mẫu Loại CLTC Hàm lượng CLTC Loại XM Hàm lượng CKD Tuổi BTĐL 3 2 3 2 3 2 Tổng 3x2x3x2x3x2 = 216 mẫu
- Chế tạo mẫu thử nghiệm trong phũng thớ nghiệm xỏc định cường độ chịu nộn, cường độ ộp chẻ, mụ đun đàn hồi, mụ đun phức động, độ hỳt nước và độ co ngút của bờ tụng đầm lăn sử dụng cốt liệu tỏi chế.
3.3. Thực nghiệm chế tạo mẫu trong phũng thớ nghiệm3.3.1. Qui trỡnh nhào trộn mẫu 3.3.1. Qui trỡnh nhào trộn mẫu
Trong điều kiện phũng thớ nghiệm tại trường Đại học Giao thụng vận tải, cỏc hỗn hợp bờ tụng đầm lăn được nhào trộn bằng mỏy trộn cưỡng bức theo theo trỡnh tự:
-Trộn khụ hỗn hợp bao gồm: Cốt liệu tự nhiờn + cốt liệu tỏi chế;
-Thờm xi măng + tro bay và tiếp tục trộn;
-Thờm ẵ nước và tiếp tục trộn;
- Thờm ẵ nước cũn lại và tiếp tục trộn;
- Kết thỳc trộn và xả hỗn hợp vật liệu ra khỏi mỏy trộn.
Hỡnh 3-1. Nhào trộn hỗn hợp BTĐL sử dụng CLTC bằng mỏy trộn cưỡng bức
3.3.2. Chế tạo mẫu thớ nghiệm
Cỏc mẫu bờ tụng hỡnh trụ đường kớnh 150 mm, chiều cao 300 mm được chế tạo theo Quyết định số 4452/QĐ-BGTVT [12]. Sau khi chế tạo, cỏc mẫu thớ nghiệm được phủ ẩm bề mặt. Sau 24h đỳc mẫu, cỏc mẫu được thỏo khuụn và dưỡng hộ trong nước ở điều kiện nhiệt độ phũng cho đến tuổi thớ nghiệm.
Hỡnh 3-2. Chế tạo mẫu bờ tụng đầm lăn sử dụng cốt liệu tỏi chế
3.4. Thớ nghiệm xỏc định cỏc chỉ tiờu kỹ thuật của bờ tụng đầm lăn sử dụng cốtliệu cào búc từ bờ tụng nhựa cũ liệu cào búc từ bờ tụng nhựa cũ
Tiến hành thớ nghiệm trong phũng để xỏc định cỏc chỉ tiờu kỹ thuật của cỏc mẫu bờ tụng đầm lăn đối chứng và bờ tụng đầm lăn sử dụng cốt liệu tỏi chế. Từ đú, đỏnh giỏ đặc tớnh kỹ thuật của cỏc mẫu bờ tụng đầm lăn.
3.4.1. Thớ nghiệm xỏc định cường độ chịu nộn
Để nghiờn cứu quy luật phỏt triển cường độ chịu nộn của bờ tụng đầm lăn sử dụng cốt liệu tỏi chế, thớ nghiệm xỏc định cường độ chịu nộn được thực hiện theo tiờu chuẩn ASTM C39 [52]. Mẫu thớ nghiệm hỡnh trụ 150 x 300 mm. Với mỗi loại bờ tụng đầm lăn sử dụng cốt liệu tỏi chế, thớ nghiệm được tiến hành trờn 3 mẫu thử ở 7 và 28 ngày. Cỏc kết quả thớ nghiệm cường độ chịu nộn được trỡnh bày chi tiết trong bảng 3-2 phụ lục 3, thể hiện Hỡnh 3-4, Hỡnh 3-5.
a. Gia cụng mẫu b. Bề mặt mẫu sau khi mài c. Nộn mẫu
Hỡnh 3-3. Thớ nghiệm xỏc định cường độ chịu nộn của BTĐL sử dụng CLTC
Analysis of Variance
Source DF Adj SS Adj MS F-Value P-Value
Model 7 12982.6 1854.66 715.11 0.000 Linear 7 12982.6 1854.66 715.11 0.000 Loại RAP 1 484.4 484.38 186.76 0.000 HL RAP 2 8521.4 4260.69 1642.81 0.003 Loại XM 1 475.8 475.79 183.45 0.000 HL XM 2 1472.2 736.12 283.83 0.000 Tuổi 1 2028.8 2028.78 782.24 0.000 Error 208 539.5 2.59 Total 216 13522.0 Model Summary S R-sq R-sq(adj) R-sq(pred) 1.61045 96.01% 95.88% 95.70%
Kết quả phõn tớch ANOVA cho thấy: Cỏc biến đều cú hệ số p-value < 0,05; Hệ số xỏc định điều chỉnh R2đc = 95,88%. Như vậy, kết quả thực nghiệm cỏc yếu tố đầu vào và tớch tương tỏc của chỳng đều ảnh hưởng đến cường độ chịu nộn cú ý nghĩa thống kờ ở mức độ tin cậy cao.
