b. Tiờu chuẩn ỏp dụng
- Áp dụng tiờu chuẩn AASHTO TP-62.
c. Kế hoạch thớ nghiệm
Kế hoạch thực nghiệm gồm:
+ Loại xi măng cú 2 loại là: PCB30; PC40
+ Hàm lượng cốt liệu tỏi chế cú 2 hàm lượng là: 40%; 80% + Nhiệt độ cú 3 mức là: 30; 40; 50oC
+ Tần số cú 6 mức là: 0,1; 0,5; 1,0; 5,0; 10,0; 25,0 Hz Tổng số thớ nghiệm là 2x2x3x6x4 mẫu/tổ mẫu = 288 thớ nghiệm.
d. Phương phỏp thớ nghiệm
Mẫu thớ nghiệm hỡnh trụ cú đường kớnh 150mm và chiều cao 100mm. Đỳc mẫu được bảo quản 28 ngày ở nhiệt độ phũng trước khi thớ nghiệm. Sau khi cụng tỏc chuẩn bị mẫu đó xong, cỏc mẫu bờ tụng đầm lăn sử dụng cốt liệu tỏi chế được gia cụng hai đầu mẫu để đảm bảo cỏc đầu mẫu cú mặt phẳng tiếp xỳc tốt với bộ phận gia tải, hạn chế cỏc sai số liờn quan tới bề mặt mẫu. Cỏc mẫu được cho vào tủ kiểm soỏt nhiệt độ với thời gian duy trỡ nhiệt độ. Sau đú, cỏc mẫu đó duy trỡ đủ thời gian cho từng mức nhiệt độ khỏc nhau sẽ được tiến hành thớ nghiệm bằng việc tỏc dụng một tải trọng hỡnh sin với độ lớn và chu kỳ tỏc dụng tựy theo mức nhiệt độ và tần số xỏc định.
a. Mẫu BTĐL b. Thớ nghiệm xỏc định E c. Kết quả đo Hỡnh 3-31. Mụ hỡnh thớ nghiệm mụ đun phức |E*| của BTĐL sử dụng CLTC Giỏ trị mụ đun phức động |E*| của BTĐL sử dụng cốt liệu tỏi chế được tham khảo theo cụng thức tớnh mụ đun phức động của BTN, xỏc định theo cụng thức (3-11).
E∗ = = σ6ε6 (3. 11)
Trong đú: σ0 và ε0: ứng suất dọc trục lớn nhất và biến dạng phục hồi dọc trục lớn nhất. Kết quả thớ nghiệm được trỡnh bày trong bảng 3-5 phụ lục 3.
3.4.7.2. Quy hoạch thớ nghiệm và phõn tớch kết quả thớ nghiệm
Thiết kế thực nghiệm DoE (Design of Experiments) bao gồm lựa chọn thớ nghiệm, quy hoạch mẫu, thực hiện thớ nghiệm và phõn tớch thống kờ xử lý kết quả. Nghiờn cứu thiết kế thớ nghiệm tổng quỏt (General full factorial design) sử dụng phần mềm Minitab 19 ở độ tin cậy 95%, mức ý nghĩa α=5%.
Analysis of Variance
Source DF Adj SS Adj MS F-Value P-Value
Model 12 46972952 3914413 49.71 0.000 Linear 9 40587887 4509765 57.27 0.000 Loại XM 1 22399232 22399232 284.47 0.000 CLTC 1 7577596 7577596 96.23 0.000 Nhiệt độ 2 9177703 4588852 58.28 0.000 Tần số 5 1433356 286671 3.64 0.003 2-Way Interactions 3 6385064 2128355 27.03 0.000 Loại XM*CLTC 1 5632276 5632276 71.53 0.000 Loại XM*Nhiệt độ 2 752789 376394 4.78 0.009 Total 288 68626785 σ6 . cosδ T + ε6 T . sinδ σ6 ε6
S R-sq R-sq(adj) R-sq(pred)
280.609 68.45% 67.07% 65.39%
Kết quả phõn tớch mụ hỡnh phương sai - hồi quy sau khi đó loại cỏc biến khụng cú ý nghĩa thống kờ cú hệ số xỏc định R2đc=67,07%, cỏc hệ số p-value của cỏc biến đều nhỏ hơn 0,05 nờn mụ hỡnh phản ỏnh kết quả thớ nghiệm cú ý nghĩa thống kờ.
- Từ kết quả thớ nghiệm, biểu đồ tổng hợp đường cong của BTĐL sử dụng cốt liệu tỏi chế được thể hiện trong Hỡnh 3-32.
