Nghiên cứu ảnh hưởng của cốt liệu thô tạo khung đến sự phát triển biến dạng không hồi phục của bê tông nhựa nóng trong điều kiện Việt Nam

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA CỐT LIỆU THÔ TẠO KHUNG ĐẾN SỰ PHÁT TRIỂN BIẾN DẠNG KHÔNG HỒI PHỤC CỦA BÊ TƠNG NHỰA NĨNG TRONG ĐIỀU KIỆN VIỆT NAM LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT Hà Nội - 2021 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA CỐT LIỆU THÔ TẠO KHUNG ĐẾN SỰ PHÁT TRIỂN BIẾN DẠNG KHƠNG HỒI PHỤC CỦA BÊ TƠNG NHỰA NĨNG TRONG ĐIỀU KIỆN VIỆT NAM Ngành : Kỹ thuật xây dựng cơng trình giao thơng Mã số : 9.58.02.05 Chun ngành : Xây dựng đường ôtô đường thành phố LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT Hướng dẫn khoa học: PGS TS Trần Thị Kim Đăng PGS TS Nguyễn Hữu Trí Hà Nội - 2021 i LỜI CAM ĐOAN Tơi xin cam đoan cơng trình nghiên cứu riêng Các số liệu, kết nêu luận án trung thực chưa cơng bố cơng trình khác Tác giả luận án ii LỜI CẢM ƠN Để hoàn thành luận án, trân trọng cảm ơn quan, đơn vị tạo điều kiện giúp đỡ: Trường Đại học Giao thơng vận Tải; Phịng Đào tạo Sau đại học; Trung tâm Khoa học cơng nghệ GTVT; Phịng Thí nghiệm trọng điểm LasXD 1256, Phịng Thí nghiệm cơng trình Vilas 047; Khoa Cơng trình; Bộ mơn Đường bộ; Bộ môn Vật liệu xây dựng Tôi xin bày tỏ lịng biết ơn sâu sắc đến thầy hướng dẫn khoa học PGS.TS Trần Thị Kim Đăng PGS.TS Nguyễn Hữu Trí Các Thầy, Cơ định hướng, tận tình hướng dẫn, giúp đỡ động viên tơi suốt q trình thực luận án Tơi xin chân thành cảm ơn GS TS Bùi Xuân Cậy, PGS TS Lã Văn Chăm, PGS TS Nguyễn Quang Phúc, thầy cô môn Đường bộ, đồng nghiệp, nhà khoa học Trường quan tâm, giúp đỡ, nhận xét, góp ý mặt chun mơn cho tơi q trình thực luận án Tơi xin chân thành cảm ơn cán bộ, nhân viên Phịng thí nghiệm trọng điểm LasXD1256, Phịng thí nghiệm Cơng trình Vilas 047, Phịng thí nghiệm Bộ mơn Vật liệu Xây dựng, em sinh viên lớp Đường K55, Đường K56, Kỹ thuật Giao thông Đường K56 giúp đỡ tơi thực thí nghiệm luận án Cảm ơn gia đình bạn bè, người thân ln bên tơi, ủng hộ khích lệ tơi hồn thành luận án Hà Nội, tháng …… năm 2021 Tác giả luận án iii MỤC LỤC MỞ ĐẦU CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ ẢNH HƯỞNG CỦA CẤP PHỐI CỐT LIỆU VÀ KHUNG CỐT LIỆU THÔ ĐẾN BIẾN DẠNG KHÔNG HỒI PHỤC CỦA BÊ TÔNG NHỰA 1.1 Thành phần vật liệu cấu trúc bê tông nhựa 1.1.1 Thành phần vật liệu bê tông nhựa 1.1.2 Cấu trúc hỗn hợp bê tông nhựa 1.2 Biến dạng không hồi phục hư hỏng có liên quan đến biến dạng không hồi phục mặt đường bê tông nhựa 10 1.2.1 Lún vệt bánh xe BTN bị chảy dẻo (Instability Rutting) 10 1.2.2 Lún vệt bánh xe kết cấu ( Strutural Rutting) 11 1.2.3 Lún vệt bánh xe lớp mặt BTN (Surface/Wear Rutting) 12 1.3 Các phương pháp đánh giá đặc tính biến dạng khơng hồi phục hỗn hợp bê tơng nhựa 15 1.3.1 Thí nghiệm từ biến 15 1.3.2 Thí nghiệm biến dạng khơng hồi phục tải trọng lặp tải trọng lặp 16 1.3.3 Các thí nghiệm mô 18 1.4 Các nghiên cứu ảnh hưởng cấp phối cốt liệu khung cốt liệu thô đến khả chống biến dạng không hồi phục hỗn hợp 23 BTN 1.4.1 Các nghiên cứu giới 23 1.4.2 Các nghiên cứu Việt Nam 26 1.5 Các nghiên cứu nước phương pháp phân tích ảnh xác định cấu trúc hỗn hợp bê tông nhựa 27 1.6 Xác định vấn đề nghiên cứu luận án 30 1.7 Mục tiêu nội dung đề tài nghiên cứu 32 iv 1.7.1 Mục tiêu nghiên cứu 32 1.7.2 Nội dung đề tài nghiên cứu 32 1.8 32 Phương pháp nghiên cứu CHƯƠNG NGHIÊN CỨU ĐỀ XUẤT PHƯƠNG PHÁP THIẾT KẾ CẤP PHỐI CỐT LIỆU HỖN HỢP BÊ TƠNG NHỰA CĨ XÉT ĐẾN 34 HÌNH THÀNH KHUNG CỐT LIỆU THƠ 2.1 Nguyên lý hình thành cường độ hỗn hợp bê tơng nhựa vai trị khung cốt liệu thơ việc hình thành cường độ hỗn hợp 34 bê tơng nhựa 2.1.1 Ngun lý hình thành cường độ hỗn hợp bê tơng nhựa 34 2.1.2 Vai trị cốt liệu thô khung cốt liệu thô việc hình thành cường độ chống biến dạng khơng hồi phục hỗn hợp BTN 37 2.2 Lý thuyết cấp phối cốt liệu phương pháp thiết kế hỗn hợp bê tông nhựa 39 2.2.1 Khái niệm cấp phối cốt liệu 39 2.2.2 Phân loại hỗn hợp bê tông nhựa theo thành phần cấp phối 41 2.2.3 Các phương pháp thiết kễ hỗn hợp bê tông nhựa 41 2.3 44 Hướng dẫn lựa chọn cấp phối thơ theo quy trình 2.4 Cơ sở thiết kế cấp phối cốt liệu