CHƯƠNG 3 CƠ SỞ KHOA HỌC
3.5 CÁC THÍ NGHIỆM ĐƢỢC THỰC HIỆN TRONG NGHIÊN CỨU
Thí nghiệm xác định độ ổn định Marshall và độ dẻo Marshall của mẫu BTN.
Độ ổn định Marshall (Marshall Stability) là giá trị lực nén lớn nhất đạt được khi thử nghiệm mẫu BTN chuẩn (mẫu hình trụ đường kính 101,6mm; chiều cao mẫu 63,5mm) trên máy nén Marshall, đơn vị tính là kiloniuton (kN). Trường hợp mẫu có chiều cao khác 63,5mm thì hiệu chỉnh để xác định độ ổn định Marshatll. Độ dẻo Marshall là biến dạng của mẫu BTN trên máy nén Marshall tại thời điểm xác định độ ổn định Marshall, đơn vị tính là milimet (mm) [43]. Quy trình thí nghiệm tuân thủ theo TCVN 8860-1:2011 [43]. Quy trình thực hiện được tóm tắt như sau:
- Nguyên tắc: Mẫu BTN hình trụ có kích thước quy định được ngâm trong bể ổn định nhiệt trong điều kiện xác định về nhiệt độ, thời gian và sau đó được nén đến phá hủy trên máy nén Marshall. Xác định giá trị lực nén lớn nhất và biến dạng mẫu ở cùng thời điểm để tính độ ổn định, độ dẻo Marshall.
Trong đề tài này thí nghiệm Marshall được thực hiện với nhiệt độ của mẫu là 60oC, được bảo dưỡng trong 40 phút. Tốc độ bàn nén là 50,8mm/ phút.
- Kết quả được tính theo công thức:
S = K×P (3.1)
+ Trong đó:
S Độ ổn định Marshall (kN);
K là hệ số điều chỉnh nội suy từ Bảng 1 TCVN 8860-1:2011[43];
P Là lực nén lớn nhất đọc được trên đồng hồ đo lực, tính bằng Kiloniuton (kN).
Độ dẻo Marshall của mẫu là giá trị biến dạng của viên mẫu (kí hiệu là F), tính bằng mm.
Hình 3.4 Bể ổn định nhiệt và máy nén Marshall.
Thí nghiệm này mô phỏng trạng thái làm việc của mặt đường BTN ở trạng thái ngập nước và chịu tác động của nhiệt độ môi trường, trong điều kiện này mặt đường giảm đáng kể cường độ và dễ bị hư hỏng khi có tác động của tải trọng.
3.5.2 Thí nghiệm ép chẻ
Thí nghiệm ép chẻ nhằm mục đích xác định cường độ khi ép chẻ (Splitting tensile strength) của mẫu vật liệu là khả năng chịu kéo của mẫu khi có một lực nén tác dụng đều dọc theo đường sinh của mẫu thử hình trụ, nằm trong mặt phẳng thẳng đứng đi qua đường kính của 2 đáy mẫu thử. Khi lực nén đạt đến trị số tối đa, mẫu thử hình trụ sẽ bị phá hủy theo mặt phẳng thẳng đứng do ứng suất kéo phát sinh
vượt quá khả năng chịu kéo của vật liệu mẫu thử. Cường độ kéo khi ép chẻ thường lớn hơn cường độ kéo dọc trục và nhỏ hơn cường độ kéo khi uốn của mẫu vật liệu.
Cường độ kéo khi ép chẻ còn được gọi là cường độ kéo gián tiếp, hoặc cường độ kéo khi nén [44].
Thí nghiệm này nhằm mô phỏng vật liệu BTN làm việc tại các khu vực nhiệt độ thay đổi, khi nhiệt độ xuống thấp, vật liệu bê tông nhựa bị co lại và do tác động của tải trọng thì việc co rút này sẽ xuất hiện ứng suất kéo, nếu ứng suất kéo vượt quá cường độ chịu kéo của hỗn hợp, mặt đường sẽ bị nứt. Cường độ chịu kéo của vật liệu hỗn hợp BTN có thể xác định bằng thí nghiệm ép chẻ.
Thí nghiệm này được thực hiện theo quy trình của TCVN 8862-2011 [44]. Tóm tắt thí nghiệm: Một tải trọng nén tác dụng đều dọc theo đường sinh của mẫu thử hình trụ, nằm trong mặt phẳng thẳng đứng đi qua đường kính của hai đáy mẫu thử.
Tải trọng nén được tăng liên tục và đều với tốc độ biến dạng (hoặc tốc độ tăng tải) qui định cho đến khi mẫu trụ bị phá hủy. Tải trọng tương ứng với trạng thái mẫu bị phá hủy được ghi lại và dùng để tính cường độ kéo khi ép chẻ của vật liệu thông qua các kích thước của mẫu trụ.
Trong đề tài này thí nghiệm ép chẻ được thực hiện với nhiệt độ của mẫu là 25oC, bảo dưỡng trong 4 giờ, tốc độ di chuyển của bàn nén máy là 50±mm/phút.
