i BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ GIAO THÔNG VẬN TẢI VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ GIAO THÔNG VẬN TẢI BÙI NGỌC HƯNG NGHIÊN CỨU MỘT SỐ YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN BIẾN DẠNG LÚN VỆT BÁNH XE CÓ XÉT ĐẾN ĐẶC TÍNH MỎI CỦA BÊ TÔNG NHỰA CHẶT LÀM LỚP MẶT ĐƯỜNG VIỆT NAM Chuyên ngành : Kỹ thuật Xây dựng Công trình Giao thông Mã số : 62.58.02.05 TÓM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SỸ KỸ THUẬT Hà Nội, 2016 ii CÔNG TRÌNH NÀY ĐƯỢC HOÀN THÀNH TẠI VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ GTVT NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS TS Vũ Đức Chính GS TS Dương Học Hải Phản biện 1: GS.TS Vũ Đình Phụng Phản biện 2: PGS.TS Đào Văn Đông Phản biện 3: PGS.TS Bùi Phú Doanh Luận án bảo vệ trước Hội đồng chấm luận án cấp Viện họp tại: Viện Khoa học Công nghệ GTVT vào hồi … … ngày … tháng … năm 2016 Có thể tìm hiểu luận án thư viện: Thư viện Quốc gia Thư viện Viện Khoa học Công nghệ GTVT iii Research on Impact of Essential Factors on Rutting in concern to Fatigue Properties of Dense-graded Hot Mix Asphalt for Pavement Construction in Vietnam Abstract: In recent years, rut damages have appeared in the pavements of many national highways under high-volume and heavy traffic activities that has caused to not only the un-safety to drivers but also the urgency by inhabitants Multiple experts from domestic research and development institutes, such as the Institute of Transport Science and Technology, the University of Transport and Communication, have made a great effort in research and providing solutions to mitigate the development of rutting However, this phenomena has still occurred even right after the roads were opened for traveling Hot mix asphalt concrete pavements need to be designed upon how to mitigate rut damages and fatigue cracking caused by vehicle loading and air temperature If the asphalt concrete mix is designed inclining to improve rutting resistance, it will intend to increase potential fatigue cracking in the pavement Therefore, it is necessary and urgent to explore the substance of rutting and essential factors impact on it in order to give the solution to diminish the development of rutting in hot mix asphalt pavements The Decision No 858/QĐ-BGTVT, dated on March 26, 2014 promulgated by Ministry of Transport for “Guidelines on applying current technical specifications to enhance the quality management in design and construction of hot mix asphalt pavements exposed under high-volume and heavy traffic activities” (hereafter referred as QĐ 858), has been widely used in Vietnam QĐ 858 provides the requirements for “coarse aggregate gradation” (high rate of gravel) and “fine aggregate gradation) (low rate of gravel), how to use “coarse gradation” for hot mix asphalt (HMA) pavements under high-volume and heavy traffic activities and how to design the aggregate gradation meets the S curse in order to diminish rutting damages Actually, a large number of contractors have abused this decision’s requirement when using “excessively” coarse gradations for asphalt concrete mixes Consequently, there were many pavement sections exposed the nonuniform aggregate distribution and less enough quantity of bituminous cements that was the causes of potential damages as raveling, permeability and fatigue cracking resulting in the attenuation of pavement service life Therefore, it is necessary to assess the rate of “coarse gradation” for hot mix asphalt concrete by which the appropriate “coarse gradations” are recommended for each type of aggregates and bitumen so as, to mitigate rutting and improve fatigue resistance, hence to lengthen the service life of asphalt pavement In order to get these appropriate “coarse gradation”, we need to make rutting and fatigue tests on all set of asphalt concrete iv samples based on aggregates with gradations in different coarse rates The dense-graded hot mix asphalt concrete is the research objective.We concentrated and assessed these causes of rutting damages occurred in some pavement sections A litureature review was conducted for international and Vietnamese researches on the performance of rutting and fatigue cracking in asphalt concrete; testing methods and equiment for empirical study These tests was conducted on the sets of asphalt concrete samples inculding BTNC 12,5and BTNC 19 with different rates of “coarse aggregate gradations” according to QĐ 858/QĐ-BGTV and types of bitumen cements (40/50, 60/70 and PMBIII) Based on the resutls of rutting and fatigue tests and design of experiments (DOE), the appropriate “coarse aggregate gradations” were provided The research results are: - A summarization of recent related researches that can be used as a technical reference for designers and engineers - Recommendations based on the empirical study for the rate of “coarse aggregate gradations” appropriate to design asphalt concrete mixes used different types of bitumen cements (as 40/50, 60/70 and PMBIII) That is useful experience for contractors in selecting the suitable gradation for asphalt concrete mixes in order to simultaneously dinimish rutting damages and fatigue cracking - Recommendations on selecting the suitable gradation for asphalt concrete mixes and the fatigue resistance based laboratorial testing on BTNC 12,5 used bitumen 60/70; and modifications in the rutting depths to BTNC 12,5 and BTNC 19 designed according to QĐ 858/ QĐ-BGTVT contribute to complete the engineering foundation for hot mix asphalt design and also to improve the pavement quality management concerned to mitigate rutting damages and fatigue cracking The dissertation including four main contents without the introduction and conclusions as following: - Chapter 1: Literature review on dense-graded asphalt concrete performance concerned