Hỡnh 3-4. Biểu đồ cường độ chịu nộn của BTĐL sử dụng CLTC1
Hỡnh 3-5. Biểu đồ cường độ chịu nộn của BTĐL sử dụng CLTC2
Như vậy, theo Hỡnh 3-6, cỏc yếu tố chớnh ảnh hưởng đến cường độ chịu nộn của BTĐL sử dụng cốt liệu tỏi chế là: loại cốt liệu tỏi chế, hàm lượng cốt liệu tỏi chế thay thế cốt liệu tự nhiờn, loại xi măng, hàm lượng chất kết dớnh và thời gian.
Hỡnh 3-7. Biểu đồ Pareto cỏc yếu tố ảnh hưởng tới cường độ chịu nộn
Mặt khỏc, theo Hỡnh 3-7, biểu đồ Pareto cho thấy yếu tố chớnh ảnh hưởng nhiều nhất đến cường độ chịu nộn của bờ tụng đầm lăn sử dụng cốt liệu tỏi chế chớnh là hàm lượng cốt liệu tỏi chế. Sau đú đến yếu tố thời gian, hàm lượng xi măng, loại cốt liệu tỏi chế và loại xi măng.
3.4.1.1. Ảnh hưởng của hàm lượng cốt liệu tỏi chế
Theo cỏc tài liệu đó nghiờn cứu ở cỏc nước trờn thế giới [57,61,62,65,80,81] khi sử dụng hàm lượng cốt liệu tỏi chế từ 40% trở xuống, cỏc chỉ tiờu kỹ thuật của bờ tụng đầm lăn khụng bị ảnh hưởng nhiều, tuy nhiờn khi sử dụng hàm lượng cốt liệu tỏi chế trờn 50%, đặc biệt là hàm lượng cốt liệu tỏi chế cao 80% thỡ cỏc chỉ tiờu về cường độ sẽ giảm đi đỏng kể so với bờ tụng đầm lăn đối chứng (100% cốt liệu tự nhiờn). Cỏc kết luận đú hoàn toàn trựng với kết quả thớ nghiệm trong phũng của luận ỏn, đồng thời được thể hiện bằng đường dốc thẳng đứng về sự biến thiờn của hàm lượng cốt liệu tỏi chế trong Hỡnh 3-6.
Khi sử dụng hàm lượng cốt liệu tỏi chế 40%, cường độ chịu nộn giảm khoảng 30% - 35% so với bờ tụng đầm lăn đối chứng ở 28 ngày tuổi, khi sử dụng hàm lượng cốt liệu tỏi chế 80%, cường độ chịu nộn giảm khoảng 40% - 45% so với bờ tụng đầm lăn đối chứng ở 28 ngày tuổi tuỳ theo loại cốt liệu tỏi chế, loại xi măng và hàm lượng chất kết dớnh.
Như vậy, so với bờ tụng đầm lăn đối chứng (0% cốt liệu tỏi chế), cường độ chịu nộn của bờ tụng đầm lăn sử dụng cốt liệu tỏi chế giảm rừ rệt khi sử dụng 40%
cốt liệu tỏi chế và tiếp tục giảm mạnh khi tăng hàm lượng cốt liệu tỏi chế từ 40% lờn 80%. Đõy là một điểm cần lưu ý khi sử dụng hàm lượng cốt liệu tỏi chế cao (trờn 50%) thay thế cốt liệu tự nhiờn trong chế tạo hỗn hợp bờ tụng đầm lăn.
3.4.1.2. Ảnh hưởng của thời gian
Qui luật phỏt triển cường độ chịu nộn của bờ tụng đầm lăn sử dụng cốt liệu tỏi chế được thể hiện ở Hỡnh 3-8, Hỡnh 3-9.
