Đang tải... (xem toàn văn)
Bài báo trình bày kết quả nghiên cứu thực nghiệm ảnh hưởng của cấu trúc cốt liệu đến độ ổn định của BTN. Trên cơ sở đó, nhóm tác giả khuyến nghị giải pháp sử dụng BTN nhiều đá dăm làm lớp mặt nhằm hạn chế sự xuất hiện của các loại biến dạng dẻo trên mặt đường.
TẠP CHÍ KHOA HỌC CƠNG NGHỆ GIAO THƠNG VẬN TẢI, SỐ 21-11/2016 31 ẢNH HƯỞNG CỦA CẤU TRÚC CỐT LIỆU ĐẾN ĐỘ ỔN ĐỊNH CỦA HỖN HỢP BÊ TÔNG NHỰA INFLUENCE OF MINERAL STRUCTURE ON THE STABILITY OF ASPHALT CONCRETE Nguyễn Văn Long1, Phan Văn Quảng2 Trường Đại học GTVT TP HCM, Phân viện phía Nam - Viện Khoa học Cơng nghệ GTVT Tóm tắt: Sự xuất loại biến dạng dẻo mặt đường bê tông nhựa (BTN), đặc biệt lún vệt bánh xe thu hút quan tâm nhà quản lý, chuyên gia nghiên cứu xã hội Một hướng giải vấn đề sử dụng BTN có cấp phối cốt liệu hợp lý Bài báo trình bày kết nghiên cứu thực nghiệm ảnh hưởng cấu trúc cốt liệu đến độ ổn định BTN Trên sở đó, nhóm tác giả khuyến nghị giải pháp sử dụng BTN nhiều đá dăm làm lớp mặt nhằm hạn chế xuất loại biến dạng dẻo mặt đường Từ khóa: Bê tông nhựa, biến dạng dẻo, cấu trúc cốt liệu, số dẻo, độ ổn đỉnh, lún vệt bánh xe Abstract: The appearance of different types of plastic deformation in asphalt concrete pavements, especially rutting now attract the attention of regulators, researchers and the whole of society Optimized aggregate gradation for structural asphalt is one of the method to solve the problem This paper presents the results of experimental studies on influence of aggregate on the asphalt concrete stability Therefore, the authors propose solutions that using higher value of crushed aggregate in asphalt concrete’s surface of the structure to minimize the plastic deformation of pavements Keywords: Asphalt concrete, plastic deformation, mineral structure, flow, stability, rutting Giới thiệu Với mục tiêu phát triển kinh tế xã hội, Chính phủ Việt Nam tập trung đầu tư phát triển sở hạ tầng giao thơng, nhiều cơng trình đường xây dựng, nâng cấp theo hướng cơng nghiệp hóa đại hóa với cơng nghệ tiên tiến Tuy nhiên, thực trạng phổ biến nhiều tuyến đường vừa đưa vào khai thác xuất sớm loại biến dạng dẻo mặt đường BTN, đặc biệt lún vệt bánh xe Đây vấn đề thu hút quan tâm toàn xã hội Theo [1], biến dạng lún vệt bánh xe xuất nhiều nguyên nhân: Chất lượng vật liệu với tích lũy biến dạng dẻo đất, lớp vật liệu kết cấu áo đường; tác động tải trọng nặng; bào mòn bề mặt áo đường tác dụng tải trọng bánh xe yếu tố nhiệt độ Sự xuất loại biến dạng dẻo mặt đường BTN nguyên nhân ảnh hưởng đến khả khai thác tuyến đường, làm giảm an tồn giao thơng, tăng chi phí vận tải sửa chữa đường Một hướng giải vấn đề sử dụng loại BTN có tiêu cường độ cao ổn định làm lớp mặt kết cấu áo đường [1] Theo [2], tiêu cường độ độ ổn định BTN cải thiện theo hướng đây: - Sử dụng nhựa đường cải tiến; - Sử dụng vật liệu gia cường (sợi thủy tinh, sợi cacbon, sợi Cellulose phân tán, ) để cải tiến thành phần BTN; - Sử dụng cốt liệu có chất lượng tốt thiết kế cấp phối hợp lý Theo [3], độ ổn định số dẻo BTN phụ thuộc vào hàm lượng kích cỡ cốt liệu Hàm lượng đá dăm cao độ bền BTN lớn Trong nội dung báo này, nhóm tác giả đánh giá ảnh hưởng hàm lượng đá dăm hỗn hợp đến độ ổn định loại BTN sau: - BTN C9.5 với hàm lượng đá dăm tương ứng 20, 25 30 %; - BTN C12.5 với hàm lượng đá dăm tương ứng 35, 40 45 %; - BTN C19 với hàm lượng đá