Hỡnh 3-32. Biểu đồ tổng hợp đường cong của BTĐL sử dụng CLTC
Hỡnh 3-32 thể hiện biểu đồ tổng hợp đường cong, cơ bản dạng cỏc đường cong như nhau, tuy nhiờn vị trớ của cỏc đường cong phụ thuộc vào loại xi măng và tỷ lệ cốt liệu tỏi chế sử dụng trong hỗn hợp bờ tụng đầm lăn. Đường nằm cao nhất, giỏ trị |E*| lớn nhất là BTĐL-40%CLTC-PC40. Đường thấp nhất, cú |E*| nhỏ nhất là BTĐL-80%CLTC-PCB30. Biểu đồ cũng thể hiện khi tần số càng tăng (thời gian tỏc dụng của tải trọng càng ngắn) thỡ |E*| của bờ tụng đầm lăn càng tăng.
Hỡnh 3-33, Hỡnh 3-34 thể hiện cỏc yếu tố chớnh ảnh hưởng đến mụ đun động của BTĐL sử dụng CLTC và ảnh hưởng tương tỏc giữa cỏc yếu tố đú với nhau.
Từ kết quả phõn tớch phương sai cho thấy cỏc yếu tố và tương tỏc cỏc yếu tố ảnh hưởng đến |E*| cú ý nghĩa thống kờ là:
- Loại xi măng: BTĐL sử dụng CLTC dựng xi măng PC40 cú |E*| cao hơn khi dựng xi măng PCB30, ảnh hưởng này rất lớn thể hiện bằng độ dốc đường thẳng;
- Hàm lượng cốt liệu tỏi chế: Ảnh hưởng của hàm lượng cốt liệu tỏi chế đến |E*| cũng rất lớn, khi tăng tỷ lệ từ 40% lờn 80% thỡ |E*| giảm đi rừ rệt, thể hiện bằng độ dốc xuống của biểu đồ;
- Điều kiện nhiệt độ ảnh hưởng rất lớn đến |E*|, khi nhiệt độ tăng lờn thỡ |E*| giảm đi rất nhanh.
- Tần số càng lớn thỡ thời gian tỏc dụng càng nhỏ dẫn đến |E*| của BTĐL sử dụng cốt liệu tỏi chế càng lớn.
- Trong cỏc yếu tố chớnh thỡ nhiệt độ thớ nghiệm cú ảnh hưởng lớn nhất đến |E*|, điều này giải thớch tớnh đàn nhớt của hỗn hợp đỏ-nhựa. Ảnh hưởng tương tỏc của cỏc yếu tố cơ bản là như nhau.
Mặc dự khụng sử dụng mụ đun động trong tớnh toỏn kết cấu ỏo đường cứng vỡ chưa cú tiờu chuẩn quy định nhưng thớ nghiệm xỏc định mụ đun phức động cho thấy nhựa đường cũ dớnh bỏm xung quanh cốt liệu tỏi chế cú ảnh hưởng tới tớnh chất của bờ tụng đầm lăn sử dụng cốt liệu tỏi chế. Đõy là tiền đề cơ sở cho hướng nghiờn cứu tiếp theo đú là làm rừ ảnh hưởng của hàm lượng cốt liệu tỏi chế, tỷ lệ nhựa đường cũ dớnh bỏm và mức độ lóo hoỏ của nhựa đường cũ ảnh hưởng tới cỏc đặc tớnh cơ học của bờ tụng đầm lăn sử dụng cốt liệu tỏi chế.
3.5. Kết luận chương 3
Thụng qua cỏc kết quả nghiờn cứu thực nghiệm trong phũng cú thể đưa ra cỏc kết luận chớnh như sau:
nhựa cũ ảnh hưởng đến cỏc đặc tớnh cơ học của bờ tụng đầm lăn. Mức độ suy giảm cường độ của bờ tụng đầm lăn sử dụng cốt liệu tỏi chế phụ thuộc vào hàm lượng cốt liệu tỏi chế thay thế. Kết quả thớ nghiệm cho thấy, khi sử dụng hàm lượng 40% cốt liệu tỏi chế, đặc tớnh cơ học của bờ tụng đầm lăn bị ảnh hưởng, đặc biệt khi sử dụng hàm lượng cốt liệu tỏi chế cao (80%), đặc tớnh cơ học của bờ tụng đầm lăn bị giảm đi rất nhiều. Như vậy, hàm lượng cốt liệu tỏi chế càng cao thỡ cường độ của bờ tụng đầm lăn càng giảm. Do đú, việc sử dụng hàm lượng cao cốt liệu tỏi chế (> 50%) trong chế tạo hỗn hợp bờ tụng đầm lăn cần hết sức lưu ý, phải cõn nhắc để phự hợp với mục đớch sử dụng trong xõy dựng đường ụ tụ.