to rutting and fatigue properties - Chapter 2: Assessment of rutting causes based on field survey results - Chapter Empirical study on typical asphalt concrete samples concernced to rutting and fatigue properties - Chapter Solutions to disminish rutting damages and improve the fatigue resistance for dense-graded hot mix asphalt concrete MỞ ĐẦU Các da ̣ng hư hỏng mă ̣t đường bê tông nhựa (BTN) điể n hiǹ h phát sinh quá triǹ h khai thác làm ảnh hưởng đế n công của mă ̣t đường đươ ̣c thế giới tổ ng kế t bao gồm: lún vê ̣t bánh xe (LVBX); nứt mỏi; nứt nhiê ̣t Do điề u kiê ̣n khí hâ ̣u Viê ̣t Nam, nhiê ̣t đô ̣ không khí không quá thấ p vào mùa la ̣nh nên hư hỏng đă ̣c thù của mă ̣t đường bê tông nhựa Viê ̣t Nam chủ yế u là lún vê ̣t bánh xe (LVBX) nứt mỏi LVBX tượng tích lũy biến dạng không hồi phục lớp BTN mặt đường ảnh hưởng của phương tiê ̣n xe lưu thông và nhiê ̣t đô ̣ môi trường gây quá trình khai thác LVBX là da ̣ng hư hỏng điể n hình của biến dạng vĩnh cửu (thuật ngữ tiếng Anh go ̣i là Permanent Deformation) Trong nhiề u trường hơ ̣p, thuâ ̣t ngữ LVBX cũng đồ ng nhấ t với thuâ ̣t ngữ biế n da ̣ng viñ h cửu Nứt mỏi của BTN xảy là tác đô ̣ng của của tải tro ̣ng trùng phu ̣c gây quá triǹ h khai thác Khi ứng suất kéo uốn tải trọng trùng phu ̣c gây lớp vật liệu BTN lớn cường đô ̣ kéo uốn vật liệu BTN, mă ̣t đường BTN xuấ t hiê ̣n nứt mỏi Mục đích nghiên cứu Nghiên cứu đánh giá mức đô ̣ thô của “cấ p phố i thô” cho BTN, qua đó khuyế n nghi ̣“cấ p phố i thô” phù hơ ̣p ứng với loa ̣i cố t liê ̣u, loa ̣i nhựa đường nhằ m đảm bảo lớp BTN vừa cải thiê ̣n LVBX, vừa cải thiê ̣n sức kháng mỏi để kéo dài tuổ i tho ̣ Kết nghiên cứu sở cho việc thiết kế hỗn hợp bê tông nhựa chặt (BTNC) nhằm tăng tuổi thọ khả khai thác Đố i tươ ̣ng và pha ̣m vi nghiên cứu Đố i tươ ̣ng nghiên cứu của luâ ̣n án là bê tông nhựa chă ̣t BTNC 12,5, BTNC 19 (qui định theo QĐ 858/QĐ-BGTVT [1]) rải nóng; nghiên cứu đánh giá nguyên nhân gây LVBX của BTN mô ̣t số tuyế n đường có hư hỏng LVBX; nghiên cứu đề xuấ t “cấ p phố i thô” phù hơ ̣p cho BTN sử du ̣ng các loa ̣i nhựa đường khác nhằ m giảm thiể u LVBX nứt mỏi mă ̣t đường BTN Phương pháp nghiên cứu Kết hợp phương pháp nghiên cứu lý thuyết thực nghiệm Ý nghĩa khoa học thực tiễn đề tài nghiên cứu Đưa kết quả nghiên cứu lý thuyế t về LVBX, nứt mỏi của BTN; các nhân tố ảnh hưởng đế n LVBX, nứt mỏi; các giải pháp giảm thiể u LVBX, nứt mỏi sở tổ ng kế t các kế t quả nghiên cứu của thế giới những năm gầ n là tài liê ̣u tham khảo cho các kỹ sư đường bô ̣, nâng cao kiế n thức áp du ̣ng thực tiễn nhằ m giảm thiể u hư hỏng LVBX nứt mỏi Kế t quả nghiên cứu thực nghiê ̣m đưa khuyế n nghi ̣về “cấ p phố i thô” phù hơ ̣p cho BTN sử du ̣ng các loa ̣i nhựa đường khác ta ̣o điề u kiê ̣n cho các nhà thầ u xây dựng viê ̣c lựa cho ̣n cấ p phố i cho BTN ̣n chế cả LVBX cũng nứt mỏi Kết cấu luận án Luận án trình bày 122 trang A4 gồm mở đầu, nội dung nghiên cứu gồm chương, kết luận kiến nghị, tài liệu tham khảo danh mục công trình công bố tác giả CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ LÚN VỆT BÁNH XE VÀ MỎI CỦA BÊ TÔNG NHỰA CHẶT Sư ̣ cầ n thiế t nghiên cứu lún vêṭ bánh xe và nứt mỏi của BTN Quyết định số 858/QĐ–BGTVT [1] ngày 26/3/2014 Bộ GTVT đươ ̣c áp du ̣ng phổ biế n ở nước ta QĐ 858/QĐ-BGTVT đã đưa quy đinh ̣ rõ về “cấ p phố i thô” (nhiề u đá dăm), “cấ p phố i min” ̣ (it́ đá dăm) và áp du ̣ng “cấ p phố i thô” cho mặt đường bê tông nhựa (BTN) có quy mô giao thông lớn; quy đinh ̣ về thiết kế cấ p phố i cố t liê ̣u theo đường cong chữ S nhằ m giảm thiể u LVBX Tuy nhiên không it́ nhà thầ u xây dựng la ̣m du ̣ng quy đinh ̣ này, sử du ̣ng cấ p phố i quá “thô” cho BTN dẫn đế n không ít đoa ̣n đường BTN có hiê ̣n tươ ̣ng phân bố cố t liê ̣u không đồ ng đề u, quá it́ nhựa đường, dẫn đế n mă ̣t đường dễ bi,̣ bong tróc, thấ m nước, nứt mỏi làm suy giảm tuổ i tho ̣ Vì vâ ̣y, viê ̣c nghiên cứu đánh giá mức đô ̣ thô của “cấ p phố i thô” cho BTN, qua đó khuyế n nghi ̣“cấ p phố i thô” phù hơ ̣p ứng với loa ̣i cố t liê ̣u, loa ̣i nhựa đường là cầ n thiế t nhằ m đảm bảo lớp BTN vừa cải thiê ̣n LVBX, vừa cải thiê ̣n sức kháng mỏi để kéo dài tuổ i tho ̣ Để có sở đưa “cấ p phố i thô” phù hơ ̣p, cầ n thiế t phải thí nghiê ̣m LVBX kế t hơ ̣p với thí nghiê ̣m mỏi các tâ ̣p mẫu BTN với cấ p phố i cố t liê ̣u có mức đô ̣ “thô” khác để đưa khuyến nghị, đề xuất nhằm giảm thiể u hư hỏng LVBX nứt mỏi mă ̣t đường BTN nước ta 1.2 Lún vêṭ bánh xe 1.2.1 Các dạng lún vệt bánh xe Có dạng LVBX phổ biến là: LVBX BTN bi ̣ chảy dẻo (Instability Rutting - Plastic Flow); LVBX kết cấu (Structural Rutting); LVBX ta ̣i lớp mặt BTN (Surface/Wear Rutting) [27] Trong LVBX BTN bi chảy dẻo là hư ̣ hỏng chủ yế u của mă ̣t đường BTN và đươ ̣c thế giới tâ ̣p trung nghiên cứu nhằ m đưa các giải pháp khắ c phu ̣c 1.1 LVBX BTN bi ̣chảy dẻo LVBX kết cấu LVBX ta ̣i lớp mặt BTN Hình 1-1 Các dạng hư hỏng lún vệt bánh xe [27] 1.2.2 Các phương pháp thí nghiệm lún vệt bánh xe Có nhiề u phương pháp thí nghiê ̣m LVBX cho BTN đươ ̣c nghiên cứu áp du ̣ng thế giới Có thể phân loa ̣i các phương pháp thí nghiê ̣m này theo các nhóm sau: - Nhóm 1: xác đinh ̣ trực tiế p chiề u sâu LVBX mă ̣t đường BTN hoă ̣c mẫu BTN dưới tác đô ̣ng của tải tro ̣ng lă ̣p của bánh xe thí nghiê ̣m và nhiê ̣t đô ̣ của mẫu Điể n hiǹ h là các phương pháp thí nghiê ̣m xác đinh: ̣ LVBX loa ̣i lớn (full scale) là Accelerated Load Testing (ALT); LVBX loa ̣i nhỏ (small scale) bao gồ m, Hamburg Wheel-Tracking (HWTD); French Pavement Rutting (FRT) và Asphalt Pavement Analyzer (APA) - Nhóm 2: xác đinh ̣ LVBX (biế n da ̣ng viñ h cửu) thông qua xác đinh ̣ sức kháng cắ t trươ ̣t của mẫu BTN Điể n hình các phương pháp thí nghiê ̣m: của Superpave (My)̃ ; của trường đa ̣i ho ̣c Nottingham (vương quố c Anh); của CHLB Nga 1.2.3 Các phương pháp dự báo lún vệt bánh xe Có số phương pháp dự báo LVBX điển sau: - Phương pháp đánh giá tuổi thọ kết cấu