 22 bánh xe hai bên xuất biến dạng trồi Có nhiều nguyên nhân ảnh hưởng đến cường độ khẳ kháng hằn lún vệt bánh xe (tải trọng, điều kiện khí hậu, vật liệu, chất lượng thi công, ) Theo kết nghiên cứu nhiều tác giả nước, tượng hư hỏng hằn lún vệt bánh xe mặt đường BTN có phần nguyên nhân thành phần cấp phối hạt hỗn hợp BTN Thực tế, để khắc phục tượng này, thời gian gần Bộ GTVT ban hành nhiều văn có nhiều thay đổi yêu cầu cấp phối hạt BTN Để nghiên cứu đánh giá ảnh hưởng thành phần hạt đến tiêu lý khả kháng hằn lún vệt bánh xe BTN, đề tài sử dụng đường cong cấp phối lý tưởng Fuller phương pháp phân tích Bailey thơng qua hệ số: tỷ lệ cốt liệu thô (CA), tỷ lệ hạt thơ có thành phần cốt liệu mịn (FAc), tỷ lệ hạt mịn có thành phần hạt mịn (FAf) Đề tài tiến hành khảo sát, lấy mẫu đoạn tuyến thuộc dự án Nâng cấp, cải tạo QL1A số vị trí có khơng có xảy tượng HLVBX để tiến hành phân tích thành phần hạt, số tiêu lý hỗn hợp cốt liệu (độ rỗng dư, độ rỗng khung cốt liệu), tính tốn hệ số CA, FAc, FAf theo phương pháp Bailey Kết cho thấy: tỷ lệ thành phần hạt thô hạt mịn thành phần hạt cấp phối có vai trò quan trọng khả chịu lực hỗn hợp bê tơng nhựa Tại vị trí xảy tượng HLVBX cấp phối thường có có hàm lượng hạt thô nhỏ hàm lượng hạt mịn lớn so với cấp phối vị trí khơng xảy tượng HLVBX, đồng thời độ rỗng dư độ rỗng khung cốt liệu thường nhỏ trị số cho phép (trị số CA, FAc, FAf lớn) 23 Trên sở nghiên cứu ảnh hưởng thành phần cấp phối hạt đến cường độ khả kháng hằn lún vệt bánh xe hỗn hợp BTN, kết hợp với kết đạt từ phân tích mẫu lấy trường, đề tài nghiên cứu cấp phối hạt cho loại BTN chặt Dmax12.5 Dmax19 (ký hiệu C12.5-1, C12.5-2, C12.5-3, C19-1, C19-2 C19-3), loại BTN sử dụng làm lớp mặt phổ biến Kết thí nghiệm tiêu lý hằn lún vệt bánh xe cấp phối đề xuất cho thấy: - Các cấp phối có dạng hạt thơ (đường cong cấp phối nằm đường "độ chặt lớn nhất" đường cong cấp phối lý tưởng Fuller nằm “vùng giới hạn” đường cong Superpave) cho thấy khả kháng hằn lún tốt so với cấp phối có dạng hạt mịn (đường cong cấp phối nằm phía “vùng giới hạn”) - Cấp phối gần cận đường bao cấp phối theo QĐ 858/Bộ GTVT có độ rỗng khung cốt liệu độ rỗng dư lớn, giúp cho hạt cốt liệu dễ dàng tiếp xúc tốt với để hình thành khung cốt liệu vững chắc, có khả kháng lại biến dạng chịu tác dụng tải trọng - Thành phần cấp phối hạt phạm vi từ đường cong Fuller (n=0.45) đến giới hạn đường bao cấp phối theo QĐ 858/BGTVT cho thấy khả kháng hằn lún vệt bánh xe tốt thành phần cấp phối hạt nằm phía đường cong Fuller 24 KIẾN NGHỊ Có thể áp dụng kết nghiên cứu đề tài giai đoạn thiết kế cấp phối cho BTN để kháng lại vệt hằn bánh xe điều kiện kinh tế nước ta chưa đủ lực để đầu tư cách toàn diện hệ thống mặt đường ứng dụng cơng nghệ vật liệu có chất lượng cao Để tăng khả kháng hằn lún vệt bánh xe bê tơng nhựa cần có nhiều giải pháp tổng hợp Bên cạnh giải pháp liên quan đến cơng tác quản lý (kiểm sốt thành phần, tải trọng xe; xem xét lại tiêu chuẩn tính tốn thiết kế kết cấu mặt đường; xây dựng văn bản, quy trình giám sát, quản lý chất lượng thi cơng), cần có nghiên cứu ảnh hưởng điều kiện khí hậu, vật liệu đầu vào đến cường độ ổn định cường độ BTN Cần nghiên cứu, đề xuất giải pháp thiết kế khác cho lớp mặt BTN (loại BTN, chiều dày) theo đặc điểm khí hậu vị trí bất lợi đường (trạm thu phí, đoạn tuyến có độ dốc dọc lớn, nút giao thơng, vị trí có dãi phân cách tách đường) Nên sử dụng cát nghiền (cát xay) để chế tạo BTN, với đường có lưu lượng, tải trọng lớn nhằm tăng khả kháng HLVBX ... tài: Nghiên cứu đề xuất giải pháp cấp phối để nâng cao cường độ khả kháng hằn lún vệt bánh xe cho hỗn hợp bê tơng nhựa rải nóng sử dụng vật liệu địa phương Mục tiêu nghiên cứu: Nghiên cứu đề xuất. .. đến cường độ khả kháng hằn lún vệt bánh xe cho hỗn hợp BTN chặt rải nóng Dmax12.5 Dmax19, sử dụng cốt liệu địa phương (thành phố Đà Nẵng) Phương pháp nghiên cứu - Nghiên cứu lý thuyết - Nghiên cứu. .. chọn cốt liệu thành phần cấp phối hạt đến khả kháng HLVBX BTN rải nóng 1.4 KHẢ NĂNG KHÁNG HẰN LÚN VỆT BÁNH XE CỦA BTN [12] Khả kháng hằn lún vệt bánh xe (hay sức kháng cắt) bê tông nhựa sức kháng