Sợi thủy tinh là một trong những loại sợi có cƣờng độ chịu kéo rất lớn, nó đã đƣợc áp dụng để gia cƣờng cho nhiều loại vật liệu. Trong xây dựng giao thông ở Việt Nam, sợi thủy tinh bắt đầu đƣợc nghiên cứu và bƣớc đầu ứng dụng trong thực tế. Các nghiên cứu đánh giá ở nƣớc ngoài [36], [42], [44], [49], [55], [58], [59] đã có kết luận:
- Sợi nằm trong G-FRAC có vai trò nhƣ cốt của phần chất kết dính asphalt, nó làm tăng tính ma sát, giảm trơn trƣợt, giảm khả năng dãn nở dài. Hàm lƣợng sợi vừa đủ để tạo nên một cấu trúc xƣơng vững chắc cho chất kết dính, nếu quá ít sẽ không đủ để có tác động đến tính chất cơ lý của asphalt. Nếu quá lớn, phần nền là chất kết dính sẽ không đủ để tạo nên sự đàn hồi cũng nhƣ kết dính cốt liệu
- Sợi thủy tinh có tác dụng phân tán áp lực lên chất kết dính asphalt, chịu một phần ứng suất tác dụng lên hỗn hợp bê tông asphalt. Sợi thủy tinh phân bố
đều trong pha kết dính asphalt đã tăng khả năng chống chuyển dịch do lực cắt, hạn chế di chuyển của cốt liệu và làm chậm quá trình xuất hiện và phát triển của vết nứt;
- Sợi có cấu trúc mạng lƣới ba chiều trong hỗn hợp asphalt nên nó gia cƣờng cho bộ khung giúp chống lại lực cắt và giảm khả năng bị chảy của hỗn hợp asphalt.
- Chiều dài sợi, đƣờng kính sợi có ảnh hƣởng đến quá trình tạo hình, nếu ngắn quá không có khả năng gia cƣờng làm chất buộc trong asphalt, nếu dài quá sẽ khó thi công, sợi khó phân tán đều trong HMA.
- Chiều dài sợi mang lại hiệu quả cải thiện tốt và đảm bảo tính công tác là 20mm.
Sợi thủy tinh loại C có mô đun đàn hồi cao, từ 28.000 MPa – 30.000MPa. Hình thái sợi thủy tinh khá trơn nhẵn so với các loại sợi khác nhƣ sợi cellulose, sợi polyester do vậy khả năng hấp thụ bitum ít hơn. Đây là sợi trung tính, có độ ổn định với các chất hóa học rất cao, là loại sợi thủy tinh thông thƣờng nên có giá thành hợp lý. Nhƣ vậy, sợi thủy tinh loại C có thể sử dụng để gia cƣờng trong bê tông asphalt.
Với các kết quả nghiên cứu lý thuyết và thực nghiệm, các nghiên cứu tiếp tục trong chƣơng sau tập trung sử dụng sợi thủy tinh loại C, chiều dài sợi 20mm, với hàm lƣợng 0,1%; 0,3%; 0,5% theo khối lƣợng hỗn hợp bê tông asphalt.
CHƢƠNG 3. NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG CHỐNG LÚN VỆT BÁNH XE CỦA BÊ TÔNG ASPHALT CHẶT RẢI NÓNG GIA CƢỜNG SỢI THỦY TINH (G-FRAC)
Trong chƣơng 3, thành phần cấu tạo của bê tông asphalt chặt rải nóng gia cƣờng sợi thủy tinh đƣợc thiết kế dựa trên phƣơng pháp Marshall. Các thí nghiệm phục vụ thiết kế thành phần của G-FRAC đƣợc thực hiện tại Phòng thí nghiệm trọng điểm I - Viện Khoa học và Công nghệ Giao thông Vận tải. Trong luận án, tám loại bê tông asphalt gia cƣờng sợi thủy tinh sử dụng hai loại bitum polyme PMBIII và bitum thƣờng mác 40-50 gia cƣờng hàm lƣợng sợi 0,1%; 0,3%; 0,5% theo khối lƣợng hỗn hợp vật liệu đã đƣợc thiết kế. Trong tiêu chuẩn TCVN 8819:2011 và quyết định 858 của Bộ GTVT về thiết kế bê tông asphalt cho đƣờng cấp cao, tải trọng giao thông lớn đều khuyến nghị sử dụng bitum 40-50. Quốc lộ 1 đoạn qua Phan Rang đã sử dụng loại bitum này. Những nghiên cứu về bitum 60-70 ở Việt Nam đã có nhiều nhƣng nghiên cứu về bitum 40-50 còn rất hạn chế, hầu nhƣ chƣa có. Vì vậy việc lựa chọn bitum 40-50 để nghiên cứu có tính thời sự, nhằm đƣa ra đƣợc các thông tin về hiệu quả sử dụng loại bitum này thông qua kết quả thí nghiệm lún vệt bánh xe, mỏi khi có và không có gia cƣờng sợi thủy tinh phân tán. Để đánh giá khả năng chống lún vệt bánh xe của hỗn hợp vật liệu này, nghiên cứu sinh tiến hành thí nghiệm lún vệt bánh xe (Wheel Tracking Test). Những thí nghiệm này đƣợc thực hiện tại phòng thí nghiệm Trƣờng Đại học Công nghệ Giao thông Vận tải.
3.1 Thiết kế thành phần G-FRAC
Mục đích chung của công tác thiết kế thành phần G-FRAC:
+ Lựa chọn thành phần cấp phối cốt liệu cho G-FRAC theo tiêu chuẩn hiện hành;
+ Xác định hàm lƣợng bitum thích hợp với thành phần cấp phối cốt liệu trong nghiên cứu;
+ Có độ rỗng dƣ hỗn hợp sau khi lu lèn hợp lý đảm bảo khả năng chống thấm và tính ổn định chống biến dạng;
+ Đảm bảo độ công tác để việc rải hỗn hợp có hiệu quả mà không làm phân tầng vật liệu cũng nhƣ không làm giảm độ bền và khả năng làm việc của kết cấu;
+ Đối với hỗn hợp HMA làm lớp phủ trên cùng thì cốt liệu phải có đủ độ nhám và độ cứng để tạo ra khả năng kháng trƣợt cao trong những điều kiện thời tiết bất lợi.
Các phƣơng pháp thiết kế đƣợc sử dụng khá phổ biến trên thế giới nhƣ: Marshall, Hveem, Superpave…, nhìn chung đều tuân thủ nguyên tắc thiết kế trên.
Luận án sử dụng phƣơng pháp Marshall theo tiêu chuẩn hiện hành của Việt Nam TCVN 8820:2011 [10].
Nguyên tắc thiết kế G-FRAC
Việc thiết kế phải tuân thủ nguyên tắc sau:
+ Tất cả các vật liệu sử dụng (đá dăm, cát, bột đá, bitum đều phải thoả mãn các chỉ tiêu cơ lý theo Tiêu chuẩn kỹ thuật tƣơng ứng;
+ Hàm lƣợng bitum lựa chọn phải thỏa mãn các chỉ tiêu liên quan đến đặc tính thể tích, các chỉ tiêu thí nghiệm theo Marshall và các chỉ tiêu bổ sung nếu có theo quy định của Tiêu chuẩn kỹ thuật tƣơng ứng.