mặt đường sở tiêu chuẩn LVBX; - Phương pháp thiế t kế học - thực nghiệm; - Phương pháp chương trình nghiên cứu chiến lược đường ô tô SHRP; - Phương pháp Shell sử dụng tiện ích SPDM 1.2.4 Các phương pháp xác định lún vệt hằn bánh xe trường - Phương pháp đo đạc mặt cắt ngang mặt đường (Transverse Surface Profile); - Phương pháp sử dụng thước đo theo ASTM E1703/E1703M; - Phương pháp sử dụng thiết bị laser để đo lún vệt hằn bánh xe 1.3 Nứt mỏi Nứt mỏi thường xảy vào mùa có nhiê ̣t đô ̣ môi trường trung bình (nhiê ̣t đô ̣ trung gian giữa nhiê ̣t đô ̣ cao nhấ t và thấ p nhấ t xảy năm) Ta ̣i nhiê ̣t đô ̣ trung gian, BTN có xu hướng cứng và giòn so với nhiê ̣t đô ̣ cao nên dưới tác đô ̣ng của tải tro ̣ng lă ̣p, BTN có xu hướng bi nư ̣ ́ t mỏi Hình ảnh nứt mỏi điể n hình thường có da ̣ng "da cá sấu" 1.3.1 Phương pháp thí nghiê ̣m mỏi BTN theo mô hình uố n dầ m điểm Mă ̣c dù có nhiề u mô hiǹ h nghiê ̣m mỏi BTN đươ ̣c phát triể n thế giới như: - Mô hình uố n dầ m, bao gồ m các phương pháp: thí nghiê ̣m uốn dầm điểm, uốn dầm điểm, uốn dầm điểm, uốn dầm điểm uốn dầm đàn hồi - Mô hiǹ h kéo (nén), bao gồ m các phương pháp: kéo (nén) mẫu tâm ̣c tru ̣c, ép chẻ (kéo gián tiếp), kéo (nén) lê ̣ch tâm Tuy nhiên hiê ̣n nay, phương pháp thí nghiê ̣m mỏi BTN theo mô hình uố n dầ m điểm sử dụng rộng rãi thế giới Vì vâ ̣y, luâ ̣n án chỉ tâ ̣p trung phân tích thí nghiê ̣m mỏi theo mô hình uố n dầ m điểm Các thông số quan trọng ảnh hưởng tới thí nghiệm mỏi gồm: - Nhiê ̣t đô ̣ thí nghiê ̣m mỏi: Trong tiêu chuẩn ASTM D7460-10 [41] có khuyến cáo, nhiệt độ thí nghiệm độ bền mỏi thường lấy 20 0C (đây nhiệt độ cực hạn lựa chọn cho hầu hết vùng nước Mỹ, có bang khu vực phía Nam nước Mỹ như: Arkansas, Louisiana, Mississippi, Oklahoma Texas có khí hậu tương đồng với khí hậu Việt Nam) - Tầ n số tải thí nghiê ̣m mỏi: Theo khuyến cáo tiêu chuẩn ASTM D7460-10 [41] tần số tải thí nghiệm thường đặt phạm vi từ Hz đến 10 Hz thông thường lấy với tần số 10 Hz - Chế độ thí nghiệm mỏi: Thí nghiệm mỏi thường thực theo chế độ khống chế ứng suất (ứng suất không đổi) khống chế biến dạng (biến dạng không đổi) tác dụng tải trọng 1.3.2 Phương pháp dự báo tuổ i thọ mỏi của bê tông nhựa Các kết nghiên cứu mỏi BTN giới mối tương quan biến dạng/ứng suất với số lần tác dụng tải trọng làm phá hoại vật liệu Những kết ứng dụng để lựa chọn kết cấu áo đường có lớp BTN đảm bảo tuổi thọ mỏi 1.4 Các yếu tố ảnh hưởng đế n lún vệt bánh xe và nứt mỏi của bê tông nhựa Các yế u tố ảnh hưởng đế n LVBX và nứt mỏi của BTN đươ ̣c thế giới tổ ng kế t phân thành hai nhóm: - Nhóm liên quan đế n BTN bao gồ m: cố t liê ̣u (cố t liê ̣u thô – đá dăm, cố t liê ̣u miṇ – cát); nhựa đường; thiế t kế thành phầ n BTN; thi công lớp BTN - Nhóm liên quan đế n lưu lươ ̣ng xe, tải tro ̣ng xe, nhiê ̣t đô ̣ môi trường Bảng 1-1 Các yếu tố ảnh hưởng đến LVBX và mỏi của BTN [31] 1.5 Các kết nghiên cứu liên quan đế n LVBX nứt mỏi của BTN 1.5.1 Trên thế giới Để giảm thiể u tác đô ̣ng bấ t lơ ̣i của LVBX, nứt mỏi gây mă ̣t đường BTN, thế giới triể n khai đồ ng bô ̣ các nhóm giải pháp sau: (1) Nhóm giải pháp về thiế t kế kế t cấ u; (2) Nhóm giải pháp về BTN; (3) Nhóm giải pháp về thi công; (4) Nhóm giải pháp về kiể m soát tải tro ̣ng xe 1.5.2 Tại Việt Nam 1.5.2.1 Tiêu chuẩn kỹ thuật, văn bản pháp quy (1) TCVN 8819:2011 - Tiêu chuẩ n thi công và nghiê ̣m thu mă ̣t đường BTN [8] (2) Quyết định số 858/QĐ–BGTVT ngày 26/3/2014 Bộ GTVT [1] “Hướng dẫn áp dụng hệ thống tiêu chuẩn kỹ thuật hành nhằm tăng cường quản lý chất lượng thiết kế thi công mặt đường BTN nóng tuyến đường ô tô có quy mô giao thông lớn” (3) Quyết định số 1617/QĐ-BGTVT ngày 29/4/2014 “Quy định kỹ thuật phương pháp thử độ sâu vệt hằn bánh xe BTN xác định thiết bị Wheel tracking" [4] (4) 22 TCN 319 - 04 - Yêu cầ u kỹ thuâ ̣t, phương pháp thử nhựa đường polime [10] 1.5.2.2 Đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ (1) Đề tài nghiên cứu cấp Bộ GTVT 2009 “Nghiên cứu biến dạng kéo dài mặt đường BTN đề xuất phương pháp xử lý” [6] ThS.Bùi Ngo ̣c Hưng làm chủ nhiệm đề tài (2) Đề tài nghiên cứu cấp Bộ GTVT 2014 “Nghiên cứu lựa cho ̣n kế t cấ u và vâ ̣t liê ̣u cho kế t cấ u áo đường mề m các tuyế n đường có xe tải tro ̣ng nă ̣ng phù hơ ̣p với điề u kiê ̣n nhiê ̣t ẩ m” [23] PGS.TS Vũ Đức Chính làm chủ nhiệm đề tài 1.5.2.3 Luận án tiế n sỹ (1) Luận án tiến sỹ “Nghiên cứu số yếu tố ảnh hưởng đến độ bền mỏi bê tông asphalt làm lớp mặt đường Việt Nam” tác giả Trần Thiện Lưu (luâ ̣n án bảo vê ̣ thành công vào tháng 5/2015 ta ̣i Trường Đa ̣i ho ̣c Giao thông vâ ̣n tải) [7] (2) Luận án tiến sỹ “Nghiên cứu ảnh hưởng cốt sợi thủy tinh phân tán đến khả chống mỏi chống lún vệt bánh xe bê tông asphalt điều kiện Việt Nam” tác giả Vũ Phương Thảo (luâ ̣n án bảo vê ̣ thành công vào tháng 5/2015 ta ̣i Trường Đa ̣i ho ̣c Giao thông vâ ̣n tải) [13] 1.6 Những vấn đề tồn cần giải luận án 1.6.1 Về ảnh hưởng của mức độ thô của “cấ p phố i thô” đế n LVBX “Cấ p phố i thô” áp du ̣ng cho BTN thường tỷ lê ̣ thuâ ̣n với khả kháng LVBX, đó, để đánh giá ảnh hưởng của mức đô ̣ “thô” của “cấ p phố i thô” đế n chấ t lươ ̣ng mă ̣t đường BTN phải xem xét đế n ảnh hưởng kháng mỏi của BTN, theo kế t quả phân tić h ta ̣i mu ̣c 1.2 và mu ̣c 1.3 thì ảnh hưởng của BTN đế n LVBX và nứt mỏi là hai chỉ tiêu có xu thế ngươ ̣c Vì vâ ̣y, luâ ̣n án lựa cho ̣n nô ̣i dung chiń h để nghiên cứu là ảnh hưởng của mức đô ̣ thô của “cấ p phố i thô” của BTN đế n LVBX có xem xét đế n đô ̣ bề n mỏi của BTN để đưa những khuyế n nghi ̣về mức đô ̣ thô của “cấ p phố i thô” phù hơ ̣p cho BTN theo qui định QĐ 858/QĐ-BGTVT (BTNC 12,5; BTNC 19) với các loa ̣i nhựa đường khác nhau, các loa ̣i cố t liê ̣u đá dăm điể n hiǹ h cho khu vực Miề n Bắ c 1.6.2 Về nguyên nhân gây lún vệt bánh xe của mă ̣t đường bê tông nhựa xảy những năm gầ n Luâ ̣n án lựa cho ̣n nô ̣i dung đánh giá nguyên nhân gây LVBX mô ̣t số tuyế n Quố c lô ̣ Viê ̣t Nam để nghiên cứu