hỗn hợp bê tông nhựa chặt có xét đến việc tạo khung cốt liệu thơ 46 2.5 Phương pháp thiết kế cấp phối cốt liệu hỗn hợp BTN có xét đến việc hình thành khung cốt liệu thô - Phương pháp Bailey 50 2.5.1 Cỡ sàng phân định cốt liệu thô cốt liệu mịn 51 2.5.2 Phối hợp cốt liệu theo thể tích 52 2.5.3 Các tỉ số đánh giá cấp phối cốt liệu 55 2.5.4 Trình tự thiết kế cấp phối cốt liệu hỗn hợp BTN có xét đến việc hình thành khung cốt liệu thô – phương pháp Bailey 57 v 2.6 Kết thiết kế cấp phối cốt liệu hỗn hợp BTN có xét đến việc hình thành khung cốt liệu thơ - phương pháp Bailey 60 2.6.1 Xác định thông số vật liệu đầu vào phục vụ công tác thiết kế cấp phối cho BTNC theo phương pháp Bailey 60 2.6.2 Kết thiết kế thành phần cấp phối cốt liệu theo phương pháp Bailey cho BTNC 12,5 nguồn cốt liệu mỏ Thống Nhất – Hải Dương 60 2.6.2 Kết thiết kế thành phần cấp phối cốt liệu theo phương pháp Bailey cho BTNC 12,5 nguồn cốt liệu mỏ Sunway – Hà Nội 62 2.7 67 Kết luận chương CHƯƠNG 3: NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM ĐÁNH GIÁ ẢNH HƯỞNG CỦA CẤP PHỐI CỐT LIỆU VÀ KHUNG CỐT LIỆU THÔ 68 ĐẾN BIẾN DẠNG KHÔNG HỒI PHỤC CỦA HỖN HỢP BÊ TÔNG NHỰA 3.1 Kế hoạch thực nghiệm 68 3.1.1 Vật liệu thí nghiệm 68 3.1.2 Lựa chọn hỗn hợp BTN có đặc điểm khung cốt liệu thơ điển hình 68 3.1.3 Thí nghiệm đánh giá đặc tính biến dạng không hồi phục hỗn hợp bê tông nhựa 70 3.1.3.1 Thí nghiệm vệt hằn bánh xe 70 3.1.3.2 Thí nghiệm từ biến 71 3.1.4 Kế hoạch thí nghiệm 72 3.2 72 Thiết kế thành phần chế tạo mẫu thí nghiệm 3.2.1 Thí nghiệm đánh giá vật liệu thành phần 72 3.2.2 Thiết kế thành phần hỗn hợp bê tơng nhựa 74 3.2.3 Đúc mẫu thí nghiệm làm thí nghiệm hằn lún vệt bánh xe thí nghiệm từ biến 76 3.3 77 Kết thí nghiệm – phân tích đánh giá kết thí nghiệm 3.3.1 Kết phân tích kết thí nghiệm hằn lún vệt bánh xe 77 vi 3.3.1.1 Kết thí nghiệm hằn lún vệt bánh xe 77 3.3.1.2 Phân tích đánh giá kết chiều sâu LVBX sau 20.000 lượt gia 79 3.3.1.3 Phân tích q trình hình thành vệt lún bánh xe 83 tải 3.3.2 Kết phân tích kết thí nghiệm từ biến 86 3.3.2.1 Kết thí nghiệm từ biến 86 3.3.2.2 Phân tích đánh giá kết thí nghiệm từ biến 90 3.4 Kết luận Chương 103 CHƯƠNG 4: CẤU TRÚC CỦA HỖN HỢP BÊ TÔNG NHỰA VÀ KHẢ NĂNG CHỐNG BIẾN DẠNG KHƠNG HỒI PHỤC 105 4.1 Phương pháp phân tích ảnh xác định cấu trúc hỗn hợp bê tông nhựa 105 4.1.1 Các số đặc trưng cho cấu trúc hỗn hợp bê tông nhựa 105 4.1.2 Nguyên lý phương pháp phân tích ảnh xác định cấu trúc hỗn hợp bê tông nhựa 107 4.2 Phần mềm IPAS-2 – phần mềm phân tích ảnh xác định cấu trúc hỗn hợp bê tông nhựa 108 4.2.1 Giới thiệu phần mềm IPAS-2 108 4.2.2 Nguyên lý phương pháp phân tích cấu trúc hỗn hợp bê tông nhựa phần mềm IPAS-2 109 4.2.3 Phân tích cấu trúc hỗn hợp bê tơng nhựa phần mềm IPAS 111 4.2.4 Các thông số cấu trúc cốt liệu bê tông nhựa xác định phần mềm IPAS-2 112 4.3 Áp dụng phần mềm IPAS-2 phân tích cấu trúc hỗn hợp bê tông nhựa 117 4.3.1 Chế bị mẫu phục vụ phân tích cấu trúc BTN phần mềm IPAS2 117 4.3.2 Kết xác định cấu trúc hỗn hợp BTN sử dụng phần mềm IPAS-2 118 vii 4.4 Phân tích đánh giá kết cấu trúc hỗn hợp BTN xác định phần mềm IPAS-2 119 4.4.1 Chỉ tiêu Chỉ số cấu trúc ISI 119 4.4.2 Chỉ tiêu số tiếp xúc 123 4.4.3 Chỉ tiêu chiều dài tiếp xúc 126 4.5 Quan hệ tiêu cấu trúc với thông số đặc trưng cho khả chống biến dạng không hồi phục hỗn hợp BTN 128 4.5.1 Quan hệ Chỉ số cấu trúc ISI với chiều sâu lún vệt bánh xe 128 4.5.2 Quan hệ số cấu trúc cốt liệu với đặc tính từ biến hỗn hợp bê tông nhựa 60 oC 129 4.5.2.1 Quan hệ tiêu cấu trúc với độ cứng từ biến 60 oC 130 4.5.2.2 Quan hệ tiêu cấu trúc với biến dạng tổng 60 oC 131 4.5.2.3 Quan hệ tiêu cấu trúc với biến dạng không hồi phục 60 oC 132 4.6 133 Kết luận Chương KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 134 DANH MỤC CÔNG TRÌNH CƠNG BỐ CỦA TÁC GIẢ 137 TÀI LIỆU THAM KHẢO 138 viii DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 1.1 Mơ hình cấu trúc bê tơng nhựa cấp độ nghiên cứu Hình 1.2 Cấu trúc hỗn hợp bitum bột khoáng với tỉ lệ bitum tăng dần Hình 1.3 Ảnh hưởng tỷ lệ [bitum/bột khống] đến cường độ nén bê tơng nhựa Hình 1.4 Thành phần vữa nhựa cốt liệu thô hỗn