Nghiên cứu các đặc trưng kháng cắt của bê tông nhựa dùng làm tầng mặt cho kết cấu áo đường ô tô TT

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC XÂY DỰNG Ngô Lâm NGHIÊN CỨU CÁC ĐẶC TRƯNG KHÁNG CẮT CỦA BÊ TÔNG NHỰA DÙNG LÀM TẦNG MẶT CHO KẾT CẤU ÁO ĐƯỜNG Ô TÔ Chuyên ngành: Xây dựng đường ô tô đường thành phố Mã số: 9580205-2 TÓM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SĨ Hà Nội – Năm 2021 Cơng trình hồn thành Trường Đại học Xây dựng Người hướng dẫn khoa học 1: PGS TS Hoàng Tùng Người hướng dẫn khoa học 2: PGS TS Bùi Phú Doanh Phản biện 1: GS.TS Phạm Huy Khang Phản biện 2: GS.TS Vũ Đình Phụng Phản biện 3: PGS.TS Nguyễn Hữu Trí Luận án bảo vệ trước Hội đồng chấm luận án cấp trường họp trường Đại học Xây dựng vào hồi ngày tháng năm 2021 Có thể tìm hiểu luận án thư viện Quốc Gia thư viện Trường Đại học Xây dựng MỞ ĐẦU Lý lựa chọn đề tài Bê tơng nhựa (BTN) nóng hỗn hợp vật liệu chủ yếu dùng làm lớp tầng mặt kết cấu đường ô tô tất quốc lộ đường cao tốc nước ta Việc thiết kế thành phần hỗn hợp BTN nóng nước ta lâu theo phương pháp Marshall (TCVN 8820:2011) dẫn kỹ thuật yêu cầu hỗn hợp quy định bảng TCVN 8819:2011, có tiêu (khơng bắt buộc) đề cập đến yêu cầu hạn chế độ sâu lún vệt bánh xe mẫu BTN đánh giá phương pháp thử theo AASHTO T324-04 Sau TCVN 8819:2011 ban hành áp dụng để thiết kế hỗn hợp BTN Quốc lộ 1, cao tốc Nội Bài – Lào Cai, cao tốc Hà Nội – Thái Nguyên….thì xảy tượng lún vệt bánh xe dạng đẩy trồi (Instability Rutting) xuất sớm vào mùa nóng (thậm chí Lào Cai, Ninh Bình xảy vài tuần sau đưa đường vào khai thác - dẫn báo cáo tổ chuyên gia Hội đồng nghiệm thu nhà nước lún vệt bánh đường Hà Nội – Thái Nguyên đường Nội Bài – Lào Cai) Ở Việt Nam, áp dụng phương pháp Wheel Tracking (rất đại) kết chưa theo ý muốn cịn nhiều điều phải bàn luận, hồn thiện Trên giới, nhiều học Bonaquist J.R, Christensen D.W nghiên cứu đưa nhiều phương pháp thí nghiệm để xác định khả kháng cắt BTN, có đặc trưng kháng cắt lực dính c góc nội ma sát  Các đặc trưng có đặc điểm khơng thay đổi loại BTN, phù hợp để sử dụng tiêu phục vụ thiết kế BTN Tuy nhiên, phương pháp thí nghiệm khơng phù hợp khó triển khai Việt Nam Riêng Nga, đưa ngưỡng yêu cầu Cyêu cầu yêu cầu BTN dùng làm tầng mặt kết cấu áo đường ô tô [78] Điều dễ hiểu phương pháp tính tốn thiết kế kết cấu mặt đường CHLB Nga có u cầu kiểm tốn điều kiện cắt trượt tầng mặt BTN tức kiểm toán điều kiện:  ≤ [] = .tg + C Với trị số   tính lớp BTN tầng mặt suy c  yêu cầu vật liệu BTN phải có để đủ khả chịu cắt trượt tải trọng bánh xe thiết kế truyền xuống Các cách sử dụng c  tiêu yêu cầu để thiết kế hỗn hợp BTN