Ứng xử của bê tông nhựa chặt với tính chất cốt liệu đá dăm và điều kiện thời tiết bất thường tại khu vực Bắc Trung Bộ

Bài báo tổng hợp kết quả nghiên cứu ứng xử của bê tông nhựa chặt với sự thay đổi tính chất đá dăm và một số yếu tố môi trường (nhiệt độ và nước) nhằm đánh giá ảnh hưởng của các yếu tố này đến sự suy giảm nhanh chất lượng đường bê tông nhựa trên tuyến quốc lộ 1A khu vực Bắc Trung Bộ. Kết quả thực nghiệm với cốt liệu đá dăm tại khu vực ở hai cấp phối bê tông nhựa chặt là 12,5 và 19 đã làm rõ nhiều vấn đề liên quan đến lựa chọn tính chất đá dăm phù hợp và ảnh hưởng của nhiệt độ, lượng mưa vượt chuẩn thiết kế quy định đến độ ổn định của vật liệu bê tông nhựa.

Tạp chí Khoa học Đại học Huế: Kỹ thuật Công nghệ; ISSN 2588–1175 Tập 127, Số 2A, 2018, Tr 31–42; DOI: 10.26459/hueuni-jtt.v127i2A.4581 ỨNG XỬ CỦA BÊ TÔNG NHỰA CHẶT VỚI TÍNH CHẤT CỐT LIỆU ĐÁ DĂM VÀ ĐIỀU KIỆN THỜI TIẾT BẤT THƯỜNG TẠI KHU VỰC BẮC TRUNG BỘ Phạm Việt Hùng* Trường Đại học Nông Lâm, Đại học Huế, 102 Phùng Hưng, Huế, Việt Nam Tóm tắt: Trên mặt đường bê tông nhựa tuyến quốc lộ khu vực Bắc Trung Bộ năm gần đột ngột xuất hư hỏng nghiêm trọng hằn lún vệt bánh xe, xô dồn nhựa, mát vật liệu (ổ gà) diễn với mức độ nghiêm trọng tần suất cao Các tượng suy giảm nhanh chất lượng đường bê tông nhựa thường xuất thời điểm điều kiện thời tiết khắc nghiệt nhiệt độ khơng khí cao (42 °C), mưa lớn dài ngày (3–5 ngày) xảy với cơng trình khai thác ổn định, cơng trình giám sát thiết kế, thi công, nghiệm thu nghiêm ngặt Những hư hỏng tác động không nhỏ đến kinh tế xã hội, gây an toàn cho người phương tiện tham gia giao thông Bài báo tổng hợp kết nghiên cứu ứng xử bê tơng nhựa chặt với thay đổi tính chất đá dăm số yếu tố môi trường (nhiệt độ nước) nhằm đánh giá ảnh hưởng yếu tố đến suy giảm nhanh chất lượng đường bê tông nhựa tuyến quốc lộ 1A khu vực Bắc Trung Bộ Kết thực nghiệm với cốt liệu đá dăm khu vực hai cấp phối bê tông nhựa chặt 12,5 19 làm rõ nhiều vấn đề liên quan đến lựa chọn tính chất đá dăm phù hợp ảnh hưởng nhiệt độ, lượng mưa vượt chuẩn thiết kế quy định đến độ ổn định vật liệu bê tông nhựa Kết nghiên cứu sở để xem xét điều chỉnh nhiệt độ thiết kế tiêu chuẩn thiết kế bê tơng nhựa chặt, đánh giá mức vai trị điều kiện môi trường lựa chọn cốt liệu Từ khoá: đá dăm, cấp phối, nhiệt độ, nước, bê tông nhựa, ứng xử, vật liệu Đặt vấn đề Áo đường mềm (AĐM) sử dụng vật liệu bê tông nhựa chặt phối nóng (BTNC) loại kết cấu mặt đường có nhiều ưu điểm, sử dụng phổ biến Việt Nam giới Ở Việt Nam, tổng diện tích mặt đường BTNC chiếm khoảng 90% tổng diện tích mặt đường loại Đây loại vật liệu có tính chất đàn hồi – đàn nhớt – đàn dẻo – đàn nhiệt nên tính ổn định nhiệt bền nước so với loại vật liệu xây dựng khác tính chất đặc trưng vật liệu nhựa đường nhạy cảm với điều kiện mơi trường Theo đó, chất lượng AĐM cho định nhiều nguyên nhân chủ quan khách quan Trong đó, tính chất cốt liệu đá dăm, cấp phối BTNC yếu tố điều kiện môi trường nhiệt độ nước đánh giá nhóm nguyên nhân tiềm tàng làm suy giảm nhanh chất lượng AĐM * Liên hệ: phamviethung@huaf.edu.vn Nhận bài: 24–10–2017; Hoàn thành phản biện: 26–11–2017; Ngày nhận đăng: 23–5–2018 Phạm Việt Hùng Tập 127, Số 2A, 2018 Cốt liệu đá dăm, thành phần cấp phối BTNC, định không cường độ chịu nén cốt liệu đá dăm mà tính dính bám cốt liệu với chất kết dính Ahlrich Zaniewski [1, 13] tần suất