hợp bê tơng nhựa Hình 1.5 Cấu trúc vĩ mơ bê tơng nhựa Hình 1.6 Ảnh hưởng hàm lượng đá dăm đến cường độ nén bê tơng nhựa Hình 1.7 Lún vệt bánh xe bê tơng nhựa bị chảy dẻo 10 Hình 1.8 Hằn lún vệt bánh xe kết cấu 11 Hình 1.9 Lún vệt bánh xe lớp mặt bê tơng nhựa 12 Hình 1.10 Ảnh hưởng số lần tác dụng đến hình thành hằn lún vệt bánh xe 13 Hình 1.11 Tỉ lệ dạng hư hỏng quan sát nước Châu Âu 14 Hình 1.12 Mối quan hệ biến dạng ứng suất thí nghiệm từ biến 15 Hình 1.13 Thí nghiệm từ biến khơng hạn chế nở hơng 16 Hình 1.14 Mơ hình thí nghiệm trục tải trọng lặp 17 Hình 1.15 Đường cong từ biến điển hình 17 Hình 1.16 Thiết bị hằn lún vệt bánh xe Hamburg 19 Hình 1.17 Máy phân tích mặt đường asphalt - APA 21 Hình 1.18 Thiết bị French Rutting Tester 22 Hình 1.19 Thiết bị thí nghiệm hằn lún vệt bánh xe Đại học Purdue 23 Hình 2.1 Ảnh hưởng nhựa đường cốt liệu đến cường độ chống cắt hỗn hợp BTN 36 Hình 2.2 Sự truyền ứng suất khung cốt liệu 37 y= + R² = 0.5823 sau20.lượt,m Chiềusâệlúntvebáx sau20.lượt,m Chiềusâlúnvệtbáxe sau20.lượt,m Chiềusâlúnvệtbáxe sau20.lượt,m Chiềusâlúnvệtbáxe sau20.lượt,m sau20.lượt,m Chiềusâlúnvệtbáxe Chiềusâlúnvệtbáxe 130 4.5.2.1 Quan hệ tiêu cấu trúc với độ cứng từ biến 60 oC Tương quan tiêu cấu trúc cốt liệu độ cứng từ biến 60 oC hỗn hợp thể Hình 4.24 Kết cho thấy, tiêu cấu trúc có mối quan hệ tốt với độ cứng từ biến Khi số tiếp xúc, chiều dài tiếp xúc số cấu Độcứngtừbiế,MPa Độcứngtừbiế,MPa trúc ISI tăng độ cứng từ biến có xu hướng tăng y= y= R² = 0.7712 1.60 1.80 2.00 2.20 2.40 2.60 2.80 3.00 3.20 1.60 1.80 2.00 2.20 2.40 2.60 2.80 3.00 Số tiếp xúc/cm2, txuc/cm2) Số tiếp xúc/cm2, txuc/cm2 60 55 70 60 Độcứngtừbiế,MPa Độcứngtừbiế,aMP 50 45 50 40 40 35 30 y= 2.00 30 + 7.0315 R² = 0.7179 y= 2.00 2.50 3.00 3.50 4.00 Chiều dài tiếp xúc/cm2, mm/cm2 2.50 + R² = 0.9091 3.00 3.50 4.00 Chiều dài tiếp xúc/cm2, mm/cm2 70 60 55 50 45 40 35 30 60 Độcứngtừbiế,MPa Độcứngtừbiế,MPa + 19.86 R² = 50 40 y= 30 + R² = 1.50 2.00 2.50 3.00 Chỉ số ISI/cm2, mm/cm2 Cốt liệu mỏ Thống Nhất 3.50 y= 1.50 2.00 + R² = 0.9177 2.50 3.00 Chỉ số ISI/cm2, mm/cm2 Cốt liệu mỏ Sunway Hình 4.24 Quan hệ tiêu cấu trúc với độ cứng từ biến 60 oC 3.50 131 4.5.2.2 Quan hệ tiêu cấu trúc với biến dạng tổng 60 oC Tương quan số cấu trúc cốt liệu với biến dạng tổng 60 oC hỗn hợp thể Hình 4.25 Kết cho thấy, số cấu trúc có mối quan hệ tốt với biến dạng tổng 60 oC Khi số tiếp xúc, chiều dài tiếp xúc số 0.60 0.60 0.50 0.50 Biếndạgtổsau360,% Biếndạgtổsau360,% cấu trúc ISI tăng biến dạng tổng hỗn hợp có xu hướng giảm 0.40 0.40 0.30 0.30 0.20 0.10 0.00 1.60 1.80 2.00 2.20 2.40 2.60 2.80 3.00 Số tiếp xúc/cm2, txuc/cm2 1.60 1.80 2.00 2.20 2.40 2.60 2.80 3.00 3.20 Số tiếp xúc/cm2, txuc/cm2 0.60 0.60 0.50 0.50 Biếndạgtổsau360,% Biếndạgtổsau360,% + R² = 0.10 0.00 0.40 0.40 0.30 0.30 0.20 0.20 y = 0.10 -0.1518x R² = 0.00 R² = 0.10 0.00 2.00 2.50 3.00 3.50 Chiều dài tiếp xúc/cm2, mm/cm2 2.00 4.00 0.60 0.60 0.50 0.50 0.40 0.40 0.30 0.30 0.20 y = 0.10 0.10 0.00 0.00 2.00 2.50 3.00 Chỉ số ISI/cm2, mm/cm2 Cốt liệu mỏ Thống Nhất 2.50 3.00 3.50 4.00 0.20 + 0.7991 R² = 1.50 + 0.8642 Chiều dài tiếp xúc/cm2, mm/cm2 Biếndạgtổsau360,% Biếndạgtổsau360,% y= 0.20 R² = 3.50 y= + R² = 0.9035 1.50 2.00 2.50 3.00 Chỉ số ISI/cm2, mm/cm2 Cốt liệu mỏ Sunway Hình 4.25 Quan hệ tiêu cấu trúc với biến dạng tổng 60 oC 3.50 132 4.5.2.3 Quan hệ tiêu cấu trúc với biến dạng không hồi phục 60 oC Tương quan tiêu cấu trúc cốt liệu với biến dạng không hồi phục 60 oC hỗn hợp thể Hình 4.26 Kết cho thấy, tiêu cấu trúc có mối quan hệ tốt với tiêu biến dạng không hồi phục 60oC Khi số tiếp xúc, chiều dài tiếp xúc số cấu trúc ISI tăng biến dạng khơng hồi phục 0.45 0.40 0.35 0.30 0.25 0.20 0.15 0.10 0.05 0.00 Biếndạgkhôồpục,% Biếndạgkhơồpục,% hỗn hợp có xu hướng giảm y= + R² = 0.45 0.40 0.35 0.30 0.25 0.20 0.15 0.10 0.05 0.00 1.60 1.80 2.00 2.20 2.40 2.60 2.80 3.00 + 0.514 R² = 0.319 1.60 1.80 2.00 2.20 2.40 2.60 2.80 3.00 3.20 Số tiếp xúc/cm2, txuc/cm2 Số tiếp xúc/cm2, txuc/cm2 0.50 0.40 0.40 Biếndạgkhôồpục, 0.50 0.30 0.30 0.20 0.20 % Biếndạgkhôồpục,% y = y= 0.10 + R² = 0.6891 + R² = 0.9061 0.00 0.00 2.00 2.50 3.00 3.50 Chiều dài