Trên sở kế t quả nghiên cứu thế giới về những nguyên nhân gây LVBX, luâ ̣n án sử du ̣ng kế t quả kiể m đinh ̣ của 11 Machine) hãng Cooper Technology (Anh Quốc) sản xuất, thí nghiệm theo tiêu chuẩn ASTM D7460-10 [41] 3.2.2.2 Luận chứng lựa chọn thông số thí nghiệm (1) Kích thước mẫu dầm: Mẫu chế tạo từ mẫu bê tông nhựa đầm nén theo phương pháp đầm lăn gia công để có kích thước theo qui định ASTM D7460-10 [41]; (2) Nhiệt độ thí nghiệm: lựa chọn nhiệt độ thí nghiệm độ bền mỏi 20 0C tương ứng với nhiệt độ dại diện cho nhiều vùng nước tần suất xuất nhiều năm; (3) Tần số tải thí nghiệm: kiến nghị sử dụng tải tác dụng dạng hình sin liên tục với 01 tần số tải thí nghiệm 10 Hz; (4) Chế độ thí nghiệm: kiến nghị lựa chọn chế độ thí nghiệm khống chế biến dạng (phù hợp mặt đường có chiều dầy lớp BTN nhỏ 125mm); (5) Lựa chọn mức biến dạng: Qua kết phân tích, tính toán, kiến nghị mức biến dạng đề xuất 400 µ Ký hiệu: µ, microstrain = strain ×10-6 3.3 Thiết kế thực nghiệm Sử dụng số phép kiểm chứng thống kê sở số liệu thí nghiệm để chứng minh mối tương quan yếu tố tác động đến chiều sâu LVBX Y = F (X) (1.1) Trong đó: Y biến phụ thuộc; X biến độc lập Biến phụ thuộc Y chiều sâu LVBX (mm) số lần tác dụng tải {15000; 20000; 40000} Các biến độc lập ảnh hưởng tới biến phụ thuộc Y bao gồm: X1: Nguồn gốc đá dăm, X1={đá bazan; đá vôi} X2: Loại BTN, X2={BTNC19; BTNC12,5} X3: Cấp phối cốt liệu, X3={ Thô ít, Thô vừa, Rất thô,} X4: Loại nhựa, X4 = {40/50; 60/70; PMBIII} Kết kiểm chứng giả thuyết tương quan biến độc lập biến phụ thuộc thông qua phân tích phương sai (ANOVA) thể chi tiết mục 3.8 3.4 Thí nghiệm tiêu lý vật liệu phục vụ công tác thiết kế bê tông nhựa - Cốt liệu (đá): thỏa mãn yêu cầu kỹ thuật TCVN 8819:2011 QĐ 858/QĐ-BGTVT; - Cát nghiền (cốt liệu mịn): thỏa mãn yêu cầu kỹ thuật TCVN 8819:2011 QĐ 858/QĐ-BGTVT; - Bột khoáng: thỏa mãn yêu cầu kỹ thuật TCVN 8819:2011 QĐ 858/QĐ-BGTVT; - Nhựa đường: thỏa mãn yêu cầu kỹ thuật TCVN 7493:2005 [12] 22 TCN 319-04 [10]; 3.5 Thiết kế thành phần hỗn hợp bê tông nhựa 12 3.5.1 Lựa chọn cấ p phố i Cấp phối BTN thiết kế với 03 loại cấp phối có thành phần hạt dạng đường cong chữ S vùng thô theo QĐ 858/QĐ-BGTVT: - BTNC 12,5: Cấp phối (1) – (Cấp phối thô); Cấp phối (2) – (Cấp phối thô vừa); Cấp phối (3) – (Cấp phối thô) Chi tiết xem Hình 3-1 -BTNC 19: Tương tự phương pháp luâ ̣n thiế t kế BTNC 12,5, cấp phối cốt liệu thiết kế với 03 loại cấp phối có thành phần hạt dạng đường cong chữ S: Cấp phối (4) – (Cấp phối thô); Cấp phối (5) – (Cấp phối thô vừa); Cấp phối (6) – (Cấp phối thô) Chi tiết xem Hình 3-1 3.5.2 Thiế t kế thành phầ n hỗn hợp Quá trình lựa chọn hàm lượng nhựa cho cấp phối BTNC 12,5 BTNC 19 thực theo qui định TCVN 8820:2011 [10] Các tiêu thiết kế hỗn hợp bê tông nhựa thể Bảng 3-1 Bảng 3-2 Hình 3-1: Thành phần hạt 03 loại cấp phối thí nghiệm BTNC 12,5 BTC 19 Bảng 3-1: Các tiêu thiết kế hỗn hợp BTNC 12,5 Loại BTNC 12,5 Các tiêu Cấp phối Cấp phối thô Cấp phối thô T thiết kế hỗn Loại thô (1) vừa (2) nhiều (3) T hợp bê tông nhựa Đá Đá Đá Đá Đá Đá nhựa bazan vôi bazan vôi bazan vôi 60/70 5.0 4.6 4.9 4.5 4.75 4.3 Hàm lượng 40/50 5.1 4.7 5.0 4.6 4.85 4.4 nhựa, % PMIII 5.2 4.8 5.1 4.7 4.95 4.5 60/70 2.520 2.420 2.525 2.424 2.527 2.430 Khối lượng thể 40/50 2.525 2.426 2.531 2.429 2.534 2.440 tích, g/cm3 PMIII 2.565 2.444 2.570 2.450 2.573 2.453 60/70 4.05 3.90 4.11 4.02 4.15 4.07 Độ rỗng dư Va, 40/50 4.10 3.99 4.15 4.06 4.10 4.13 % PMIII 4.17 4.05 4.13 4.10 4.20 4.14 13 T T Các tiêu thiết kế hỗn hợp bê tông nhựa Độ rỗng cốt liệu, VMA, % T T Loại nhựa 60/70 40/50 PMIII 60/70 Độ rỗng lấp đầy 40/50 nhựa VFA, % PMIII 60/70 Độ ổn định, 40/50 600C, kN PMIII Độ dẻo, 600C, 60/70 mm 40/50 Cấp phối thô (1) Đá Đá bazan vôi 15.5 14.2 16.2 15.1 16.5 15.3 73.9 72.5 74.7 73.6 74.7 73.5 12.03 10.14 12.33 11.05 15.60 12.45 2.67 2.90 3.03 3.14 Loại BTNC 12,5 Cấp phối thô vừa (2) Đá Đá bazan vôi 16.3 14.7 16.8 15.5 16.9 16.0 74.8 72.7 75.3 73.8 75.6 74.4 12.35 10.64 12.67 11.34 15.80 12.89 2.80 2.70 3.12 3.33 Cấp phối thô nhiều (3) Đá Đá bazan vôi 16.7 15.5 16.9 15.9 16.9 16.3 75.1 73.7 75.7 74.0 75.1 74.6 12.68 10.84 13.01 11.61 15.94 12.77 2.50 2.72 3.05 3.34 Bảng 3-2: Các tiêu thiết kế hỗn hợp BTNC 19 Loại BTNC 19 Các tiêu Cấp phối thô Cấp phối thô Cấp phối thô thiết kế hỗn Loại (4) vừa (5) nhiều (6) hợp bê tông nhựa Đá Đá Đá Đá Đá Đá nhựa bazan vôi bazan vôi bazan vôi 60/70 4.65 4.25 4.5 4.15 4.45 4.1 Hàm lượng 40/50 4.75 4.35 4.6 4.25 4.55 4.2 nhựa, % PMIII 4.85 4.45 4.7 4.35 4.65 4.3 60/70 2.523 2.424 2.529 2.433 2.535 2.436 Khối lượng thể 40/50 2.529 2.431 2.536 2.440 2.541 2.445 tích, g/cm3 PMIII 2.570 2.449 2.575 2.457 2.577 2.459 60/70 4.08 3.95 4.16 4.05 4.11 4.02 Độ rỗng dư Va, 40/50 4.11 3.92 4.10 4.01 4.16 4.18 % PMIII 4.19 4.09 4.11 4.17 4.25 4.10 60/70 15.8 14.8 16.8 15.2 16.9 15.9 Độ rỗng cốt 40/50 16.6 15.7 16.9 15.9 17.3 16.3 liệu, VMA, % PMIII 16.8 15.6 17.1 16.5 17.4 16.6 74.2 73.3 75.2 73.4 75.7 74.7 Độ rỗng lấp 60/70 đầy nhựa VFA, 40/50 75.2 75.0 75.7 74.8 76.0 74.4 % PMIII 75.1 73.8 76.0 74.7 75.6 75.3 14 Độ ổn định, 600C, kN Độ dẻo, 600C, mm 60/70 40/50 PMIII 60/70 40/50 PMIII 12.34 12.52 15.76 2.61 3.08 3.66 10.32 11.22 12.61 2.97 3.10 3.89 12.15 12.42 15.61 2.66 3.32 3.41 10.77 11.64 12.69 2.75 3.39 3.85 12.81 13.15 15.44 2.44 3.21 3.55 10.41 11.80 12.97 2.78 3.39 3.42 3.6 Thí nghiệm lún vệt bánh xe 3.6.1 Đúc mẫu thí nghiệm Sau thiết kế loại BTN theo qui định TCVN 8820:2011 [25] lựa chọn hàm lượng nhựa thiết kế từ kết thiết kế hỗn hợp BTN để tiến hành đúc mẫu thí nghiệm LVBX Các mẫu thí nghiệm LVBX đúc thiết bị đầm lăn theo phụ lục C QĐ 1617/QĐ-BGTVT [4] 3.6.2 Thí nghiệm lún vệt bánh xe Tổng số lượng mẫu thí nghiệm LVBX: 36 tổ mẫu x = 72 mẫu: BTNC 12,5: 36 mẫu ; BTNC 19: 36 mẫu Hình 3-2: Thực thí nghiệm LVBX Viện KH&CN GTVT Kết thí nghiệm LVBX 03 loại BTNC 12,5 sử dụng đá dăm gốc bazan đá vôi với 03 loại nhựa khác