Hỡnh 3-8. Quan hệ giữa cường độ chịu nộn và thời gian của BTĐL dựng XM PC40
Hỡnh 3-9. Quan hệ giữa cường độ chịu nộn và thời gian của BTĐL dựng XM PCB30
- Từ kết quả thớ nghiệm cú thể thấy rằng sau 7 ngày cường độ chịu nộn của
bờ tụng đầm lăn sử dụng cốt liệu tỏi chế đạt khoảng 40%-55% so với cường độ chịu nộn ở 28 ngày tuổi tuỳ theo hàm lượng chất kết dớnh. Cũn với BTĐL đối chứng cú cường độ chịu nộn ở 7 ngày đạt khoảng 60-75% so với cường độ chịu nộn ở 28 ngày tuổi tuỳ theo hàm lượng chất kết dớnh. Như vậy, quỏ trỡnh phỏt triển cường độ của BTĐL sử dụng cốt liệu tỏi chế khỏc với BTĐL thụng thường và BTXM núi chung. Điều này cú thể được giải thớch do sự xuất hiện của màng nhựa cũ bao bọc xung quanh cỏc hạt cốt liệu tỏi chế sẽ ảnh hưởng đến quỏ trỡnh thủy húa xi măng. Ảnh hưởng đú thể hiện bằng màng nhựa cũ ngăn khụng cho nước tiếp xỳc với hồ xi măng, xi măng thuỷ hoỏ khụng hoàn toàn hoặc làm chậm quỏ trỡnh phỏt triển hydrat húa khi bảo dưỡng. Vựng chuyển tiếp ITZ của nhựa cũ và vữa xi măng trở nờn xốp hơn, dưới tỏc dụng của tải trọng vựng chuyển tiếp đú sẽ bị phỏ hoại đầu tiờn, làm giảm cường độ của BTĐL sử dụng cốt liệu tỏi chế [83,89].
C ư ờ n g đ ộ c hị u n ộ n ( M C ư ờ n g đ ộ c hị u n ộ n ( M
a . BTĐL đối chứng b. BTĐL sử dụng cốt liệu tỏi chế
Hỡnh 3-10. Vựng chuyển tiếp ITZ trong BTĐL được phõn tớch bằng hỡnh ảnh SEM [83]
3.4.1.3. Ảnh hưởng của hàm lượng chất kết dớnh
Hỡnh 3-11. Quan hệ của hàm lượng chất kết dớnh với cường độ chịu nộn
Hỡnh 3-11 thể hiện cường độ chịu nộn của bờ tụng đầm lăn thay đổi theo hàm lượng chất kết dớnh 10%, 13% và 15% (theo tổng khối lượng khụ của hỗn hợp cốt liệu). Khi hàm lượng chất kết dớnh thay đổi từ 10%, 13% lờn 15%, cường độ chịu nộn của bờ tụng đầm lăn sử dụng cốt liệu tỏi chế được cải thiện. Tuy nhiờn, mức độ cải thiện cường độ chịu nộn ngoài phụ thuộc vào hàm lượng chất dớnh cũn phụ thuộc vào hàm lượng cốt liệu tỏi chế thay thế cốt liệu tự nhiờn. Với bờ tụng đầm lăn đối chứng (100% cốt liệu tự nhiờn), hiệu quả của việc tăng hàm lượng chất kết dớnh đến cường độ chịu nộn rừ rệt hơn đối với bờ tụng đầm lăn sử dụng cốt liệu tỏi chế, khi sử dụng hàm lượng chất kết dớnh 10%, 13% và 15% thỡ cường độ chịu nộn tăng khoảng 10% - 25% tuỳ thuộc loại xi măng sử dụng.
3.4.1.4. Ảnh hưởng của cỏc loại cốt liệu tỏi chế
Để so sỏnh và đỏnh giỏ hiệu quả cỏc loại cốt liệu tỏi chế khỏc nhau trong chế tạo hỗn hợp bờ tụng đầm lăn, sử dụng 2 loại cốt liệu cào búc từ 2 nguồn thu gom.
Kết quả thớ nghiệm cho thấy cường độ chịu nộn của bờ tụng đầm lăn sử dụng CLTC2 thấp hơn khi sử dụng CLTC1 ở 28 ngày tuổi khoảng 10% - 15%. Như vậy, cỏc loại cốt liệu tỏi chế khỏc nhau cho kết quả cường độ chịu nộn khỏc nhau.