- Hàm lượng chất kết dớnh thay đổi từ 10%, 13% và 15% ảnh hưởng đỏng kể đến cỏc đặc tớnh cơ học của bờ tụng đầm lăn sử dụng cốt liệu tỏi chế. Cú thể dựng xi măng PC40 thay thế cho xi măng PCB30 để cải thiện đặc tớnh cơ học của bờ tụng đầm lăn sử dụng hàm lượng cốt liệu tỏi chế cao.
- Khi tiến hành thớ nghiệm xỏc định mụ đun phức động của bờ tụng đầm lăn sử dụng cốt liệu tỏi chế, nhận thấy quy luật thay đổi |E*| tương tự như bờ tụng nhựa. Do đú, một phần nhựa đường trong cốt liệu tỏi chế tham gia trong ứng xử vật liệu dưới tỏc dụng của tải trọng và nhiệt độ. Đõy chớnh tớnh chất khỏc biệt của bờ tụng đầm lăn sử dụng cốt liệu tỏi chế so với bờ tụng đầm lăn thụng thường.
- Căn cứ Quyết định số 4451/QĐ-BGTVT, từ kết quả quy hoạch thực nghiệm, chọn ra được một hỗn hợp BTĐL sử dụng cốt liệu tỏi chế cú thể làm mặt đường giao thụng nụng thụn; mặt đường nội bộ, bói đỗ xe, lớp múng của đường cấp cao. Đõy là cơ sở để xõy dựng đoạn đường thực nghiệm dựng lớp BTĐL sử dụng cốt liệu cào búc từ BTN cũ. Đú là bờ tụng đầm lăn sử dụng 40% cốt liệu tỏi chế dựng xi măng PC40 cú hàm lượng chất kết dớnh 13%. Ở thời gian 28 ngày tuổi, hỗn hợp bờ tụng đầm lăn sử dụng cốt liệu tỏi chế cú Rn = 18,49 MPa; Rec = 1,89 MPa; E = 23250 MPa.
- Như vậy, với những kết quả thớ nghiệm trong phũng đạt được, hỗn hợp BTĐL sử dụng cốt liệu tỏi chế cú một số hiệu quả nhất định thoả món cỏc tiờu chuẩn hiện hành về tớnh toỏn kết cấu ỏo đường trong xõy dựng đường ụ tụ. Do đú, ỏp dụng cụng nghệ tỏi chế nguội tại trạm trộn BTĐL sử dụng cốt liệu cào búc từ bờ tụng nhựa cũ trong xõy dựng đường ụ tụ là cần thiết, cú ý nghĩa khoa học thực tiễn, đem lại hiệu quả kỹ thuật và kinh tế, tận dụng được nguồn vật liệu phế thải, giảm ụ nhiễm mụi trường, tiết kiệm nguồn vật liệu tự nhiờn đang cạn kiệt.
CỨU ĐỀ XUẤT KẾT CẤU MẶT ĐƯỜNG SỬ DỤNG LỚP Bấ TễNG ĐẦM LĂN SỬ DỤNG CỐT LIỆU CÀO BểC TỪ Bấ TễNG NHỰA CŨ
Trờn cơ sở cỏc kết quả thớ nghiệm trong phũng đỏnh giỏ cỏc chỉ tiờu kỹ thuật, hỗn hợp bờ tụng đầm lăn sử dụng 40% cốt liệu tỏi chế dựng hàm lượng chất kết dớnh (gồm xi măng PC40 và tro bay) 13% đó thoả món cỏc yờu cầu kỹ thuật theo tiờu chuẩn hiện hành. Do vậy, trong chương này, xõy dựng một đoạn đường cú kết cấu ỏo đường dựng lớp bờ tụng đầm lăn sử dụng cốt liệu tỏi chế. Sau đú, tiến hành thớ nghiệm hiện trường đỏnh giỏ chỉ tiờu kỹ thuật của đoạn đường đú. Cuối cựng, nghiờn cứu đề xuất cỏc kết cấu điển hỡnh dựng lớp bờ tụng đầm lăn sử dụng cốt liệu tỏi chế trong xõy dựng đường ụ tụ cú cỏc điều kiện phự hợp với Việt Nam.
