2 Khối lượng thể tích (g/cm3)
3.5. KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM XÁC ĐỊNH MÔ ĐUN ĐÀN HỒI ĐỘNG CỦA BÊTÔNG ASPHALT SỬ DỤNG PHỤ GIA TAFPACK-SUPER (TPS)
ĐỘNG CỦA BÊTÔNG ASPHALT SỬ DỤNG PHỤ GIA TAFPACK-SUPER (TPS)
Mô đun động của bê tông asphalt là một đặc tính cơ học được qua tâm nghiên cứu trong thời gian gần đây để làm cơ sở tính toán kết cấu áo đường mềm. Đây cũng là một thông số thiết kế qua trọng để đánh giá vệt hằn bánh xe và khả năng chống chịu nứt nhiệt và chống nứt mỏi của bê tông asphalt. Tương tự như mô đun độ cứng, mô đun động cũng khả nhạy cảm với sự thay đổi nhiệt độ do đặc tính nhạy cảm đối với nhiệt độ của chất kết dính bi tum (một vật liệu đàn hồi nhớt).
Mô đun động là giá trị tuyệt đối của mô đun tổng hợp, biểu thị tính chất đàn hồi vật liệu có tính chất chảy dẻo tuyến tính khi chịu tác dụng của tải trọng hình sin
Hình 2.8: Mô hình thí nghiệm xác định mô đun đàn hồi động Nguyên lý thí nghiệm:
Thí nghiệm được thực hiện trên mẫu chế bị trong phòng hoặc mẫu khoan về từ hiện trường có kích thước h=2d (với d=101.6 mm hoặc 152mm), ở nhiệt độ 5oC, 25oC và 40oC và và 60oC các tần số tác dụng tải trọng bằng 0.1Hz, 0.5Hz , 1Hz, 5Hz, 10Hz và 25Hz cho mỗi nhiệt độ.
Độ lớn của tải trọng trùng phục được lựa chọn nằm trong khoảng từ 0÷35psi và thời gian mỗi lần tác dụng của tải trọng nằm trong khoảng từ 30÷45 giây.
Cho tải trọng tác dụng lặp một số lần cho đến khi biến dạng đàn hồi của những lần tác dụng kề nhau đều ổn định; số lần tác dụng tải trọng tuỳ thuộc vào nhiệt độ thí nghiệm
và tần số gia tải.Ứng với mỗi tần số, số chu kỳ lặp của tải trọng thay đổi từ 200 đến 15 chu kỳ. Với mỗi mẫu thử, ở mỗi tần số thí nghiệm, giá trị mô đun động ở ít nhất 6 chu kỳ cuối được ghi lại.
Sau khi các biến dạng đàn hồi đã ổn định dưới tác dụng của tải trọng trùng phục kề nhau thì đo và ghi lại biến dạng đàn hồi và ứng suất dọc trục tương ứng với ít nhất 3 chu kỳ tác dụng tải trọng trùng phục cuối cùng và lấy trị số trung bình.
Hình 2.9: Sơ đồ thí nghiệm xác định mô đun động Ý nghĩa sử dụng:
Mô đun đàn hồi động được sử dụng để đánh giá, phân tích hỗn hợp bê tông nhựa và kết cấu mặt đường bê tông nhựa.
Nhận xét, đánh giá:
Đây là thí nghiệm tương đối phức tạp, đòi hỏi phải có thiết bị thí nghiệm chuyên dụng, hiện nay chủ yếu phục vụ cho công tác nghiên cứu.
Do tải trọng tác dụng thường nhỏ, thí nghiệm xác định mô đun đàn hồi với tải trọng trùng phục là thí nghiệm không phá huỷ và mẫu được sử dụng để thí nghiệm nhiều lần trong các điều kiện khác nhau với tải trọng khác nhau.
Mô đun động là một giá trị tổng hợp, trong đó phần thực đại diện cho mô đun độ cứng và phần ảo mô tả khả năng truyền ứng suất của bản thân vật liệu.
