Đang tải... (xem toàn văn)
1 Đặt vấn đề Mô đun động của BTN (Dynamic modulus of Asphalt concrete, |E*|) và mô đun cắt động của bitum (|G*|) là hai thông số đầu vào rất quan trọng được sử dụng để phân tích kết cấu mặt đường mềm theo phương pháp cơ học- thực nghiệm, còn được gọi tắt là phương pháp (ME). Phương pháp (ME) đã và đang được sử dụng trong thiết kế kết cấu mặt đường ở Hoa Kỳ, Canada và được rất nhiều nước nghiên cứu áp dụng trong phân tích kết cấu mặt đường do đây là phương pháp tiên tiến có các ưu điểm vượt trội hơn các phương pháp thiết kế mặt đường khác như dự báo được ứng xử của kết cấu mặt đường theo các dạng hư hỏng thực tế như (hằn lún vệt bánh xe, nứt phân bố, nứt nhiệt, ….) dựa trên cơ sở của rất nhiều dữ liệu đầu vào gồm có điều kiện giao thông, điều kiện khí hậu/môi trường, vật liệu và sự ảnh hưởng của điều kiện khí hậu/môi trường tới chỉ tiêu cơ lý của vật liệu. Để có thể áp dụng phương pháp (ME) trong phân tích kết cấu mặt đường mềm thì với hỗn hợp BTN cần phải có giá trị mô đun động |E*|. Giá trị này có thể xác định bằng thực nghiệm hoặc sử dụng các phương trình tương quan thực nghiệm được phát triển bởi cả nhà khoa học của Hoa Kỳ theo tính chất của loại bitum sử dụng gồm có (độ nhớt của bitum, mô đun cắt động |G*| và góc pha trong thí nghiệm xác định |G*|. Việc sử dụng giá trị |E*|, và |G*| là một tiến bộ trong khoa học vật liệu vì đã phản ánh đúng bản chất vật liệu bitum và BTN có tính đàn nhớt, điều mà các phương pháp thiết mặt đường khác trước kia và hiện nay chưa xem xét tới. Tuy nhiên, việc xác định |E*| bằng thực nghiệm đòi hỏi tốn nhiều thời gian và kinh phí, trong khi các mô hình dự báo |E*| theo tính chất của bitum sử dụng hay các phương trình dự báo ứng xử của kết cấu mặt đường theo các dạng hư hỏng thực tế của phương pháp (ME) được thiết lập trong điều kiện của Hoa Kỳ, vì vậy muốn sử dụng được ở Việt Nam cần có các nghiên cứu thực nghiệm để hiệu chỉnh lại các hệ số trong mô hình dự báo theo điều kiện vật liệu địa phương. Có thể nói |E*| là chỉ tiêu rất quan trọng của hỗn hợp BTN và đây cũng là thông số có mặt trong một số phương trình dự báo dạng hư hỏng của kết cấu mặt đường theo thời gian của phương pháp (ME). Việc phân tích độ nhạy để đánh giá ảnh hưởng của các thông số đầu vào tới đặc trưng khai thác của kết cấu mặt đường mềm theo phương pháp (ME) của Hoa Kỳ đã khẳng định rằng |E*| có ảnh hưởng nhiều tới đặc trưng khai thác của kết cấu mặt đường mềm [59]. Trên cơ sở các nghiên cứu thực nghiệm, Hoa Kỳ đã xây dựng được một số mô hình dự báo |E*| theo tính chất của loại bitum sử dụng và một số thông số khác của hỗn hợp BTN, trong đó điển hình là các mô hình sau [65], [83]: Mô hình Witczak đầu tiên (Original Witczak Equation). Mô hình Witczak cải tiến (Modified Witczak Equation). Mô hình Hirsch (Hirsh model). Ngoài các mô hình trên, còn có một vài mô hình khác được nghiên cứu và xây dựng trên cơ sở các nghiên cứu thực nghiệm ở Hoa Kỳ, như mô hình định luật các hỗn hợp tương đương (Law of mixtures parallel model, còn gọi là mô hình “Al-Khateeb Model”, mô hình Idaho (Abdo et al. 2009) … Trong phạm luận án chỉ tập trung nghiên cứu tính chất vật liệu bitum thông qua các chỉ tiêu |G*|, góc pha