tiếp xúc/cm2, mm/cm2 y= 0.10 2.00 2.50 3.00 3.50 4.00 Chiều dài tiếp xúc/cm2, mm/cm2 4.00 0.50 Biếndạgkhôồpục, 0.50 0.40 0.30 0.30 Biếndạgkhôồpục, 0.40 % 0.20 % 0.20 0.10 y= + R² = 0.7346 0.10 y= 0.00 0.00 1.50 2.00 2.50 3.00 Chỉ số ISI/cm2, mm/cm2 3.50 1.50 + R² = 0.9169 2.00 2.50 3.00 3.50 Chỉ số ISI/cm2, mm/cm2 Cốt liệu mỏ Thống Nhất Cốt liệu mỏ Sunway Hình 4.26 Quan hệ tiêu cấu trúc với biến dạng không hồi phục 60 oC 133 4.6 Kết luận Chương - Cấu trúc khung cốt liệu chịu lực hỗn hợp bê tông nhựa đánh giá qua tiêu số tiếp xúc (txuc/cm2), chiều dài tiếp xúc (mm/cm2) số cấu trúc ISI – số phụ thuộc vào chiều dài tiếp xúc hướng tiếp xúc (mm/cm2) Các tiêu xác định phân tích ảnh sử dụng phần mềm IPAS-2 – phần mềm xử lý phân tích ảnh chuyên dụng xác định cấu trúc hỗn hợp bê tông nhựa phát triển Đại học Madison-Wiscosin Đại học bang Michigan (Hoa Kỳ) - 10 hỗn hợp bê tông nhựa nghiên cứu chế tạo, cắt phân tích ảnh sử dụng phần mềm IPAS-2 từ hình ảnh mặt phẳng cắt mẫu để khảo sát tiêu cấu trúc khung cốt liệu chịu lực với hàm lượng cốt liệu thô tạo khung khác Các kết tiêu cấu trúc xác định phần mềm đánh giá độ chụm cho kết tốt mẫu hình ảnh mặt cắt Điều chứng tỏ ổn định kết phân tích ảnh phần mềm chất lượng công tác chế tạo mẫu - Trong tất số cấu trúc khung cốt liệu chịu lực mẫu hỗn hợp cho thấy mối quan hệ chặt chẽ với hàm lượng cốt liệu thơ tạo khung nguồn cốt liệu có ảnh hưởng đến tiêu số tiếp xúc, ảnh hưởng không lớn hàm lượng cốt liệu thô tạo khung Các tiêu cấu trúc hỗn hợp bê tơng nhựa có mối quan hệ chặt chẽ với hàm lượng cốt liệu thô thể thông qua phương trình hồi quy thực nghiệm từ (4.2) đến (4.5) với R2đc > 74% Với mối quan hệ hồi qui thực nghiệm tiêu cấu trúc hàm lượng cốt liệu thơ tạo khung có có dạng hàm bậc 2, rõ ràng thấy tồn hàm lượng cốt liệu thô tạo khung cho tiêu cấu trúc cốt liệu cao Hàm lượng cốt liệu thô tạo khung (d≥2.36mm) cho tiêu cấu trúc lớn nằm khoảng từ 62,50% đến 66,93%, trung bình 64,76% Hỗn hợp có thành phần cốt liệu thiết kế theo phương pháp Bailey có tiêu cấu trúc cốt liệu cao Kết khẳng định ưu điểm phương pháp việc thiết kế hỗn hợp có khung cốt liệu chịu lực tốt - Các tiêu cấu trúc khung cốt liệu chịu lực xác định phân tích ảnh có mối liên hệ chặt chẽ với chiều sâu vệt lún bánh xe với tiêu đặc trưng từ biến Khi tiêu cấu trúc cốt liệu xác định phương pháp phân tích ảnh tăng chiều sâu lún vệt bánh xe có xu hướng giảm, độ cứng từ biến có xu hướng tăng, biến dạng tổng biến dạng khơng hồi phục có xu hướng giảm 134 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Kết luận Bằng phương pháp nghiên cứu lý thuyết kết hợp thực nghiệm phòng, loại vật liệu lựa chọn, với thiết bị thí nghiệm đại, số mẫu thử hợp lý, số liệu thí nghiệm phân tích thống kê, luận án có số đóng góp mang tính mặt khoa học thực tiễn Các đóng góp mặt khoa học 1) Đã đưa khái niệm “hàm lượng cốt liệu thô tạo khung” vào nghiên cứu để tìm hiểu khẳng định mối liên hệ tiêu hỗn hợp cốt liệu với đặc tính biến dạng khơng hồi phục hỗn hợp bê tông nhựa 2) Đã nghiên cứu ứng dụng phương pháp Bailey thiết kế cấp phối cốt liệu bê tông nhựa 3) Đã nghiên cứu áp dụng phương pháp phân tích ảnh sử dụng phần mềm IPAS2 để phân tích mặt cắt mẫu bê tơng nhựa, xác định tiêu: số cấu trúc ISI, số tiếp xúc, chiều dài tiếp xúc 4) Đã nghiên cứu để chứng minh mối liên hệ tiêu cấu trúc cốt liệu có từ phân tích ảnh với hàm lượng cốt liệu thô tạo khung mối liên hệ chúng với đặc tính biến dạng khơng hồi phục bê tơng nhựa Các đóng góp mặt thực tiễn 1) Đã thực chương trình nghiên cứu thực nghiệm với thí nghiệm hằn lún vệt bánh xe thí nghiệm từ biến 10 hỗn hợp BTN 12,5mm có hàm lượng cốt liệu thơ tạo khung (d≥2.36mm) khác nhau, chứng minh hàm lượng cốt liệu thơ tạo khung có ảnh hưởng đến khả chống biến dạng không hồi phục bê tông nhựa 2) Đã nghiên cứu thực nghiệm chứng minh hỗn hợp có thành phần cốt liệu phối trộn theo phương pháp Bailey cho chiều sâu lún vệt bánh xe 20.000 lượt nhỏ nhất, độ cứng từ biến lớn nhất, biến dạng tổng, biến dạng không hồi phục độ dốc từ biến nhỏ 3) Đã thiết lập tương quan thực nghiệm tiêu: chiều sâu lún vệt bánh xe, độ cứng từ biến, biến dạng