4.1.Xõy dựng đoạn đường thực nghiệm cú lớp bờ tụng đầm lăn sử dụng cốt liệu cào búc từ bờ tụng nhựa cũ
Trỡnh tự nghiờn cứu được thể hiện ở sơ đồ Hỡnh 4-1.
Hỡnh 4-1. Sơ đồ trỡnh tự nghiờn cứu thực nghiệm hiện trường
KQ thớ nghiệm trong phũng Tớnh toỏn KC AD dựng lớp BTĐL sử dụng CLTC Xõy dựng đoạn đường thử nghiệm Chuẩn bị vật liệu Thi cụng nền đường Thi cụng cỏc lớp AĐ Thớ nghiệm cỏc chỉ tiờu
kỹ thuật của đoạn đường
Phõn tớch, đỏnh giỏ, nhận
Với mục đớch ứng dụng cụng nghệ bờ tụng đầm lăn sử dụng cốt liệu tỏi chế trong xõy dựng đường ụ tụ ở Việt Nam, xõy dựng đoạn đường thử nghiệm nhằm kiểm chứng kết quả thớ nghiệm trong phũng, đồng thời tiến hành đo đạc, đỏnh giỏ chất lượng kết cấu của đoạn đường thử nghiệm theo cỏc tiờu chuẩn hiện hành. Kế hoạch xõy dựng đoạn đường thử nghiệm được tiến hành theo trỡnh tự sau:
- Đề xuất làm lớp mặt đường nội bộ, lưu lượng xe ớt, tải trọng nhẹ. - Tớnh toỏn thiết kế kết cấu mặt đường thử nghiệm
- Tiến hành thớ nghiệm cỏc chỉ tiờu kỹ thuật của kết cấu mặt đường. - Phõn tớch, đỏnh giỏ cỏc chỉ tiờu kỹ thuật của kết cấu mặt đường.
4.1.2. Tớnh toỏn kết cấu ỏo đường cú lớp bờ tụng đầm lăn sử dụng cốt liệu tỏi chế
Căn cứ Quyết định số 4451/QĐ-BGTVT [11], phạm vi ỏp dụng cho bờ tụng đầm lăn trong kết cấu đường ụ tụ như sau:
- Mặt đường ụ tụ làm mới cú cấp thiết kế từ cấp IV trở xuống; - Mặt đường giao thụng nụng thụn;
- Mặt đường nội bộ, bói đỗ xe;
- Lớp múng trờn cho cỏc loại đường cao tốc, đường cấp cao, đường cú tải trọng nặng lưu thụng thường xuyờn. Việc tớnh toỏn chiều dày lớp múng tuõn thủ theo Quyết định 3230 - QĐ/BGTVT [10].
Trong phạm vi nghiờn cứu của luận ỏn, đề xuất thiết kế và xõy dựng đoạn đường cú lớp mặt BTĐL sử dụng cốt liệu tỏi chế theo Quyết định số 4451/QĐ- BGTVT. Mụ hỡnh phõn tớch tấm trờn nền đàn hồi đặt trờn lớp múng là vật liệu hạt. Sau khi thiết kế cấu tạo kết cấu, kiểm toỏn kết cấu mặt đường BTĐL sử dụng cốt liệu tỏi chế chỉ xột đến khả năng chịu kộo khi uốn, phự hợp với đường nội bộ. Kiểm tra kết cấu theo điều kiện:
Trong đú:
γr.σpmax ≤ fr (4.1) γr.σpr ≤ fr (4.2)
σpmax : Ứng suất kộo uốn do tải trọng bỏnh lớn nhất tại vị trớ tớnh toỏn (MPa)
σpr : Ứng suất kộo uốn gõy mỏi do tỏc dụng xe chạy tại vị trớ tớnh toỏn (MPa) fr : Cường độ chịu kộo uốn thiết kế của BTĐL sử dụng cốt liệu tỏi chế (MPa) γr : Hệ số độ tin cậy, giỏ trị từ 1,04 – 1,07.