và hiệu chỉnh lại các hệ số trong ba mô hình được sử dụng phổ biến ở Hoa Kỳ (mô hình Witczak ban đầu, mô hình Witczak cải tiến và mô hình Hirsch). Kết quả nghiên cứu thực nghiệm của luận án đã xác định được mô hình Witczak cải tiến (sau khi đã hiệu chỉnh các hệ số trong mô hình dự báo theo điều kiện vật liệu Việt Nam) có khả năng dự báo |E*| với độ chính xác cao nhất. Đây cũng là mô hình đang được sử dụng trong phần mềm thiết kế mặt đường mềm theo phương pháp (ME) của Hoa Kỳ hiện nay. 2 Tính cần thiết của luận án Tới thời điểm hiện tại, việc thiết kế mặt đường mềm ở Việt Nam vẫn thực hiện theo các tiêu chuẩn truyền thống [9], [10], dẫn tới việc lựa chọn giải pháp thiết kế mặt đường mềm chưa phù hợp, tuổi thọ mặt đường thấp. Nhận rõ đây là vấn đề còn hạn chế về tiêu chuẩn thiết kế mặt đường mềm hiện hành. Năm 2017, Bộ giao thông vận tải đã triển khai đề tài cấp bộ [16] và trên cơ sở nghiên cứu đã khẳng định rằng có thể áp dụng phương pháp (ME) vào điều kiện Việt Nam nhưng phải có các nghiên cứu để “Địa phương hóa các thông số đầu vào” theo phương pháp thiết kế (ME) theo điều kiện Việt Nam. Do vậy, việc từng bước nghiên cứu để địa phương hóa các thông số đầu vào để có thể áp dụng phương pháp thiết kế mặt đường theo (ME) theo điều kiện Việt Nam trong tương lai là rất cần thiết để nâng cao chất lượng công trình đường bộ ở Việt Nam. 3 Mục đích nghiên cứu Mục đích nghiên cứu của luận án là xác định được mô hình dự báo |E*| theo tính chất của loại bitum sử dụng theo điều kiện vật liệu của Việt Nam. Để đạt được mục tiêu này, mục đích nghiên cứu của luận án sẽ là: − Hiểu rõ tính chất của các vật liệu thành phần của hỗn hợp BTN gồm mô đun cắt động |G*|, góc pha (δ b ), mô đun động của BTN (|E*|). − Hiểu rõ được các yếu tố ảnh hưởng tới mô đun cắt động của bitum (|G*|, góc pha (δ b ), mô đun động của BTN (|E*|) và yếu tố nào có ảnh hưởng nhiều nhất tới giá trị mô đun động của BTN. − Hiểu rõ được phương pháp xây dựng đường cong chủ của |G*|, góc pha (δ b ), mô đun động của BTN (|E*|) và việc đánh giá mức độ phù hợp của các mô hình xây dựng đường cong chủ (|G*|, góc pha (δ b ),|E*|) cho các loại bitum và BTN. − Hiểu rõ được các mô hình dự báo |E*| của Hoa Kỳ theo các mô hình Witczak, mô hình Hirsh và cách đánh giá mức độ phù hợp của các mô hình dự báo này theo tiêu chuẩn thống kê. − Xác định được mô hình dự báo |E*| trong ba mô hình của Hoa Kỳ (các mô hình Witczak và mô hình Hirsch) có khả năng dự báo |E*| với độ chính xác cao nhất theo tiêu chuẩn thống kê theo điều kiện vật liệu của Việt Nam.
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI NGUYỄN NHƯ HẢI NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG TÍNH CHẤT CỦA BITUM ĐẾN MƠ ĐUN ĐỘNG CỦA BÊ TÔNG NHỰA CHẶT Ở VIỆT NAM LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT Hà Nội, – 2019 i MỤC LỤC DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT viii DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ xiii PHẦN MỞ ĐẦU 1 Đặt vấn đề Tính cần thiết luận án Mục đích nghiên cứu Đối tượng phạm vi nghiên cứu Phương pháp nghiên cứu 5.1 Nghiên cứu lý thuyết 5.2 Nghiên cứu thực nghiệm Ý nghĩa khoa học thực tiễn đề tài 6.1 Ý nghĩa khoa học đề tài 6.2 Ý nghĩa thực tiễn đề