tổng, biến dạng không phục hồi, độ dốc từ biến hỗn hợp BTN 12,5 với hàm lượng cốt liệu tạo khung (các công thức từ (3.1) đến (3.8)) Các tương quan có dạng hàm số bậc hai với hệ số xác định cao 135 thể tương quan chặt chẽ, cho thấy tồn khoảng hàm lượng cốt liệu thô tạo khung cho khả kháng biến dạng không hồi phục tốt Với kết nghiên cứu bước đầu này, thấy hàm lượng cốt liệu tạo khung (d≥2.36mm) hỗn hợp BTNC 12,5mm cho khả kháng biến dạng không hồi phục tốt nằm khoảng 65% % (tức từ 60% đến 70%) Trong 65% khoảng giá trị trung bình hàm lượng cốt liệu thơ d2.36 tạo cực trị khảo sát gồm thí nghiệm hằn lún vệt bánh xe, thí nghiệm từ biến tiêu phân tích cấu trúc; % khoảng sai số cho phép hàm lượng d2.36 chế tạo BTN Quyết định 858 4) Đã sử dụng phần mềm IPAS-2 phân tích ảnh mặt cắt hỗn hợp bê tông nhựa, xác định tiêu cấu trúc cốt liệu: số cấu trúc ISI, số tiếp xúc, chiều dài tiếp xúc loại hỗn hợp BTN 12,5 Đã nghiên cứu thiết lập tương quan tiêu cấu trúc cốt liệu với tiêu học thể khả chống biến dạng không hồi phục hỗn hợp BTN Kết cho thấy mối quan hệ tuyến tính chặt chẽ chúng Khi số cấu trúc ISI, số tiếp xúc, chiều dài tiếp xúc tăng chiều sâu lún vệt bánh xe có xu hướng giảm, độ cứng từ biến có xu hướng tăng, biến dạng tổng biến dạng khơng hồi phục có xu hướng giảm 5) Đã xây dựng mối quan hệ thực nghiệm tiêu cấu trúc cốt liệu có từ phân tích ảnh với hàm lượng cốt liệu thơ tạo khung (các công thức từ (4.2) đến (4.5)) Các tương quan có dạng hàm bậc với hệ số xác định cao thể tương quan chặt chẽ, cho thấy tồn khoảng hàm lượng cốt liệu thô tạo khung cho tiêu cấu trúc cốt liệu cao Với kết nghiên cứu bước đầu này, thấy hàm lượng cốt liệu tạo khung (d≥2.36mm) hỗn hợp BTNC 12,5mm cho tiêu cấu trúc cốt liệu tốt nằm khoảng khoảng 65% % (tức từ 60% đến 70%) Các kết từ nghiên cứu phân tích ảnh mặt cắt mẫu BTN sử dụng phần mềm IPAS-2 cịn cho khả sử dụng phương pháp tiêu cấu trúc việc đánh giá chất lượng hỗn hợp BTN 6) Các kết nghiên cứu phân tích ảnh cho thấy hỗn hợp có thành phần cốt liệu thiết kế theo phương pháp Bailey có tiêu cấu trúc cốt liệu cao Kết khẳng định ưu điểm phương pháp việc thiết kế hỗn hợp có khung cốt liệu chịu lực tốt 136 Những tồn tại, hạn chế - Nghiên cứu tiến hành thí nghiệm với hỗn hợp BTN 12,5 sử dụng cốt liệu mỏ Thống Nhất Sunway mà chưa thực nghiệm với hỗn hợp BTN 19 - Khả chống biến dạng không hồi phục đánh giá thông qua phương pháp thí nghiệm hằn lún vệt bánh xe thí nghiệm từ biến khơng hạn chế nở hơng - Phạm vi nghiên cứu xác định chưa bao gồm thí nghiệm độ bền mỏi, tiêu học quan trọng khác hỗn hợp ảnh hưởng đến tuổi thọ chất lượng khai thác mặt đường BTN Kiến nghị hướng nghiên cứu tiếp tục - Mở rộng phạm vi nghiên cứu với cốt liệu số mỏ đá điển hình khác hỗn hợp BTNC 19 – loại bê tông nhựa thường sử dụng để làm lớp mặt mặt đường bê tơng nhựa Việt Nam - Thực thí nghiệm đánh giá khả biến dạng không hồi phục hỗn hợp bê tông nhựa sử dụng thiết bị từ biến tải trọng lặp có hạn chế nở hơng – thí nghiệm mơ tốt điều kiện chịu lực thực tế BTN mặt đường - Khảo sát ảnh hưởng hàm lượng cốt liệu thô tạo khung d≥2.36mm đến khả chịu mỏi hỗn hợp bê tông nhựa nhằm tìm khoảng hàm lượng cốt liệu thơ cho hỗn hợp bê tông nhựa tốt khả chống biến dạng không hồi phục khả chịu mỏi - Nghiên cứu mối quan hệ tiêu cấu trúc cấu trúc cốt liệu với khả chống biến dạng không hồi phục tính chất học khác loại hỗn hợp bê tông nhựa với cỡ hạt lớn danh định nguồn cốt liệu khác - Nghiên cứu phát triển phần mềm xử lý phân tích hình ảnh để xác định đặc tính thể tích cấu trúc cốt liệu hỗn hợp bê tông nhựa, ứng dụng phương pháp phân tích ảnh mặt cắt mẫu khoan từ mặt đường để đánh giá chất lượng hỗn hợp 137 DANH MỤC CƠNG TRÌNH CƠNG BỐ CỦA TÁC GIẢ 1) , Trần Thị Kim Đăng (2016), “Ảnh hưởng cốt liệu mịn bột khoáng đến cường độ kéo uốn thành phần vữa nhựa hỗn hợp bê tơng nhựa nóng”, Tạp chí Giao thơng vận tải, số Tháng 11/2016 2) Vuong Vinh DO, Thi Kim Dang TRAN (2017) “Effects of fillers and fine aggregates on the shear strength of fine aggregate matrix in hot mix asphalt”, Proceedings of the Eastern Asia Society for Transportation Studies, Vol.11, 2017 3) (2019), “Nghiên