Bảng 3.3. Kết quả đo đạc tổng hợp các tấm BTXM đường Hồ Chí Minh
STT Vị trí kiểm tra Nhận xét khuyết tật
Hình ảnh thể hiện khuyết tật
tại phụ lục 2
1 Tấm BTXM tại lý trình Km934+500 lần 1
Bê tông bị xốp ở một số vị trí, suy
giảm vận tốc truyền <20% 2.27 2 Tấm BTXM tại lý trình
Km934+500 lần 2
Bê tông bị xốp ở một số vị trí, suy
giảm vận tốc truyền <20% 2.28 3 Tấm BTXM tại lý trình
Km934+500 lần 3
Bê tông bị xốp ở một số vị trí, suy
giảm vận tốc truyền <20% 2.29 4 Tấm BTXM tại lý trình
Km934+100 lần 1
Bê tông bị xốp ở một số vị trí, suy
STT Vị trí kiểm tra Nhận xét khuyết tật Hình ảnh thể hiện khuyết tật tại phụ lục 2 5 Tấm BTXM tại lý trình Km934+100 lần 2
Bê tông bị xốp ở một số vị trí, suy
giảm vận tốc truyền đến 42% 2.31 6 Tấm BTXM tại lý trình
Km934+100 lần 3
Bê tông bị xốp ở một số vị trí, suy
giảm vận tốc truyền đến 42% 2.32
7 Tấm BTXM tại lý trình Km933+900 lần 1
Bê tông bị xốp ở một số vị trí, suy giảm vận tốc truyền đến 35%; phát hiện khuyết tật cách mặt 10,5cm
2.33
8 Tấm BTXM tại lý trình Km933+900 lần 2
Bê tông bị xốp ở một số vị trí, suy giảm vận tốc truyền đến 35%; phát hiện khuyết tật cách mặt 10,5cm
2.34
9 Tấm BTXM tại lý trình Km933+900 lần 3
Bê tông bị xốp ở một số vị trí, suy giảm vận tốc truyền đến 42%; phát hiện khuyết tật cách mặt 10,5cm
2.35
10 Tấm BTXM tại lý trình Km933-+900 lần 1
Bê tông bị xốp ở một số vị trí, suy
giảm vận tốc truyền đến 18% 2.36 11 Tấm BTXM tại lý trình
Km933+900 lần 2
Bê tông bị xốp ở một số vị trí, suy
giảm vận tốc truyền đến 18% 2.37 12 Tấm BTXM tại lý trình
Km933+900 lần 3
Bê tông bị xốp ở một số vị trí, suy
giảm vận tốc truyền đến 18% 2.38 13 Tấm BTXM tại lý trình
Km933+100 lần 1
Bê tông bị xốp ở một số vị trí, suy
giảm vận tốc truyền đến 30% 2.39 14 Tấm BTXM tại lý trình
Km933+100 lần 2
Bê tông bị xốp ở một số vị trí, suy
giảm vận tốc truyền đến 30% 2.40 15 Tấm BTXM tại lý trình
Km933+100 lần 3
Bê tông bị xốp ở một số vị trí, suy
giảm vận tốc truyền đến 30% 2.41 16 Tấm BTXM tại lý trình
Km932+900 lần 1
Bê tông bị xốp ở một số vị trí, suy
STT Vị trí kiểm tra Nhận xét khuyết tật Hình ảnh thể hiện khuyết tật tại phụ lục 2 khuyết tật cách bề mặt 10,3cm 17 Tấm BTXM tại lý trình Km932+900 lần 2
Bê tông bị xốp ở một số vị trí, suy giảm vận tốc truyền đến 30%; khuyết tật cách bề mặt 10,3cm
2.43
18 Tấm BTXM tại lý trình Km932+900 lần 3
Bê tông bị xốp ở một số vị trí, suy giảm vận tốc truyền đến 30%; khuyết tật cách bề mặt 10,3cm
2.44
19 Tấm BTXM tại lý trình Km932+500 lần 1
Bê tông bị xốp ở một số vị trí, suy
giảm vận tốc truyền đến 15% 2.45 20 Tấm BTXM tại lý trình
Km932+500 lần 2
Bê tông bị xốp ở một số vị trí, suy
giảm vận tốc truyền đến 15 2.46 21 Tấm BTXM tại lý trình
