4. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tà
1.4.1. Các nghiên cứu trên thế giớ
Các nghiên cứu về lún vệt bánh xe và ảnh hưởng của cốt liệu đến lún vệt bánh xe của nước ngoài đã được thực hiện từ lâu, với kết quả khá tương đồng với kết quả nghiên cứu trong nước. Trong báo cáo [31] cho rằng từ nhiều nghiên cứu trước đó, có thể thấy “bằng chứng rõ ràng rằng thành phần cấp phối của bê tông nhựa chặt có ảnh
hưởng quyết định đến hiện tượng lún vệt bánh xe” và “ khi được đầm nén theo cách thích hợp, hỗn hợp bê tơng nhựa chặt cấp phối liên tục có ít lỗ rỗng và có nhiều điểm tiếp xúc giữa các hạt cốt liệu hơn cấp phối hở hay cấp phối gián đoạn”. Tài liệu này tổng hợp ảnh hưởng của cốt liệu đến khả năng kháng lún vệt bánh (Bảng 1.1)
Bảng 1.1. Yếu tố cốt liệu ảnh hưởng đến lún vệt bánh xe Các yếu tố liên quan
đến cốt liệu Thay đổi của các yếu tố
Ảnh hưởng của sự thay đổi các yếu tố đến việc cải thiện đặc tính kháng
lún vệt bánh
Cấu trúc nhám bề mặt cốt liệu
Từ nhẵn sang thơ ráp Tăng lên
Hình dạng hạt cốt liệu Từ tròn cạnh sang góc cạnh
Tăng lên
Kích cỡ cốt liệu Tăng cỡ hạt lớn nhất Tăng lên
Nghiên cứu Uge and Van de Loo (1974) [52] cho rằng hỗn hợp sử dụng các hạt cốt liệu góc cạnh (do được nghiền) biến dạng ít hơn do ổn định hơn hỗn hợp sử dụng các hạt tròn cạnh (sỏi suối) có cùng thành phần cấp phối. Các tác giả của nghiên cứu khẳng định cấu trúc thơ ráp của cốt liệu đóng vai trị cực kỳ quan trọng trong việc tạo nên khả năng kháng lún vệt bánh tốt. Trong nghiên cứu này, ảnh hưởng của công nghệ nghiền đến tính góc cạnh của cốt liệu khơng được đánh giá một cách rõ ràng do công tác nghiền ngoài việc ảnh hưởng đến tính góc cạnh của cốt liệu cịn có ảnh hưởng đến hình dạng của cốt liệu. Nghiên cứu này cơng bố ảnh hưởng của độ góc cạnh của cốt liệu và độ rỗng đến độ cứng kháng nén của hỗn hợp.
Trong nghiên cứu này, các tác giả cũng đã sử dụng thí nghiệm từ biến để xem xét độ ổn định của các hỗn hợp khác nhau có cấp phối cốt liệu khác nhau. Kết quả nghiên cứu cũng cho thấy hỗn hợp ổn định nhất là hỗn hợp sử dụng cốt liệu có góc cạnh, cịn hỗn hợp kém ổn định nhất là loại sử dụng cốt liệu tròn cạnh. Và đặc biệt với cỡ hạt trung gian là cát nghiền thể hiện đặc tính biến dạng tốt hơn loại hỗn hợp chỉ có cốt liệu thơ được nghiền, kể cả hỗn hợp có thành phần hạt cốt liệu thơ tròn cạnh lớn (đến 75%). Kết quả này chỉ ra rằng, tiếp xúc của các hạt trung gian là yếu tố quan trọng hơn.
