Chương III: NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM XÁC ĐỊNH ĐẶC TRƯNG CƠ LÝ CÁC HỖN HỢP BÊ TÔNG NHỰA TẠO NHÁM VÀ LỰA CHỌN THÀNH PHẦN VẬT LIỆU HỢP LÝ CỦA HỖN HỢP
3.4 Nghiên cứu thực nghiệm đánh giá các chỉ tiêu cơ lý các mẫu thử
3.4.6 Kiểm tra vệt hằn bánh xe vật liệu nghiên cứu
3.4.6.1 Đặc điểm thử nghiệm vệt hằn bánh xe-HWTD (Hamburg Wheel Tracking Device)
Thành phố Hamburg-Đức đã phát triển một thiết bị bánh cao su nhằm theo dõi độ lún vệt bánh xe và quan hệ với độ nhạy của nhiệt độ của thiết bị Hamburg Wheel Tracking Device-HWTD.
Thiết bị kiểm tra bằng cách lăn một bánh cao su trên bề mặt của một mẫu bê tông nhựa được sấy khô ở nhiệt độ 60ºC, độ nhạy của vật liệu do yếu tố nhiệt độ nhằm để đánh giá chất lượng vật liệu đạt hoặc không đạt chuẩn khi đủ số lượt bánh xe qua mặt mẫu.
Cantabro Loss (%)
Hàm lượng nhựa (%)
Thiết bị kiểm tra hai mẫu bê tông nhựa đồng thời với hai chuyển động qua lại của bánh lăn bằng cao su đặc. Mẫu bê tông nhựa 320mm x 260 mm và chiều dày mẫu đầm thay đổi 4,0÷10,0 cm. Bánh xe có đường kính 203 mm và chiều rộng vệt bánh xe 50 mm.
Hình 3.16: Máy đo vệt hằn lún bánh xe và thiết bị đầm mẫu.
Mẫu thử nghiệm đầm nén đến độ rỗng còn dư như thiết kế ban đầu bằng dụng cụ đầm lăn (hình 3.16) đi kèm theo thiết bị. Một bộ phận sấy mẫu khô được đặt trong buồng máy đo vệt lún để đạt yêu cầu thử nghiệm. Nhiệt độ được thiết lập 25-700C, thông thường chọn 40oC ÷50oC là nhiệt độ thử nghiệm theo AASHTO T324-04 (phụ lục thí nghiệm XII).
Thông số thiết bị thí nghiệm:
Tải trọng bánh xe gồm một lực tác dụng thẳng đứng là 705 N và áp lực trung bình là 0,73 Mpa, diện tích bề mặt tiếp xúc 970 mm2. Áp lực này mô phỏng tác dụng tải trọng trục đôi bánh xe tương đương. Diện tích tiếp xúc tăng lên theo chiều sâu vệt lún, do vậy áp lực có thể thay đổi theo.
Mẫu thử nghiệm được thực hiện với tổng số lượt bánh xe đi qua là 20.000 lượt/điểm hoặc chiều sâu vệt lún tối đa 12.5 mm, tùy theo điều kiện nào xảy ra trước.
Tốc độ trung bình của mỗi bánh xe là 1,1 km/giờ. Chiều dài hoạt động bánh xe là 260 mm, trung bình bánh xe đi lại 53 ± 2/điểm/phút.
Phân tích quá trình phát triển vệt lún bánh xe trên bề mặt mẫu bê tông nhựa bao gồm:
Độ chặt mẫu tăng dần do bị nén: là biến dạng (mm) thông thường sau khi bánh xe qua 1000 lần hoặc trong một vài phút thử nghiệm ban đầu;
Xuất hiện biến dạng: sau khi mẫu đạt độ chặt và trước khi bị bóc tách. Biến dạng tích lũy này do tác động cơ học là chủ yếu, ít bị ảnh hưởng do yếu tố của nhiệt độ.
Điểm bong tách: do biến dạng tích lũy tăng dần và nguyên nhân chủ yếu do ảnh hưởng của nhiệt độ.