nói (đặc biệt phương pháp CHLB Nga) cách có sở lý thuyết, cách dựa vào thí nghiệm Wheel tracking hoàn toàn dựa vào thực nghiệm – kinh nghiệm Ngồi ra, cách CHLB Nga địi hỏi thiết bị đơn giản, rẻ tiền, dễ làm, nhiên kích thước mẫu, cách chế bị mẫu lại khác với kích thước cách chế bị mẫu theo phương pháp Marshall Đây trở ngại muốn đưa tiêu cyêu cầu, yêu cầu CHLB Nga ứng dụng vào việc thiết kế hỗn hợp BTN nước ta Chính vậy, việc lựa chọn đề tài có đủ sở khoa học thực tiễn, nhằm tìm phương pháp thí nghiệm xác định sức chống cắt BTN điều kiện Việt Nam, từ khảo sát, đánh giá yếu tố ảnh hưởng tới đặc trưng kháng cắt xa xác định ngưỡng giá trị yêu cầu chúng cho loại BTN Mục đích nghiên cứu Luận án xây dựng nhằm đạt mục đích sau: - Rà sốt, đánh giá thực trạng nghiên cứu nước thực tế sử dụng đặc trưng kháng cắt thiết kế, chế tạo thành phần BTN làm lớp mặt đường mềm; - Đề xuất phương pháp thí nghiệm xác định , c điều kiện Việt Nam; - Khảo sát , c cho số loại BTN thơng dụng Việt Nam phân tích yếu tố ảnh hưởng; - Thử xây dựng liên hệ với ngưỡng Nga , c để tìm ngưỡng tương tự cho số loại BTN Việt Nam áp dụng phương pháp thí nghiệm đề xuất 3 Đối tượng, phạm vi nghiên cứu Nội dung luận án giới hạn phạm vi hẹp, với đối tượng số loại BTN hành Việt Nam Nội dung thí nghiệm thực phịng thí nghiệm LAS-XD1256 LAS-XD1498 với hệ thống thiết bị thí nghiệm chế tạo lắp ráp Xưởng Kỹ thuật Cơ khí – Đại học Xây dựng Các thiết bị thí nghiệm (đề xuất) chấp nhận đơn xin cấp sở hữu trí tuệ, chưa định chuẩn theo tiêu chuẩn quy định hành Do vậy, kết thí nghiệm cịn sai số, kết nghiên cứu chưa thể áp dụng thực tế Phương pháp nghiên cứu Nghiên cứu thực nghiệm phương pháp nghiên cứu chính, kết hợp với nghiên cứu lý thuyết Cơ sở khoa học đề tài Hiện nay, giới, dựa lý thuyết Mohr-Coulomb để xác định , c [12],[15],[28] Theo đó, vật liệu bị phá hoại ứng suất cắt, thành phần ứng suất đặc trưng kháng cắt mặt phá hoại quan hệ với theo tiêu chuẩn cường độ Mohr-Coulomb [15] (một số tài liệu gọi lý thuyết đường bao phá hoại Mohr-Coulomb): 𝜏 = 𝜎𝑡𝑔 + 𝑐 (1) Trong đó: ,  ứng suất cắt ứng suất pháp mặt phá hoại trạng thái phá hoại; , c góc nội ma sát lực dính BTN Các đại lượng cố định loại BTN điều kiện cụ thể Khi tạo cấu thiết bị cho phép tác dụng đồng thời lực nén cắt mẫu BTN đến trạng thái bị phá hoại (do chịu cắt), hồn tồn xác lập phương trình (1) đường bao phá hoại Mohr-Coulomb, từ tìm đặc trưng kháng cắt yếu tố ảnh hưởng ngưỡng giá trị chúng Do vậy, hướng nghiên cứu luận án có đủ khoa học Ý nghĩa khoa học thực tiễn đề tài nghiên cứu Ý nghĩa khoa học: Tính đến thời điểm tại, nghiên cứu đặc trưng kháng