Cỡ sàng (mm) Lượng lọt sàng (%)
TCVN 8819 – 2011 [2] Cấp phối T&T [24]
19 100 100
12.5 90-100 93.3
Cỡ sàng (mm) Lượng lọt sàng (%) TCVN 8819 – 2011 [2] Cấp phối T&T [24] 4.75 48-71 54.4 2.36 30-55 36.6 1.18 21-40 27 0.6 15-31 21.4 0.3 11-22 14.1 0.15 8-15 10.1 0.075 6-10 7.1 Bảng 3. 3: Thành phần cấp phối BTNC 12.5mm cấp phối 2 Cỡ sàng (mm) Lượng lọt sàng (%) 858/QĐ-BGTVT [9] Cấp phối 2 19 100 100 12.5 74-90 90 9.5 60-80 76 4.75 34-62 40 2.36 20-48 28 1.18 13-36 17 0.6 9-26 13 0.3 7-18 9 0.15 5-14 6 0.075 4-8 4
Bảng 3. 4: Thành phần cấp phối BTNC 12.5mm cấp phối Hồng An Cỡ sàng (mm) Cỡ sàng (mm) Lượng lọt sàng (%) 858/QĐ-BGTVT [9] Cấp phối Hồng An [25] 19 100 100 12.5 90-100 85.18 9.5 74-89 70.96 4.75 48-71 44.84 2.36 30-55 29.35 1.18 21-40 22.14 0.6 15-31 15.97 0.3 11-22 12.06 0.15 8-15 8.93 0.075 6-10 5.91
Hình 3. 2: Biểu đồ cấp phối 1 và cấp phối T&T thiết kế theo TCVN 8819:2011
Hình 3. 3: Biểu đồ cấp phối 2 và cấp phối Hồng An thiết kế theo 858/QĐ-BGTVT
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 0.01 0.1 1 10 100 L ư ợ ng l ọ t s àn g (% ) Kích thước sàng (mm) Cấp phối 1 Cận trên 8819:2011 Cận dưới 8819:2011 Cấp phối T&T 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 0.01 0.1 1 10 100 L ư ợ ng l ọ t s àn g (% ) Kích thước sàng (mm) Cấp phối 2 Cận dưới QĐ858 Cận trên QĐ858 Cấp phối Hồng An
3.2. Các thí nghiệm nghiên cứu 3.2.1.Thí nghiệm Marshall 3.2.1.Thí nghiệm Marshall 3.2.1.1.Cơ sở lý thuyết
Thí nghiệm xác định các chỉ tiêu về độ ổn định và độ dẻo dựa theo TCVN 8860- 1:2011 [26]. Độ ổn định Marshall là kết quả của giá trị lực nén lớn nhất tác dụng lên mẫu BTN. Độ dẻo Marshall là kết quả biến dạng của mẫu BTN ở thời điểm đọc giá trị lực nén lớn nhất. Độ ổn định Marshall được tính bởi cơng thức sau:
S =K×P (3.1) Trong đó:
K: là hệ số điều chỉnh nội suy từ TCVN 8860-1:2011[26]; P: lực nén lớn nhất, (kN).