tài Cấu trúc luận án CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ ẢNH HƯỞNG TÍNH CHẤT CỦA BITUM ĐẾN MÔ ĐUN ĐỘNG CỦA BÊ TÔNG NHỰA 1.1 Bitum tính chất bitum 1.1.1 Bitum 1.1.2 Các tính chất bitum 1.2 Mô đun cắt động (Dynamic shear modulus) bitum (|G*|) 1.2.1 Mô đun cắt động bitum 1.2.2 Phương pháp xác định mô đun cắt độngcủa bitum 1.2.2.1 Xác định |G*| thiết bị DSR 1.2.2.2 Xác định |G*| thiết bị DMA 11 1.2.3 Các nghiên cứu mơ đun cắt động góc pha bitum 14 1.2.3.1 Các nghiên cứu giới mơ đun cắt động góc pha bitum 14 1.2.3.2 Các nghiên cứu Việt Nam tính chất bitum 16 1.2.4 Các mơ hình xây dựng đường cong chủ (Master curve) mơ đun cắt động góc pha (δb) bitum 17 ii 1.2.5 Phương pháp nguyên lý xây dựng đường cong chủ |G*| góc pha (δb) 17 1.3 Bê tơng nhựa 18 1.4 Mô đun phức động bê tông nhựa 19 1.4.1 Mô đun phức bê tông nhựa 19 1.4.2 Mô đun động bê tông nhựa 20 1.4.3 Phương pháp xác định mô đun động bê tông nhựa 20 1.4.4 Xây dựng đường cong Master curve mô đun động 21 1.5 Các yếu tố ảnh hưởng tới mô đun động bê tông nhựa 22 1.5.1 Ảnh hưởng tính chất vật liệu bitum 23 1.5.2 Ảnh hưởng yếu tố khác 24 1.5.2.1 Ảnh hưởng bột khoáng, vơi thủy hóa, thành phần hạt, hình dạng hạt độ góc cạnh giá trị độ rỗng dư hỗn hợp 24 1.5.2.2 Ảnh hưởng nhiệt độ tần số tác dụng tải trọng tới mô đun động 24 1.6 Mối quan hệ tính chất bitum với đun động bê tông nhựa 25 1.6.1 Các nghiên cứu giới ảnh hưởng tính chất bitum đến mô đun động bê tông nhựa 25 1.6.1.1 Các nghiên cứu tập đoàn Shell 25 1.6.1.2 Nghiên cứu viện Asphalt Hoa Kỳ (Asphalt Institute method) 25 1.6.1.3 Các nghiên cứu khác thực Hoa Kỳ 26 1.6.1.4 Phân tích độ nhạy cho mơ hình dự báo |E*| đại học Dhofar (Dhofar University, Salalah, Oman) 28 1.6.1.5 Các nghiên cứu Úc ảnh hưởng tính chất bitum đến mơ đun động bê tông nhựa |E*| 29 1.6.1.6 Nghiên cứu ảnh hưởng loại bitum tới mô đun động bê tông nhựa Hàn Quốc 30 1.6.2 Các nghiên cứu thực Việt Nam ảnh hưởng loại bitum tới mô đun phức động bê tông nhựa 32 1.7 Ảnh hưởng mô đun động bê tông nhựa tới đặc trưng khai thác mặt đường mềm 33 1.8 Những vấn đề cần giải luận án 33 iii 1.8.1 Các vấn đề tồn cần giải 33 1.8.2 Phương pháp nghiên cứu để đạt mục tiêu 34 1.8.2.1 Các nghiên cứu lý thuyết liên quan tới mô đun cắt động bitum mô đun động bê tông nhựa 34 1.8.2.2 Nghiên cứu thực nghiệm 35 1.8.2.3 Ứng dụng kết nghiên cứu luận án để phân tích số phương án kết cấu mặt đường Việt Nam theo phương pháp học thực nghiệm 35 1.8.3 Nội dung nghiên cứu 35 1.8.3.1 Nghiên cứu thực nghiệm mơ hình hóa mơ đun cắt độngcủa loại bitum Việt Nam 35 1.8.3.2 Nghiên cứu mối quan hệ mô đun cắt động bitum mô đun động bê tông nhựa chặt Việt Nam 36 1.8.3.3 Nghiên cứu ảnh hưởng mô đun động bê tông nhựa chặt tới đặc trưng khai thác mặt đường mềm Việt Nam 36 Kết Luận chương 38 CHƯƠNG 2: NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM VÀ ĐỀ XUẤT SỬ DỤNG MƠ HÌNH 2S2P1D ĐỂ XÂY DỰNG ĐƯỜNG CONG CHỦ CỦA MƠ ĐUN CẮT ĐỘNG VÀ GĨC PHA CỦA MỘT SỐ LOẠI BITUM Ở VIỆT NAM 39 2.1 Lựa chọn vật liệu bitum 40 2.2 Xác định tiêu vật lý vật liệu bitum 41 2.3 Xác định mơ đun cắt độngvà góc pha bitum 42 2.3.1 Lựa chọn thiết bị thí nghiệm 42 2.3.2 Xác định thông số thí nghiệm 43 2.3.2.1 Nhiệt độ thí