4. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tà
2.1.1. Nguyên lý hình thành cường độ của hỗn hợp bê tông nhựa
Theo giáo sư N.N Ivanop [5], cường độ kháng cắt của hỗn hợp đá trộn nhựa nói chung và BTN nói riêng phụ thuộc vào 2 yếu tố gồm lực ma sát của cốt liệu khống và lực dính giữa nhựa và cốt liệu khống, lực dính bên trong của nhựa và do sự móc vướng giữa các hạt to với nhau.
- Lực ma sát của hỗn hợp bê tông nhựa chủ yếu là do độ lớn, độ đồng đều và độ sắc cạnh của các cốt liệu khoáng vật quyết định. Lực ma sát càng lớn khi các hạt càng đồng đều, càng sắc cạnh; lực ma sát thay đổi tương đối ít theo nhiệt độ và thời gian tác dụng của tải trọng, nhưng thay đổi nhiều theo hàm lượng nhựa trong hỗn hợp.
- Lực dính đóng vai trị quan trọng trong hỗn hợp. Lực dính C gồm hai thành phần C1 và C2. Trong đó, C1 là thành phần lực dính do sự móc vướng giữa các hạt, phụ thuộc vào độ lớn và độ sắc cạnh của hạt. C1 giảm đi một ít khi chịu tác dụng của tải trọng trùng phục và khi hỗn hợp không chặt, nhưng không thay đổi theo nhiệt độ, độ ẩm và tốc độ biến dạng. C2 là thành phần lực dính phân tử; nó là lực dính do tác dụng dính bám tương hỗ giữa nhựa và đá, do lực dính kết bên trong của bản thân nhựa.
o Lực dính kết bên trong của nhựa phụ thuộc vào cấu trúc và độ nhớt của nhựa, chịu ảnh hưởng nhiều của nhiệt độ và tốc độ biến dạng. Q trình hóa già làm
thay đổi cấu trúc và độ nhớt của nhựa nên cũng làm ảnh hưởng đến lực kết dính bên trong của nhựa, đặc biệt là khi màng nhựa bọc xung quanh viên đá càng mỏng.
o Lực dính bám của nhựa lên bề mặt các hạt khoáng vật phụ thuộc vào tỉ diện của cốt liệu khống vật, vào tính chất hấp phụ của đá đối với nhựa.
- Theo tài liệu [54], cường độ kháng cắt của BTN được đóng góp bởi cốt liệu khống và nhựa đường. Có thể sử dụng phương trình Mohr - Coulomb để thể hiện cách hai vật liệu này đóng góp vào khả năng kháng cắt của BTN.
τ = c + σ × tan (2.1) Trong đó:
τ: Cường độ chống cắt của BTN;
c: Lực dính đơn vị của BTN, chủ yếu đóng góp và quyết định bởi nhựa đường;
σ: Ứng suất chính (ứng suất pháp tuyến);
: góc nội ma sát của BTN, chủ yếu đóng góp và quyết định bởi cốt liệu
khoáng.
Ảnh hưởng của nhựa đường và cốt liệu khoáng đến cường độ kháng cắt của hỗn hợp BTN được thể hiện trong Hình 2.1 như sau:
c. BTN có bộ khung cốt liệu yếu d. BTN có bộ khung cốt liệu tốt
Hình 2.1. Ảnh hưởng của nhựa đường và cốt liệu đến cường độ chống cắt của hỗn hợp BTN
Qua phân tích có thể thấy cường độ chống cắt của hỗn hợp BTN có thể được cải thiện theo hai hướng. Một là, sử dụng loại nhựa đường tốt có độ cứng, cường độ lực dính lớn và ổn định với nhiệt độ ngay cả ở nhiệt độ cao. Hai là, lựa chọn hỗn hợp cốt liệu có góc ma sát trong lớn. Điều này được thực hiện bằng cách chọn cốt liệu có dạng hình khối, bề mặt xù xi, góc cạnh và đặc biệt hỗn hợp cốt liệu được phối hợp sao cho để hình thành sự tiếp xúc giữa các hạt cốt liệu với nhau. Theo đó, khi tải trọng tác dụng vào cốt liệu trong hỗn hợp, các hạt cốt liệu sẽ khóa chặt vào nhau và hoạt động khơng chỉ giống như một khối của các hạt riêng lẻ, mà như một viên đá lớn, đơn nhất và đàn hồi. Ngoài các yếu tố trên, cường độ của đá và loại gốc đá – yếu tố quyết định đến dính bám giữa đá và nhựa cũng có ảnh hưởng quan trọng việc hình thành khả năng chống cắt trượt của bê tơng nhựa. Đá gốc có cường độ cao và dính bám giữa tốt với nhựa giúp giữ ổn định lâu dài cho bộ khung cốt liệu và tăng khả năng chống cắt của bê tông nhựa.
Như vậy, với loại nhựa và các loại cốt liệu đã biết thì khả năng chống cắt của bê tơng nhựa phụ thuộc chủ yếu vào tỉ lệ phối trộn giữa các vật liệu thành phần. Một hỗn hợp bê tơng nhựa có tỉ lệ phối giữa các thành phần hợp lý tạo ra nhiều sự tiếp xúc, chèn móc giữa các hạt cốt liệu sẽ có góc nội ma sát lớn và từ đó tăng khả năng chống cắt trượt cũng như khả năng chống biến dạng không hồi phục của bê tông nhựa. Trong Chương này sẽ tập trung vào nghiên cứu đề xuất phương pháp thiết kế cấp phối cốt liệu có xét đến hình thành khung cốt liệu thơ trong hỗn hợp bê tông nhựa.