dăm tương ứng 50, 57 64 % Bài báo kết đề tài nghiên 32 Journal of Transportation Science and Technology, Vol 21, Nov 2016 cứu khoa học cấp trường Đại học Giao thơng vận tải Thành phố Hồ Chí Minh, mã số KH1505 theo định 879/QĐĐHGTVT-KHCN ngày 15/10/2015 Nghiên cứu ảnh hưởng cấu trúc cốt liệu đến độ ổn định BTN Nghiên cứu thực nghiệm tiến hành Phòng thí nghiệm LAS XD78 thuộc Phân viện phía Nam – Viện Khoa học Công nghệ Giao thông vận tải phòng thí nghiệm Cơng ty Cổ phần Đầu tư xây dựng BMT Hình Thành phần cấp phối BTN C9.5 với hàm lượng đá dăm khác 2.1 Thiết kế cấp phối BTN Trong nghiên cứu này, tác giả sử dụng vật liệu có nguồn gốc sau: - Đá lấy mỏ Tân Đơng Hiệp thuộc Cơng ty Cổ phần Khống sản Xây dựng Bình Dương, thỏa mãn yêu cầu [4]; - Cát lấy mỏ cát sông Đồng Nai, thỏa mãn yêu cầu [4]; - Bột khoáng lấy trạm trộn BTN cơng ty Bình An Tân Đông Hiệp, thỏa mãn yêu cầu [4]; - Nhựa đường Petrolimex 60/70, thỏa mãn yêu cầu [5] Hỗn hợp BTN thiết kế theo phương pháp Marshall [6] Thành phần cấp phối hỗn hợp BTN thể hình đến hình Hàm lượng nhựa tối ưu loại BTN thể bảng Bảng Hàm lượng nhựa tối ưu loại BTN Các tiêu Hàm lượng nhựa theo hỗn hợp, % BTN C9.5, 20% đá dăm 5.20 BTN C9.5, 25% đá dăm 5.15 BTN C9.5, 30% đá dăm 5.10 BTN C12.5, 35% đá dăm 5.05 BTN C12.5, 40% đá dăm 5.00 BTN C12.5, 45% đá dăm 4.95 BTN C19, 50% đá dăm 4.90 BTN C19, 57% đá dăm 4.85 BTN C19, 64% đá dăm 4.80 Hình Thành phần cấp phối BTN C12.5 với hàm lượng đá dăm khác Hình Thành phần cấp phối BTN C19 với hàm lượng đá dăm khác Tiến hành chế bị tổ mẫu thí nghiệm theo phương pháp Marshall 2.2 Kết thí nghiệm Kết thí nghiệm tiêu lý loại BTN thể bảng 3, hình TẠP CHÍ KHOA HỌC CÔNG NGHỆ GIAO THÔNG VẬN TẢI, SỐ 21-11/2016 33 BTN C9.5, 20% đá dăm BTN C9.5, 25% đá dăm BTN C9.5, 30% đá dăm BTN C12.5, 35% đá dăm BTN C12.5, 40% đá dăm BTN C12.5, 45% đá dăm BTN C19, 50% đá dăm BTN C19, 57% đá dăm BTN C19, 64% đá dăm Theo [1], [7] Độ ổn định, kN Chỉ số dẻo, mm Độ ổn định lại, % 10.02 3.94 92.68 10.42 3.92 92.95 10.88 3.86 93.23 11.55 3.74 93.95 12.43 3.70 90.31 12.52 3.61 90.32 13.99 3.44 91.52 13.99 3.51 91.67 15.92 3.30 92.69 8.0 1.5÷4.0 80 Bảng Các đặc trưng độ rỗng hỗn hợp BTN với hàm lượng đá dăm khác Loại BTN BTN C9.5, 20% đá dăm BTN C9.5, 25% đá dăm BTN C9.5, 30% đá dăm BTN C12.5, 35% đá dăm BTN C12.5, 40% đá dăm BTN C12.5, 45% đá dăm BTN C19, 50% đá dăm BTN C19, 57% đá dăm BTN C19, 64% đá dăm Theo [1], [7] Độ rỗng dư Độ rỗng cốt liệu Độ rỗng lấp đầy (%) (%) (%) 3.90 15.10 74.17 4.24 15.40 72.50 4.20 15.07 72.14 4.33 15.01 71.16 4.43 15.07 70.62 4.58 15.12 69.72 4.34 14.75 70.58 4.42 14.80 70.16 4.59 14.83 69.09 4.0÷6.0 - - Các kết thí nghiệm cho thấy: - Khi hàm lượng đá dăm tăng, độ ổn định Marshall BTN tăng, số dẻo hỗn hợp giảm; - Hầu hết tiêu lý tất hỗn hợp BTN nghiên cứu thỏa mãn yêu cầu [1] [7] Hình Quan hệ độ ổn định Marshall hàm lượng đá dăm Chỉ số dẻo, mm Loại BTN Độ ổn định Marshall, kN Bảng Độ ổn định số dẻo hỗn hợp BTN với hàm lượng đá dăm khác Hình Quan hệ độ dẻo hàm lượng đá dăm Ảnh hưởng hàm lượng đá dăm đến khả kháng lún vệt bánh xe BTN C19 Thực tế cho thấy, BTN C19 thường khuyến cáo sử dụng làm lớp mặt cho kết cấu áo đường mềm để cải thiện khả kháng lún vệt bánh xe Vì vậy, nghiên cứu nhóm tác giả chọn hai loại BTN C19 có hàm lượng đá dăm cao 57% 64% để tiến hành thí nghiệm đánh giá khả kháng lún vệt bánh xe Thí