nghiệm: 43 2.3.2.2 Tần số tác dụng tải trọng thí nghiệm 44 2.3.2.3 Kiểm sốt biến dạng thí nghiệm 45 2.4 Xây dựng đường cong chủ |G*| góc pha (δb) loại bitum 45 2.4.1 Xác định mơ hình để xây dựng đường cong chủ |G*| góc pha (δb) loại bitum 45 2.4.1.1 Nhóm mơ hình tốn học 45 iv 2.4.1.2 Nhóm mơ hình học 46 Mơ hình Huet 48 Mô hình Huet-Sayegh 48 Mơ hình 2S2P1D 49 2.4.1.3 Lựa chọn mơ hình để xây dựng Master curve (đường cong chủ) 50 2.4.2 Xây dựng đường cong chủ mơ đun cắt động góc pha cho loại bitum Việt Nam theo mơ hình 2S2P1D 50 2.4.2.1 Xác định thơng số mơ hình 2S2P1D 50 2.4.2.2 Đánh giá chất lượng mơ hình dự báo 51 2.4.2.3 Xây dựng đường cong chủ mô đun cắt động góc pha cho loại bitum Việt Nam theo mơ hình 2S2P1D 53 2.4.2.4 So sánh loại bitum với sở kết nghiên cứu thực nghiệm mơ hình 2S2P1D xây dựng 54 2.4.3 Đánh giá mác bitum theo tiêu chuẩn AASHTO M320 56 2.5 Xác định tiêu bitum phục vụ việc dự báo mô đun động bê tông nhựa chặt điều kiện Việt Nam 57 2.5.1 Các mơ hình dự báo mơ đun động BTN Hoa Kỳ 57 2.5.1.1 Mô hình Witczak truyền thống (Traditional Witczak E* predictive model) 57 2.5.1.2 Mơ hình Witczak cải tiến 58 2.5.1.3 Mơ hình Hirsch (Hirsch Model) 59 2.5.2 Các thông số bitum phục vụ việc dự báo mô đun động BTN 60 2.6 Kết luận chương 61 CHƯƠNG 3: NGHIÊN CỨU MỐI QUAN HỆ THỰC NGHIỆM GIỮA TÍNH CHẤT CỦA BITUM VÀ MƠ ĐUN ĐỘNG CỦA BÊ TÔNG NHỰA CHẶT Ở VIỆT NAM 62 3.1 Lựa chọn vật liệu, cấp phối thiết kế bê tông nhựa 64 3.1.1 Lựa chọn vật liệu bitum 64 3.1.1.1 Đề xuất loại bitum sử dụng nghiên cứu 64 3.1.1.2 Xác định tiêu lý vật liệu bitum 64 3.1.2 Lựa chọn cốt liệu cấp phối thiết kế bê tông nhựa 64 v 3.1.2.1 Lựa chọn cốt liệu bột khoáng 64 3.1.2.2 Xác định tiêu lý vật liệu 65 3.1.2.3 Lựa chọn cấp phối thiết kế hỗn hợp 67 3.1.3 Thiết kế bê tông nhựa 72 3.2 Thiết kế quy hoạch thí nghiệm 74 3.2.1 Thiết kế thực nghiệm theo phương pháp truyền thống phương pháp Taguchi 74 3.2.1.1 Thiết kế thực nghiệm theo phương pháp giai thừa 74 3.2.1.2 Thiết kế thí nghiệm theo phương pháp Taguchi 75 3.2.2 Áp dụng phương pháp Taguchi để thiết kế thiết kế thí nghiệm 77 3.3 Phân tích độ nhạy yếu tố ảnh hưởng tới mô đun động bê tông nhựa 79 3.3.1 Phân tích độ nhạy 79 3.3.1.1 Phân tích độ nhạy cục (OAT) 79 3.3.1.2 Phân tích độ nhạy tổng thể (Global sensitive analysis, “GSA”) 80 3.3.1.3 Phương pháp mô Monte Carlo 80 3.3.2 Phân tích độ nhạy thông số đầu vào ảnh hưởng tới |E*| theo mơ hình dự báo |E*| Hoa Kỳ 80 3.3.2.1 Mơ hình Witczak ban đầu (Original Witczak) 81 3.3.2.2 Mơ hình Witczak cải tiến (Modified Witczak) 81 3.3.2.3 Mơ hình Hirsch 82 3.3.2.4 Xác định dạng phân bố biến đầu vào mơ hình dự báo |E*| 82 3.3.2.5 Phân tích độ nhạy yếu tố ảnh hưởng tới |E*| phương pháp Mô Monte Carlo 83 3.4 Nghiên cứu thực nghiệm xác định mô động bê tông nhựa chặt Việt Nam 85 3.4.1 Chuẩn bị vật liệu, thiết bị đúc mẫu phục vụ công tác thí nghiệm mơ đun động loại bê tông nhựa 86 3.4.1.1 Vật liệu thiết bị thí nghiệm 86 3.4.1.2 Thí nghiệm xác định mơ đun động 87 vi Tiêu chuẩn áp dụng 87 Xác định phạm vi nhiệt độ tần số thí nghiệm |E*| 87 Xác định mức ứng suất số chu kỳ tác dụng tải trọng 87 Tóm tắt phương pháp thí nghiệm 88 3.5 Xây dựng đường cong chủ (Master curve) mô đun