chiều sâu hằn lún vệt bánh xe (HLVBX) phụ thuộc lớn vào tính chất cốt liệu đá dăm Stakston [9] chứng minh tính kháng lún AĐM phụ thuộc nhiều vào nguồn gốc cốt liệu Tác giả cấp phối xác chưa đảm bảo mang lại chất lượng cho BTNC tính chất khơng phù hợp Việt Nam nằm vùng khí hậu nhiệt đới hứng chịu ảnh hưởng khắc nghiệt biến đổi khí hậu (BĐKH) Vì vậy, ứng xử kết cấu cơng trình nói chung AĐM nói riêng trước biến đổi bất thường điều kiện môi trường vấn đề nhận nhiều quan tâm không nhà nghiên cứu, cán kỹ thuật, nhà quản lý mà tồn xã hội hậu mà gây nghiêm trọng Ở Việt Nam nhiều nước khu vực, tiêu chuẩn thiết kế, thi công nghiệm thu BTNC AĐM xây dựng dựa nhiều vào tiêu chuẩn thiết kế Mỹ châu Âu, nơi mà tiêu chuẩn thiết kế xây dựng từ sở liệu thực nghiệm có đặc điểm khí hậu hồn tồn khác với Việt Nam, đặc biệt khu vực Bắc Trung Bộ Thanakorn [10] việc áp dụng tiêu chuẩn thiết kế từ nơi có điều kiện khí hậu qua nơi có điều kiện khí hậu khác dễ dàng dẫn đến sai khác đáng kể chất lượng AĐM Thực tế, Tiêu chuẩn Việt Nam (TCVN) BTNC hành đánh giá nhiều hạn chế việc vật liệu BTNC chưa thích ứng điều kiện khắc nghiệt môi trường thời gian vừa qua Quy định 858/QĐ-BGTVT đời nhằm khắc phục hạn chế Tuy nhiên, có nhiều ý kiến trái chiều nhà nghiên cứu nội dung quy định việc chưa xử lý triệt để hư hỏng điều kiện môi trường khắc nghiệt cục số khu vực Thực tế năm gần đây, nhiều đoạn tuyến đường quốc lộ 1A sử dụng kết cấu AĐM, đặc biệt khu vực Bắc Trung Bộ, liên tiếp xuất hư hỏng nghiêm trọng với tần suất cao thời điểm nhiệt độ tăng cao mưa lớn dài ngày bất thường BĐKH gây Theo ghi nhận vào ngày 30/5/2015, nhiệt độ khơng khí nhiều nơi khu vực Bắc Trung Bộ (BTB) lên tới 30–40 °C, có nơi nhiệt đột khơng khí nhiệt độ mặt đường BTNC tương ứng đạt ngưỡng kỷ lục 42,7 °C 75 °C [12] Theo Nguyễn Ngọc Lân [5], kết khảo sát thực địa tra Bộ Giao thông vận tải (GTVT) ghi nhận đoạn tuyến quốc lộ 1A (đoạn từ Km 223 đến Km 232 từ Km 387 + 100 đến Km 709 + 400) xảy tượng xô dồn nứt trượt chiếm 8% tổng mức độ hư hỏng lớp mặt đường BTNC Theo Văn Thanh [11], số liệu thống kê từ đầu năm 2014 quốc lộ 1A, đoạn đường từ Thanh Hóa đến Huế có 70 km tổng số 620 km gặp phải tình trạng HLVBX Cũng theo Văn Thanh [11], số liệu thống kê Tổng cục Đường Việt Nam cho thấy có 13–15% số đoạn tuyến từ Thanh Hóa đến Thừa Thiên Huế xuất lún đưa vào khai thác năm Thời điểm lún nhiều ngày nắng nóng dội Báo cáo MONRE [4] cho thấy khu vực Bắc Trung Bộ (BTB) hứng chịu lượng mưa lớn năm qua Số liệu thống kê cho thấy độ lệch chuẩn lượng mưa trung bình năm cao khoảng 400 mm đến 700 mm Kỷ 32 jos.hueuni.edu.vn Tập 127, Số 2A, 2018 lục ghi nhận lượng mưa 24 lên tới 747 mm, vượt qua kỷ lục lượng mưa 555 mm xác lập ngày 9/10/1995 Theo Nguyễn Vương [6], Quốc lộ 1A đoạn qua tỉnh Thừa Thiên Huế (Phú Bài – Bắc Hải Vân) đầu tư nâng cấp, mở rộng khai thác năm hư hỏng xuất nhiều “ổ gà” sau đợt mưa lớn dài ngày Hiện tượng AĐM khai thác ổn định thời gian dài đột ngột bị biến dạng nhiều ngày nắng nóng “dữ dội” hay mặt đường bị tàn phá nặng nề sau đợt mưa lớn dài ngày với đoạn tuyến thi công đề cập đặt nghi vấn nguyên nhân bắt nguồn từ biến đổi lớn yếu tố mơi trường gây Đã có nhiều nghiên cứu nỗ lực cấp ngành nhằm tìm nguyên nhân giải pháp khắc phục tượng nêu Tuy nhiên, đến tượng hư hỏng chưa giải triệt để Bên cạnh nghiên cứu liên quan đến ngun nhân chủ quan đến chưa