- Tỉ lệ theo thể tích của
c. Chỉ tiêu biến dạng không hồi phục
4.1.1. Các chỉ số đặc trưng cho cấu trúc của hỗn hợp bê tông nhựa
Bê tông nhựa là vật liệu nhiều pha không đồng nhất gồm cốt liệu, chất kết dính nhựa đường và lỗ rỗng khơng khí. Các thành phần này tạo thành một cấu trúc vi mô phức tạp. Các thông số cấu trúc của hỗn hợp bê tông nhựa được quan tâm nghiên cứu gồm độ rỗng, sự phân bố lỗ rỗng, hình dạng hạt, hướng, sự phân bố của các hạt cốt liệu và các thuộc tính tiếp xúc giữa các hạt cốt liệu.
Có hai cách tiếp cận chính trong phân tích cấu trúc hỗn hợp bê tơng nhựa đó là phương pháp khung xương (skeleton) và phương pháp lỗ rỗng (void). Trong phương pháp tiếp cận khung xương, người ta tin rằng tải trọng tác dụng được truyền tại vị trí tiếp xúc giữa các hạt cốt liệu. Trong phương pháp lỗ rỗng, ứng xử của vật liệu được kiểm soát bởi sự tập trung ứng suất xung quanh các lỗ rỗng do thiếu vật liệu liên tục [23] . Các nghiên cứu cho thấy ứng xử của vật liệu hạt có thể được mơ tả tốt hơn bằng phương pháp khung xương. Một nghiên cứu của Shashidhar (2000) [47] sử dụng quang – đàn hồi (Hình 4.1) cho thấy cơ chế truyền tải trọng trong hỗn hợp bê tơng nhựa tương tự như những gì xảy ra trong vật liệu dạng hạt. Kết quả tương tự đã đạt được trong một nghiên cứu của Majmudar và cộng sự (2005) [37].
Hình 4.1. Sự truyền tải trọng của vật liệu hạt liên kết yếu [47]
Dựa trên phân tích cơ học tiếp xúc, Zhu và cộng sự (2000) [63] đã chứng minh rằng sự truyền tải trọng trong hỗn hợp bê tông nhựa chủ yếu được tạo nên bởi sự tương tác của cốt liệu và chất kết dính tại các điểm tiếp xúc giữa các hạt cốt liệu liền kề. Theo Zhu và cộng sự (2000), những thay đổi về các thông số cơ học và hình học trong cốt liệu và chất kết dính sẽ ảnh hưởng đến sự phân bố ứng suất-biến dạng tổng thể trong hỗn hợp bê tông nhựa. Các phương trình và mơ hình ứng suất dựa trên tiếp xúc cho hỗn hợp bê tơng nhựa cho thấy các đặc tính hình học của tiếp xúc như diện tích tiếp xúc và hướng tiếp xúc ảnh hưởng đến sự phân bố ứng suất trong toàn bộ hỗn hợp [61], [62]. Nhiều nghiên cứu đã được chứng minh rằng sự phân bố theo hướng của các đặc tính cơ học vi mô của hỗn hợp bê tông nhựa ảnh hưởng đến ứng xử của nó với tải trọng [50], [57]. Ngồi ra, Masad và cơng sự (1999) [39] đã chỉ ra rằng cấp phối cốt liệu ảnh hưởng đến cấu trúc bên trong và sự phân bố ứng suất trong hỗn hợp bê tông nhựa.
Theo cách tiếp cận khung xương, các tham số quan trọng nhất đại diện cho cấu trúc của hỗn hợp bê tông nhựa bao gồm hướng của các viên cốt liệu, sự phân bố trong không gian hay sự phân tầng của các hạt cốt liệu, số lượng tiếp xúc, chiều dài tiếp xúc, hướng tiếp xúc giữa các hạt cốt liệu. Trong đó, các chỉ số cấu trúc được cho là thể hiện khả năng chống biến dạng không phục hồi của hỗn hợp bê tông nhựa gồm:
o Số lượng tiếp xúc giữa các viên cốt liệu ;
o Chiều dài tiếp xúc;
Số lượng tiếp xúc của cốt liệu trong hỗn hợp thể hiện sự kết nối của cấu trúc cốt liệu bên trong. Tăng số lượng điểm tiếp xúc tạo ra sự phân bố ứng suất tốt hơn, hiệu quả của tiếp xúc giữa các hạt cốt liệu kề nhau là phụ thuộc vào diện tích tiếp xúc (chiều dài tiếp xúc trong ảnh 2D) và pháp tuyến tiếp xúc so với phương nằm ngang (phương vng góc với phương truyền lực). Sự gia tăng chiều dài tiếp xúc làm tăng ma sát và sự chèn móc giữa các hạt cốt liệu. Thêm vào đó, đường pháp tuyến với mặt phẳng tiếp xúc càng gần với hướng truyền lực thì khả năng chống biến dạng không hồi phục dưới tác dụng của tải trọng càng hiệu quả.