cứu phương pháp thiết kế hỗn hợp bê tơng nhựa chặt có xét đến việc hình thành khung chịu lực từ cốt liệu thơ", Tạp chí Giao thơng vận tải, số Tháng 03/2019 4) , Trần Thị Kim Đăng (2020), "Khả chống biến dạng không hồi phục hỗn hợp bê tông nhựa chặt có cấp phối cốt liệu thiết kế theo phương pháp Bailey", Tạp chí Giao thơng vận tải, số Tháng 6/2020 5) , Trần Thị Kim Đăng (2021), “Hàm lượng cốt liệu thô tạo khung chịu lực ảnh hưởng đến khả chống biến dạng khơng hồi phục hỗn hợp bê tông nhựa chặt”, Tạp chí Giao thơng Vận tải, số Tháng 01+02/2021 6) , Nguyễn Hữu Trí (2021), “Cấu trúc hỗn hợp bê tông nhựa khả chống biến dạng không hồi phục”, Tạp chí Giao thơng vận tải, số tháng 03/2021 138 TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng Việt [1] Bộ Khoa học Công nghệ (2011), Mặt đường bê tông nhựa nóng – u cầu thi cơng nghiệm thu TCVN 8819:2011, Hà Nội [2] Bộ Khoa học Công nghệ (2011), Hỗn hợp bê tơng nhựa nóng – thiết kế theo phương pháp Marshall TCVN 8820:2011, Hà Nội [3] Bộ Giao thông vận tải (2014), Quyết định 858/QĐ-BGTVT ngày 26/03/2014 Hà Nội [4] Bộ Giao thông vận tải (2014), Quyết định 1617/QĐ-BGTVT ngày 29/04/2014 Hà Nội [5] Trần Đình Bửu, Nguyễn Quang Chiêu, Dương Học Hải, Nguyễn Khải (1978), Xây dựng mặt đường ô tô, Nhà xuất Đại học Trung học Chuyên nghiệp, Hà Nội [6] Trần Đình Bửu, Dương Học Hải (2006), Giáo trình Xây dựng mặt đường tô tập II Nhà Xuất Giáo dục, Hà Nội [7] Trần Thị Kim Đăng (2010), Độ bền khai thác tuổi thọ kết cấu mặt đường bê tông nhựa, Nhà xuất Giao thông vận tải, Hà Nội [8] Trần Thị Cẩm Hà (2019), Nghiên cứu thành phần, tính chất học khả sử dụng bitum epoxy làm chất kết dính cho hỗn hợp asphalt Việt Nam, Luận án tiến sĩ, Trường Đại học Giao thông vận tải, Hà Nội [9] Trần Danh Hợi (2018), Nghiên cứu hỗn hợp đá – nhựa nóng cường độ caodùng kết cấu mặt đường ô tô cấp cao Việt Nam, Luận án tiến sĩ, Trường Đại học Giao thông vận tải, Hà Nội [10] Bùi Ngọc Hưng (2016), Nghiên cứu số yếu tố ảnh hưởng đến biến dạng lún vệt bánh xe có xét đến đặc tính mỏi bê tông nhựa chặt làm lớp mặt đường ô tô, Luận án tiến sĩ, Viện Khoa học Công nghệ Giao thông vận tải, Hà Nội [11] Phạm Duy Hữu cộng (2010), Bê tông asphalt hỗn hợp asphalt, Nhà xuất Giao thông vận tải, Hà Nội [12] Vũ Phương Thảo (2015), Nghiên cứu ảnh hưởng cốt sợi thủy tinh phân tán đến khả chống mỏi chống lún vệt bánh xe bê tông asphalt điều kiện Việt Nam, Luận án tiến sĩ, Trường Đại học Giao thông vận tải, Hà Nội 139 Tiếng Anh [13] AASHTO T 19M/T 19 Standard Method of Test for Bulk Density (“Unit Weight”) and Voids in Aggregate American Association of State Highway and Transportation Officials, Washington, DC [14] Ahlrich, R C (1996) Influence of aggregate gradation and particle shape/texture on permanent deformation of hot mix asphalt pavements (No WES/TR/GL-96-1) ARMY ENGINEER WATERWAYS EXPERIMENT STATION VICKSBURG MS GEOTECHNICAL LAB [15] Anderson, D A and Kennedy, T W., (1993) Development of SHRP Specification, J Assoc Asphalt Paving Technol., Vol 62, pp 481–507 [16] Barksdale, R D (1972) Laboratory evaluation of rutting in base course materials Third International Conference on the Structural Design of Asphalt Pavements, London, England, (Vol 1, No Proceeding) [17] Blazejowski, K (2011) Stone matrix asphalt: Theory and practice CRC Press [18] Brown, E R., & Bassett, C E (1990) Effects of maximum aggregate size on rutting potential and other properties of asphalt-aggregate mixtures Transportation Research Record, 1259, 107-119 [19] Brown, E R., Kandhal, P S., & Zhang, J (2001) Performance testing for hot mix asphalt National Center for Asphalt Technology Report, (01-05) [20] Button, J W., Perdomo, D., & Lytton, R L (1990) Influence of aggregate on rutting in asphalt concrete pavements Transportation Research Record, (1259) [21] Carpenter, S H., & Enockson, L (1987) Field analysis of rutting in overlays of concrete interstate pavements in Illinois (No 1136) [22] Chen, J S., & Liao, M C (2002) Evaluation of internal resistance in hot-mix asphalt (HMA) concrete Construction and Building Materials, 16(6), 313-319 [23] Coenen A (2011), Image