Bảng 3. 5: Hệ số điều chỉnh K ứng với chiều cao mẫu [26]
Chiều cao mẫu mm Hệ số hiệu chỉnh K Chiều cao mẫu mm Hệ số hiệu chỉnh K 25,4 5,56 52,4 1,39 27,0 5,00 54,0 1,32 28,6 4,55 55,6 1,25 30,2 4,17 57,2 1,19 31,8 3,85 58,7 1,14 33,3 3,57 60,3 1,09 34,9 3,33 61,9 1,04 36,5 3,03 63,5 1,00 38,1 2,78 65,1 0,96 39,7 2,50 66,7 0,93 41,3 2,27 68,3 0,89 42,9 2,08 69,9 0,86 44,4 1,92 71,4 0,83 46,0 1,79 73,0 0,81 47,6 1,67 74,6 0,78 49,2 1,56 76,2 0,76 50,8 1,47
Kết quả của những chỉ tiêu thí nghiệm phải tuân thủ TCVN 8819:2011[2]
Bảng 3. 6: Phạm vi cho phép của thí nghiệm nén Marshall [2]
Chỉ tiêu Quy định Phương pháp thử BTNC 19; 12.5; 9.5 BTNC 4.75 1. Số chày đầm 75 x 2 50 x 2 TCVN 8860-1:2011 2. Độ ổn định ở 600C, 40 phút, kN ≥ 8,0 ≥ 5,5 3. Độ dẻo, mm 2÷4 2÷4 4. Độ ổn định cịn lại, % ≥ 75 ≥ 75 TCVN 8860- 12:2011 5. Độ rỗng dư, % 3÷6 3÷6 TCVN 8860- 9:2011 6. Độ rỗng cốt liệu (tương ứng với
độ rỗng dư 4%), % ≥ 1 7 TCVN 8860-10:2011 - Cỡ hạt danh định lớn nhất 9,5 mm ≥ 15 - Cỡ hạt danh định lớn nhất 12,5 mm ≥ 14 - Cỡ hạt danh định lớn nhất 19 mm ≥ 13 7(*). Độ sâu vệt hằn bánh xe (phương pháp
HWTD-Hamburg Wheel Tracking Device), 10000 chu kỳ, áp lực 0,70 MPa, nhiệt độ 500 C, mm
≤ 12,5 AASHTO T 324- 04 (*): Chỉ kiểm tra đối với các cơng trình đặc biệt theo yêu cầu của Chủ đầu tư. Có thể đầm tạo mẫu theo phương pháp Marshall cải tiến (TCVN 8860-1:2011).
3.2.1.2.Thiết bị thí nghiệm
Hệ thống thiết bị nén Marshall bao gồm: Khung giá đỡ, bộ phận gia tải, đồng hồ đo biến dạng.
Thiết bị đầm nén Marshall bao gồm: Búa kim loại nặng 4536 g, bệ đỡ hình trụ bằng gỗ có kích thước 203x203x457mm và bộ gá giữ khn khi đầm.
3.2.1.3.Quy trình chế tạo mẫu
Để chế tạo mẫu ta dùng bộ khn có đường kính trong là 101.6mm, đế khuôn và khuôn dẫn. Sau khi cân, sấy cốt liệu và nhựa đường theo quy định ta đem trộn các loại vật liệu với nhau tạo thành hỗn hợp bê tơng nhựa. Sau đó bỏ hỗn hợp vào khuôn và đem đi đầm nén. Chiều cao búa rơi tự do khi đầm nén là 457mm, mỗi mặt đầm 75 lần.
Hình 3. 5: Chế tạo mẫu Marshall
3.2.1.4.Trình tự thí nghiệm
Trước khi thí nghiệm ta đo chiều cao của mẫu, tiếp theo gia nhiệt trong bình ổn định nhiệt với nhiệt độ (600C) trong thời gian 40 phút. Sau đó đem mẫu lắp đặt vào máy nén. Gia tải cho mẫu với tốc độ 50.8mm/phút và đọc giá trị lực lớn nhất và biến dạng của mẫu ứng với lực nén lớn nhất để xác định các chỉ tiêu cơ lý của Marshall.
Hình 3. 6: Mẫu thí nghiệm Marshall ngâm trong bình ổn định nhiệt
3.2.2.Thí nghiệm mô đun đàn hồi 3.2.2.1.Cơ sở lý thuyết 3.2.2.1.Cơ sở lý thuyết
Thí nghiệm xác định mơ đun đàn hồi trong phịng thí nghiệm được thực hiện theo phụ lục C, mục C.3 22TCN-211-06 [27] ở ba nhiệt độ khác nhau là 600C,300C,và 150C. Thí nghiệm sẽ tạo một áp lực xuống mẫu bê tông nhựa, cho phép mẫu nở hông tự do. Lúc này sẽ được giá trị biến dạng đàn hồi L, từ đó sẽ tính được giá trị mô đun đàn hồi tương ứng với tải trọng p (MPa) với công thức sau:
E p L H × = (3.2) Trong đó: 4 P2 p D π × = × (3.3) D: là đường kính mẫu;
H là chiều cao mẫu;
P: là lực tác dụng lên bàn ép;
Khi thực hiện nén thường lấy p = 0.5MPa (tương ứng với áp lực làm việc của áo đường).[27]
3.2.2.2.Thiết bị thí nghiệm
Hệ thống thiết bị thí nghiệm mơ đun đàn hồi bao gồm: Khung máy, kích gia tải, thiết bị đo lực và đồng hồ đo biến dạng của mẫu.