Sau các nghiên cứu từ rất sớm trong giai đoạn đầu này, trong giai đoạn tiếp theo từ khoảng 1985-1995 và liên tục 10 năm tiếp theo đến 2005, có rất nhiều các nghiên cứu trong và ngồi khn khổ chương trình nghiên cứu Chiến lược Đường bộ SHRP của Hoa Kỳ tập trung vào đặc tính biến dạng của bê tơng nhựa và đặc điểm cấp phối cốt liệu. Các kết luận từ các nghiên cứu này khá thống nhất với nhau. Trong [21] Carpenter và Enockson (1987) đã báo cáo nghiên cứu trên 32 dự án rải lớp phủ tăng cường trên các tuyến quốc lộ tại bang Illinois (Hoa Kỳ) và đã kết luận như sau: phần lớn vấn đề vệt hằn bánh xe có thể được qui về thành phần hạt cốt liệu trong hỗn hợp tạo nên. Một tác giả nghiên cứu người Australia đã thực hiện trên tất cả những nghiên cứu trong phòng và hiện trường trên khá nhiều hỗn hợp bê tông nhựa tại Australia và đã kết luận rằng, cấp phối cốt liệu và một số các hệ số khác có ảnh hưởng đáng kể tới khả năng kháng vệt hằn bánh xe. Nghiên cứu của Ahlrich, R.C. (1996) [14] cũng đưa ra kết luận các tính chất của bê tơng nhựa nóng chịu ảnh hưởng nhiều nhất của đặc tính cốt liệu sử dụng trong hỗn hợp, đặc tính cốt liệu sử dụng cũng là yếu tố ảnh hưởng nhất đến sự hình thành lún vệt bánh xe. Nghiên cứu [20] cũng tổng hợp 9 yếu tố có khả năng gây ra lún vệt bánh xe, trong đó đặc tính cốt liệu là yếu tố chất lượng vật liệu cơ bản nhất và nhạy cảm nhất đối với lún vệt bánh xe. Nghiên cứu của các tác giả Stakston, A.D., and Bahia, H. (2003) [48] cũng chỉ ra rằng khả năng kháng lún vệt bánh phụ thuộc nhiều vào cấp phối của cốt liệu, và các hỗn hợp dù sử dụng các loại vật liệu tốt nhất nhưng với cấp phối không hợp lý cũng bị lún vệt bánh. Nghiên cứu thực nghiệm và mơ hình số hóa kết quả nghiên cứu thực nghiệm của Jung, D.H., & Young, K.N. (1998) [32] cho thấy ứng suất cắt do tải trọng bánh xe là nguyên nhân chính dẫn đến biến dạng khơng hồi phục. Có 03 cơ chế dẫn đến các biến dạng này, thứ nhất là giảm ma sát giữa các hạt cốt liệu được bao bọc bởi nhựa đường. Lực ma sát này có liên quan đến thành phần cốt liệu khống, độ thơ giáp của cốt liệu và cả tính chất của nhựa đường. Cơ chế thứ hai do mất mát chèn móc, cũng phụ thuộc vào cấp phối cốt liệu, độ góc cạnh của cốt liệu và hình dạng cốt liệu. Cơ chế thứ ba do mất mát dính bám giữa cốt liệu và nhựa đường trong hỗn hợp. Vai trò mỗi cơ chế dẫn đến hư hỏng lún vệt bánh phụ thuộc thiết kế thành phần cốt liệu và chiều dày của lớp bê tông nhựa. Với lớp mặt đường mỏng, ma sát và chèn móc giữa các hạt cốt liệu là cơ chế cơ bản ảnh hưởng đến lún vệt bánh. Khi tăng chiều dày lớp rải, sẽ làm giảm ảnh hưởng của cơ chế lún do ma sát và chèn móc giữa các hạt cơt liệu và đặc tính của nhựa đường, dính bám cốt liệu và nhựa đường sẽ là cơ chế hư hỏng lún vệt bánh.
Trong một số nghiên cứu khác của Chen, J.S., và Liao, M.S. (2002) [22]; Krutz, N. C., và Sebaaly, P. E. (1993) [34]; Elliot, R.P., Ford, M.C., Ghanim, M., và Tu, Y.F. (1991) [25]; Button, J.W., Perdomo, D., và Lytton, R.L. (1990) [20] về cường độ của hỗn hợp bê tông nhựa, các tác giả kết luận về sự ảnh hưởng của các tính chất vật liệu thành phần. Đối với cốt liệu, người ta thấy rằng có ngưỡng giá trị cường độ được xác định theo kích cỡ hạt cốt liệu lớn nhất danh định, cường độ của hỗn hợp tăng khi có sự tiếp xúc và chèn móc của cốt liệu đá dăm, tiếp xúc và chèn móc giữa các cốt liệu thơ được xem là yếu tố chính tạo cường độ của hỗn hợp, và hỗn hợp cần được thiết kế với khung cốt liệu thô chịu lực vững chắc. Sự thay đổi của hàm lượng cốt liệu mịn theo thể tích với các hỗn hợp bê tơng nhựa có kích thước cốt liệu đá dăm lớn ảnh hưởng đến cường độ và khả năng truyền tải trọng của hỗn hợp bê tơng nhựa. Tiếp xúc và chèn móc giữa các cốt liệu đá dăm với nhau bắt đầu có được khi khung cốt liệu đạt vị trí ổn định sau khi đầm nén. Các nghiên cứu này cũng cho kết quả khả năng kháng lại biến dạng dẻo tích lũy tăng đáng kể khi thay thế cốt liệu mịn là cát tự nhiên bằng cát xay.