Từ kết quả thớ nghiệm trong chương 2, cỏc loại cốt liệu tỏi chế (CLTC1 và CLTC2) đều cú cỏc chỉ tiờu kỹ thuật đảm bảo tiờu chuẩn, chất lượng tốt, tuy nhiờn, hàm lượng nhựa trong CLTC2 cao hơn CLTC1. Điều này cho thấy hàm lượng nhựa dớnh bỏm ảnh hưởng đỏng kể đến cường độ chịu nộn. Tức là hàm lượng nhựa dớnh bỏm càng nhiều thỡ cường độ của BTĐL sử dụng cốt liệu tỏi chế càng giảm. Đõy là điểm cần lưu ý khi sử dụng cốt liệu cào búc từ bờ tụng nhựa cũ để chế tạo hỗn hợp bờ tụng xi măng núi chung và hỗn hợp bờ tụng đầm lăn núi riờng.
3.4.1.5. Ảnh hưởng của cỏc loại xi măng Pooclang
Để đỏnh giỏ ảnh hưởng của cỏc loại xi măng Pooc lăng đến đặc tớnh cơ học của bờ tụng đầm lăn, hai loại xi măng Pooclang được sử dụng trong luận ỏn là xi măng PC40 và PCB30. Kết quả thớ nghiệm cho thấy cường độ chịu nộn của bờ tụng đầm lăn sử dụng xi măng PCB30 cú giỏ trị thấp hơn khoảng 15% - 20% so với khi sử dụng xi măng PC40 tuỳ theo hàm lượng cốt liệu tỏi chế sử dụng.
Theo kết quả phõn tớch số liệu thớ nghiệm, phương trỡnh hồi quy của cường độ chịu nộn và cỏc loại xi măng sử dụng trong luận ỏn được biểu diễn như sau:
Regression Equation
Rn (MPa) = 4.847 + 0.2919 Tuổi + 1.1938 HL XM - ‐0.18920 HL RAP (XM PCB30) Rn (MPa) = 7.815 + 0.2919 Tuổi + 1.1938 HL XM - ‐0.18920 HL RAP (XM PC40)
Như vậy, khi sử dụng xi măng PC40 cú thể cải thiện được cường độ của bờ tụng đầm lăn sử dụng cốt liệu tỏi chế. Điều đú cũng cho thấy cần phải lựa chọn loại xi măng phự hợp để chế tạo hỗn hợp bờ tụng đầm lăn sử dụng cốt liệu tỏi chế trong xõy dựng đường ụ tụ vỡ cốt liệu cào búc từ bờ tụng nhựa cũ là loại vật liệu tỏi chế cú một số đặc tớnh khỏc với cốt liệu tự nhiờn, đặc biệt là màng nhựa cũ dớnh bỏm xung quanh cỏc hạt cốt liệu.
3.4.2. Thớ nghiệm xỏc định cường độ ộp chẻ
Cường độ ộp chẻ là một chỉ tiờu kỹ thuật quan trọng trong xõy dựng đường ụ tụ. Cường độ ộp chẻ của bờ tụng đầm lăn sử dụng cốt liệu tỏi chế được thớ nghiệm theo tiờu chuẩn ASTM C496 [54]. Với mỗi loại bờ tụng đầm lăn, thớ nghiệm được
tiến hành trờn 3 mẫu thử ở 7 ngày và 28 ngày tuổi. Kết quả thớ nghiệm cường độ ộp chẻ được trỡnh bày chi tiết trong bảng 3-2 phụ lục 3, thể hiện trong Hỡnh 3-13 và Hỡnh 3-14.
Hỡnh 3-12. Thớ nghiệm xỏc định cường độ ộp chẻ của BTĐL sử dụng CLTC
Analysis of Variance
M
Kết quả phõn tớch ANOVA cho thấy: Cỏc biến đều cú hệ số p-value << 0,05; Hệ số xỏc định điều chỉnh R2đc = 92,90%. Như vậy, kết quả thực nghiệm cỏc yếu tố đầu vào và tớch tương tỏc của chỳng đều ảnh hưởng đến cường độ ộp chẻ cú ý nghĩa thống kờ ở mức độ tin cậy cao.