Hình 3. 8: Thiết bị nén đa năng dùng thí nghiệm mơ đun đàn hồi
Máy nén để tạo mẫu dưới áp lực 30Mpa trong 3 phút.
3.2.2.3.Quy trình chế tạo mẫu
Để chế tạo mẫu bê tơng nhựa thí nghiệm có kích thước hình trụ đường kính D=100 mm, chiều cao của mẫu H=100 mm, ta dùng bộ khn khn đúc hình trụ rỗng có đường kính D=100 mm, chiều cao H=150mm. Sau khi cân sấy cốt liệu và nhựa đường ta trộn đều các loại vật liệu với nhau theo các yêu cầu của tiêu chuẩn thành hỗn hợp bê tơng nhựa. Sau đó bỏ hỗn hợp vào khuôn và đem đi nén dưới áp lực 30Mpa trong thời gian 3 phút. Mẫu được bảo dưỡng ít nhất 16 giờ trước khi thí nghiệm.
Hình 3. 9: Mẫu mơ đun đàn hồi sau khi chế tạo xong
3.2.2.4.Trình tự thí nghiệm
Mẫu sau khi được bảo dưỡng thì ngâm trong nước 2.5 giờ với từng nhiệt độ (600C,300C,và 150C) tương ứng với từng nhiệt độ thí nghiệm. Sau đó đem mẫu ép với chế độ gia tải 1 lần. Giữ áp lực p trên mẫu cho đến khi biến dạng lún ổn định. Khi tốc độ lún chỉ còn 0.01mm/ phút (trong 5 phút). Lúc này ngưng gia tải, chờ mẫu phục hồi biến dạng thì đọc đồng hồ để xác định được giá trị L.
Hình 3. 10: Thí nghiệm mơ đun đàn hồi
3.2.3.Thí nghiệm mơ đun phức động (Dynamic modulus) 3.2.3.1.Cơ sở lý thuyết 3.2.3.1.Cơ sở lý thuyết
Mô đun phức động được định nghĩa là giá trị tuyệt đối giữa tỉ số ứng suất lớn nhất và biến dạng lớn nhất có thể phục hồi khi chịu tải trọng hình havesin. Cơ sở thí nghiệm này dựa vào chỉ dẫn của tiêu chuẩn EN 12697-26C [28].Phương pháp thí
nghiệm này mô tả tác dụng tải trọng dọc trục hình havesin lên mẫu bê tơng nhựa tại một nhiệt độ và một tần số định trước. Ứng suất và biến dạng hồi phục dọc trục sẽ được đo được và làm cơ sở tính tốn mơ đun phức động với cơng thức tốn học sau đây. [29] * 0 0 E δ ε = (3.4) Trong đó: *
E : giá trị độ lớn mô đun phức động (MPa);
0
δ : giá trị ứng suất cực đại đo được (Mpa);
0
ε :giá trị biến dạng cực đại;
Các giá trị mô đun phức động đo được ở một nhiệt độ và một tần số có thể được chuyển thành đường cong tổng thể gọi là master curve, vì giới hạn về số lần nhiệt độ và tần số thí nghiệm nên phát triển đường cong master curve nhằm dự đoán đặc tính của bê tơng nhựa ở nhiệt độ và tần số tương ứng. Đường cong được xây dựng dựa trên kết quả của từng nhiệt độ và tần số thí nghiệm tương ứng thông qua hệ số dịch chuyển a(T) (Shift factor). [29]
( ) r t a T t = (3.5) Trong đó: a(T): hệ số dịch chuyển; t: số lần tải ở nhiệt độ T;
Hình 3. 11: Đường cong tổng thể master curve [30]
Từ đường cong master curve có thể mơ hình hóa tốn học thơng qua hàm sigmoidal như sau:[29] * log( ) log 1 tr E eβ γ α δ + = + + (3.6) Trong đó:
tr: số lần tải tại nhiệt độ tham khảo
δ: giá trị nhỏ nhất của E*
δ α+ : giá trị lớn nhất của E*
β+α: tham số biểu diễn hình dạng của hàm sigmoidal α: biến số của hàm gradation
3.2.3.2.Thiết bị thí nghiệm
Máy đo mô đun phức động là hệ thống buồng máy DTS-30 bao gồm buồng kiểm soát nhiệt, thiết bị đo chuyển vị (LVDT), hệ thống gia tải, và các thiết bị đi kèm. Ngoài ra hệ thống máy thí nghiệm phải có phần mềm chun dụng của máy là TestLab cho phép xuất ra trị số đo được của thí nghiệm.