Vùng phá hoại: vùng này xuất hiện chủ yếu do liên quan đến độ ẩm, hỗn hợp vật liệu BTN dễ bị nhạy cảm với độ ẩm và có xu hướng bắt đầu bong tách.
Hình 3.17: Phân tích quá trình hình thành vệt lún bánh xe và mẫu phá hoại.
Điều kiện giới hạn thử nghiệm: Kết quả chiều sâu vệt hằn lún bánh xe tương ứng với số lượt bánh xe qua điểm. Mỗi mẫu khi thử nghiệm được đánh giá trong điều kiện giới hạn là 20.000 lượt bánh xe qua hoặc mẫu bị biến dạng 12,5 mm, tùy theo điều kiện nào đến trước. Nếu mẫu bị biến dạng 12,5mm trước khi qua 20.000 lượt thì xem mẫu bị hỏng, ngược lại mẫu sẽ đạt được yêu cầu kỹ thuật theo tiêu chuẩn đánh giá độ bền chịu biến dạng.
3.4.6.2 Mục đích của thử nghiệm vệt hằn lún bánh xe
Nhằm kiểm tra việc thiết kế bê tông nhựa nhám OGFCA cũng như chất lượng vật liệu gồm: loại cốt liệu, loại nhựa sử dụng, thông qua số lượt bánh xe qua của thiết bị để đánh giá độ bền, đặc trưng biến dạng lún, độ nhạy với nhiệt độ của hỗn hợp, từ đó xem xét để lựa chọn tỉ lệ thành phần cốt liệu hợp lý, loại nhựa sử dụng, chiều dày lớp vật liệu.
● Số liệu đầu vào:
Vật liệu chế bị trong thiết bị đầm lăn chọn từ kết quả của chương hai là OG-A;
OG-B và OG-C chiều thử nghiệm lấy 4cm và 5cm, dùng nhựa PmB-I và PmB-III.
Trình tự các bước chế bị mẫu kiểm tra vệt lún như sau:
Phối trộn mẫu với khối lượng mẫu theo kích thước khuôn: 26x32x4 (5) cm;
Sấy mẫu trộn ở nhiệt độ 165oC ÷175oC (nhựa PmB-I);
Đầm mẫu bằng thiết bị đầm lăn;
Làm nguội mẫu bằng nhiệt độ không khí (yêu cầu khoảng 4 giờ);
Đưa mẫu vào thiết bị kiểm tra vệt lún;
Mẫu được sấy tự động trong thiết bị ở nhiệt độ 50oC trong 4 giờ;
Khi đạt nhiệt độ sấy yêu cầu, máy tự động chạy kiểm tra vệt lún, với 20.000 lượt qua, thời gian thử nghiệm cho 2 mẫu trong khuôn là 8 giờ.
Hình 3.18: Mẫu OG-A, OG-B và OG-C đã chế bị xong.
3.4.6.3 Kết quả thử nghiệm
Kiểm tra kết quả vệt hằn lún nhằm đánh giá độ bền chịu biến dạng và thông qua đó xem xét chất lượng hỗn hợp vật liệu BTN. Kết quả thử nghiệm là một trong các chỉ tiêu để lựa chọn thành phần vật liệu BTN lớp tạo nhám nghiên cứu.
Theo tiêu chuẩn qui định thì mẫu phải đạt được 20.000 lượt bánh xe qua một điểm trước khi xảy ra vệt lún tích lũy 12,5 mm, ngược lại mẫu vật liệu không đạt yêu cầu thiết kế khi mẫu có chiều sâu vệt lún lớn hơn 12,5 mm với 20.000 lượt bánh xe qua hoặc mẫu bị phá hủy được qui định. Quá trình thử nghiệm cần xem xét các yếu tố ảnh hưởng sau.