nghiệm thực phòng thí nghiệm Công ty Cổ phần Đầu tư xây dựng BMT thiết bị Hamburg Wheel Tracker Thí nghiệm tiêu chuẩn đánh giá theo phương pháp A môi trường nước 50°C, tần số tác dụng tải (25 ± 2.5) chu kỳ/phút áp lực bánh xe 0,7MPa theo [8] Mẫu thử có dạng với kích thước 320mm x 260mm x 50mm đầm nén thiết bị đầm lăn theo phụ lục C [8] Kết thí nghiệm thể 34 Journal of Transportation Science and Technology, Vol 21, Nov 2016 hình cho thấy hai mẫu BTN C19 với hàm lượng đá dăm 57% 64% có chiều sâu vệt lún bánh xe sau 15.000 lượt tác dụng tải tương ứng 6mm 4,6mm, thỏa mãn [8] Khi hàm lượng đá dăm tằng từ 57% lên 64%, chiều sâu vệt lún bánh xe giảm 30,43% - Đối với hỗn hợp BTN C19, hàm lượng đá dăm tăng từ 57% lên 64%, chiều sâu vệt lún bánh xe giảm 30,43%; - Nhóm tác giả khuyến nghị sử dụng loại BTN nhiều đá dăm làm lớp mặt kết cấu áo đường mềm để hạn chế xuất loại biến dạng dẻo mặt dường Số lượt tác dụng tải Tài liệu tham khảo Chiều sâu vệt lún bánh xe, mm [1] [2] [3] Chiều sâu vệt lún bánh xe, mm Hình Chiều sâu vệt lún bánh xe mẫu BTN C19, 57% đá dăm Số lượt tác dụng tải Hình Chiều sâu vệt lún bánh xe mẫu BTN C19, 64% đá dăm Kết luận khuyến nghị Trong điều kiện vật liệu thí nghiệm nghiên cứu này, tác giả rút số kết luận sau: - Độ ổn định Marshall số dẻo BTN phụ thuộc vào cấu trúc cốt liệu Khi hàm lượng đá dăm tăng độ ổn định Marshall hỗn hợp tăng, số dẻo giảm Điều chứng tỏ với cấp phối nhiều đá dăm hỗn hợp BTN ổn định loại biến dạng dẻo; [4] [5] [6] [7] [8] Nguyễn Văn Long, Nguyễn Đức Sỹ (2015), Nguyên nhân giải pháp hạn chế lún vệt bánh xe mặt đường BTN, Tạp chí Khoa học Cơng nghệ Giao thơng vận tải, 2015, số 14 – 2/2015, trang 63-66 Строкин, А.С (2009) Повышение сдвигоустойчивости и срока службы дорожных покрытий путем применения асфальтобетона каркасной структуры на модифицированном битуме, 178с Блягоз А.М., Матуа В.П., Матуа Р.В., Мирончук С.А (2012), Лабораторные исследования влияния структуры минерального остова на деформативные свойства асфальтобетона, Журнал «Новые технологии», 2012, Вып 3, с 7580 Bộ khoa học Công nghệ (2011), TCVN 8819-2011, Mặt đường BTN nóng – yêu cầu thi công nghiệm thu Bộ khoa học Công nghệ (2005), TCVN 7493-2005, Bitum – Yêu cầu kỹ thuật Bộ khoa học Công nghệ (2011), TCVN 8820-2011, Hỗn hợp BTN nóng – thiết kế theo phương pháp Marshall Bộ Giao thông vận tải (2014), 858/QĐBGTVT, Quyết định việc ban hành 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 tơ có quy mô giao thông lớn Bộ Giao thông vận tải (2014), QĐ 1617/QĐBGTVT, Quyết định Ban hành Quy định kỹ thuật phương pháp thử độ sâu vệt hằn bánh xe BTN xác định thiết bị wheel tracking Ngày nhận bài: 3/10/2016 Ngày chuyển phản biện: 6/10/2016 Ngày hoàn thành sửa bài: 18/10/2016 Ngày chấp nhận đăng: 27/10/2016 ... kiện vật liệu thí nghiệm nghiên cứu này, tác giả rút số kết luận sau: - Độ ổn định Marshall số dẻo BTN phụ thuộc vào cấu trúc cốt liệu Khi hàm lượng đá dăm tăng độ ổn định Marshall hỗn hợp tăng,... Chỉ số dẻo, mm Loại BTN Độ ổn định Marshall, kN Bảng Độ ổn định số dẻo hỗn hợp BTN với hàm lượng đá dăm khác Hình Quan hệ độ dẻo hàm lượng đá dăm Ảnh hưởng hàm lượng đá dăm đến khả kháng lún vệt... thông vận tải Thành phố Hồ Chí Minh, mã số KH1505 theo định 879/QĐĐHGTVT-KHCN ngày 15/10/2015 Nghiên cứu ảnh hưởng cấu trúc cốt liệu đến độ ổn định BTN Nghiên cứu thực nghiệm tiến hành Phòng thí