có nghiên cứu chuyên ngành ảnh hưởng tính chất cốt liệu khai thác địa phương khu vực tác động yếu tố môi trường thay đổi bất thường BĐKH gây làm ảnh hưởng đến tuổi thọ AĐM khu vực BTB Vì vậy, việc nghiên cứu ảnh hưởng tính chất cốt liệu hai yếu tố môi trường khắc nghiệt đến cường độ AĐM lý giải nguyên nhân cấp thiết Nghiên cứu sở xem xét lựa chọn cốt liệu đá dăm phù hợp khu vực thiết kế vật liệu bê tông nhựa xem xét tính phù hợp tiêu chuẩn thiết kế, thi công nghiệm thu vật liệu bê tông nhựa hành Việt Nam điều kiện nhiệt độ lượng mưa thay đổi nhiều Vật liệu phương pháp 2.1 Vật liệu Vật liệu sử dụng để chế tạo tổ hợp mẫu thí nghiệm nghiên cứu thiết kế theo Tiêu chuẩn Việt Nam TCVN 8820-2011 nhằm chế tạo hỗn hợp BTNC theo phương pháp Marshall Trong đó, thiết kế cấp phối BTNC có tham chiếu yêu cầu kỹ thuật kèm Quyết định số 858/QĐ-BGTVT ngày 26/3/2014 Bộ GTVT Quyết định đánh giá thiết thực, phản ánh vấn đề cộm, cần giải để tăng tính bền vững cho kết cấu áo đường mềm cấp cao, đặc biệt kết cấu áo đường sử dụng tầng mặt bê tông nhựa đường cao tốc, đường trục ô tô cấp cao, đoạn tuyến lưu lượng tải trọng trục xe lớn thực tiễn xây dựng khai thác đường Tuy nhiên, tiêu chuẩn hành quy định 858/QĐ-BGTVT chưa giúp giải vấn đề liên quan đến điều kiện môi trường khắc nghiệt nhiệt độ cao, mưa dài ngày khả chịu tải trọng trục xe lớn khả chống cắt trượt, bong tróc vật liệu BTNC cục diễn khu vực Nguồn gốc tính chất thành phần vật liệu lựa chọn theo thực tế thiết kế, thi công đoạn tuyến quốc lộ 1A địa bàn ba tỉnh thuộc khu vực BTB Quảng Bình (QB), Quảng Trị (QT) Thừa Thiên Huế (TTH) Để đảm bảo BTNC đạt tiêu kỹ thuật quy định, 33 Phạm Việt Hùng Tập 127, Số 2A, 2018 thành phần vật liệu chế tạo BTNC phải đạt yêu cầu kỹ thuật theo tiêu chuẩn thành phần chất lượng vật liệu Cấp phối cốt liệu đá dăm Cốt liệu đá dăm thành phần BTNC có vai trò quan trọng việc tiếp nhận kiểm soát ứng suất BTNC chịu nén tác dụng tải trọng bánh xe Cấp phối cốt liệu tổ mẫu thiết kế hai loại BTNC 12,5 (Hình 1.a) BTNC 19 (Hình 1.b) thí nghiệm thoả mãn yêu cầu kỹ thuật cấp phối cốt liệu lấy từ ba nguồn cung cấp cốt liệu đá dăm sử dụng thi công quốc lộ 1A ba tỉnh QB, QT TTH Tính chất cốt liệu đá dăm sử dụng cho hai loại BTNC 12,5 19 có nguồn cung cấp tỉnh mô tả Bảng 100 90 Giới hạn cấp phối thí nghiệm (a) Lượng lọt sàng (%) 80 Giới hạn cấp phối thí nghiệm 70 60 Giới hạn theo 858/QĐ 50 40 30 20 Giới hạn theo 858/QĐ 10 0,01 0,1 10 100 Kích thước mắt sàng (mm) 100 (b) 90 Giới hạn cấp phối thí nghiệm Lượng lọt sàng (%) 80 70 Giới hạn cấp phối thí nghiệm 60 50 Giới hạn theo 858/QĐ 40 30 20 Giới hạn theo 858/QĐ 10 0,01 0,1 10 100 Kích thước mắt sàng (mm) Hình Phân bố cấp phối cốt liệu thiết kế (a) BTNC 12,5 (b) BTNC 19 34 jos.hueuni.edu.vn Tập 127, Số 2A, 2018 Bảng Tính chất cốt liệu đá Nguồn Loại cốt liệu TTH QT QB Đá trầm tích Đá hoa cương Đá cẩm thạch Ứng suất nén (MPa) Min Max Trung bình 74 86 80 97 105 101 78 80 79 Bảng Tính chất nhựa đường Shell 60/70 Chỉ tiêu Đơn vị Độ kim lún (25 °C) Nhiệt hoá mềm Độ nhớt động lực (60 °C) Khối lượng riêng nhựa Độ dính bám với đá 1/10 mm °C Pa.s g/cm3 – Mẫu thử 62 52 190 1,03 Cấp 65 55 192 1,03 Cấp 3 64 50 190 1,03 Cấp Trung bình 64 52 191 1,03 Cấp Mác nhựa đường Nhựa đường Shell mác 60/70 có nguồn gốc dầu mỏ sử dụng để thiết kế BTNC cho tuyến quốc lộ sở để lựa chọn sử dụng nghiên cứu Chỉ tiêu độ kim lún tiêu khác kiểm tra theo TCVN 7493-2005 TCVN 8818-2011 để đảm bảo chất lượng nhựa phải đạt chất lượng yêu cầu theo tiêu chuẩn Bảng cung cấp số tiêu loại nhựa đường sử dụng 2.2 Phương pháp Giới thiệu thí nghiệm Trong số nguyên nhân làm suy giảm nhanh cường độ AĐM thời điểm điều kiện môi trường khắc nghiệt đề cập báo cáo nghiên cứu trường quan chức Bộ GTVT nêu trên, nguyên nhân liên quan đến môi trường (nhiệt độ nước mưa) đánh giá nguyên nhân bỏ qua Thông thường, cốt liệu đá dăm cho đóng vai trị quan trọng, định đến ứng suất nén vật liệu BTNC phương diện chịu lực Vậy đoạn tuyến nhà thầu thi cơng, đoạn sử dụng loại đá có cường độ chịu nén đá gốc, độ mài mòn tốt vẫy xảy hư hỏng Trong nhiều hướng nghiên cứu nhằm đánh giá toàn diện nguyên nhân hư hỏng, nghiên cứu tập trung đánh giá ứng xử liên kết cốt liệu với nhựa đường trước tác động bất thường nhiệt độ nước mưa Vì vậy, mục tiêu thí nghiệm nghiên cứu nhằm đánh giá ứng xử BTNC trước thay đổi nhiệt độ độ ẩm với loại cốt liệu có nguồn gốc khác tương ứng với khu vực thi công đường quốc lộ 1A ba tỉnh THH, QT QB Phương pháp thí nghiệm xét đến cộng tác dụng nguồn gốc cốt liệu đá dăm, cấp phối BTNC, thay đổi hai yếu tố 35 Phạm Việt Hùng Tập 127, Số 2A, 2018 mơi trường nhiệt độ, độ ẩm theo thời gian đến giới hạn phá hoại tổ hợp mẫu nén trục với tốc độ biến dạng không đổi áp dụng nghiên cứu Đây phương pháp Schwartz [7] giới thiệu, phát triển Thanakorn [10] phù hợp với thí nghiệm Marshall tiêu chuẩn TCVN8820-2011 Ưu điểm phương pháp dễ dàng đánh giá ảnh hưởng đơn yếu tố yếu tố nhiệt độ thời gian ngâm nước đến ứng suất nén BTNC Bảng Tổng hợp tổ mẫu BTNC12,5 BTNC19 Cấp phối BTNC12,5 BTNC19 Nguồn đá dăm TTH QT QB TTH QT QB Kí hiệu tổ mẫu TTH_BTNC12,5 QT_BTNC12,5 QB_BTNC12,5 TTH_BTNC19 QT_BTNC19 QB_BTNC19 Mơ tả tổ mẫu thí nghiệm Các tổ mẫu thí nghiệm có cấp phối BTNC19 BTNC12,5 phối trộn nguội theo tiêu chuẩn thiết kế tương ứng với nguồn gốc cốt liệu điều kiện môi trường (nhiệt độ nước) khác Mỗi tổ mẫu (3 mẫu/tổ mẫu) thí nghiệm thí nghiệm kéo gián tiếp (IT) theo phương pháp Marshall Giá trị thí nghiệm tổ mẫu trung bình cộng giá trị mẫu tổ mẫu Mẫu thí nghiệm IT có dạng hình trụ trịn theo tiêu chuẩn với kích thước đường kính 100 mm chiều cao 65 mm Mẫu thí nghiệm IT chế tạo thí nghiệm theo phương pháp Marshall Các tổ mẫu thí nghiệm kí hiệu tên Bảng Bố trí thí nghiệm Tiêu chí thí nghiệm Tính chất cốt liệu cấp phối BTNC với ảnh hưởng nhiệt độ Để nghiên cứu chế ứng xử vật liệu BTN cấp phối BTNC 19 sử dụng cốt liệu đá ba tỉnh gia nhiệt đến bốn mức nhiệt độ khác bể tiêu chuẩn có thiết bị kiểm sốt nhiệt độ điện tử Bốn mức nhiệt độ đề nghị 25 °C (nhiệt độ mặt đường khu vực vào ban đêm), 45 °C (Nhiệt độ mặt đường phổ biến), 60 °C (nhiệt độ bất lợi TCVN) and 75 °C (nhiệt độ mặt đường thời điểm cao bất thường) Bảng Mỗi mức nhiệt độ bố trí tổ mẫu cho thí nghiệm IT Tiêu chí thí nghiệm Tính chất cốt liệu cấp phối BTNC với ảnh hưởng thời gian tạo ẩm Hiện tượng suy giảm cường độ AĐM cho chịu ảnh hưởng nhiều có mặt nước Vì vậy, việc nhận diện chế phá hoại ảnh hưởng riêng rẽ nhân tố tính chất cốt liệu, điều kiện làm việc vật liệu BTN cần thiết việc tìm giải pháp giảm thiểu, khắc chế tác động tiêu cực Hư hỏng nước phân tích 36 jos.hueuni.edu.vn Tập 127, Số 2A, 2018 tượng suy giảm khả kết dính chất kết dính với bột khống cốt liệu Theo Zaniewski [13], tượng chia