động |E*| 89 3.6 Phương trình dự báo mô đun động cho bê tông nhựa chặt Việt Nam 92 3.6.1 Đề xuất hệ số cho mơ hình dự báo mơ đun động bê tông nhựa chặt Việt Nam 92 3.6.2 Phương trình dự báo mơ đun động cho bê tông nhựa chặt Việt Nam 94 3.6.2.1 Dự báo mô đun động cho BTNC Việt Nam theo mơ hình Witczak ban đầu 94 3.6.2.2 Dự báo mô đun động cho BTNC Việt Nam theo mô hình Witczak cải tiến 94 3.6.2.3 Dự báo mơ đun động cho BTNC Việt Nam theo mơ hình Hirsch 95 3.7 So sánh kết dự báo trước sau hiệu chỉnh hệ số mơ hình theo điều kiện Việt Nam 95 3.8 So sánh mơ hình dự báo mơ đun động Hoa Kỳ với mơ hình dự báo mô đun động Việt Nam 98 3.9 Kết luận chương 101 CHƯƠNG 4: NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA MÔ ĐUN ĐỘNG CỦA BÊ TÔNG NHỰA CHẶT TỚI ĐẶC TRƯNG KHAI THÁC CỦA KẾT CẤU MẶT ĐƯỜNG MỀM Ở VIỆT NAM 102 4.1 Thiết kế mặt đường theo phương pháp học thực nghiệm 102 4.1.1 Điều tra thu thập tất thông số đầu vào 104 4.1.1.1 Thu thập liệu giao thông 104 4.1.1.2 Khí hậu thời tiết 105 4.1.1.3 Các thông số vật liệu 105 Lớp đất thượng (Subgrade layer) vật liệu không gia cố .106 Vật liệu gia cố 107 Vật liệu bê tông nhựa 108 Vật liệu bitum 109 vii 4.1.2 Lựa chọn thiết kế thử phân tích ứng xử kết cấu chọn 109 4.1.2.1 Lựa chọn phương án kết cấu (lựa chọn thiết kế thử) 109 4.1.2.2 Phân tích ứng xử thiết kế thử điều chỉnh thiết kế thử 109 4.1.2.3 Xác định thiết kế khả thi 109 4.1.2.4 Các hệ số kiểm định 110 4.2 Nghiên cứu ảnh hưởng mô đun động tới đặc trưng khai thác kết cấu mặt đường mềm dự án Việt Nam 110 4.2.1 Đặc trưng khai thác kết cấu mặt đường mềm 110 4.2.1.1 Hư hỏng mỏi (nứt mỏi) mặt đường bê tông nhựa khai thác 110 4.2.1.2 Hư hỏng dạng hằn lún vệt bánh xe 111 4.2.1.3 Nứt Nhiệt 111 4.2.1.4 Chỉ số độ gồ ghề quốc tế IRI (International Roughness Index) 111 4.2.2 Các thông số đầu vào sử dụng để phân tích ứng xử kết cấu theo phương pháp học thực nghiệm 112 4.2.1.1 Dữ liệu giao thông .112 4.2.1.2 Khí hậu 112 4.2.1.3 Vật liệu .113 4.2.3 Phân tích kết cấu mặt đường theo phương pháp học thực nghiệm 113 4.2.3.1 Lựa chọn phương án thiết kế thử 113 4.2.3.2 Tiêu chuẩn giới hạn thiết kế kết cấu mặt đường theo (ME) 114 4.2.3.3 Phân tích ứng xử phương án kết cấu thử 115 4.2.4 Điều chỉnh chiều dày kết cấu để đảm bảo tiêu hằn lún vệt bánh 122 4.2.5 Phân tích độ nhạy thơng số ảnh hưởng tới kết cấu 125 4.3 Kết luận chương 128 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 130 Những đóng góp mặt khoa học 130 Những đóng góp mặt thực tiễn 131 Hạn chế 131 Kiến nghị 132 Hướng nghiên cứu 132 viii DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT AADT BTN Annual average daily traffic/Giá trị trung bình giao thơng hàng ngày theo hàng năm Bê tông nhựa BKHCN Bộ khoa học công nghệ BGTVT Bộ giao thông vận tải BTNC Bê tông nhựa chặt BTNR Bê tông nhựa rỗng CPĐD Cấp phối đá dăm DMA Dynamic Mechanical Analyzer/Thiết bị phân tích học động DSR Dynamic Shear Rheometer/Thiết bị cắt động lưu biến NCS Nghiên cứu sinh AASHTO American Association of State Highways and Transportation Officials AC Asphalt concrete (Bê tông asphalt) AI Asphalt Institute (Viện asphalt) ASTM American Society of Testing Materials (Hiệp hội thí nghiệm vật liệu Hoa Kỳ ) Indirect