5. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài
1.3.2 Nhóm liên quan đến môi trường
Độ ẩm, nhiệt độ và bức xạ nhiệt là yếu tố quan trọng của môi trường ảnh hưởng đến sự làm việc của bê tông asphalt. Một số nhà khoa học khi đã nghiên cứu ảnh hưởng của nhiệt độ và tìm thấy sự gia tăng độ bền mỏi ở nhiệt độ thấp trong các thí nghiệm khống chế ứng suất, ngược lại độ bền mỏi bị suy giảm ở nhiệt độ thấp trong các thí nghiệm khống chế biến dạng. Những nghiên cứu như vậy đã được thực hiện bởi Pell và Taylor (1969), Raithby và Sterling (1970), Epps và Monismith (1972), Hsu và Tseng (1996) [34].
Thí nghiệm với chế độ khống chế ứng suất, O.V. Drovaleva đã chỉ ra rằng khi tăng nhiệt độ thì độ bền mỏi của bê tông asphalt giảm, đồng thời hiệu ứng nhiệt sẽ giảm xuống khi tần số tải tăng lên [46]. Kết quả nghiên cứu thể hiện tại Hình 1.9.
Hình 1.9 Ảnh hưởng của nhiệt độ đến độ bền mỏi bê tông asphalt [46] Độ dốc nghiêng của đồ thị so với trục nằm ngang trong Hình 1.9 được gọi là hệ số mỏi. Hệ số mỏi giảm khi nhiệt độ thí nghiệm giảm. Nhiệt độ thí nghiệm mỏi tăng làm giảm mô đun độ cứng của vật liệu. Đối với chế độ thí nghiệm khống chế ứng suất, ứng với mô đun độ cứng nhỏ thì mức biến dạng hình thành trong mẫu thí nghiệm cao. Mức tăng biến dạng trong mẫu nhanh hơn khi tăng nhiệt độ thí nghiệm. Mức biến dạng lớn này sẽ làm giảm nhanh độ bền mỏi vật liệu bê tông asphalt khi nhiệt độ tăng. Kết quả thí nghiệm thể hiện tại Hình 1.9 cho thấy điều đó, nhiệt độ thí nghiệm cao cho các đường đặc trưng độ bền mỏi nằm dưới các đường thí nghiệm ở nhiệt độ thấp.
Phương pháp thiết kế của Shell (SPDM - Shell, 1978) [27] đưa ra kết luận rằng nhiệt độ giảm có thể góp phần vào sự gia tăng độ bền mỏi bê tông asphalt. SPDM cũng đưa ra một tập hợp các kết quả thí nghiệm về mối quan hệ giữa biến dạng cho phép của nhiều hỗn hợp bê tông asphalt có độ cứng khác nhau với độ bền mỏi. Một vài kết quả được thể hiện tại Hình 1.10 [27]. Qua đó cho thấy sự gia tăng độ cứng hỗn hợp bê tông asphalt (Smix) sẽ làm giảm biến dạng mỏi; khi tăng độ cứng vượt một giá trị nhất định (≈ 1010
N/m2) thì biến dạng mỏi tăng trở lại. Nhiệt độ ở đây được phân tích là yếu tố ảnh hưởng nhiều đến độ cứng của bê tông asphalt (tỷ lệ thuận).
Hình 1.10 Đặc tính mỏi bê tông asphalt của SPDM (Shell - 1978)
Hình 1.11 Ảnh hưởng nhiệt độ và gradient nhiệt độ đến độ bền mỏi lớp BTN dày 8
inch [35]
Báo cáo SHRP-A-404 đã minh họa mối quan hệ giữa độ bền mỏi bê tông asphalt với nhiệt độ ở đáy lớp và gradient nhiệt độ, thể hiện tại Hình 1.11. Thí nghiệm khống chế ứng suất, mối quan hệ này là những đường cong parabol. Kết quả cho thấy độ bền mỏi giảm khi nhiệt độ tại đáy dầm tăng trong giới hạn nhỏ hơn khoảng 30 độ, sau đó độ bền mỏi sẽ tăng lên khi tiếp tục tăng nhiệt độ [35].
Trong thí nghiệm mỏi uốn dầm 4 điểm, M.J.C. Minhoto [27] đã tiến hành đo nhiệt độ bề mặt và bên trong mẫu ở khu vực giữa dầm. Kết quả thể hiện tại Hình 1.12.
Hình 1.12 Biểu đồ phát triển nhiệt độ tại giữa dầm khi thí nghiệm mỏi [27]
Kết quả cho thấy có sự thay đổi nhiệt độ sau quá trình dầm chịu tác dụng của tải trọng lặp [27]. Thí nghiệm ở nhiệt độ thấp đồng thời với mức biến dạng lớn thì
tốc độ tăng nhiệt độ bên trong mẫu nhanh hơn và có giá trị lớn hơn nhiệt độ tại bề mặt mẫu. Do vậy ở các mức nhiệt độ thấp, độ bền mỏi sẽ cũng có xu hướng tăng lên khi nhiệt độ giảm xuống.