thể Hình 3-3 15 Kết thí nghiệm LVBX BTNC 12,5 BTNC 19 20000 lượt tác dụng với nhựa đường 60/70, 40/50 40000 lượt tác dụng với nhựa đường PMBIII Kết thí nghiệm LVBX BTNC 12,5 BTNC 19 15000 lượt tác dụng với nhựa đường 60/70, 40/50 40000 lượt tác dụng với nhựa đường PMBIII 14 14 12,5mm 12,5mm 12 12 BTNC 12,5 BTNC 19 BTNC 12,5 10 Độ sâu LVBX (mm) Độ sâu LVBX (mm) 10 BTNC 19 8 4 2 0 CP1 CP2 Đá Bazan CP3 CP1 CP2 Đá Vôi CP3 CP4 CP5 Đá Bazan CP6 CP4 CP5 CP6 Đá Vôi CP1 CP2 Đá Bazan CP3 CP1 CP2 Đá Vôi CP3 CP4 CP5 Đá Bazan CP6 CP4 CP5 CP6 Đá Vôi Tại 15000 lần tác dụng tải cho nhựa 60/70, 40/50 40000 Tại 20000 lần tác dụng tải cho nhựa 60/70, 40/50 lần tác dụng tải cho nhựa PMBIII 40000 lần tác dụng tải cho nhựa PMBIII Hình 3-3: Kết thí nghiệm LVBX BTNC 12,5 BTNC 19 với loại nhựa 60/70, 40/50 PMBIII cho loại đá dăm gốc bazan đá vôi 3.7 Thí nghiệm độ bền mỏi 3.7.1 Chế bị mẫu thí nghiệm Mẫu BTN cho thí nghiệm độ bền mỏi chế tạo từ mẫu BTN đầm nén theo phương pháp đầm lăn theo phụ lục C QĐ 1617/QĐ-BGTVT [4] hàm lượng nhựa thiết kế độ rỗng dư 7% Sau mẫu gia công để có kích thước (Chiều dài) x (Chiều rộng) x (Chiều dầy) = (380 mm x (63mm) x (50 mm) theo qui định ASTM D7460-10 3.7.2 Thí nghiệm độ bền mỏi Tổng số lượng mẫu thí nghiệm độ bền mỏi: 36 mẫu: BTNC 12,5: 18 mẫu; BTNC 19: 18 mẫu Hình 3-4: Thực thí nghiệm độ bền mỏi Trường Đại học GTVT Kết thí nghiệm độ bền mỏi 03 loại BTNC 12,5 sử dụng đá dăm gốc bazan đá vôi với 03 loại nhựa khác thể Hình 3-5 16 Kết thí nghiệm độ bền mỏi BTNC 12,5 BTNC 19 250000 60/70-CP1 40/50-CP1 PMBIII-CP1 60/70-CP2 40/50-CP2 PMBIII-CP2 60/70-CP3 40/50-CP3 PMBIII-CP3 60/70-CP4 40/50-CP4 PMBIII-CP4 60/70-CP5 40/50-CP5 PMBIII-CP5 60/70-CP6 40/50-CP6 PMBIII-CP6 200000 Độ bền mỏi (chu kỳ) BTNC12.5 BTNC19 BTNC12.5 BTNC19 150000 100000 50000 CP1 CP2 CP3 CP4 Đá Bazan CP5 CP6 CP1 CP2 CP3 CP4 CP5 CP6 Đá Vôi Hình 3-3: Kết thí nghiệm độ bền mỏi BTNC 12,5 BTNC 19 với loại nhựa 60/70, 40/50 PMBIII cho loại đá dăm gốc bazan đá vôi 3.8 Kiểm chứng giả thuyết tương quan biến độc lập biến phụ thuộc thông qua phân tích phương sai (ANOVA) theo mô hình tuyến tính tổng quát (GLM) 3.8.1 Cơ sở lý thuyết Nghiên cứu sinh sử dụng phân tích sai phương ANOVA để đánh giá Phương pháp phân tích phương sai thực chất toán kiểm định nhiều giá trị trung bình tổng thể 3.8.2 Kết phân tích thông kê Trên sở số liệu đầu vào, nghiên cứu sinh sử dụng phần mềm thống kê MINITAB ứng với số liệu chiều sâu LVBX 15000 lượt tác dụng tải, 20000 lượt tác dụng tải 40000 lượt tác dụng tải Mô tả chi tiết thống kê tập mẫu xem Phụ lục Từ kết phân tích thống kế, nhận xét: - Có sử ảnh hưởng cấp phối (thô ít, thô vừa thô); nguồn gốc đá (đá vôi đá bazan); loại nhựa sử dụng (nhựa 60/70, 40/50, PMBIII) đến khả kháng LVBX BTNC (chiều sâu LVBX) 15000 lượt tác dụng tải, 20000 lượt tác dụng tải 40000 lượt tác dụng tải - Khả kháng LVBX BTNC 12,5 BTNC 19 phụ thuộc vào số lần tải trọng lặp tích lũy, tải trọng tích lũy tăng, khả kháng LVBX BTNC 12,5 BTNC 19 có khác 3.9 Phân tích, đánh giá kết thí nghiệm Trên sở kết thí nghiệm LVBX, độ bền mỏi nêu trên, có đánh giá, nhận xét sau: (1) Về chỉ tiêu LVBX: - Hỗn hợp BTNC 12,5 BTNC 19 thiết kế với cốt liệu đá dăm nguồn gốc đá bazan (khu vực Quốc Oai – Hà Nội) đá vôi (khu vực Kinh Môn – Hải 17 Dương), cát nghiền, cấp phối thô dạng đường cong chữ S (có độ góc cạnh cốt liệu thô đảm bảo yêu cầu), nhựa đường 60/70, nhựa đường 40/50, nhựa đường PMBIII thỏa mãn tiêu qui định độ sâu LVBX theo QĐ 1617/QĐ-BGTVT [4] - Khả kháng LVBX BTNC 12,5 sử dụng đá dăm gốc bazan gốc đá vôi Khả kháng LVBX BTNC 19 sử dụng đá dăm gốc đá vôi so với đá gốc bazan (kém từ 15%-50%) - Các loa ̣i BTNC 12,5; BTNC 19 với cấ p phố i có mức đô ̣ thô khác (ít thô, thô vừa, thô) sử dụng nhựa đường 40/50; 60/70; PMBIII đề u thỏa mañ chỉ tiêu LVBX theo quy đinh ̣ (nhỏ 12,5 mm, 15000 lượt tác dụng tải ứng với BTNC sử du ̣ng nhựa 60/70 40/50; nhỏ 12,5 mm, 40000 lượt tác dụng tải tải ứng với BTNC sử du ̣ng nhựa PMB III) - Khả kháng LVBX BTN giảm dần từ cấp phối thô, cấp phối thô vừa cấp phối thô - Khả kháng LVBX của BTNC 12,5; BTN 19 sử du ̣ng nhựa đường 40/50 cao so với BTNC 12,5; BTN 19 sử du ̣ng nhựa đường 60/70 từ 1,5 lần đến lần (2) Xác lập tương quan tiêu LVBX độ bền mỏi cho BTNC 12,5 sử dụng nhựa đường 60/70 cho đá dăm gốc bazan đá vôi theo công thức: - Với BTNC 12,5 đá dăm gốc bazan: RDw = 0,0003*F – 5,1938 (R2 = 0,9348) (3.5) Với F > 17313 - Với BTNC 12,5 đá dăm gốc đá vôi: RDw = 0,0004*F + 0,3269 (R2 = 0,9641) (3.6) - Với BTNC 19 đá dăm gốc bazan, nhựa đường 60/70: RDw = 0,0004*F – 1,5041 (R2 = 0,9962) (3.7) Với F > 3761 - Với BTNC 19 đá dăm gốc đá vôi, nhựa 60/70: RDw = 0,0008*F + 1,6017 (R2 = 0,8156) (3.8) (3) Về chỉ tiêu đô ̣ bề n mỏi: - Trong loại BTNC (BTNC 12,5 BTNC 19), độ bền mỏi BTNC có sử dụng đá dăm gốc Bazan (khu vực Quốc Oai – Hà Nội) cao so với đá vôi (khu vực Kinh Môn – Hải Dương) từ 30% đến 50% - Trong điều kiện thí nghiệm, khả kháng mỏi của BTNC 12,5; BTNC 19 sử du ̣ng nhựa đường 60/70; 40/50; PMB III giảm theo mức đô ̣ thô của cấ p phố i cố t liê ̣u - Trong điều kiện thí nghiệm, khả kháng mỏi của LVBX của BTNC 12,5; BTN 19 sử du ̣ng nhựa đường 60/70 cao so với BTNC 12,5; BTN 19 sử du ̣ng nhựa đường 40/50; Khả kháng mỏi của BTNC 12,5, BTNC 19 sử 18 dụng nhựa PMBIII có khả chịu mỏi cao nhiều so với BTNC 12,5, BTNC 19 sử dụng nhựa 60/70 40/50 CHƯƠNG ĐỀ XUẤT CÁC GIẢI PHÁP NHẰM GIẢM THIỂU LÚN VỆT BÁNH XE VÀ TĂNG ĐỘ BỀN MỎI CỦA BTN CHẶT 4.1 Đề xuất giải pháp thiết kế hỗn hợp bê tông nhựa nhằm giảm thiểu lún vệt bánh xe tăng độ bền mỏi 4.1.1 Cấp phối cốt liệu (1) Theo phân tích nêu trên, giá trị độ sâu LVBX mẫu thí nghiệm BTNC 12,5 BTNC 19 (đá dăm gốc bazan đá vôi) có cấp phối qui định theo QĐ 858/QĐ-BGTVT đạt yêu cầu (≤12,5mm) tiêu chuẩn độ sâu LVBX theo QĐ 1617/QĐ-BGTVT Như thiết kế BTNC 12,5 BTNC 19 nhằm giảm thiểu LVBX tuyến đường có qui mô giao thông lớn, cần tuân thủ qui định sau: - Lựa chọn cấp phối cốt liệu theo qui định QĐ 858/QĐ-BGTVT ; - Đường cong cấp phối thiết kế dạng chữ S để tạo BTNC thô theo qui định bảng QĐ 858/QĐ-BGTVT ; - Sử dụng cát nghiền thành phần hỗn hợp BTN; (2) Qua phân tích khả kháng LVBX độ bền mỏi nêu đảm bảo khả chống thấm nước, đề xuất sử dụng BTNC 12,5 làm lớp mặt BTNC 19 làm lớp kết cấu mặt đường BTN (3) Theo kết nghiên cứu giới thực tế quan sát, hư hỏng LVBX thường xuất sớm so với hư hỏng mỏi mặt đường Vì xét yếu tố ưu tiên, cần thiết phải lựa chọn cấp phối, loại nhựa đường, loại hỗn hợp BTN đảm bảo khả kháng LVBX, sau cân nhắc với khả kháng mỏi để lựa chọn hỗn hợp BTN tối ưu (4) Đề xuất lựa chọn cấp phối thiết kế đảm bảo khả kháng LVBX độ bền mỏi cho BTNC 12,5 BTNC 19 sau: - BTNC 12,5 có đá dăm gốc đá bazan: Nhìn chung lựa chọn cấp phối cho loại nhựa đường 60/70, nhựa đường 40/50 nhựa đường PMB III cho cấp phối theo qui định QĐ 858/QĐ-BGTVT - BTNC 12,5 có đá dăm gốc đá vôi:  Với nhựa đường 60/70: không nên lựa chọn cấp phối thiết kế phía đường “cấp phối thô" với cỡ sàng khống chế 2,36 mm theo qui định QĐ 858/QĐ-BGTVT  Với nhựa đường 40/50: nên lựa chọn cấp phối thiết kế gần xung quanh đường "cấp phối thô" với cỡ sàng khống chế 2,36 mm theo qui định QĐ 858/QĐ-BGTVT 19  Với nhựa đường PMBIII: chọn cấp phối thiết kế đáp ứng với đường cong cấp phối theo QĐ 858/QĐ-BGTVT - BTNC 19 có đá dăm gốc đá bazan:  Với nhựa đường 60/70: không nên lựa chọn cấp phối thiết kế phía đường “cấp phối thô" với cỡ sàng khống chế 2,36 mm theo qui định QĐ 858/QĐ-BGTVT  Với nhựa 40/50: cần cân nhắc lựa chọn "cấp phối thô" phù hợp nhằm đảm bảo đồng thời điều kiện giới hạn độ sâu LVBX độ bền mỏi  Với nhựa PMBIII: chọn cấp phối thiết kế đáp ứng với đường cong cấp phối theo QĐ 858/QĐ-BGTVT - BTNC 19 có đá dăm gốc đá vôi:  Với nhựa 60/70: nên lựa chọn cấp phối thiết kế sát cận theo qui định QĐ 858/QĐ-BGTVT  Với nhựa 40/50: cần cân nhắc lựa chọn "cấp phối thô" thiết kế đảm bảo đồng thời điều kiện giới hạn độ sâu LVBX độ bền mỏi Trong trường hợp cụ thể, lựa chọn cấp phối phù hợp điều chỉnh hàm lượng nhựa, độ rỗng dư nhằm đảm bảo khả kháng mỏi hỗn hợp BTN  Với nhựa PMBIII: chọn cấp phối thiết kế đáp ứng với đường cong cấp phối theo QĐ 858/QĐ-BGTVT 4.1.2 Kết cấu mặt đường Để kết cấu mặt đường đảm bảo đồng thời khả kháng LVBX kháng mỏi, đề xuất xem xét bổ sung vào tiêu chuẩn thiết kế mặt đường mềm Việt Nam qui định thiết kế kết cấu mặt đường mềm đồng thời phải thiết kế hỗn hợp BTN nhằm lựa chọn thông số cho phù hợp với điều kiện tải trọng, nhiệt độ khu vực dự án 4.1.3 Nhựa đường (bitum) Đối với tuyến đường có qui mô giao thông lớn với mục đích giảm thiểu LVBX, nhựa polime (PMBII, PMBIII) theo khuyến cáo trước đây, lựa chọn nhựa 40/50 để sản xuất BTN Tuy nhiên cần lưu ý đến độ bền mỏi BTN sử dụng nhựa đường 40/50 để thiết kế lựa chọn cho phù hợp với điều kiện cụ thể 4.1.4 Chỉ tiêu độ bền mỏi Như phân tích trên, độ bền mỏi tiêu quan trọng cần bổ sung vào tiêu chuẩn BTN (đây tiêu quan trọng với độ sâu LVBX nhiều nước giới qui định – tiêu Performance Test) Trước mắt từ kết nghiên cứu luận án, đề xuất tiêu độ bền mỏi sau: (1) Phương pháp thí nghiệm: uốn dầm điểm theo ASTM D7460 – 10 [41] (2) Thông số thí nghiệm độ bền mỏi: - Nhiệt độ thí nghiệm: 20 0C; 20 - Tần số tải thí nghiệm: 10 Hz; - Chế độ thí nghiệm: khống chế biến dạng, với mức biến dạng 400  (3) Để đánh giá khả kháng mỏi kết cấu mặt đường mềm, cần thực đồng thời thiết kế kết cấu mặt đường thiết kế hỗn hợp BTN Trong xem xét đánh giá tuổi thọ mỏi thực tế BTN kết hợp với kết thí nghiệm độ bền mỏi phòng để xác định giá trị giới hạn độ bền mỏi phòng cho phù hợp với điều kiện thực tế 4.1.5 Tương quan lún vệt bánh xe độ bền mỏi Trong khuôn khổ nghiên cứu luận án, bước đầu đưa quan hệ tiêu LVBX độ bền mỏi BTN sử dụng nhựa đường 60/70 công thức (3.5), (3.6), (3.7), (3.8) Trên sở tương quan này, tham khảo để lựa chọn hỗn hợp BTNC 12,5 BTNC 19 cho phù hợp 4.1.6 Hoàn thiện bổ sung số tiêu thí nghiệm thiết kế bê tông nhựa Mặc dù phương pháp thiết kế BTN theo Marshall số nhược điểm, trước mắt với điều kiện Việt Nam nay, phương pháp thiết kế BTN theo Marshall lựa chọn để áp dụng Tuy nhiên để bổ sung khắc phục số khiếm khuyết phương pháp Marshall thiết kế hỗn hợp BTN cho tuyến đường có qui mô giao thông lớn, xem xét số nội dung sau: - Hoàn thiện phương pháp thí nghiệm tiêu qui định LVBX thiết kế BTN theo QĐ 1617/QĐ-BGTVT phù hợp với loại BTN, loại nhựa đường qui mô dự án Trong bổ sung thí nghiệm LVBX cần phải thực giai đoạn thiết kế sơ giai đoạn thi công đại trà trường - Thí nghiệm độ bền mỏi theo phương pháp uốn dầm điểm (ASTM D7460– 10 [41]) Trong xem xét đánh giá tuổi thọ mỏi thực tế BTN kết hợp với kết thí nghiệm độ bền mỏi phòng để xác định giá trị giới hạn độ bền mỏi phòng cho phù hợp với điều kiện thực tế - Hoàn thiện phương pháp thí nghiệm tiêu qui định độ bền mỏi phù hợp theo vùng khí hậu qui mô dự án 4.2 Đề xuất điều chỉnh tiêu qui định thí nghiệm phòng độ sâu lún vệt bánh xe bê tông nhựa Trên sở số liệu thống kê 568 kết thí nghiệm LVBX cho BTNC 12,5 BTNC 19 (BTN thiết kế theo QĐ 858/QĐ-BGTVT chiếm 85%) Viện KH&CN GTVT 18 dự án xây dựng đường (Quốc lộ đoạn Bình Định – Phú Yên; Quốc lộ đoạn Quảng Bình; Quốc lộ đoạn Thừa Thiên Huế; Quốc lộ 20; Quốc lộ 6; Dự án đường cao tốc Hà Nôi – Lào Cai; Quốc lộ 25;…) thực từ đầu năm 2014 đến nay, xác định thông số liên quan Hình 4-1 21 Hình 4-1: Biểu đồ tích lũy độ sâu LVBX Nhận xét: - Qua Hình 4-2, nhận thấy số mẫu có tích lũy xác suất 85% tương ứng với độ sâu LVBX 10 mm - Theo phương pháp luâ ̣n của tiêu chuẩn châu Âu (EN 13108-4) [32], tiêu chuẩn Pháp (NF EN 13108-1:2010) [34], viê ̣c quy đinh ̣ ngưỡng chiề u sâu LVBX không quy đinh ̣ “cứng” qui định Mỹ (Bảng 1-1) mà quy đinh ̣ “đô ̣ng” theo các ngưỡng để có thể lựa cho ̣n các cấ p đô ̣ sâu LVBX giới ̣n để thiế t kế , nhằ m nâng cao chấ t lươ ̣ng BTN kháng LVBX - Thực tế nhiề u dự án, các nhà thầ u đã nhận thức đươ ̣c trách nhiê ̣m của mình, đã tuyể n cho ̣n vâ ̣t liê ̣u tố t để thiế t kế BTN đảm bảo chỉ tiêu LVBX thấ p so với quy đinh ̣ ta ̣i QĐ 1617/QĐ-BGTVT Vì BTN áp dụng cho tuyến đường có qui mô giao thông lớn thiết kế theo theo hướng dẫn QĐ 858/QĐ-BGTVT, nghiên cứu sinh đề xuất điều chỉnh (giảm) qui định chiều sâu LVBX BTNC 12, BTNC 19 thiết kế theo hướng dẫn QĐ 858/QĐ-BGTVT với phương pháp A QĐ 1617 (mẫu ngâm nước ta ̣i 50 0C) sau (Bảng 4-1): Bảng 4-1: Đề xuất quy định độ sâu LVBX thử nghiệm theo phương pháp A Loại BTN Độ sâu LVBX (RDW), mm BTNC 12,5 BTNC19 sử dụng nhựa đường 60/70 (thiết kế theo QĐ 858/QĐ-BGTVT), sau 15.000 lần ≤ 10 tác dụng tải Đề xuấ t này là cầ n thiế t đố i với đường có qui mô giao thông lớn nhằ m giảm thiể u khả LVBX tác đô ̣ng của xe có tải nă ̣ng Nhà thầ u cầ n phải quản lý chất lượng thi công BTN chă ̣t chẽ hơn, từ khâu tuyể n cho ̣n vâ ̣t liê ̣u, thiết 22 kế, thi công, kiểm tra chấ t lươ ̣ng BTN 4.3 Đề xuất tuổi thọ mỏi thực tế từ kết thí nghiệm phòng 4.3.1 Lựa chọn phương pháp dự báo tuổi thọ mỏi thực tế Qua phân tích đánh giá, lựa chọn phương pháp dự báo tuổi thọ mỏi thực tế theo hướng dẫn thiết kế mặt đường mềm Ấn Độ [53] sau: 3,89 𝑁𝑓 = 0,5161 ∗ 𝐶 ∗ 10−04 ∗ (𝜀 ) 𝑡 ∗ (𝑀 )0,854 𝑅 (4.1) Trong đó: - Nf tuổi thọ mỏi mặt đường BTN ứng với số lần tác dụng tải trọng trùng phục tiêu chuẩn; - t biến dạng kéo lớn đáy lớp BTN; - MR mô đùn đàn hồi lớp BTN; 𝑉 - C = 10M 𝑀 = 4,84 ( 𝑏 − 0,69) 𝑉𝑎 +𝑉𝑏 - Va độ rỗng dư BTN (%); - Vb hàm lượng nhựa tính theo thể tích hỗn hợp (%): 4.3.2 Đánh giá tuổi thọ mỏi thực tế qua kết thí nghiệm mỏi phòng Để đánh giá tuổi thọ mỏi thực tế BTN, sử du ̣ng kết thí nghiệm mỏi phòng, kế t hơ ̣p với tính toán tuổi thọ mỏi để xác định giá trị giới hạn độ bền mỏi cho phù hợp với điều kiện thực tế Trên sở công thức (4.1) tính toán thuổi thọ mỏi thực tế Nf mặt đường BTN cho loại BTNC 12,5 (dùng cho lớp trên) với nhựa đường 60/70 40/50 độ rỗng dư thiết kế giá trị MR xác định thí nghiệm độ bền mỏi Trên sở kết thí nghiệm độ bền mỏi phòng tuổi thọ mỏi thực tế, lập tương quan độ bền mỏi phòng tuổi thọ mỏi thực tế BTNC 12,5 (Nl) sử dụng nhựa đường 60/70 (loại nhựa sử dụng phổ biến Việt Nam) sau: (1) Đá bazan: Nl ≥ 26.760 (chu kỳ); (2) Đá vôi: Nl ≥ 8890 (chu kỳ); 4.3.3 Đề xuất lựa chọn độ bền mỏi phòng BTNC 12,5 sử dụng nhựa đường 60/70 (1) Từ phân tích, đánh giá nêu trên, đề xuất giá trị độ bền mỏi phòng (Nl) BTNC 12,5 sử dụng nhựa đường 60/70 thí nghiệm theo thông số nêu tham khảo yêu cầu sau: - Đá bazan: Nl ≥ 26.760 (chu kỳ); - Đá vôi: Nl ≥ 8890 (chu kỳ); (2) Độ bền mỏi BTN phụ thuộc nhiều vào độ rỗng dư, hàm lượng nhựa, loại nhựa đường mô đun đàn hồi hỗn hợp Vì thiết kế hỗn hợp BTN cần xem xét tới yếu tố để điều chỉnh lựa chọn BTN cho phù hợp: 23 - Giảm độ rỗng dư làm tăng khả chịu mỏi; - Tăng hàm lượng nhựa (thể tích nhựa) làm tăng khả chịu mỏi; - Khi sử dụng loại nhựa đường cứng hơn, cần xem xét điều chỉnh cấp phối thô hơn, tăng hàm lượng nhựa, giảm độ rỗng dư KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ A Kết luận, đóng góp luận án Trên sở kết nghiên cứu lý thuyết, thực nghiệm, luận án đưa đóng góp khoa học tính sau: Tổ ng kế t các nguyên nhân gây hư hỏng LVBX, yế u tố ảnh hưởng đế n LVBX, nứt mỏi của BTN giải pháp thiết kế hỗn hợp BTN, thi công khai thác nhằm giảm thiểu LVBX, nứt mỏi Hư hỏng LVBX Việt Nam gần BTN bị chảy dẻo, không đủ cường độ kháng cắt để chố ng la ̣i ứng suấ t cắ t tải tro ̣ng bánh xe gây lớp BTN Có nguyên nhân gây LVBX chất lượng thi công BTN; lưu lượng giao thông lớn, tải trọng trục xe vượt tải lớn nhiệt độ mặt đường cao vào mùa hè Đưa quan hệ LVBX, độ bền mỏi mẫu BTNC 12,5, mẫu BTNC 19 với biến số đầu vào loại đá dăm (gốc bazan gốc đá vôi), loại nhựa đường (40/50; 60/70; PMB III), mức độ thô cấp phối (thô ít, thô vừa, thô): - Mẫu BTNC 12,5; BTNC 19,5 với loại đá dăm, loại nhựa đường, mức độ thô cấp phối khác thỏa mãn tiêu LVBX - Theo mức đô ̣ thô của cấ p phố i cố t liê ̣u (thô ít, thô vừa, thô), khả kháng LVBX mẫu BTNC 12,5; BTNC 19 tăng lên, độ bền mỏi lại giảm xuống - Khả kháng LVBX BTNC 12,5 sử dụng đá dăm gốc bazan gốc đá vôi - Khả kháng LVBX BTNC 19 sử dụng đá dăm gốc đá vôi so với đá gốc bazan (kém từ 15%-50%) - Khả kháng LVBX của BTNC 12,5, BTN 19 sử du ̣ng nhựa đường 40/50 cao từ 1,5 lần đến lần so với BTNC 12,5, BTN 19 sử du ̣ng nhựa đường 60/70 - Độ bền mỏi BTNC (BTNC 12,5 BTNC 19) sử dụng đá dăm gốc bazan cao so với sử dụng đá vôi từ 30% đến 50% - Độ bền mỏi BTNC sử du ̣ng nhựa đường 60/70 cao so với sử du ̣ng nhựa đường 40/50; độ bền mỏi BTNC sử dụng nhựa PMBIII cao Xác lập tương quan thực nghiệm tiêu LVBX độ bền mỏi BTNC 12,5 BTNC 19 sử dụng nhựa đường 60/70 theo công thức (3.5), (3.6), (3.7) (3.8) 24 Đề xuất tiêu độ bền mỏi thí nghiệm mẫu phòng (N l) BTNC 12,5 sử dụng nhựa đường 60/70: - Đá bazan: Nl ≥ 26.760 (chu kỳ); - Đá vôi: Nl ≥ 8890 (chu kỳ); Đề xuất điều chỉnh (giảm chiều sâu LVBX từ 12,5 mm xuống 10 mm) với BTNC 12, BTNC 19 sử dụng nhựa đường 60/70 để nâng cao chất lượng BTN, giảm thiểu LVBX Đề xuấ t lựa cho ̣n mức đô ̣ “thô” của “cấ p phố i thô” tương ứng với loa ̣i BTNC 12,5; BTNC19 sử dụng nhựa đường (40/50; 60/70 và PMB III) thiết kế hỗn hợp BTN B Những tồn tại, hạn chế Kết nghiên cứu Luận án số hạn chế sau: - Chưa thử nghiệm BTN sử dụng loại đá gốc Granite, loại đá phân bố nhiều khu vực miền Trung, Tây Nguyên miền Nam Việt Nam - Chưa thử nghiệm với loại BTNC 25 loại BTN chưa áp dụng phổ biến Việt nam - Chưa thử nghiệm độ bền mỏi với thông số thí nghiệm mỏi khác, thông số thí nghiệm điển hình nhiệt độ 20 0C, tần số tải 10 Hz mức biến dạng 400 µ; C Kiến nghị dự kiến hướng nghiên cứu Để giảm thiểu LVBX tuyến đường lưu lượng xe lớn, kiến nghị cần nghiên cứu tiếp nội dung sau: - Nghiên cứu đánh giá tiêu LVBX độ bền mỏi với nhiều loại đá dăm nguồn gốc khác nhau, đại diện cho nhiều vùng Việt Nam - Nghiên