* Trình tự xác định mô đun đàn hồi động:
Thí nghiệm mô đun phức động được thực hiện nhờ thiết bị thí nghiệm Cooper của Phòng thí nghiệm Vật liệu xây dựng – Viện khoa học công nghệ XD Giao thông – Trường đại học Giao thông vận tải. Thiết bị Cooper là thiết bị thí nghiệm chuyên dụng, hiện đại, đồng bộ với các tính năng chủ yếu sau:
+ Có buồng thí nghiệm khống chế, điều chỉnh được nhiệt độ từ -50C đến 600C. + Có các phần mềm đi kèm với các mô đun thí nghiệm khác nhau.
+ Có khả năng đặt được mức lực tác dụng lên mẫu thí nghiệm nhờ phần mềm điều khiển van khí Servo.
+ Có dụng cụ đo lực và đo biến dạng với độ chính xác cao (đo lực bằng Loadcell, đo biến dạng bằng LVDT).
+ Toàn bộ quá trình thí nghiệm xác định mô đun đàn hồi động được thực hiện tự động nhờ phần mềm điều khiển đi kèm máy (TP-62 Dynamic Modulus).
+ Kết quả thí nghiệm được hiển thị trên máy tính và được lưu trong máy dưới dạng file số liệu gồm các thông tin cần thiết và các số liệu dạng cột có thể mở trong excel.
Các thao tác chủ yếu để thực hiện thí nghiệm như các hình dưới:
Hình 3.10: Lắp đặt mẫu thí nghiệm Hình 3.11: Khởi động phần mềm điều
Hình 3.14: Chỉnh “không” cho các đầu LVDT đo biến dạng
Hình 3.15: Màn hình hiển thị kết quả thí nghiệm trên máy tính
Hình 3.12: Thiết bị thí nghiệm tự đặt lực giữ ban đầu lên mẫu
Hình 3.13: Thiết lập các thông tin về mẫu thí nghiệm, đặt mức lực tác dụng lên mẫu
Hình 3.16: Kết thúc thí nghiệm
Kết quả thí nghiệm các tổ mẫu có sử dụng phụ gia ACT được đối chứng với mẫu thử bê tông asphalt sử dụng nhựa AC. Kết quả thí nghiệm các tổ mẫu được thể hiện chi tiết trong Bảng 3.13
Bảng 3.13 Kết quả thí nghiệm mô đun đàn hồi động Nhiệt
độ,
Tần
số Mô đun đàn hồi động của các mẫu thử, MPa
AC1 AC2 AC3 Trung
bình ACT1 ACT2 ACT3
Trung bình 5 0.10 1568.4 1 1398.4 1 1635.6 2 1534.1 5 1016.4 4 1017.3 6 1068.1 5 1033.98 0.50 1843.72 1667.14 1848.90 1786.59 1189.29 1177.72 1202.81 1189.94 1.00 1950.63 1720.80 1883.05 1851.49 1249.71 1238.03 1276.39 1254.71 5.00 2075.15 1794.71 1944.01 1937.96 1314.68 1320.69 1440.71 1358.69 10.00 2159.06 1778.12 2023.24 1986.80 1351.80 1390.56 1515.53 1419.30 25.00 2200.62 1826.18 2050.06 2025.62 1417.79 1447.05 1584.80 1483.21 25 0.10 866.68 1087.9 9 1133.0 7 1029.2 5 1278.77 1467.2 3 1389.3 4 1378.45 0.50 1061.8 7 1250.44 1206.8 4 1173.0 5 1593.6 9 1454.78 1342.1 8 1463.55 1.00 1157.90 1638.86 1505.33 1434.03 1874.57 1692.86 1586.56 1718.00 5.00 1678.60 1863.62 1727.07 1756.43 2266.94 2275.76 2130.70 2224.47 10.00 1997.18 1947.10 1735.06 1893.11 2317.89 2425.67 2263.40 2335.65 25.00 1754.54 2016.29 1995.43 1922.08 2358.68 2557.38 2447.48 2454.51 40 0.10 679.93 635.42 560.07 625.14 816.72 833.30 860.40 836.81 0.50 813.58 835.95 798.14 815.89 