Hình 3. 12: Hệ thống máy DTS-30 thí nghiệm mơ đun phức động
3.2.3.3.Quy trình chế tạo mẫu
Mẫu thí nghiệm mơ đun phức động có kích thước DxH = 100x150 mm, để chế tạo được mẫu thí nghiệm như trên, ta phải đúc mẫu trong khn hình trụ có kích thước DxH = 150x170mm. Mẫu bê tông nhựa được chế bị dưới áp lực 30Mpa
Hình 3. 13: Chế tạo mẫu mơ đun phức động
Sau khi đúc và bảo dưỡng mẫu ta khoan lõi của mẫu với kích thước DxH = 100x150mm.
Hình 3. 14: Mẫu mơ đun phức động sau khi khoan lõi
3.2.3.4.Trình tự thí nghiệm
Gắn thiết bị đo biến dạng LVDT theo trục dọc của mẫu thử, chiều dài đo biến dạng dọc trục là 100mm. Đặt mẫu thử vào buồng máy DTS-30, điều chỉnh nhiệt độ trong buồng tương ứng với nhiệt độ thí nghiệm.Để giảm ma sát giữa mẫu với tấm đĩa cứng trên dưới, ta sẽ đặt 2 lớp cao su bôi dầu để ngăn cách. Căn chỉnh mẫu vào đúng giữa bộ truyền tải động bằng mắt, tránh tải lệch tâm, để mẫu trong buồng khi mà đạt được trạng thái cân bằng nhiệt độ thí nghiệm thì gia tải. Gia tải lên mẫu (Pmin) khoảng 5% lực sẽ tác dụng lên mẫu. Điều chỉnh và cân bằng hệ thống đo lường nếu cần. Tác dụng tải trọng hình sin lên mẫu theo chu kỳ, tải trọng động phải được điều chỉnh để thu về biến dạng trong khoảng 50 – 150 micromm. Tải trọng tác dụng lên mẫu tùy thuộc vào độ cứng của mẫu, tải trọng thường nằm trong khoảng (15 – 2800 kPa).
Để xác định được đường cong master curve thì ta phải thực hiện thí nghiệm mẫu ở các nhiệt độ từ thấp đến cao (-100C, 40C, 210C, 370C, 540C), mỗi nhiệt độ phải gia tải với các tần số từ cao xuống thấp (25, 10, 5, 1, 0.5, 0.1Hz).
Hình 3. 15: Thí nghiệm mơ đun phức động
3.2.4.Thí nghiệm vệt hằn bánh xe. 3.2.4.1.Cơ sở lý thuyết 3.2.4.1.Cơ sở lý thuyết
Thí nghiệm vệt hằn bánh xe cho bê tơng nhựa nóng với cỡ hạt khơng q 25mm theo quyết định số 1617 QĐ/BGTVT [4], có 3 phương pháp thử là A,B,C sau đây
Phương pháp A:
Đối với phương pháp này, mẫu bê tơng nhựa được thí nghiệm ở môi trường nước trong điều kiện 500C. Độ lún vệt bánh xe và điểm bong màng nhựa là kết quả thí nghiệm.
Phương pháp B:
Mẫu bê tông nhựa đưuọc thí nghiệm trong điều kiện khơng khí ở 600C. Kết quả thu được là độ lún vệt bánh xe ở mơi trường khơng khí.
Phương pháp C:
Cũng giống như phương pháp B, điều kiện thí nghiệm của phương pháp này là khơng khí ở 600C. Kết quả thu được là độ ổn định động.