Tensile Test (Thí nghiệm kéo gián tiếp) ITT LCPC ME Laboratoire Central des Ponts et Chaussées (Phòng thí nghiệm trung tâm Đường Cầu) Mechanical - Empirical (Cơ - thực nghiệm) ME PDG (DARWin-ME) NCAT NCHRP Nf Nf50 SHRP Mechanistic-Empirical Pavement Design Guide (Hướng dẫn thiết kế mặt đường theo Cơ học thực nghiệm) The National Center for Asphalt Technology (Trung tâm công nghệ Asphalt) National Cooperative Highway Research Program (Chương trình hợp tác nghiên cứu đường) Số chu kỳ tác dụng tải trọng lặp Số chu kỳ tải trọng lặp tác dụng làm suy giảm mơ đun độ cứng lại 50% trị số ban đầu Strategic Highway Research Program (Chương trình chiến lược nghiên cứu đường bộ) ix SPDM Shell Pavement Design Manual (hướng dẫn thiết kế mặt đường Shell) AFT Apparent film thickness (chiều dày màng bi tum) Gb Biến dạng tương đối (m/m), biến dạng tương đối gọi tắt “biến dạng” m/m ~ microstrain, viết tắt Tỷ trọng bi tum Gmb Mixture bulk specific gravity Gmm Maximum specific gravity (Tỷ trọng lớn nhất) Gmm Gsa Gsb Gse Theoretical maximum specific gravity (tỷ trọng lớn hỗn hợp bê tông asphalt) Tỷ trọng biểu kiến hỗn hợp cốt liệu Average Aggregate Specific Gravity (tỷ trọng khối hỗn hợp cốt liệu) Tỷ trọng có hiệu hỗn hợp cốt liệu E1 Complex modulus of asphalt hot mixture (Mô đun phức bê tông nhựa Dynamic modulus of asphalt hot mixture (Mô đun động bê tông nhựa Thành phần thực mô đun động E2 Thành phẩn ảo mô đun động f Eb * Tần số tác dụng tải trọng thí nghiệm mơ đun động bê tông nhựa Tần số tác dụng tải trọng thí nghiệm mơ đun cắt động bitum Complex modulus of bitumen (Mô đun phức bitum) |Eb*| Dynamic modulus of bitumen (Mô đun động bitum) δb Góc pha bitum δ Góc pha bê tông nhựa δm Mô đun động nhỏ bê tông nhựa G* HMA Complex shear modulus of bitumen (Mô đun cắt phức bitum) Dynamic shear modulus of bitumen (Mô đun cắt động bitum) Hot mix asphalt (hỗn hợp bê tơng nhựa nóng, gọi tắt BTN) Pb Total asphalt binder content (% bi tum theo khối lượng hỗn hợp) E* |E*| fc |G*| Nứt phân bố (% Diện tích xe) 127 30 25 20 15 10 1700 1900 2100 2300 2500 2700 Lượng giao thông thiết kế Giới hại TK(% xe) Nứt phân bố KC3 Nứt phân bố KC1 Nứt phân bố KC4 2900 3100 Nứt phân bố KC2 Nứt phân bố KC6 Hình 4.17: Độ nhạy nứt phân bố theo AADT (kết cấu 6) Nứt nhiệt (ft/mile) 1200 1000 800 600 400 200 1700 1900 2100 Giới hại TK(ft/mile) Nứt nhiệt KC3 2300 2500 2700 Lượng giao thông thiết kế Nứt nhiệt KC1 Nứt nhiệt KC4 2900 3100 Nứt nhiệt KC2 Nứt nhiệt KC6 Hình 4.18: Độ nhạy nứt nhiệt theo AADT (kết cấu 6) Nhận xét Từ hình 4.15 – hình 4.18 cho thấy Lượng giao thơng thiết kế có ảnh hưởng nhiều tới dạng hư hỏng hằn lún vệt bánh xe, sau độ gồ ghề quốc tế (IRI) cuối nứt phân bố nứt nhiệt 128 4.3 Kết luận chương Giá trị mơ đun động (|E*|) có ảnh hưởng tới đặc trưng khai thác kết cấu mặt đường, nhiên mức độ ảnh hưởng |E*| tới đặc trưng khai thác không giống nhau, cụ thể : Giá trị |E*| có ảnh hưởng rõ nét tới dạng hư hỏng hằn lún vệt bánh, sau số độ gồ ghề quốc tế, nứt từ lên cuối nứt nhiệt Ảnh hưởng |E*| tới dạng hư hỏng rõ nét thời gian khai thác kết cấu áo đường tăng lên ngày nắng nóng có nhiệt độ cao Điều phù hợp với thực tế theo thời gian vật liệu BTN bị già hóa làm giảm tính đàn