7 Cấu trúc của luận án
1.2 Mô đun cắt động (Dynamic shear modulus) của bitum (|G*|)
1.2.3.1 Các nghiên cứu trên thế giới về mơ đun cắt độngvà góc pha của bitum
Có rất nhiều nghiên cứu trên thế giới đã nghiên cứu về tính chất của bitum (|G*|, góc pha δb) với mục đích xác định các yếu tố ảnh hưởng tới |G*|, δb để tìm cách cải thiện chất lượng vật liệu bitum, kiểm sốt chất lượng, phân loại bitum theo cấp đặc tính sử dụng (PG) hay xây dựng các phương trình tương quan thực nghiệm để dự báo |G*|, góc pha δb thơng qua các chỉ tiêu khác. Ví dụ như Van der Poel, 1954 [52], đưa ra khái niệm về mô đun độ cứng của bitum (tại thời điểm tác dụng tải trọng t, ở nhiệt độ T) St,T là hàm của tỷ số ứng suất tác dụng và biến dạng t,Tở thời điểm t, nhiệt độ T, việc đô mô đun độ cứng của bitum dựa vào biến dạng cắt và giá trị mô đun cắt (G) của bitum là tỷ số của ứng suất cắt và biến dạng cắt. Ngoài ra, Van der Poel cũng xây dựng được tốn đồ dự báo mơ đun độ cứng của bitum theo giá trị độ kim lún và điểm hóa mềm của bitum. Trong chương trình nghiên cứu chiến lược đường bộ của Hoa Kỳ [76]. Trên cơ sở các nghiên cứu thực nghiệm, Hoa Kỳ đã xây dựng được tiêu chuẩn phân loại bitum theo tiêu chuẩn AASHTP M320, trong đó các thơng số |G*|, δb là các thông số rất quan trọng trong hệ thống phân loại này.
Trong chương trình nghiên cứu hợp tác đường bộ quốc gia của Hoa Kỳ [32], trên cơ sở nghiên cứu thực nghiệm, Hoa Kỳ đã xây dựng được mối quan hệ tương quan thực nghiệm giữa |G*| với độ nhớt, và góc pha δb ở tần số góc 10 rad/s cho các loại bitum thường, mối tương quan này cho phép dự báo giá trị độ nhớt của bitum sử dụng trong mơ hình Witczak ban đầu sử dụng trong phần mềm cơ học thực nghiệm (ME-PDG, 2002). Trong một nghiên cứu tiếp theo bởi Javed Bari and Matthew W. Witczak đã phát triển mơ hình dự báo góc pha , |G*| mới cho các loại bitum khác nhau gồm cả bitum thường và bitum cải tiến polymer [38]. Trong nghiên cứu này, phương trình xác định góc pha δb là hàm của (độ nhớt của bitum ở nhiệt độ thí nghiệm, tần số tác dụng của tải
trọng trong thí nghiệm nghiệm cắt động lưu biến) và giá trị |G*| là hàm của (độ nhớt của bitum ở nhiệt độ thí nghiệm, tần số tác dụng của tải trọng trong thí nghiệm cắt động lưu biến và góc pha δb). Ngồi ra, cịn nhiều các nghiên cứu thực nghiệm và lý thuyết để xây dựng các được cong chủ của |G*| và góc pha δb của bitum nhằm mục đích dự báo |G*| và góc pha δb ở nhiệt độ hay tần số bất kỳ, được phân làm hai nhóm chính là nhóm các mơ hình tốn học và nhóm các mơ hình cơ học được trình bày ở mục 1.2.4 và trong chương 2 của luận án.
Các nghiên cứu trên thế giới cho thấy giá trị của |G*| và góc pha của bitum phụ thuộc vào rất nhiều yếu tố khác nhau như loại bitum, loại phụ gia, tải trọng (độ lớn, tần số và thời gian tác dụng), nhiệt độ (mơi trường địa lý/khí hậu loại bitum sẽ được sử dụng) và sự già hóa của bitum (do quá trình sản xuất và thi cơng, cách thức bảo quản lưu trữ vật liệu hay q trình khai thác cơng trình theo thời gian) ... [24], [56], [79].
Các hình dưới đây minh họa ảnh hưởng của nhiệt độ, sự già hóa, tần số và loại phụ gia sử dụng tới giá trị G* và góc pha (δb) của một số loại bitum khác nhau [56], [79].
Hình 1.8: Mơ đun cắt động của một số loại bitum tại các nhiệt độ khác nhau [56] loại bitum tại các nhiệt độ khác nhau [56]
Hình 1.9: góc pha (δb) của một số loại bitum tại các nhiệt độ khác nhau [56] bitum tại các nhiệt độ khác nhau [56]
Hình 1.10: Mơ đun phức và góc pha của bitum PMB-AS7 tại tần số 0.02 Hz ở các điều kiện
Hình 1.11: Mơ đun phức và góc pha của bitum PMB-BS7 tại tần số 0.02 Hz ở các điều kiện
Hình 1.12: Giá trị G* của bitum sử dụng các phụ gia khác nhau ở 25oC [79]
Hình 1.13: Giá trị góc pha của bitum sử dụng các phụ gia khác nhau ở 25oC [79]