Analysis of Aggregate Structure Parameters as Performance Indicators of Rutting Resistance, PhD thesis [24] Coenen, A R., Kutay, M E., Sefidmazgi, N R., & Bahia, H U (2012), “Aggregate structure characterisation of asphalt mixtures using twodimensional image analysis”, Road Materials and Pavement Design, 13(3), 433-454 [25] Elliott, R P., Ford Jr, M C., Ghanim, M., & Tu, Y F (1991) Effect of aggregate gradation variation on asphalt concrete mix properties Transportation Research Record, (1317) 140 [26] European Commission (1999), COST 333 Development of new pavement design method - final report of the action, Brussels, Belgium [27] Foo, K Y (1994) Predicting rutting in hot mix asphalt Ph.D Dissertation, Auburn University [28] Garba, R (2002) Permanent deformation properties of asphalt concrete mixtures Phd Dissertation, Norwegian University of Science and Technology [29] I Abdallah and S Nazarian (2011), Strategies to Improve and Preserve Flexible Pavement at Intersections, Texas Department of Transportation [30] Jiang, J., Ni, F., Gao, L., & Yao, L (2017), “Effect of the contact structure characteristics on rutting performance in asphalt mixtures using 2D imaging analysis”, Construction and Building Materials, 136, 426-435 [31] Jorge B Sousa Joseph Craus Carl L Monismith, Summary Report on Permanent Deformation in Asphalt Concrete, SHRP-A/IR-91-104, National Research Council Washington, D.C 1991 [32] Jung, D H., & Young, K N (1998) Relationship between Asphalt Binder Viscosity and Pavement Rutting Transportation Research Board, ID: 00-0112 [33] Kandhal, P S., & Cooley Jr, L A (2002) Investigation of the restricted zone in the superpave aggregate gradation specification (with discussion) Journal of the Association of Asphalt Paving Technologists, 71 [34] Krutz, N C., & Sebaaly, P E (1993) The effects of aggregate gradation on permanent deformation of asphalt concrete Journal of the Association of Asphalt Paving Technologists, 62 [35] Lackner, R., Spiegl, M., Blab, R., & Eberhardsteiner, J (2005) Is low- temperature creep of asphalt mastic independent of filler shape and mineralogy?—arguments from multiscale analysis Journal of Materials in Civil Engineering, 17(5), 485-491 [36] Liu, Z L., Tian, W., and Shi, J F., (2002) New Technology of Asphalt Concrete in Highway, People’s Communications Press, Beijing, p 135 [37] Majmudar, T S., & Behringer, R P (2005), “Contact force measurements and stress-induced anisotropy in granular materials”, Nature, 435(7045), 1079-1082 [38] Mallick, R B., Ahlrich, R., & Brown, E R (1995) Potential of dynamic creep to predict rutting In Engineering properties of asphalt mixtures and the relationship to their performance ASTM International 141 [39] Masad, E., Muhunthan, B., Shashidhar, N., & Harman, T (1998), “Aggregate orientation and segregation in asphalt concrete”, In Application of Geotechnical Principles in Pavement Engineering, Proceedings of Sessions of Geo-Congress 98 American Society of Civil Engineers [40] Masad, E., Muhunthan, B., Shashidhar, N., & Harman, T (1999), “Internal structure characterization of asphalt concrete using image analysis”, Journal of computing in civil engineering, 13(2), 88-95 [41] National Asphalt Pavement Association (NAPA) (1995) Asphalt Surfacings National Asphalt Pavement Association Thin Hot Mix [42] Oliver, J W (1995) Results of the laboratory program associated with the ALF asphalt deformation trial, APRG report No 12- ARR 272, Austroads Pavement Research Group, Australia [43] Rothenburg, L., Bogobowicz, A., Haas, R., Jung, F W., & Kennepohl, G (1992), “Micromechanical modelling of asphalt concrete in connection with pavement rutting problems”, In International Conference on Asphalt Pavements, 7th, 1992, Nottingham, United Kingdom (Vol 1) [44] Sefidmazgi, N R (2011) Defining effective aggregate skeleton in asphalt mixture using digital imaging Master dissertation, University of Wisconsin Madison [45] Sefidmazgi, N R., Tashman, L., & Bahia, H (2012), “Internal structure characterization of asphalt mixtures for rutting performance using imaging analysis”, Road