Source Adj SS Adj MS F-Value P-Value
Model 7 100.405 14.3436 402.80 0.000 Linear 7 100.405 14.3436 402.80 0.000 Loại RAP 1 2.754 2.7540 77.34 0.000 HL RAP 2 53.654 26.8268 753.36 0.000 Loại XM 1 8.225 8.2251 230.98 0.000 HL XM 2 22.851 11.4256 320.86 0.003 Tuổi 1 12.921 12.9213 362.86 0.000 Error 208 7.407 0.0356 Lack-of-Fit 64 6.676 0.1043 20.55 0.000 Pure Error 144 0.731 0.0051 Total 216 107.812 odel Summary S R-sq R-sq(adj) R-sq(pred) 0.188705 93.13% 92.90% 92.59%
Hỡnh 3-13. Biểu đồ cường độ ộp chẻ của BTĐL sử dụng CLTC1
Hỡnh 3-14. Biểu đồ cường độ ộp chẻ của BTĐL sử dụng CLTC2
Hỡnh 3-15 thể hiện cỏc yếu tố chớnh ảnh hưởng đến cường độ ộp chẻ, đú là: loại cốt liệu tỏi chế, hàm lượng cốt liệu tỏi chế, loại xi măng, hàm lượng chất kết dớnh và thời gian.
Mặt khỏc, khi thớ nghiệm ộp chẻ, quan sỏt trờn bề mặt bị phỏ huỷ của mẫu BTĐL đối chứng và mẫu BTĐL sử dụng cốt liệu tỏi chế thấy được sự khỏc nhau về liờn kết của cỏc hạt cốt liệu tự nhiờn với vữa xi măng và liờn kết của cốt liệu tỏi chế với vữa xi măng. Hỡnh 3-16a cho thấy liờn kết của cốt liệu tự nhiờn với vữa xi măng rất tốt nờn khi mẫu BTĐL đối chứng bị phỏ hoại, cốt liệu lớn (đỏ dăm) cũng bị vỡ theo. Với mẫu BTĐL sử dụng cốt liệu tỏi chế, do bờn ngoài cốt liệu tỏi chế bao bọc màng nhựa cũ nờn liờn kết giữa vữa xi măng và nhựa đường cũ khụng đồng nhất. Khi mẫu bị phỏ hoại, nhiều cốt liệu tỏi chế cũn nguyờn, khụng bị vỡ ra như cốt liệu tự nhiờn thể hiện ở Hỡnh 3-16b. Do đú, cường độ ộp chẻ của BTĐL sử dụng cốt liệu tỏi chế cú giỏ trị nhỏ hơn so với BTĐL đối chứng từ 35% - 60% tuỳ thuộc vào hàm lượng cốt liệu tỏi chế (40% hay 80%) và hàm lượng chất kết dớnh (10%, 13% hay 15%) sử dụng trong hỗn hợp BTĐL.
a. BTĐL đối chứng b. BTĐL sử dụng CLTC
Hỡnh 3-16. Liờn kết giữa CLTN và CLTC với vữa XM trong BTĐL [80] Mặt khỏc, thụng qua cỏc kết quả thớ nghiệm, tỡm được phương trỡnh quan hệ của cường độ chịu nộn với cường độ ộp chẻ. Hỡnh 3-17 thể hiện quan hệ giữa cường độ ộp chẻ và cường độ chịu nộn của BTĐL sử dụng cốt liệu tỏi chế.
Phương trỡnh quan hệ giữa cường độ chịu nộn và cường độ ộp chẻ của BTĐL sử dụng cốt liệu tỏi chế là phương trỡnh bậc nhất được thể hiện như sau:
Rn (MPa) = 2.248 + 8.559 Rech (MPa) (3.7)
Cường độ ộp chẻ là một chỉ tiờu quan trọng trong thiếtt kế và kiểm toỏn kết cấu ỏo đường cứng. Cường độ ộp chẻ phụ thuộc vào cường độ chịu nộn và độ chặt, cường độ chịu nộn giảm thỡ cường độ ộp chẻ cũng giảm theo. Do đú, nếu cường độ ộp chẻ lớn sẽ làm giảm vết nứt trong bờ tụng, giảm lượng cốt thộp vựng chịu kộo của cấu kiện. Tuy nhiờn, theo kết quả thớ nghiệm, cường độ ộp chẻ của bờ tụng đầm lăn sử dụng cốt liệu tỏi chế nhỏ hơn bờ tụng đầm lăn đối chứng. Bờ tụng đầm lăn sử dụng 40% cốt liệu tỏi chế cú cường độ ộp chẻ giảm trong khoảng 35% - 45%, bờ tụng đầm lăn sử dụng 80% cốt liệu tỏi chế cú cường độ ộp chẻ giảm trong khoảng 50% - 60% so với bờ tụng đầm lăn đối chứng. Đõy là cơ sở để lựa chọn hàm lượng cốt liệu tỏi chế khi chế tạo hỗn hợp BTĐL núi riờng và BTXM núi chung.
3.4.3. Thớ nghiệm xỏc định mụ đun đàn hồi