thành hai nhóm, nhóm q trình phối trộn nhóm q trình làm việc BTNC Một thí nghiệm phổ biến để nghiên cứu tượng thí nghiệm IT theo phương pháp Marshall Ưu điểm phương pháp tính chất vật lý học vật liệu xem xét cụ thể Theo tiêu chuẩn AASHTO, thí nghiệm số 238 “Resistance of Compacted Bituminous Mixture to Moisture Induced Damage” đề nghị thực để đánh giá độ mẫn cảm vật liệu với ẩm Thí nghiệm nhằm đánh giá ứng xử vật liệu BTNC 19 sử dụng cốt liệu đá dăm ba tỉnh với bốn mức thời gian ngâm nước khác tương ứng với thời gian môi trường nhiệt độ bất lợi theo TCVN 40 phút (theo TCVN), 24 (theo TCVN), 72 120 (mức thời gian mưa khu vực) Bảng Mỗi mức thời gian ngâm nước bố trí tổ mẫu thí nghiệm IT Bảng Điều kiện thí nghiệm BTNC12,5 BTNC19 Yếu tố Nhiệt độ (°C) Thời gian ngâm (giờ) TCVN 60 2/3 Điều kiện khác 25 45 75 24 72 120 Kết thảo luận 3.1 Ảnh hưởng cấp phối, tính chất cốt liệu nhiệt độ Bảng trình bày kết thí nghiệm IT tổ mẫu cấp phối BTNC19 BTNC12.5 với nguồn gốc đá dăm điều kiện nhiệt độ khác Hình cho thấy hai xu ứng xử BTNC19 theo nhiệt độ Các tổ mẫu TTH_BTNC19, QB_BTNC19 cho thấy ứng suất nén thí nghiệm Marshall thấp tổ mẫu QT_BTNC19 Hình cho thấy suy giảm ứng suất nén tổ mẫu theo nhiệt độ Các tổ mẫu BTNC19 có ứng suất nén gần 25 °C suy giảm ứng suất nén mạnh nhiệt độ tăng lên 45 °C, 60 °C 75 °C (nhiệt độ đo trường thời điểm nắng nóng bất thường, lớn mức nhiệt độ bất lợi 60 °C tiêu chuẩn 22TCN 211-06) Điều cho thấy, nhiệt độ thấp, tính chất vật liệu khơng ảnh hưởng nhiều đến ứng suất nén BTNC Nếu lấy ứng suất nén tổ mẫu 25 °C để so sánh nhiệt độ tăng lên 45°C, QT_BTNC19 có ứng suất nén giảm cịn 64% TTH_BTNC19 QB_BTNC19 thấp 37% 36% Khi nhiệt độ tăng từ 45 °C đến nhiệt độ bất lợi 60 °C theo tiêu chuẩn thiết kế hành ứng suất nén tổ mẫu BTNC19 giảm nhẹ Điều cho thấy mức nhiệt độ này, tải trọng tác dụng lên BTNC chủ yếu tiếp nhận phân tán trực tiếp cốt liệu lớn vai trò trung gian chất kết dính nhỏ Tuy nhiên, nhiệt độ tăng lên 75 °C tổ mẫu BTNC19 tiếp tục giảm Các tổ mẫu QT_BTNC19 có xu giảm ứng suất nén nhanh tổ mẫu TTH_BTNC19 QB_BTNC19 Điều minh chứng ứng suất nén 37 Phạm Việt Hùng Tập 127, Số 2A, 2018 BTNC19 thấp nhiệt độ vượt qua mức nhiệt độ bất lợi tiêu chuẩn quy định Ở thí nghiệm này, ứng suất nén QT_BTNC19 44% ứng suất nén TTH_BTNC19 QB_BTNC19 cịn thấp với ứng suất nén 19% 17% Điểm đáng ý ứng suất nén đá cao hơn, QT_BTNC19 có độ suy giảm nhanh tổ mẫu khác Điều lý giải khả bám dính cốt liệu với chất kết dính Đây đồng thời điểm cần ý sử dụng loại đá khu vực có nhiệt độ cao cục 60 °C Bảng Ứng suất mẫu BTNC theo nhiệt độ thí nghiệm IT Mẫu Nhiệt độ (°C) QT_BTNC19 TTH_BTNC19 QB_BTNC19 QB_BTNC12.5 Ứng suất nén (kPa) 25 45 60 641 412 385 638 237 180 626 223 188 537 270 215 75 281 124 104 183 100 QT_BTNC19 TTH_BTNC19 QB_BTNC19 QB_BTNC12.5 Độ suy giảm ứng suất (%) 90 80 70 60 50 40 30 20 10 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 80 Nhiệt độ (oC) Hình Độ suy giảm ứng suất BTNC theo nhiệt độ thí nghiệm IT Để xem xét ảnh hưởng cấp phối BTNC theo nhiệt độ, loại BTNC sử dụng đá có cường độ chịu nén thấp đá dăm QB lựa chọn để so sánh Hình Xem xét ứng xử QB_BTNC19 QB_BTNC12.5 theo nhiệt độ thấy nhiệt độ thấp nhất, tổ mẫu QB_BTNC19 cho ứng suất nén cao QB_BTNC12.5 (Bảng 5) Khi tăng nhiệt độ lên 45 °C, ứng suất nén tổ mẫu QB_BTNC12,5 giảm ứng suất nén đột ngột 50% ứng suất 25 °C, ứng