a-Ảnh hưởng chiều dày vật liệu đối với nhiệt độ
Cơ sở chọn chiều dày tối thiểu của lớp OGFCA [52] của các nước trên thế giới hiện nay chưa có tiêu chuẩn ban hành và kiến nghị lựa chọn. Với các nước châu Á
OG-A OG-B
OG-C
thông thường chọn chiều dày từ 4÷5cm theo kinh nghiệm sử dụng.Kết quả kiểm tra về ảnh hưởng của nhiệt độ đối với chiều dày lớp OGFCA thử nghiệm vệt lún h=4 cm và h=5cm, cho thấy với số lượt bánh xe qua 20.000 lượt/điểm đạt yêu cầu (bảng 3.4) theo tiêu chuẩn qui định.
a-Chiều dày mẫu thử nghiệm 4cm. b- Chiều dày mẫu thử nghiệm 5cm.
Hình 3.19 (a,b): Kiểm tra vệt lún bánh xe của OG-A.
a/Mẫu thử nghiệm 4cm và 5cm-OG-B b/Mẫu thử nghiệm 4cm và 5cm-OG-C Hình 3. 20 (a,b): Kiểm tra vệt lún bánh xe của OG-B và OG-C chiều dày 4cm và 5cm.
Bảng 3.4: Kết quả kiểm tra vệt hằn bánh xe với chiều dày khác nhau cho ba loại hỗn hợp.
Khối lượng thể
tích mẫu
Khối lượng riêng ở trạng
thái rời
Độ rỗng dư
Kết quả thí nghiệm-Độ lún
vệt bánh xe
g/cm3 g/cm3 % mm
PmB-I 2.097 2.516 16.44 5.60
PmB-III 2.097 2.516 16.44 1.20
4 2.171 2.499 13.11 1.15
5 2.171 2.499 13.11 1.25
4 2.135 2.514 15.08 1.35
5 2.135 2.514 15.08 1.75
OG-C
PmB-I PmB-I
stt Loại
nhựa Chiều
dày mẫu (cm)
5 OG-A OG-B
b-Ảnh hưởng loại nhựa sử dụng:
Chọn loại nhựa sử dụng cho vật liệu OGFCA là rất quan trọng để xem xét khả năng làm việc và độ bền chịu biến dạng của vật liệu dưới tác động của tải trọng và nhiệt độ.
Kết quả kiểm tra vệt hằn bánh xe với chiều dày mẫu h=5cm, cho thấy chiều sâu vệt hằn bánh xe của vật liệu khi dùng nhựa PmB-I lớn hơn khi dùng nhựa PmB-III;
0,0
2,5 2,8
3,5 3,9 4,2 4,6 4,7 4,8 5,2 5,5
5,6
0,0 1,5
2,8 3,1
3,7 3,8 3,8
4,3 4,4 4,4 4,3 4,6
0,0 1,0 2,0 3,0 4,0 5,0 6,0
0 1 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20
PmB-I PmB-III
Vệt lún trung bình(mm)
Hình 3. 21: Chiều sâu vệt lún với lớp OG-A h=5cm.
3.4.6.4 Độ rỗng dư còn lại
Độ rỗng dư là chỉ tiêu khai thác rất quan trọng cho vật liệu bê tông nhựa nhám OGFCA trong suốt thời kỳ khai thác; độ nhám và khả năng thoát nước mặt. Kết quả kiểm tra vệt lún bánh xe ngoài phản ánh chất lượng sử dụng vật liệu, chiều dày khai
Số lượt qua (x1000)/điểm Chiều sâu vệt lún(mm)
thác vật liệu, loại nhựa sử dụng và thông qua đó đánh giá lại độ rỗng dư còn lại của vật liệu khi chịu tác động của số lượt bánh xe qua.
Độ rỗng dư còn lại của vật liệu bê tông nhựa nhám loại OG-A sau lượt kiểm tra cuối cùng còn lại 42% so với độ rỗng dư ban đầu với nhựa PmB-I và 30% với nhựa PmB-III, điều này cho thấy vật liệu OG-A h=5cm nghiên cứu vẫn duy trì đặc tính khai thác độ rỗng dư.