cắt Việt Nam cịn hạn chế, chưa tìm ngưỡng giá trị , c Cũng thế, chưa áp dụng vào thực tế thiết kế chế tạo hỗn hợp BTN có sức kháng cắt cao Do đó, luận án sở khoa học quan trọng để hướng tới việc xây dựng phương pháp thí nghiệm ngưỡng giá trị cho đặc trưng kháng cắt BTN điều kiện Việt Nam Ý nghĩa thực tiễn: Kết nghiên cứu luận án cho phép tìm nhân tố ảnh hưởng tới đặc trưng kháng cắt BTN, xây dựng ngưỡng giá trị yêu cầu , c phục vụ cho việc chế tạo loại BTN có sức kháng cắt tốt Những đóng góp luận án Các kết nghiên cứu luận án cơng bố số tạp chí khoa học bao gồm: báo tạp chí chuyên ngành, sản phẩm đăng ký sở hữu trí tuệ (đã chấp nhận đơn) Cụ thể: - Tổng hợp sở lý thuyết nghiên cứu có liên quan tới sức kháng cắt đặc trưng kháng cắt BTN - Chế bị khuôn đúc mẫu tiến hành loại thí nghiệm AST1 theo phương pháp CHLB Nga số loại BTN có hạt trung bình, có thành phần cấp phối, có loại nhựa hàm lượng nhựa thường sử dụng nước ta để xác định trị số c  tương ứng Qua đánh giá ưu nhược điểm phương pháp thí nghiệm này, đánh giá sơ loại hỗn hợp BTN thường dùng nước ta liệu có đạt c  yêu cầu tiêu chuẩn GOST 9128-2013 [78] CHLB Nga hay không - Thiết kế chế tạo thiết bị AST2 phù hợp với điều kiện Việt Nam, cho phép xác định trị số c  loại BTN khác thí nghiệm với AST1 đánh giá yếu tố ảnh hưởng tới đặc trưng kháng cắt vừa nêu - Sơ lập tương quan c  xác định thiết bị AST2 c  xác định theo phương pháp CHLB Nga, làm sở để hướng tới việc xây dựng ngưỡng giá trị cho đặc trưng kháng cắt Cấu trúc luận án Nội dung luận án bao gồm phần mở đầu, chương phần kết luận kiến nghị với cấu trúc sau: Mở đầu Chương 1: Tổng quan Chương 2: Về đặc trưng kháng cắt Bê tông nhựa Chương 3: Lựa chọn phương pháp thí nghiệm xác định đặc trưng kháng cắt BTN điều kiện Việt Nam Chương 4: Chế tạo thiết bị thí nghiệm áp dụng khảo sát đặc trưng kháng cắt BTN Kết luận CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN BTN hay cịn gọi bê tơng asphalt hỗn hợp vật liệu khoáng – bitum sử dụng xây dựng đường, hình thành sau trình làm hóa cứng hỗn hợp BTN Hỗn hợp BTN bao gồm cốt liệu thơ, cốt liệu mịn, bột khống, bitum dầu mỏ, phụ gia Về cấp phối, theo quy luật, đường cấp phối cận nằm đường Fuller thơ; ngược lại đường cấp phối cận nằm đường Fuller mịn QĐ858 [26] đưa khái niệm gọi bê tông nhựa chặt (BTNC) cấp phối thô, với cấp phối quy định theo tỷ lệ định, tỷ lệ hạt mịn khống chế bảng 1.4 Bảng 1.4 Khống chế cỡ hạt mịn thành phần cấp phối cốt liệu BTNC để tạo BTNC thô [26] Loại BTNC BTNC 25 BTNC 19 BTNC 12,5 Cỡ sàng vuông khống chế (mm) 4,75 4,75 2,36 Lượng % lọt qua cỡ sàng khống chế 50% đá dăm) 50% đá dăm)