Nhập cỏc thụng số vật liệu Dự kiến kết cấu ỏo đường Kiểm toỏn cỏc điều kiện giới hạn KHễNG ĐẠT ĐẠT Kết thỳc
Ứng suất kộo uốn gõy mỏi
Lựa chọn cỏc thụng số:
Cấp hạng đường, quy mụ giao thụng, tải trọng, điều kiện thời tiết, kớch thước tấm,
chiều dày sơ bộ cỏc lớp vật liệu
Áp lực tối đa lờn mặt lớp múng
Ứng suất kộo uốn do mỏi
Ứng suất kộo uốn do tải trọng bỏnh xe lớn nhất Đặc trưng đàn hồi của
tấm BTĐL Xỏc định hệ số nền
tương đương
- fr ≥ 4,5 MPa đối với đường cú quy mụ giao thụng cấp trung bỡnh hoặc quy
mụ giao thụng cấp nhẹ nhưng cú xe nặng với trục đơn > 100 kN chạy qua.
- fr ≥ 4,0 MPa đối với đường cú quy mụ giao thụng cấp nhẹ khụng cú xe
nặng với trục đơn > 100 kN chạy qua.
-fr ≥ 2,5 MPa đối với trường hợp làm lớp múng của tầng mặt đường ụ tụ cấp
cao, cú quy mụ giao thụng nặng và cực nặng.
Kết cấu ỏo đường của đoạn đường thử nghiệm được kiểm toỏn theo Quyết định 4451/QĐ-BGTVT với trỡnh tự được thể hiện như sơ đồ khối Hỡnh 4-2
Hỡnh 4-2. Sơ đồ khối thể hiện quỏ trỡnh kiểm toỏn kết cấu ỏo đường đề xuất dựng lớp BTĐL sử dụng CLTC theo Quyết định 4451/QĐ-BGTVT
h2
h
1
- Đường cấp IV quy mụ giao thụng nhẹ, vận tốc khai thỏc khụng quỏ 50km/h, cho phộp nứt tự nhiờn do co ngút.
- Thời hạn thiết kế: 10 năm.
- Tải trọng trục tiờu chuẩn: Ps = 100 kN, tải trọng lớn nhất Pmax = 120 kN.
2. Dự kiến kết cấu mặt đường:
a. Lớp mặt BTĐL sử dụng cốt liệu tỏi chế dày 20cm, fr = 3,02 MPa (do Rec = 1,89 MPa); E = 23250 MPa; Rn = 18,49 MPa; Tấm BTĐL cú kớch thước 4,0m x 5,0m, khe ngang khụng cú thanh truyền lực.
(Tiờu chuẩn 22TCN 211-06 [2] đưa ra cụng thức Rku = (1,6 - 2,0).Rech , với vật liệu cú độ đồng nhất khụng cao như BTĐL sử dụng cốt liệu tỏi chế, để đảm bảo an toàn cú thể sử dụng hệ số 1,6 để xỏc định cường độ kộo uốn).
b. Lớp múng trờn bằng cấp phối đỏ dăm loại I cú E = 300 MPa, dày 20cm, đặt trực tiếp trờn nền đất, khụng cần thiết kế lớp múng dưới vỡ quy mụ GT cấp nhẹ.
c. Nền đất là ỏ sột cú E = 40 MPa.
Bảng 4-1. Kết cấu ỏo đường BTĐL sử dụng CLTC của đoạn thử nghiệm
Kết cấu Thụng số kỹ thuật Phạm vi ỏp dụng
Lớp vật liệu Chiều dày, cm
Nền đất BTĐL 40% CLTC 20 - Thiết kế theo QĐ 4451/QĐ-BGTVT - Lưu lượng cấp trung bỡnh và nhẹ - Vận tốc khai thỏc khụng quỏ 50km/h Cấp phối đỏ dăm loại I 20
Nền đất
3. Kiểm toỏn kết cấu dự kiến: Chi tiết tớnh toỏn kết cấu ỏo đường được trỡnh bày
trong phụ lục 4.
4. Nhận xột: Kết cấu ỏo đường dự kiến gồm: 20 cm lớp mặt BTĐL sử dụng cốt liệu
tỏi chế trờn múng cấp phối đỏ dăm 20 cm đạt được cỏc điều kiện giới hạn cho phộp. Như vậy, lớp bờ tụng đầm lăn sử dụng cốt liệu tỏi chế cú thể làm lớp mặt đối với đường cú quy mụ giao thụng cấp trung bỡnh trở xuống. Để đảm bảo độ ờm thuận, trỏnh được nước ngấm qua cỏc khe thỡ cú thể rải thờm 1-3 lớp lỏng nhựa núng hoặc lỏng nhũ tương trờn bề mặt.
4.1.3.1. Xỏc định vị trớ, mặt bằng và cỏc thụng số hỡnh học của đoạn đường thửnghiệm hiện trường