materials and pavement design, 13(sup1), 21-37 [46] Shaheen, M (2013), Evaluating the Potential for Hot Mix Asphalt Rutting Performance Using Laboratory and Digital Imaging Technique, Doctoral dissertation, Department of Civil and Environmental Engineering Faculty of Engineering, University of Waterloo [47] Shashidhar, N., Zhong, X., Shenoy, A V., & Bastian, E (2000), “Investigating the role of aggregate structure in asphalt pavements”, In International Center for Aggregates Research 8th Annual Symposium: Aggregates-Asphalt Concrete, Bases and Fines [48] Stakston, A D., & Bahia, H U (2003) The effect of fine aggregate angularity, asphalt content and performance graded asphalts on hot mix asphalt performance (Vol 92, No 45-98) Wisconsin Highway Research Program [49] Tashman, L S., Masad, E., Peterson, B., & Saleh, H (2001), “Internal structure analysis of asphalt mixes to improve the simulation of superpave gyratory 142 compaction to field conditions”, journal of the association of asphalt paving technologists, 70, 605-645 [50] Tashman, L., Masad, E., Little, D., & Zbib, H (2005), “A microstructure-based viscoplastic model for asphalt concrete”, International Journal of Plasticity, 21(9), 1659-1685 [51] TEX-231-F (2012), Test Procedure for Static Creep Test, Texas Department of Transportation, Texas, USA [52] Uge, P., & Van de Loo, P J (1974) Permanent deformation of asphalt mixes Shell Research Laboratories [53] Underwood, B S (2015) Multiscale modeling approach for asphalt concrete and its implications on oxidative aging Advances in Asphalt Materials: Road and Pavement Construction (pp 273-302) Elsevier Inc DOI: 10.1016/B9780-08-100269-8.00009-X [54] U.S Department of Transportation, Superpave Fundamentals Reference Manual, Federal Highway Administration, NHI Course #131053 [55] Vavrik, W.R., 2000 Asphalt Mixture Design Concepts to Develop Aggregate Interlock Doctor of Philosophy, University of Illinois [56] Vavrik, W.R et al, 2002 Bailey Method for Gradation Selection in Hot-Mix Asphalt Mixture Design Transportation Research Circular No E-C044, Transportation Research Board, Washington, D.C., USA [57] Wang, L., Hoyos, L R., Wang, J., Voyiadjis, G., & Abadie, C (2005), “Anisotropic properties of asphalt concrete: characterization and implications for pavement design and analysis”, Journal of materials in civil engineering, 17(5), 535-543 [58] Yue, Z Q., Bekking, W., & Morin, I (1995), “Application of digital image processing to quantitative study of asphalt concrete microstructure”, Transportation Research Record, 1492, 53-60 [59] Zelelew, H M., Papagiannakis, A T., & Masad, E (2008), “Application of digital image processing techniques for asphalt concrete mixture images” In The 12th International Conference of International Association for Computer Methods and Advances in Geomechanics (IACMAG) (pp 119-124) [60] Zelelew, H., Papagiannakis, A.T (2009), “Digital Image Processing Techniques for Capturing and Characterizing the Microstructure of Asphalt Concretes”, In the Transportation Research Board 88th Annual Meeting, Washington, D.C., 11-15 Jan 2009 143 [61] Zhu, H., & Dass, W C (1996), “Modeling of asphalt concrete”, Applied Research Associates, 193-202 [62] Zhu, H (1998, May), “Contact mechanism based asphalt concrete modeling”, In 12th ASCE Engineering Mechanics Conference in San Diego, California [63] Zhu, H., & Nodes, J E (2000), “Contact based analysis of asphalt pavement with the effect of aggregate angularity”, Mechanics of Materials, 32(3), 193202 ... DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA CỐT LIỆU THÔ TẠO KHUNG ĐẾN SỰ PHÁT TRIỂN BIẾN DẠNG KHÔNG HỒI PHỤC CỦA BÊ TƠNG NHỰA NĨNG TRONG ĐIỀU KIỆN VIỆT NAM Ngành... QUAN VỀ ẢNH HƯỞNG CỦA CẤP PHỐI CỐT LIỆU VÀ KHUNG CỐT LIỆU THÔ ĐẾN BIẾN DẠNG KHÔNG HỒI PHỤC CỦA BÊ TÔNG NHỰA 1.1 Thành phần vật liệu cấu trúc bê tông nhựa 1.1.1 Thành phần vật liệu bê tông nhựa 1.1.2... tạo khung cốt liệu thơ vai trị khung cốt liệu thô khả kháng lún hỗn hợp bê tơng nhựa Chính đề tài luận án ? ?Nghiên cứu ảnh hưởng cốt liệu thô tạo khung đến phát triển biến dạng không hồi phục bê