suất nén tổ mẫu QB_BTNC19 giảm mạnh 36% ứng suất 25 °C Khi nhiệt độ tăng từ 45 °C đến nhiệt độ bất lợi theo tiêu chuẩn thiết kế 60 °C, tổ mẫu cho thấy hai cấp phối có mức giảm tiếp tục giảm nhiệt độ lớn 60 °C 38 jos.hueuni.edu.vn Tập 127, Số 2A, 2018 Điều đáng ý ứng suất nén mẫu QB_BTNC12.5 lại cao so với ứng suất nén QB_BTNC19 Điều khơng phù hợp thơng thường BTNC19 thường có ứng suất nén cao BTNC12.5 Tuy nhiên, điều kiện nhiệt độ cao, khả chống cắt lớp mặt tác dụng tải trọng xe nặng BTNC12.5 thể sức kháng cắt tốt Cần lưu ý tổ mẫu thực thí nghiệm IT (kéo gián tiếp) để kiểm tra độ ổn định BTNC Điều phù hợp với khuyến cáo định số 858/QĐ-BGTVT việc sử dụng BTNC12.5 cho lớp kết cấu AĐM khắc phục tượng HLVBX Kết phân tích phần làm rõ chế hư hỏng kết cấu AĐM khu vực thời gian qua số đoạn tuyến khu vực thời điểm nhiệt độ cao bất thường (nhiệt độ khơng khí mặt đường lên đến 42,6 °C 75 °C) 3.2 Ảnh hưởng cấp phối, tính chất cốt liệu thời gian tạo ẩm Bảng tổng hợp kết thí nghiệm tổ mẫu BTNC12.5 BTNC19 với tính chất đá dăm điều kiện tạo ẩm khác Kết cho thấy khác biệt ứng suất nén rõ tổ mẫu theo tính chất đá dăm theo cấp phối BTNC Cụ thể, tổ mẫu QT_BTNC19 có ứng suất nén lớn cao hẳn ứng suất nén tổ mẫu TTH_BTNC19 QB_BTNC19 Sự suy giảm ứng suất nén tổ mẫu theo thời gian tạo ẩm biểu diễn Hình Nếu lấy ứng suất nén tổ mẫu ngâm điều kiện theo TCVN (40 phút, 60 °C) để so sánh tổ mẫu BTNC19 khoảng 10% ứng suất nén ban đầu sau thời gian tạo ẩm 24 tiếp tục suy giảm nhẹ ứng suất nén sau ngâm 72 Tuy nhiên, tổ mẫu TTH_BTNC19 QB_BTNC19 khoảng 20% ứng suất nén sau 120 QT_BTNC19 giảm mạnh đến 30% ứng suất nén Điều giải thích đặc điểm tính chất cốt liệu đá dăm Mặc dù đá có cường độ nén lớn loại, khả bám dính, tính chất hấp phụ cốt liệu với nhựa đá QT với chất kết dính điều kiện ngâm nước khơng tốt đá TTH đá QB Theo kết nghiên cứu [8], loại BTNC sử dụng đá hoa cương (granite) có độ suy giảm ứng suất nén điều kiện ngập nước lớn nhiều so với việc sử dụng loại cốt liệu đá dăm có tính chất khác đá trầm tích (limestone), đá cẩm thạch (marble) Đây điểm đáng ý sử dụng loại BTNC19 có tính chất đá hoa cương QT Điều làm thay đổi nhận định chủ quan lựa chọn cốt liệu đá cho BTNC có tính chất đá hoa cương QT với ứng suất nén cao mang lại chất lượng tốt chưa hẳn BTNC19 làm việc điều kiện ẩm dài ngày Bảng Ứng suất mẫu BTNC theo độ ẩm thí nghiệm IT Mẫu Thời gian (giờ) QT_BTNC19 TTH_BTNC19 QB_BTNC19 QB_BTNC12.5 Ứng suất nén (kPa) 2/3 24 72 383 341 334 180 161 155 184 162 157 241 218 204 120 259 141 140 189 39 Phạm Việt Hùng Tập 127, Số 2A, 2018 100 Độ suy giảm ứng suất (%) QT_BTNC19 TTH_BTNC19 QB_BTNC19 90 QB_BTNC12.5 80 70 60 24 48 72 96 120 Thời gian tạo ẩm (giờ) Hình Độ suy giảm ứng suất BTNC theo thời gian tạo ẩm thí nghiệm IT Trong điều kiện thay đổi điều kiện tạo ẩm (ngâm nước), tổ mẫu BTNC12.5 BTNC19 sử dụng cốt liệu đá dăm QB lựa chọn để so sánh Theo Hình 3, mức suy giảm ứng suất nén theo thời gian tạo ẩm hai cấp phối tương đồng Tuy nhiên, Bảng cho thấy cấp phối QB_BTNC12.5 khơng có ứng suất nén điều kiện ban đầu theo thời gian tạo ẩm khác trì ứng suất nén cao tổ mẫu TTH_BTNC19, QB_BTNC19 thấp QT_BTNC19 Như vậy, khái quát ứng xử BTNC theo nguồn gốc cốt liệu cấp phối sau: Trong điều kiện tác động nước, BTNC12.5 có độ ổn định cao BTNC19 với tính chất cốt liệu đá dăm; tác động chưa nhiều nước, TTH_BTNC19, QB_BTNC19 