7 Cấu trúc của luận án
3.4. Nghiên cứu thực nghiệm xác định mô độngcủa bê tông nhựa chặt ở Việt
Việt Nam
Việc nghiên cứu thực nghiệm xác định mơ đun động nhằm mục đích xây dựng mối quan hệ thực nghiệm giữa tính chất của vật liệu bitum sử dụng với mô đun động của các loại
84.4% 15.2% -0.2% -0.1% 0.0% 0.0% 0.0% -100.0% -50.0% 0.0% 50.0% 100.0% η f P4 Va= P200 P3/8 Vbeff= Sensitivity: log(E*)= 97.8% -2.1% -0.1% -0.1% 0.0% 0.0% 0.0% -100.0% -50.0% 0.0% 50.0% 100.0% Gsao denta Va= P200 P3/8 Vbeff= P4 Sensitivity: log(E*)= 99.9% 0.1% 0.0% -100.0% -50.0% 0.0% 50.0% 100.0% Gsao VFA= VMA Sensitivity: E*=
BTNC trên cơ sở nền tảng là các mơ hình dự báo |E*| của Hoa Kỳ theo điều kiện vật liệu của Việt Nam.
Trên cơ sở các loại vật liệu, cấp phối đã chọn ở mục 3.1, thiết kế thí nghiệm cho BTNC 12.5 và BTNC 19 theo các bảng 3.9 và bảng 3.10 ở mục 3.2. Các bước tiếp theo cần thực hiện để nghiên cứu thực nghiệm xác định |E*| của các loại BTNC và đề xuất các hệ số trong các mơ hình dự báo |E*| theo điều kiện Việt Nam như sau.
3.4.1. Chuẩn bị vật liệu, thiết bị và đúc mẫu phục vụ cơng tác thí nghiệm mơ đun
động của các loại bê tông nhựa
3.4.1.1. Vật liệu và thiết bị thí nghiệm.
Vật liệu
Vật liệu thí nghiệm gồm bốn loại bitum (60/70; 40/50; 35/50 và PMBIII) và ba loại đá gồm đá vôi ở mỏ đá Phú Hà, Thanh Liêm- Hà Nam, đá bazan (Hataco, Quốc Oai Hà Nội), đá granit (Mỏ Khe Dầu, Tỉnh Hà Tĩnh), và bột khoáng sử dụng đá vôi của mỏ Gọng Vối (Thanh Sơn, huyện Kim Bảng, tỉnh Hà Nam).
Cấp phối thiết kế cho BTNC 12.5 và BTNC 19 tuân theo các yêu cầu của [2] và được tổng hợp như bảng 3.5 của mục 3.1. Phương pháp thiết kế BTN cũng như chuẩn bị các mẫu thí nghiệm thực hiện theo phương pháp Marshall với hàm lượng bitum và số lượng mẫu cần chuẩn bị trên cơ sở thiết kế thí nghiệm ở mục 3.2.
Theo phương pháp thiết kế thí nghiệm của Taguchi, mục 3.2 sẽ có 36 tổ mẫu BTNC ứng với các loại (đá, cấp phối và hàm lượng bitum khác nhau) được tổng hợp trong các bảng 3.9 và bảng 3.10. Tuy nhiên, do có đúc thêm 2 tổ mẫu BTNC để kiểm chứng tại hàm lượng bitum 5.2% (BTNC 12.5 với đá vôi và đá granit cho cấp phối JMF1), như vậy có tổng cộng 38 tổ mẫu để thí nghiệm |E*|.
Thiết bị thí nghiệm
Việc thí nghiệm |E*| được tiến hành bằng thiết bị CRT-UTM-NU của phịng thí nghiệm vật liệu xây dựng của trường ĐHGTVT. được nhập về trường năm 2009. Thiết bị này đã được kiểm định và có khả năng thực hiện các thí nghiệm liên quan tới BTN theo các tiêu chuẩn AASHTO TP-62/TP 79, EN 12697-25/26, ASTM D7369/D4123/D349 [27], [64].
3.4.1.2. Thí nghiệm xác định mơ đun động
Tiêu chuẩn áp dụng
Hiện nay, theo các tiêu chuẩn của Hoa Kỳ, có 3 tiêu chuẩn khác nhau dùng để xác định giá trị mơ đun của BTN, đó là:
Tiêu chuẩn AASHTO TP 79-13 [66]. Tiêu chuẩn AASHTO T342-11 [67].
Tiêu chuẩn AASHTO TP 62-07(2009) [68].
Thiết bị của Trường Đại học Giao thông vận tải phù hợp để thực hiện thí nghiệm theo tiêu chuẩn AASHTO TP62, do vậy tiêu chuẩn AASHTO TP-62 được áp dụng để thực hiện thí nghiệm mơ đun động của các mẫu BTN.