Km932+500 lần 3
Bê tông bị xốp ở một số vị trí, suy
giảm vận tốc truyền đến 15% 2.47
22 Tấm BTXM tại lý trình Km932+100 lần 1
Bê tông bị xốp ở một số vị trí, suy giảm vận tốc truyền đến 32%; khuyết tật cách bề mặt 4cm
2.48
23 Tấm BTXM tại lý trình Km932+100 lần 2
Bê tông bị xốp ở một số vị trí, suy giảm vận tốc truyền đến 32%; khuyết tật cách bề mặt 4cm
2.49
24 Tấm BTXM tại lý trình Km932+100 lần 3
Bê tông bị xốp ở một số vị trí, suy giảm vận tốc truyền đến 32%; khuyết tật cách bề mặt 4cm
Hình 3.21 Biểu đồ kết quả đo BTXM tại lý trình Km934+500 (đường HCM) 3.1.7. Đo đạc kiểm tra mặt đường BTXM đường QL18 Hạ Long – Mông Dương
Bảng 3.4. Kết quả đo đạc tổng hợp các tấm BTXM QL18 Hạ Long – Mông Dương
STT Vị trí kiểm tra Nhận xét khuyết tật
Hình ảnh thể hiện khuyết tật tại phụ lục 2 Chiều dày trung bình của tấm (cm) 1 Tấm BTXM tấm 94 (Km 148+185 trái tuyến)
Bê tông chất lượng tốt, suy giảm vận tốc truyền <10% 2.51 23.36 2 Tấm BTXM tấm 96 (Km 148+175 trái tuyến)
Bê tông chất lượng tốt, suy giảm vận tốc truyền <10% 2.52 23.69 3 Tấm BTXM tấm 97 (Km 148+170 trái tuyến)
Bê tông chất lượng tốt, suy giảm vận tốc truyền <10% 2.53 24.51 4 Tấm BTXM tấm 98 (Km 148+165 trái tuyến) Bê tông có tính đồng nhất cao; có rất ít vị trí bị xốp 2.54 23.42 5 Tấm BTXM tấm số 100 (Km 148+155 trái
Bê tông chất lượng
STT Vị trí kiểm tra Nhận xét khuyết tật Hình ảnh thể hiện khuyết tật tại phụ lục 2 Chiều dày trung bình của tấm (cm) tuyến) truyền <10% 6 Tấm BTXM tấm 103 (Km 148+140 trái tuyến)
Bê tông chất lượng rất tốt, suy giảm vận tốc truyền <5% 2.56 22.4 7 Tấm BTXM tấm 107 (Km 148+120 trái tuyến) Bê tông có tính đồng nhất cao; có rất ít vị trí bị xốp 2.57 22.87 8 Tấm BTXM tấm 117 (Km 148+70 trái tuyến) Bê tông có tính đồng nhất cao; có rất ít vị trí bị xốp 2.58 23.42 9 Tấm BTXM tấm 124 (Km 148+35 trái tuyến) Bê tông có tính đồng nhất cao; có rất ít vị trí bị xốp 2.59 23.63
Hình 3.22 Tấm số 94-trái tuyến, thí nghiệm theo phương ngang đường-dọc ở giữa tấm (chiều dày tấm 23.36cm; chất lượng bê tông thi công tốt).
3.1.8. Những vấn đề ảnh hưởng đến kết quả đo và phương án xử lý.
+ Nguồn kích thích dao động có ảnh hưởng nhiều đến sự phân tán của số liệu. Thực nghiệm với nhiều kích cỡ tải tác dụng: sử dụng quả chì thả rơi, bi thép các cỡ cho thấy diện tiếp xúc càng bé cho kết quả đo đạc chính xác. Tuy nhiên nếu kích thước quá bé không đủ năng lượng va chạm cảm biến không đủ độ nhạy để số liệu. Nghiên cứu sinh đã thử nghiệm với cảm biến có độ nhạy 1000mV/G thì nên sử dụng viên bi tạo va chạm có đường kính 5mm là phù hợp cho tấm dày đến 30cm, viên bi có đường kính 5-:-10mm cho tấm có chiều dày từ 30-50cm.