1065.54 976.21 1092.65 1044.80 1.00 902.67 1057.57 793.54 917.93 1061.8 0 1075.90 1218.57 1118.76 5.00 1072.94 989.14 1088.63 1050.24 1179.82 1170.37 1399.41 1249.87 10.00 1136.87 1055.82 1081.25 1091.31 1381.02 1171.90 1366.73 1306.55 25.00 1100.34 1092.02 1253.06 1148.47 1366.13 1337.58 1343.99 1349.23 60 0.10 545.52 543.92 457.94 515.79 626.58 663.78 687.95 659.44 0.50 628.59 597.79 526.87 584.42 741.71 787.95 816.66 782.11
1.00 682.90 629.93 539.08 617.30 796.05 850.54 886.27 844.29
5.00 814.96 690.77 583.87 696.54 922.09 980.28 1020.25 974.21
10.00 920.07 735.40 623.37 759.61 967.25 1037.51 1091.08 1031.94
25.00 992.52 790.14 734.53 839.07 1138.28 1123.34 1106.38 1122.67
Trong đó: AC : Bê tông asphalt sử dụng bi tum 60/70
ACT : Bê tông asphalt sử dụng bi tum 60/70 + 12% TPS
Hình 3.18 Biểu đồ ứng xử mô đun động với sự thay đổi tần số tải trọng
Ứng xử của mô đun độ đàn hồi động của AC và ACT với sự thay đổi của nhiệt độ được thể hiện Hình 3.19
Hình 3.19 Biểu đồ mô đun động của AC & ACT ở các nhiệt độ khác nhau
Ở nhiệt độ 5C mô đun động của AC tăng từ 1534.15 MPa ở tần số 0.1Hz lên 2025.62 MPa ở tần số 25Hz, trong khi đó mô đun động của mẫu ACT tăng từ 1033.98 MPa ở tần số 0.1Hz lên 1483.21MPa ở tần số 25Hz. Từ kết quả này cho thấy giá trị mô đun động của mẫu AC cao hơn trung bình khoảng 30.34% so với giá trị mô đun động của mẫu ACT.
Ở nhiệt độ 25oC mô đun động của AC tăng từ 1029.25 MPa ở tần số 0.1Hz lên 1922.08 MPa ở tần số 25Hz, trong khi đó mô đun động của mẫu ACT tăng từ 1378.45 MPa ở tần số 0.1Hz lên 2454.51MPa ở tần số 25Hz. Từ kết quả này cho thấy giá trị mô đun động của mẫu ACT cao hơn trung bình khoảng 25.7% so với giá trị mô đun động của mẫu AC.
Ở nhiệt độ 40oC mô đun động của AC tăng từ 625.14MPa ở tần số 0.1Hz lên 1148.47MPa ở tần số 25Hz, trong khi đó mô đun động của mẫu ACT tăng từ 836.81MPa ở tần số 0.1Hz lên 1349.23MPa ở tần số 25Hz. Từ kết quả này cho thấy giá trị mô đun động của mẫu ACT cao hơn trung bình khoảng 22.25% so với giá trị mô đun động của mẫu AC.
Ở nhiệt độ 60oC mô đun động của AC tăng từ 515.79MPa ở tần số 0.1Hz lên 839.07MPa ở tần số 25Hz, trong khi đó mô đun động của mẫu ACT tăng từ 659.44MPa ở tần số 0.1Hz lên 1122.67MPa ở tần số 25Hz. Từ kết quả này cho thấy giá trị mô đun động của mẫu ACT cao hơn trung bình khoảng 34.94% so với giá trị mô đun động của mẫu AC.
Kết quả thu được cho thấy khi giá trị tần số tăng dần thì mô đun động của AC và ACT cũng tăng theo. Đồng thời, khi nhiệt độ thí nghiệm tăng thì mô đun động của AC giảm, trong khi đó mô đun động của ACT tăng trong khoảng nhiệt độ từ 5oC đến 25oC sau đó mới bất đầu giảm dần. Tuy nhiên, mức độ tăng, giảm của mô đun động tương đối đồng đều ở các tần số khác nhau.