cứu bổ sung đánh giá LVBX mặt đường BTN quá triǹ h thi công - Nghiên cứu sử dụng loại nhựa đường (nhựa đường thường, nhựa đường polime) phù hợp với cấp lưu lượng xe, tốc độ dòng xe lưu thông (đoạn xe lưu thông bình thường, đoạn xe lưu thông chậm, đoạn dừng xe) a DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ CỦA TÁC GIẢ Bài báo khoa học (1) Bùi Ngọc Hưng (2013), Thực trạng hằn lún vệt bánh xe mặt đường bê tông nhựa giải pháp khắc phục, Tạp chí Cầu đường số 9/2013 (2) Bùi Ngọc Hưng, Vũ Đức Chính, Trần Ngọc Huy (2015), Nghiên cứu ảnh hưởng nguồn gốc đá, cấp phối cốt liệu loại nhựa đến khả kháng hằn lún vệt bánh xe bê tông nhựa, Tạp chí Khoa học Công nghệ Việt Nam, Tập - – Số 11 – Tháng 11 năm 2015 (3) Bùi Ngọc Hưng, Vũ Đức Chính, Trần Ngọc Huy (2015), Ảnh hưởng mức độ thô cấp phối cốt liệu loại nhựa đường đến khả kháng hằn lún vệt bánh xe bê tông nhựa Việt Nam, Tuyển tập báo cáo Hội nghị KHCN năm 2015 Viện Khoa học Công nghệ GTVT (ISBN: 978-604-76-0706-8 Nhà xuất Giao thông vận tải) (4) Bùi Ngọc Hưng (2013), Hằn lún vệt bánh xe – Những vấn đề đối mặt, Tạp chí Giao thông vận tải số 10/2013 (5) Bùi Ngọc Hưng, Vũ Đức Chính, Trần Ngọc Huy, Nguyễn Như Hạnh (2014), Một số giải pháp cải thiện khả kháng hằn lún mặt đường bê tông nhựa qua kết nghiên cứu lý thuyết, thực nghiệm Viện Khoa học Công nghệ GTVGT năm gần đây, Tuyển tập báo cáo Hội nghị KHCN năm 2014 Viện Khoa học Công nghệ GTVT Đề tài nghiên cứu khoa học (1) PGS.TS Vũ Đức Chính, GS.TS Dương Học Hải, và những thành viên khác (2014), Nghiên cứu lựa chọn kế t cấ u và vật liê ̣u cho kế t cấ u áo đường mề m các tuyế n đường có xe tải trọng nặng phù hợp với điề u kiê ̣n nhiê ̣t ẩm, (ThS Bùi Ngọc Hưng Chủ trì nội dung nghiên cứu Chương của Đề tài) [...]... Huy (2015), Nghiên cứu ảnh hưởng của nguồn gốc đá, cấp phối cốt liệu và loại nhựa đến khả năng kháng hằn lún vệt bánh xe của bê tông nhựa, Tạp chí Khoa học và Công nghệ Việt Nam, Tập 3 - – Số 11 – Tháng 11 năm 2015 (3) Bùi Ngọc Hưng, Vũ Đức Chính, Trần Ngọc Huy (2015), Ảnh hưởng của mức độ thô cấp phối cốt liệu và loại nhựa đường đến khả năng kháng hằn lún vệt bánh xe của bê tông nhựa Việt Nam, Tuyển... công - Nghiên cứu sử dụng các loại nhựa đường (nhựa đường thường, nhựa đường polime) phù hợp với cấp lưu lượng xe, tốc độ dòng xe lưu thông (đoạn xe lưu thông bình thường, đoạn xe lưu thông chậm, đoạn dừng xe) a DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ CỦA TÁC GIẢ 1 Bài báo khoa học (1) Bùi Ngọc Hưng (2013), Thực trạng hằn lún vệt bánh xe mặt đường bê tông nhựa và giải pháp khắc phục, Tạp chí Cầu đường số 9/2013... nhiệt độ không khí cao nhất từ 38 0C đến 41,1 0 C, khi đó nhiệt độ bề mặt mặt đường BTN có thể đạt cao nhất từ 54,7 0C đến 68,5 0 C Đây là tác nhân không nhỏ làm tăng nhanh LVBX mặt đường CHƯƠNG 3 NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM VỀ LÚN VỆT BÁNH XE VÀ MỎI CỦA BÊ TÔNG NHỰA CHẶT ĐIỂN HÌNH 3.1 Mục đích và nội dung nghiên cứu thực nghiệm trong phòng 3.1.1 Mục đích (1) Đánh giá hưởng của mức đô ̣ ”thô” của cấp phối... hỏng lún vệt bánh xe tại một số dự án điển hình 2.2.1 Phạm vi hư hỏng lún vệt bánh xe trong kết cấu mặt đường mềm Phạm vi hư hỏng LVBX tại các dự án đường bộ được khảo sát chủ yếu xảy ra tại 2 lớp BTN trong kết cấu mặt đường Da ̣ng hư hỏng LVBX xảy ra là hằ n lún do chảy dẻo BTN 2.2.2 Thiếu chiều dầy các lớp kết cấu áo đường và dính bám kém Với tỷ lệ không đạt yêu cầu cao về chiều dầy thiết kế của. .. sử 18 dụng nhựa PMBIII có khả năng chịu mỏi cao hơn nhiều so với BTNC 12,5, BTNC 19 sử dụng nhựa 60/70 và 40/50 CHƯƠNG 4 ĐỀ XUẤT CÁC GIẢI PHÁP NHẰM GIẢM THIỂU LÚN VỆT BÁNH XE VÀ TĂNG ĐỘ BỀN MỎI CỦA BTN CHẶT 4.1 Đề xuất các giải pháp trong thiết kế hỗn hợp bê tông nhựa nhằm giảm thiểu lún vệt bánh xe và tăng độ bền mỏi 4.1.1 Cấp phối cốt liệu (1) Theo phân tích nêu trên, giá trị độ sâu LVBX của các mẫu... độ 20 0C, tần số tải 10 Hz và mức biến dạng 400 µ; C Kiến nghị và dự kiến hướng nghiên cứu tiếp theo Để giảm thiểu LVBX trên các tuyến đường lưu lượng xe lớn, kiến nghị cần nghiên cứu tiếp những nội dung sau: - Nghiên cứu đánh giá các chỉ tiêu LVBX và độ bền mỏi với nhiều loại đá dăm nguồn gốc khác nhau, đại diện cho nhiều vùng của Việt Nam - Nghiên cứu bổ sung đánh giá LVBX của mặt đường BTN trong... Thông số thí nghiệm độ bền mỏi: - Nhiệt độ thí nghiệm: 20 0C; 20 - Tần số tải thí nghiệm: 10 Hz; - Chế độ thí nghiệm: khống chế biến dạng, với mức biến dạng 400  (3) Để đánh giá khả năng kháng mỏi của kết cấu mặt đường mềm, cần thực hiện đồng thời giữa thiết kế kết cấu mặt đường và thiết kế hỗn hợp BTN Trong đó xem xét đánh giá tuổi thọ mỏi thực tế của BTN kết hợp với kết quả thí nghiệm độ bền mỏi. .. thể, có thể lựa chọn cấp phối phù hợp và điều chỉnh hàm lượng nhựa, độ rỗng dư nhằm đảm bảo khả năng kháng mỏi của hỗn hợp BTN  Với nhựa PMBIII: có thể chọn cấp phối thiết kế đáp ứng với mọi đường cong cấp phối theo QĐ 858/QĐ-BGTVT 4.1.2 Kết cấu mặt đường Để kết cấu mặt đường đảm bảo đồng thời khả năng kháng LVBX và kháng mỏi, đề xuất xem xét bổ sung vào tiêu chuẩn thiết kế mặt đường mềm Việt Nam. .. 2015 của Viện Khoa học và Công nghệ GTVT (ISBN: 978-604-76-0706-8 Nhà xuất bản Giao thông vận tải) (4) Bùi Ngọc Hưng (2013), Hằn lún vệt bánh xe – Những vấn đề đối mặt, Tạp chí Giao thông vận tải số 10/2013 (5) Bùi Ngọc Hưng, Vũ Đức Chính, Trần Ngọc Huy, Nguyễn Như Hạnh (2014), Một số giải pháp cải thiện khả năng kháng hằn lún mặt đường bê tông nhựa qua kết quả nghiên cứu lý thuyết, thực nghiệm của. .. nghiệm là khống chế biến dạng (phù hợp khi mặt đường có chiều dầy lớp BTN nhỏ hơn 125mm); (5) Lựa chọn mức biến dạng: Qua kết quả phân tích, tính toán, kiến nghị mức biến dạng được đề xuất là 400 µ Ký hiệu: µ, microstrain = strain ×10-6 3.3 Thiết kế thực nghiệm Sử dụng một số phép kiểm chứng thống kê trên cơ sở số liệu thí nghiệm để chứng minh mối tương quan các yếu tố tác động đến chiều sâu LVBX