+ Vấn đề lựa chọn vị trí tác động: Khoảng cách giữa điểm va chạm và đầu đo là quan trọng nếu khoảng cách quá lớn sẽ không thu được sự phản xạ của sóng P, và mối quan hệ đơn giản thể hiện không áp dụng được. Nếu khoảng cách quá nhỏ, tương ứng sẽ là sóng mặt. Trên cơ sở thực nghiệm nghiên cứu sinh nhận thấy vị trí tác động tải trọng cách cảm biến đo tối thiểu 40mm và tối đa không quá 0.4 chiều dày tấm số liệu có độ chụm cao. Cách thử: đặt cảm biến cố định, gõ viên bi ở các vị trí khác nhau. Do vậy nghiên cứu sinh thiết kế bộ tạo va chạm cách với cảm biến đo 50mm sẽ dễ đáp ứng các loại tấm bê tông mặt đường.
+ Ảnh hưởng của tốc độ lấy mẫu dữ liệu: Ví dụ, đối với tốc độ sóng v 4000 m/s và chiều dày tấm 0.2 m, tần số tương ứng đo được sẽ là 10 kHz. Do vậy để đạt được sai số 1% thì thiết bị phải có tần số lấy mẫu 1000 kHz (1MHz). Nghiên cứu sinh đã lựa chọn bộ thu thập số liệu Ni 6215 có khả năng lấy mẫu 1.25 MHz.
3.2. Nghiên cứu chế tạo thiết bị đo độ cập kênh giữa hai tấm bê tông qua khe nối TOTC-02 TOTC-02
3.2.1. Mục tiêu chế tạo
Qua phân tích kết quả khảo sát đánh giá mặt đường [19] cho thấy hư hỏng phần lớn xuất phát từ khe nối giữa hai tấm BTXM. Dấu hiệu hư hỏng có thể sớm phát hiện thông qua biểu hiện cập kênh giữa hai tấm khi có tải trọng di chuyển qua. Độ cập kênh giữa hai tấm chính là chuyển vị tương đối giữa hai tấm bê tông qua khe nối. Tuy nhiên chuyển vị tương đối giữa hai tấm bê tông rất nhỏ do vậy cần phải sử dụng cảm biến đo có những tính năng như:
- Bộ gá lắp đặt nhanh, ổn định
3.2.2. Nguyên lý cấu tạo của thiết bị
Dựa trên nguyên lý thiết bị đo độ cập kênh hai tấm bê tông xi măng của tác giả Sergio Perez [54] như Hình 3.23
Hình 3.23. Thiết bị đo độ cập kênh tấm theo Sergio Perez
trong đó (1) là chân giá đỡ phía bên tấm BTXM 1; (2) chân phía bên tấm BTXM 2; (3) đồng hồ đo chuyển vị tương đối giữa (1) và (2).
Nghiên cứu sinh thiết kế thiết bị đo sử dụng cảm biến có độ nhạy cao và kết nối với máy tính, qua phần mềm thu thập số liệu và xử lý kết quả như sau:
Hình 3.24. Thiết bị đo độ cập kênh tấm- TOTC-02
+ Quả đối trọng nặng 25kg chế tạo bằng thép có 03 chân có thể điều chỉnh được chiều cao các chân, những chân nhọn này tiếp xúc điểm với mặt đường hạn chế dao động tương đối so với mặt đường BTXM.
+ 04 cảm biến đo chuyển vị LVDT độ phân giải 10-4
mm được kiểm tra, hiệu chuẩn so sánh với thiết bị chuẩn.