Trong đề tài nghiên cứu này ta sẽ thử nghiệm với phương pháp A. Thử nghiệm độ sâu vệt hằn trong môi trường nước để đánh giá khả năng chống lại biến dạng không hồi phục, đánh giá khả năng kháng nước, kháng bong tróc nhựa của hỗn hợp bê tơng nhựa. Kết quả của thí nghiệm ta sẽ thu được chiều sâu lún ứng với số lần tác dụng tải. Các chỉ số này để đạt yêu cầu thì phải nằm trong phạm vi cho phép trong bảng sau:
Bảng 3. 7: Quy định về độ sâu vệt hằn bánh xe với phương pháp A [4]
Loại bê tông nhựa Độ sâu vệt hằn bánh xe (mm)
1. Bê tông nhựa chặt sử dụng nhựa thông thường (theo TCVN 8819:2011), sau 15000 lần tác dụng tải
≤12.5 2. Bê tông nhựa polime (theo 22TCN
356:2006), sau 40000 lần tác dụng tải ≤12.5
Kết quả thí nghiệm ta sẽ vẽ được biểu đồ giữa chiều sâu lún và số lần tác dụng tải trọng, từ đó xác định được số lần tải tác dụng tại thời điểm bong màng nhựa và số lần tải tác dụng đến khi phá hoại mẫu.
Hình 3. 16: Biểu đồ xác định điểm bong màng nhựa [4]
Từ biểu đồ trên thì ta thấy q trình thí nghiệm gồm 3 giai đoạn: giai đoạn đầu là đầm nén chặt, giai đoạn 2 là từ biến, giai đoạn thứ 3 là bong màng nhựa. Để xác định được điểm bong màng nhựa ta sẽ kẻ hai đường thẳng đặc trưng cho hai đoạn cong giai đoạn từ biến và bong màng nhựa, giao điểm hai đường cong này là điểm bong màng nhựa, từ điểm bong màng nhựa gióng xuống ta sẽ được số lần tải trọng ứng với điểm bong màng nhựa. Gióng đường thẳng đặc trưng cho đoạn cong giai đoạn bong màng nhựa sẽ xác định được số lần tác dụng tải đến phá hoại của mẫu bê tông nhựa.
3.2.4.2.Thiết bị thí nghiệm:
Hệ thống thử nghiệm là thiết bị Hamburg wheel tracking, bao gồm bánh xe được đặt tải trọng (700 ) 10 50 w N ±
lên mẫu thử. Vị trí tác dụng tải trọng là tại tâm mẫu bê tông nhựa. Tần số tác dụng tải theo phương pháp A là: (25±2.5) chu kì/1 phút.[4]
Hình 3. 17: Bánh xe và tải trọng của thiết bị thí nghiệm
Để đo chiều sâu lún vệt hằn bánh xe của thí nghiệm thì có thiết bị đo chuyển vị thẳng đứng với độ chính xác 0.01. Ngồi ra cịn có hệ thống kiểm sốt nhiệt độ, đảm bảo trong q trình thí nghiệm nhiệt độ khơng thay đổi. Tất cả các thơng số của thí nghiệm sẽ được điều khiển bằng phần mềm và được lưu trữ có chức năng trích xuất kết quả ra file excel.
Hình 3. 18: Thiết bị Hamburg wheel tracking đo vệt hằn lún
Để đầm nén hỗn hợp bê tông nhựa của thí nghiệm vệt hằn bánh xe ta sẽ sử dụng đầm lăn để mơ phỏng q trình lu lèn bê tơng nhựa trong thực tế. Thiết bị có khả năng tác dụng lực nén tĩnh tối thiểu:
F ≥10−5× × ×l 2 D (3.7) Trong đó:
F: lực nén tĩnh tối thiểu (kN)
l: chiều rộng bên trong khuôn (mm) D: Đường kính con lăn 1100 (mm)
Hình 3. 19: Thiết bị đầm lăn.
Mẫu thí nghiệm bê tơng nhựa có khối lượng tương đối lớn nên khi trộn hỗn hợp cốt liệu và nhựa đường nên sử dụng máy trộn để hỗn hợp được trộn đều.
Hình 3. 20: Thiết bị trộn hỗn hợp bê tông nhựa
3.2.4.3.Quy trình chế tạo mẫu
Mẫu bê tơng nhựa thí nghiệm có kích thước 300x300x50mm. Sau khi cân và sấy cốt liệu và nhựa đường theo quy trình ta sẽ bỏ tất cả vật liệu vào máy trộn để tạo thành hỗn hợp bê tơng nhựa. Sau đó đem đi đầm nén, quy trình đầm nén mẫu như sau:
- Con lăn trước khi đầm nén phải gia nhiệt ở 800C.