Hình 3.5 Máy nén ép chẻ
Cách tính kết quả: Cường độ kéo khi ép chỉ Rkc của từng viên mẫu thử được tính theo công thức:
2
kc . . R P
H D
(3.2)
Trong đó:
Rkc – Cường độ kéo khi ép chẻ, MPa;
P – Tải trọng khi phá hủy mẫu hình trụ, N;
H – Chiều cao của mẫu hình trụ (chiều dài đường sinh), mm;
D – Đường kính đáy mẫu hình trụ, mm;
- 3,1416.
3.5.3 Thí nghiệm Cantabro
Độ hao mòn của vật liệu là một yếu tố quan trọng được xét đến trong nghiên cứu này, để đánh giá chỉ tiêu này ta dùng hệ thống thiết bị Los Angeles như trong Hình 3.6. Toàn bộ quá trình thí nghiệm áp dụng theo tiêu chuẩn EN NTL-352-00[45].
Mẫu tiêu chuẩn cho cả hai cấp phối có kích thước 101x 63,5 mm, được đầm nén 75 chày/mặt. Mẫu được bảo dưỡng trong điều kiện địa hình bằng phẳng và để qua đêm (ít nhất là 12 tiếng) ở nhiệt độ 25oC. Tất cả các mẫu phải có hình dạng và kích thước tương tự nhau, được theo dõi nhiệt độ bằng nhiệt kế thường xuyên trước khi tiến hành thí nghiệm.
Hình 3.6 Thiết bị kiểm tra độ mài mòn Los Angles dùng trong thí nghiệm Cantabro.
Mẫu thử được đặt vào thùng quay của thiết bị, chú ý trong thí nghiệm này không bỏ chung với bi sắt, thiết bị được cài đặt để quay với tốc độ 30÷33 vòng/phút và quay 300 vòng. Khối lượng của mẫu thử trước và sau khi thí nghiệm được ghi chép lại, độ hao mòn của vật liệu được tính là phần trăm của lượng vật liệu bị bong ra khỏi mẫu trong suốt quá trình thí nghiệm. Trước khi tiến hành bỏ mẫu tiếp theo phải đảm bảo rằng thiết bị sạch sẽ, không còn bất cứ một mảnh vụn nào để tránh làm ảnh hưởng tới kết quả thí nghiệm.
Công thức tính lượng tổn thất sau thí nghiệm Cantabro được tính như sau:
Lượng tổn thất 1 2
1
m m 100 m
(%) (3,3)
Trong đó:
m1 - Khối lượng mẫu trước thí nghiệm, g m2 - Khối lượng mẫu sau thí nghiệm, g 3.5.4 Thí nghiệm xác định mô đun đàn hồi
Xác định mô đun đàn hồi của các vật liệu BTN được thực hiện bằng cách ép các mẫu trụ tròn trong điều kiện cho nở hông tự do (nén 1 trục, mẫu không đặt trong khuôn, bản ép bằng đường kính mẫu). Trị số mô đun đàn hồi của vật liệu được tính theo trị số biến dạng đàn hồi L đo được khi thí nghiệm ép chẻ, tương ứng với tải trọn p (MPa) với công thức sau:
E p H;(MPa) L
(3.4)
Trong đó:
2
p 4P
D
(3.5)
D là đường kính mẫu (đường kính bàn ép) và H là chiều cao mẫu;
P là lực tác dụng lên bàn ép (kN). Khi thí nghiệm thường lấy P = 0,5MPa (tương ứng với áp lực làm việc của áo đường). Còn đường kính mẫu thì chọn tùy cỡ hạt lớn nhất có trong vật liệu dmax (D ≥ 4dmax); Chiều cao mẫu có thể bằng hai hoặc bằng đường kính mẫu.
Thường mẫu BTN có kích thước như sau: D = 10cm; H = 10 cm (sai số ± 0,2cm).
Các mẫu được chế bị đúng với tỉ lệ các thành phần trong phòng thí nghiệm mẫu được chế bị với áp lực khoảng 30Mpa và duy trì áp lực này trong 3 phút.
Mẫu bê tông nhựa được bảo dưỡng ở nhiệt độ phòng ít nhất 16 giờ và trước khi thí nghiệm ép phải giữ ở nhiệt độ tính toán trong 2,5 giờ để đảm bảo toàn khối đạt đến nhiệt độ đó (giữ trong tủ nhiệt hoặc ngâm trong nước ở nhiệt độ cao hơn nhiệt độ tính toán vài độ).
Mẫu đem ép với chế độ gia tải 1 lần. Giữ áp lực p trên mẫu cho đến khi biến dạng lún ổn định, cụ thể được xem là ổn định khi tốc độ biến dạng chỉ còn 0,01mm/phút (trong vòng 5 phút). Sau đó dỡ tải ra và đợi biến dạng phục hồi cũng đạt được độ ổn định như trên thì mới đọc thiên phân kế để xác định trị số biến dạng đàn hồi L.
Toàn bộ quá trình thí nghiệm, từ khâu tạo mẫu, bão dưỡng và tiến hành thí nghiệm được thực hiện theo 22TCN-211-06[46].
Hình 3.7 Mẫu trong thí nghiệm kiểm tra mô-đun đàn hồi của hỗn hợp BTN 3.5.5 Cắt ngang mẫu thí nghiệm để đánh giá sự sắp xếp của các viên đá
Các mẫu thí nghiệm được cắt ngang bằng cưa. Sự sắp xếp các viên đá với nhau đánh giá mức độ cài móc giữa các hạt cốt liệu.
CHƯƠNG 4