Hình 3.25. Hiệu chuẩn thiết bị trên thiết bị chuẩn tại phòng thí nghiệm
+ Cảm biến LVDT01 và LVDT02 đặt trên tấm bê tông thứ nhất cùng với quả đối trọng mục đích để kiểm tra dao động của quả đối trọng (nếu trong quá trình đo quả đối trọng xuất hiện dịch chuyển tương đối với tấm BTXM 2 cảm biến này sẽ kiểm soát được). + Cảm biến LVDT 03 và LVDT 04 đặt trên tấm bê tông thứ 2, sử dụng 02 cảm biến nhằm mục đích kiểm soát tăng thêm độ tin cậy của phép đo.
+ Giá trị cập kênh tấm được tính bằng
K= (LVDT03+LVDT04)/2-(LVDT02+LVDT01)/2 (mm) + Dữ liệu được thu thập liên tục và được xử lý trên máy tính
Hình 3.26. Đo đạc thử nghiệm độ cập kênh giữa hai tấm
3.3. Nghiên cứu chế tạo thiết bị đo biến dạng TOTC-03
3.3.1. Mục tiêu chế tạo -0.006 -0.006 -0.004 -0.002 0 0.002 0.004 0.006 0 5000 10000 15000 20000 25000
BIỂU ĐỒ CHUYỂN VỊ TƯƠNG ĐỐI 2 TẤM BTXM
(mms) (mm)
- Nghiên cứu chế tạo thiết bị đo biến dạng có thể đo biến dạng của đáy tấm bê tông khi chịu tải trọng
- Cảm biến hoạt động ổn định trong điều kiện ẩm, nhiệt độ thay đổi - Thiết bị đo tự động ghi dữ liệu liên tục.
3.3.2. Nguyên lý hoạt động của thiết bị
Biến dạng s: là tỉ số giữa độ biến thiên kích thước (l) và kích thước ban đầu
l l
(3.3)
Biến dạng gọi là đàn hồi khi mà ứng lực mất đi thì biến dạng cũng mất theo. - Phương pháp đo biến dạng
Để đo biến dạng người ta sử dụng các cảm biến biến dạng hay còn gọi là đầu đo biến dạng. Hiện nay sử dụng phổ biến hai loại đầu đo biến dạng:
+ Đầu đo điên trở: đây là loại đầu đo dùng phổ biến nhất. Chúng được chế tạo từ vật liêu có điên trở biến thiên theo mức độ biến dạng, với kích thước nhỏ từ vài mm đến vài cm, khi đo chúng được dán trực tiếp lên cấu trúc biến dạng.
+ Đầu đo dạng dây rung được dùng trong ngành xây dựng. Đầu đo được làm bằng một sợi dây kim loại căng giữa hai điểm của cấu trúc cần đo biến dạng. Tần số của dây rung là hàm của sức căng cơ học, tần số này thay đổi khi khoảng cách hai điểm nối thay đổi.
Nghiên cứu sinh lựa chọn cảm biến đo biến dạng kiểu điện trở
Đầu đo điên trở kim loại có cấu tạo dạng lưới. Đối với đầu đo dạng lưới dây, được làm bằng dây điên trở có tiết diên tròn (đường kính d 20 p,m).
Đầu đo dạng lưới màng chế tạo bằng phương pháp mạch in (hình 3.1b). Số nhánh n của cảm biến thường từ 10 - 20 nhánh.
(a) (b)
Cảm biến được cố định trên đế cách điện mỏng bề dày ~ 0,1 mm làm bằng giấy hoặc ~ 0,03 mm làm bằng chất dẻo (polyimide, epoxy). Vật liêu làm điện trở thường thuộc họ hợp kim Ni ( bảng 3.1).
Bảng 3.5. Hệ số cảm biến tương ứng với các vật liệu chế tạo
Hợp kim Thành phần Hệ số cảm biến K
Constantan 45%Ni, 55%Cu 2,1
Isoelastic 52%Fe, 36%Ni, 8%Cr, 4%(Mn+Mo) 3,5
Karma 74%Ni, 20%Cr, 3%Cu, 3%Fe 2,1
Nicrome V 80%Ni, 20%Cr 2,5
Bạch kim - vonfram 92%Pt, 8%W 4,1
Khi đo cảm biến được gắn vào bề mặt của cấu trúc cần khảo sát (hình 3.22), kết quả là cảm biến cũng chịu một biến dạng như biến dạng của cấu trúc.