Xác định phạm vi nhiệt độ và tần số trong thí nghiệm |E*|
Theo tiêu chuẩn AASHTO TP-62, để thí nghiệm |E*| cần xác định các thơng số như tần số tác dụng của tải trọng, nhiệt độ thí nghiệm… Do đặc thù thiết bị thí nghiệm CRT- UTM-NU của Trường ĐHGT cài đặt các giá trị mặc định sẵn với tần số tải trọng tác dụng cố mặc là 0.1Hz, 0.5Hz, 1Hz, 5Hz,10Hz và 25Hz nên các tần số này sẽ thực được sử dụng trong thí nghiệm |E*| của BTN. Về nhiệt độ, các giá trị nhiệt độ thí nghiệm |E*| sẽ gồm các nhiệt độ từ thấp tới cao, đủ để kết hợp với phạm vi tần số tác dụng của tải trọng để xây dựng được các đường cong chủ của mô đun động của các hỗn hợp BTNC khác nhau đạt độ chính xác phù hợp theo các tiêu chuẩn thống kê đề cập trong bảng 2.3. Trên nguyên tắc này, các nhiệt độ sử dụng trong thí nghiệm E* gồm có 10oC, 25oC, 40oC, và 55oC và việc thí nghiệm được tiến hành theo thứ tự từ nhiệt độ thấp nhất tới nhiệt độ cao nhất, và tại mỗi nhiệt độ sẽ tiến hành thí nghiệm theo thứ tự từ tần số lớn nhất tới tần số nhỏ nhất [68].
Xác định mức ứng suất và số chu kỳ tác dụng của tải trọng
Các mức độ ứng suất động tác dụng vào mẫu phụ thuộc vào độ cứng của mẫu, tùy theo các giá trị của nhiệt độ trong thí nghiệm mẫu mà mức độ ứng suất tác dụng vào mẫu thay đổi với nguyên tắc nhiệt độ càng thấp thì giá trị ứng suất sử dụng trong thí nghiệm càng lớn và ngược lại, giá trị ứng suất tác dụng vào mẫu cần điều chỉnh sao cho mức độ biến dạng dọc trục trong khoảng 50 tới 150 microstrain. Bảng 3.13 đưa ra các mức ứng suất động điển hình tùy theo các giá
trị của nhiệt độ thí nghiệm khác nhau [68]
Bảng 3.13: Các mức độ ứng suất động tùy theo nhiệt độ thí nghiệm điển hình Nhiệt độ thí nghiệm Phạm vi ứng suất Nhiệt độ thí nghiệm Phạm vi ứng suất (oC) (oF) (KPa) (Psi) -10 14 1400 -2800 200-400 4 40 700-1400 100-200 21 70 350-700 50-100 37 100 140-250 20-50 54 130 35-70 5-10
Số chu kỳ tác dụng của tải trọng tùy thuộc vào các giá trị tần số sử dụng trong thí nghiệm, tần số bé thì số chu kỳ tác dụng cũng nhỏ, bảng 3.14 tóm tắt số chu kỳ tác dụng của tải trọng tùy theo các giá trị tần số khác nhau [68].
Bảng 3.14: Số các chu kỳ thí nghiệm tùy theo các giá trị của tần số khác nhau [68] Tấn số (Hz) 0.1 0.5 1 5 10 25
Số chu kỳ 15 15 20 100 200 200
Các giá trị của |E*| ở các tần số và nhiệt độ khác nếu cần biết, sẽ được xác định bằng việc xây dựng đường các cong chủ (Master curve) của |E*| của các loại BTNC tương ứng.
Tóm tắt phương pháp thí nghiệm
Sau khi công tác chuẩn bị mẫu đã xong, các mẫu BTN được gia công hai đầu mẫu để đảm bảo các đầu mẫu có mặt phẳng tiếp xúc tốt với bộ phận gia tải, hạn chế các sai số liên quan tới bề mặt mẫu. Các mẫu sau đó được cho vào tủ kiểm soát nhiệt độ với thời gian duy trì nhiệt độ như bảng Bảng 3.15.
Bảng 3.15: Thời gian duy trì mẫu thí nghiệm ở các nhiệt độ khác nhau [68] Nhiệt độ mẫu
(oC)
Thời gian với mẫu chưa qua thí nghiệm (nhiệt độ phịng là 25oC), (h)
Mẫu đã được kiểm tra ở mức nhiệt độ trước đó 10 Qua đêm 4h hoặc qua đêm
25 1 3
40 2 2
Sau khi các mẫu BTNC đã duy trì đủ thời gian cho từng mức nhiệt độ khác nhau ở trên, các mẫu sẽ được tiến hành thí nghiệm bằng việc tác dụng một tải trọng hình sin với độ lớn và chu kỳ tác dụng tùy theo mức nhiệt độ và tần số như các bảng 3.13 và bảng 3.14. Các bộ phận cảm biến sẽ ghi lại kết quả của biến dạng phục hồi dọc trục của mẫu và xuất kết quả qua máy tính. Giá trị mô đun động của BTNC (|E*|) sẽ được xác định theo công thức 1.10 của chương 1. Chi tiết kế quả thí nghiệm |E*| như phục lục 3.