QB_BTNC12.5 có độ ổn định nước gần Tuy nhiên, tác động nước đủ lớn (thời gian ngâm từ 72 đến 120 giờ), BTNC sử dụng cốt liệu đá dăm loại trầm tích hay cẩm thạch có tính ổn định nhiệt bền nước BTNC sử dụng cốt liệu đá dăm loại đá hoa cương Kết luận Nghiên cứu nhằm xác định ứng xử BTNC với cốt liệu đá dăm có tính chất khác hai cấp phối BTNC12.5 BTNC19 theo bốn mức thay đổi nhiệt độ thời gian ngâm nước tạo ẩm điều kiện tiêu chuẩn điều kiện nghiên cứu Các tổ mẫu thiết kế, chế tạo thí nghiệm theo phương pháp Marshall Kết nghiên cứu cho thấy chế ứng xử BTNC trước thay đổi tính chất đá dăm điều kiện mơi trường thực tế số địa phương khu vực Bắc Trung Bộ để làm sở cho việc xác định nguyên nhân hư hỏng liên quan đến yếu tố môi trường đoạn tuyến quốc lộ Cụ thể, số kết luận đưa sau: Mặc dù cốt liệu đá dăm (loại đá hoa cương) QT có cường độ nén đá nguyên khai cao nhất, mẫu BTNC19 sử dụng loại đá cho thấy suy giảm ứng suất nén lớn Nói cách khác, BTNC19 sử dụng đá hoa cương có tính ổn định nhiệt bền nước BTNC19 40 jos.hueuni.edu.vn Tập 127, Số 2A, 2018 sử dụng cốt liệu đá trầm tích cẩm thạch điều kiện nhiệt độ ngập nước vượt mức tiêu chuẩn hành quy định Kết khuyến cáo hạn chế sử dụng đá dăm có tính chất đá hoa cương để sản xuất BTNC áp dụng khu vực có nhiệt độ môi trường cao hay ngập nước Cấp phối BTNC12.5 cho thấy độ ổn định nhiệt bền nước theo thời gian tốt BTNC19 Kết cho thấy phù hợp có sở khoa học khuyến cáo quy định số 858/QĐ-BGTVT trước ý kiến trái chiều việc Kết sở quan trọng việc lựa chọn tính chất cốt liệu đá dăm cấp phối BTNC áp dụng cho AĐM địa phương có điều kiện mơi trường khắc nghiệt tương tự, đặc biệt tình hình biến đổi khí hậu diễn biến phức tạp Đồng thời sở xem xét điều chỉnh, bổ sung điều kiện lien quan đến nhiệt độ bất lợi, lựa chọn tính chất cốt liệu tiêu chuẩn thiết kế, thi công nghiệm thu Tài liệu tham khảo Ahlrich, R.C (1996) Influence of Aggregate Gradation and Particle Shape/Texture on Permanent Deformation of Hot Mix Asphalt Pavements, Army Engineer Waterways Experiment Station Vicksburg MS Geotechnical Lab Altan Yilmaz, Sebnem Sargin (2012), Water effect on deteriorations of asphalt pavements The Online Journal of Science and Technology, Volume 2, Issue Bảo Hân (15/6/2015), Đường lún nắng nóng: Ai chịu tội thay ơng trời?http://baodatviet.vn/chinhtri-xa-hoi/tin-tuc-thoi-su/duong-lun-do-nang-nong-ai-chiu-toi-thay-ong-troi-3272723/ MONRE (2012.a,b), Kịch biến đổi khí hậu nước biển dâng cho Việt Nam Nguyễn Ngọc Lân, Phạm Duy Hữu, Đào Ngọc Đông (2013) Nghiên cứu đánh giá hư hỏng mặt đường bê tơng Asphalt có liên quan đến xơ dồn nứt trượt số quốc lộ Việt Nam Tạp chí GTVT (tháng 8/ 2013) Nguyễn Vương (27/12/2016), Quốc lộ nghìn tỷ chi chít “ổ gà” sau năm thông xe http://baomoi.press/hue-quoc-lo-nghin-ty-chi-chit-o-ga-sau-hon-1-nam-thong-xe.html Schwartz, C.W., Gibson, N., and Schapery, R.A (2002), Time–temperature superposition for asphalt concrete at large compressive strains, Transportation Research Record, No 1789, 101–112 Shuang Cui, Bamber R.K Blackman, Anthony J Kinloch, Ambrose C Taylor (2014), Durability of asphalt mixtures: Effect of aggregate type and adhesion promoters, International Journal of Adhesion & Adhesives 54 100–111 Stakston, A.D., and Bahia, H (2003), The Effect of Fine Aggregate Angularity, Asphalt Content and Performance Graded Asphalts on Hot Mix Asphalt