Hình 3.28. Cách cố định cảm biến trên bề mặt khảo sát
1) Bề mặt khảo sát 2) Cảm biến 3)Lớp bảo vê 4) Mối hàn 5) Dây dẫn 6) Cáp điên 7) Keo dán
Sơ đồ thiết kế thiết bị đo sử dụng 1 cảm biến điện trở
Sơ đồ thiết kế thiết bị đo sử dụng 2 cảm biến điện trở
Hình 3.30 Sơ đồ mạch sử dụng 1 cảm biến Sơ đồ thiết kế thiết bị đo sử dụng 2 cảm biến điện trở
Hình 3.31 Sơ đồ mạch sử dụng 4 cảm biến 3.3.3. Chế tạo dụng cụ đo biến dạng sử dụng cảm biến điện trở
Dựa trên nguyên lý như đã phân tích, nghiên cứu sinh chế tạo bộ dụng cụ đo bao gồm: Thanh kim loại, trên thanh kim loại bố trí dán 4 cảm biến điện trở dạng mạch cầu như Hình 3.25. Thanh kim loại được gia công chế tạo dạng gân xoắn 2 đầu liên kết chặt với bê tông xi măng, khi bê tông bị biến dạng dẫn đến thanh kim loại cũng biến dạng đồng thời do vậy đo biến dạng của thanh kim loại cũng tương đương như đo biến dạng bê tông.
- Nghiên cứu sinh đã sử dụng sơ đồ nguyên lý 4 cảm biến điện trở như Hình 3.2 8. Sử dụng sơ đồ này giúp cho việc ảnh hưởng của nhiệt độ đến kết quả đo ít nhất, do có sử dụng 02 cảm biến có chức năng bù nhiệt.
Hình 3.33. Thử không tải các cảm biến đo biến dạng sau khi chế tạo
Hình 3.34 Thử nghiệm cảm biến đặt trong mẫu thử
Hình 3.35. Sơ đồ khối thiết bị TOTC-03
- Cảm biến đo biến dạng được đặt khi thi công tấm bê tông xi măng hiện trường và một số cảm biến nhiệt độ được kết nối với bộ đọc dữ liệu, mô đun truyền số liệu
Cảm biến 1 Cảm biến 2
Nguồn
cung cấp Card truyền và xử lý số liệu
Thiết bị phát tín hiệu CẠC KHUẾCH ĐẠI
qua sóng điện thoại. Tại Phòng thí nghiệm với máy tính có mô đun nhận số liệu có thể lấy dữ liệu đo đạc biến dạng từ xa. Hệ thống đo đạc thu thập số liệu này được đặt tên là thiết bị TOTC-03 (Techno science of transport centre-02). Thiết bị TOTC-03 đã được đăng ký giải pháp hữu ích tại Cục Sở hữu trí tuệ và đã được đăng trên công báo số 339 tập A (06.2016).
3.3.4. Đo đạc thử nghiệm trên mẫu thử trong phòng thí nghiệm
Trước khi thử nghiệm gắn các cảm biến được chế tạo vào tấm bê tông thử nghiệm tại hiện trường, nghiên cứu sinh đã từng bước kiểm tra và hiệu chuẩn thiết bị trên mẫu chuẩn và dụng cụ đã được kiểm chuẩn như sau:
- Đặt cảm biến trong khuôn mẫu có kích thước 15x15x60 cm, đổ hỗn hợp bê tông xi măng vào khuôn. Tạo ra mẫu kích thước 15x15x60 trong có gắn cảm biến bên trong và sát đáy mẫu.
- Khi mẫu bê tông đủ tuổi R28, tiến hành dán đát tríc đo bê tông lên bê mặt của mẫu như Hình 3.28.
- Thử nghiệm xác định mô đun đàn hồi của bê tông theo TCVN 5726:1993 - Thử nghiệm kéo uốn trong giới hạn đàn hồi đo đạc các số liệu
+ Đo lực tác dụng lên mẫu dầm, qua giá trị đo lực tính được ứng suất trên mẫu