hồi bê tơng nhựa gây biến dạng khơng phục hồi tăng lên ngày thời tiết nắng nóng nhiệt độ cao làm giảm giá trị |E*| khả kháng hằn lún BTN giảm rõ rệt Trong điều kiện khí hậu Việt Nam, ảnh hưởng |E*| tới dạng nứt nhiệt không đáng kể, khơng có thay đổi nhiều nhiệt độ mơi trường q trình khai thác Kết cấu mặt đường có BTNC sử dụng bitum PMBIII (kết cấu 1) hay (kết cấu 3) có kết hợp lớp BTNC 12.5 (bitum PMBIII) với BTNC 19 sử dụng bitum có độ quánh cao (40/50) có giá trị |E*| lớn nên có khả kháng hằn lún tốt hơn, số độ gồ ghề quốc tế (IRI) nhỏ kết cấu lại (Hình 4.8 Hình 4.9) Trong số đặc trưng khai thác mặt đường mềm dạng hư hỏng hằn lún vệt bánh xe xảy sớm tiêu khó đạt Phương pháp học thực nghiệm có khả áp dụng để phân tích kết cấu áo đường Việt Nam với tính khả thi cao Ngồi việc phân tích kết cấu áo đường để dự báo ứng xử kết cấu mặt đường, phương pháp (ME) có khả phân tích độ nhạy thơng số đầu vào để đánh giá ảnh hưởng thông số tới ứng xử kết cấu để xác định xem thông số có ảnh hưởng nhiều tới ứng xử dạng hư hỏng liên quan, từ có giải pháp kiểm soát chất lượng phù hợp 129 So với phương pháp thiết kế [9], [16] Phương pháp (ME) có ưu điểm đưa tiêu chí dự báo dạng hư hỏng mặt đường xảy thực tế (hằn lút vệt bánh, nứt phân bố …), tiêu chuẩn Việt Nam không đề cập vấn đề Lượng giao thơng có độ nhạy lớn liên quan tới dạng hư hỏng hằn lún vệt bánh, vậy, với cơng trình có lưu lượng xe lớn, cần có giải pháp thiết kế (kết cấu mặt đường hỗn hợp BTN) phù hợp, đồng thời cần kiểm sốt tốt q trình thi cơng 130 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Khoa học công nghệ thay đổi hàng ngày, công nghệ dần thay công nghệ cũ để tạo sản phẩm tốt hơn, cơng trình bền vững Nghiên cứu để phát triển, nghiên cứu để nâng cao trình độ nghiên cứu để áp dụng thực tế Luận án hoàn thành mục tiêu đề ra, chứng minh sử dụng phương pháp tiên tiến giới áp dụng điều kiện Việt Nam nhằm bước tiếp cận công nghệ đại góp phần nâng cao chất lượng xây dựng khai thác hệ thống đường Việt Nam Sử dụng phương pháp nghiên cứu lý thuyết kết hợp thí nghiệm phòng với số mẫu thử hợp lý, mơ hình hóa phân tích thống kê phần mềm cập nhật, luận án có đóng góp sau: Những đóng góp mặt khoa học 1.1 Đã thí nghiệm xác định tiêu kỹ thuật theo cấp đặc tính khai thác PG loại bitum sử dụng rộng rãi Việt Nam, loại bitum phân theo độ kim lún 60/70; 40/50; 35/50 loại bitum cải tiến polymer PMBIII Xác định thông số mơ hình 2S2P1D để xây dựng đường cong chủ loại bi tum phục vụ phân tích, thiết kế kết cấu áo đường mềm theo phương pháp học thực nghiệm 1.2 Xác định tiêu kỹ thuật loại BTN (BTNC19, BTNC12.5) sử dụng loại đá điển hình (đá vơi, đá bazan đá granit), loại bitum (60/70, 40/50,35/50, PMBIII) phục vụ phân tích kết cấu áo đường theo phương pháp học-thực nghiệm 1.3 Luận án bước đầu xây dựng phương trình tương quan thực nghiệm tính chất vật liệu bitum (|G*|, η, góc pha) với mơ đun động BTNC (|E*|) theo mơ hình dự báo Hoa Kỳ đảm bảo mơ hình dự báo có độ xác cao theo điều kiện vật liệu địa phương Việt Nam theo phương trình 3.4 tới phương trình 3.6 Trong đó, phương trình 3.5 phương trình dự báo |E*| theo mơ hình Witczak cải tiến, sau hiệu chỉnh hệ số có khả dự báo |E*| với độ xác cao ba mơ hình nghiên cứu với thông số thống kê (hệ số xác định R2 =0.943, tỷ số Se/Sy =0.24) 1.4 Luận án xác định tính chất vật liệu bitum có ảnh hưởng nhiều 131 tới mô đun động BTN việc sử dụng kỹ thuật phân tích độ nhạy tổng thể với việc áp dụng phương pháp mô Monte Carlo Luận án xác định giá trị mơ đun động BTNC |E*| có ảnh hưởng tới đặc trưng khai thác kết cấu mặt đường mềm thơng qua phân tích kết cấu mặt đường theo phương pháp (ME) với điều kiện vật liệu, khí hậu giao thơng Việt Nam Những đóng góp mặt thực tiễn Phương trình tương quan thực nghiệm tính chất vật liệu bitum mơ đun động BTNC theo điều kiện Việt Nam (phương trình 3.4 – 3.6) giúp việc áp dụng phương pháp (ME) để phân tích kết cấu áo đường Việt Nam tương lai thuận tiện hơn, tiết kiệm thời gian kinh phí cho cơng tác thí nghiệm xác định |E*| Biết loại bitum có ảnh hưởng nhiều tới giá trị |E*| biết ảnh hưởng |E*| tới đặc trưng khai thác mặt đường mềm giúp cho công tác quản lý chất lượng tập trung vào khâu quan trọng kiểm soát chất lượng vật liệu, lưu ý khâu thiết kế từ giúp cho nâng cao chất lượng cơng trình Hạn chế 3.1 Ở Việt Nam có ba loại bitum cải tiến polymer, điều kiện kinh phí hạn chế với thời gian, nên phạm vi luận án nghiên cứu loại (biutm PMBIII), thiết kế BTN, có số loại phụ gia khác sử dụng để cải thiện đặc tính vật liệu BTN, vậy, cần có thêm nghiên cứu khác ảnh hưởng loại bitum polymer (PMBI, PMBII) hay các loại bitum sử dụng loại phụ gia khác với |E*| loại BTNC sử dụng loại bitum để xây dựng phương trình tương quan thực nghiệm phù hợp trường hợp cụ thể 3.2 Trong phân tích kết cấu thực nghiệm theo (ME), luận án sử dụng hệ số phương trình hư hỏng mặc định theo điều kiện Hoa Kỳ, chưa kiểm định hiệu chỉnh lại theo điều kiện cụ thể Việt Nam hạn chế thời gian kinh phí 132 Kiến nghị 4.1 Cần lựa chọn loại titum phù hợp với điều kiện khí hậu giao thơng thiết kế BTNC để tăng giá trị |E*|, từ hạn chế dạng hư hỏng hằn lún vệt bánh 4.2 Kiến nghị áp dụng mơ hình Witczak cải tiến (phương trình 3.5) để dự báo |E*| cho vật liệu BTNC Việt Nam, mơ hình có kết dự báo |E*| với độ xác cao (hệ số xác định R2 lớn nhất, tỷ số Se/Sy nhỏ nhất) Trong trường hợp hỗn hợp BTNC sử dụng loại bitum cải tiến polymer khác (PMBI, PMBII) hay hỗn hợp BTNC có sử dụng loại phụ gia khác mà cần xác định giá trị |E*| cần phải xác định |E*| thực nghiệm, khơng áp dụng mơ hình dự báo Khi có thêm sở liệu |G*|, góc pha, độ nhớt loại bitum (60/70; 40/50; PMBIII bitum 35/50) kết |E*| loại BTNC sử dụng loại bitum tương ứng Việt Nam cần cập nhật thêm vào sở liệu để kiểm định cập nhật hệ số mơ hình dự báo cho phương trình (3.4 – 6) 4.3 Cần nghiên cứu để xác định lại hệ số phương trình dự báo hư hỏng mặt đường theo phương pháp (ME) để áp dụng phương pháp (ME) vào Việt Nam tương lai 4.4 Để đảm bảo chất lượng mặt đường BTN, cần kiểm soát tốt chất lượng từ công tác thiết kế tới công tác thi công Trong công tác thiết kế kết cấu mặt đường cần lựa chọn chiều dày lớp vật liệu phù hợp, loại bitum, cấp phối… đảm bảo khả kháng hằn lún tốt Trong công tác thi công phải đảm bảo hỗn hợp BTN sản xuât với cấp phối phê duyệt, mẫu khoan trường phải đảm bảo độ chặt, độ rỗng dư phù hợp đạt yêu cầu tiêu chuẩn hằn lún theo quy định (