Performance, University of Wisconsin – Madison, Submitted to Wisconsin Department of Transportation, Division of Transportation Infrastructure Development, Research Coordination Section, WisDOT Highway Research Study 0092-45-98 10 Thanakorn Chompoorat and Suched Likitlersuang (2009), Temperature shift function of asphaltic concrete for pavement design in tropical countries The IES Journal Part A: Civil & Structural Engineering, Vol 2, No 3, August 2009, 246–254 41 Phạm Việt Hùng Tập 127, Số 2A, 2018 11 Văn Thanh (2014), Hiện tượng lún vệt bánh xe mặt đường BTN ­ Nguyên nhân giải pháp khắc phục Viện kỹ thuật xây dựng hạ tầng 12 Xuân Hoà (June 2nd 2015), Nhiệt độ tháng phá vỡ hàng loạt kỷ lục http://vnexpress.net/print/thoi­su/nhiet­do­thang­5­pha­vo­hang­loat­ky­luc­3227972.html 13 Zaniewski, J.P., and Srinivasan, G (2004), Evaluation of Indirect Tensile Strength to Identify Asphalt Concrete Rutting Potential, Asphalt Technology Program, Department of Civil and Environmental Engineering, West Virginia University, Performed in Cooperation with the U.S Department of Transportation - Federal Highway Administration BEHAVIOR OF ASPHALT CONCRETE SUBJECTED TO TYPES OF AGGREGATE AND EXTREME WEATHER CONDITIONS IN NORTH CENTRAL COAST Pham Viet Hung* University of Agriculture and Forestry, Hue University, 102 Phung Hung St., Hue, Vietnam Abstract Under extreme weather conditions such as high air temperature (up to 42.7 °C) and torrential prolonged raining (up to 3–5 days), a large increase of asphalt pavement deterioration of the 1A national highway in the North Central Coast region of Vietnam such as rutting, shoving, slippage, and potholes occurred with both of new and normally used pavements for past some years These deteriorations of asphalt pavements are costly and have strongly affected the society, causing danger to people and vehicles using the traffic This study was carried out to identify the behavior of the asphalt concrete subjected to different types of aggregates and some environmental factors (temperature and water) by series of the Marshall tests to assess the impact of these factors to the recent deteriorations of the 1A asphalt national highway in the North Central Coast Experimental results have clarified many problems of the deteriorations of the asphalt concrete quality related to types of aggregates and weather conditions (temperature and precipitation exceeds design standards) The results also force the concrete manufacturers to consider the design temperature adjustment in the asphalt concrete design criteria and properly consider the role of environmental conditions and the selection of aggregate types Keywords: aggregate; gradation; temperature; water; asphalt; behavior 42 ... cảm vật liệu với ẩm Thí nghiệm nhằm đánh giá ứng xử vật liệu BTNC 19 sử dụng cốt liệu đá dăm ba tỉnh với bốn mức thời gian ngâm nước khác tương ứng với thời gian môi trường nhiệt độ bất lợi theo... thuộc lớn vào tính chất cốt liệu đá dăm Stakston [9] chứng minh tính kháng lún AĐM phụ thuộc nhiều vào nguồn gốc cốt liệu Tác giả cấp phối xác chưa đảm bảo mang lại chất lượng cho BTNC tính chất khơng... dù đá có cường độ nén lớn loại, khả bám dính, tính chất hấp phụ cốt liệu với nhựa đá QT với chất kết dính điều kiện ngâm nước khơng tốt đá TTH đá QB Theo kết nghiên cứu [8], loại BTNC sử dụng đá