Ảnh hưởng của cấu trúc cốt liệu đến độ ổn định của hỗn hợp bê tông nhựa

Chia sẻ: Nguyễn Đức Nghĩa | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:4

Thêm vào BST

Báo xấu

66
lượt xem 4
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

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.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Ảnh hưởng của cấu trúc cốt liệu đến độ ổn định của hỗn hợp bê tông nhựa

31 TẠP CHÍ KHOA HỌC CÔNG NGHỆ GIAO THÔNG VẬN TẢI, SỐ 21-11/2016 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 1 Trường Đại học GTVT TP HCM, Phân viện phía Nam - Viện Khoa học Công nghệ GTVT 2 Tóm tắt: Sự xuất hiện của các loại biến dạng dẻo trên mặt đường bê tông nhựa (BTN), đặc biệt là lún vệt bánh xe đang thu hút sự quan tâm của các nhà quản lý, các chuyên gia nghiên cứu và cả xã hội. Một trong những hướng giải quyết vấn đề này là sử dụng BTN có cấp phối cốt liệu hợp lý. 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. Từ khóa: Bê tông nhựa, biến dạng dẻo, cấu trúc cốt liệu, chỉ 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. 1. Giới thiệu chỉ tiêu cường độ cao và ổn định làm lớp Với mục tiêu phát triển kinh tế xã hội, mặt kết cấu áo đường [1]. Chính phủ Việt Nam đã tập trung đầu tư Theo [2], các chỉ tiêu cường độ và độ phát triển cơ sở hạ tầng giao thông, nhiều ổn định của BTN có thể được cải thiện theo công trình đường bộ đã được xây dựng, các hướng dưới đây: nâng cấp theo hướng công nghiệp hóa - - Sử dụng nhựa đường cải tiến; hiện đại hóa với công nghệ tiên tiến. - Sử dụng vật liệu gia cường (sợi thủy Tuy nhiên, một thực trạng khá phổ biến tinh, sợi cacbon, sợi Cellulose phân tán, ..) hiện nay là nhiều tuyến đường vừa mới đưa để cải tiến thành phần BTN; vào khai thác đã xuất hiện sớm các loại - Sử dụng cốt liệu có chất lượng tốt và biến dạng dẻo trên mặt đường BTN, đặc thiết kế cấp phối hợp lý. biệt là lún vệt bánh xe. Đây là vấn đề đang Theo [3], độ ổn định và chỉ số dẻo của thu hút sự quan tâm của toàn xã hội. Theo BTN phụ thuộc vào hàm lượng và kích cỡ [1], biến dạng lún vệt bánh xe xuất hiện là của cốt liệu. Hàm lượng đá dăm càng cao do nhiều nguyên nhân: Chất lượng vật liệu thì độ bền của BTN càng lớn. với sự tích lũy biến dạng dẻo ở trong nền đất, trong các lớp vật liệu của kết cấu áo Trong nội dung bài báo này, nhóm tác đường; tác động của tải trọng nặng; sự bào giả đánh giá ảnh hưởng của hàm lượng đá mòn bề mặt áo đường dưới tác dụng của tải dăm trong hỗn hợp đến độ ổn định của các trọng bánh xe và cả yếu tố nhiệt độ. loại BTN sau: Sự xuất hiện của các loại biến dạng dẻo - BTN C9.5 với các hàm lượng đá dăm trên mặt đường BTN là một trong những tương ứng là 20, 25 và 30 %; nguyên nhân ảnh hưởng đến khả năng khai - BTN C12.5 với các hàm lượng đá thác của các tuyến đường, làm giảm an toàn dăm tương ứng là 35, 40 và 45 %; giao thông, tăng chi phí vận tải và sửa chữa - BTN C19 với các hàm lượng đá dăm đường. Một trong những hướng giải quyết tương ứng là 50, 57 và 64 %. vấn đề này là sử dụng các loại BTN có các Bài báo là kết quả của đề tài nghiên 32 Journal of Transportation Science and Technology, Vol 21, Nov 2016 cứu khoa học cấp trường Đại học Giao thông vận tải Thành phố Hồ Chí Minh, mã số KH1505 theo quyết định 879/QĐ- ĐHGTVT-KHCN ngày 15/10/2015. 2. Nghiên cứu ảnh hưởng của cấu trúc cốt liệu đến độ ổn định của BTN Nghiên cứu thực nghiệm được tiến hành tại Phòng thí nghiệm LAS XD78 thuộc Phân viện phía Nam – Viện Khoa học Công nghệ Giao thông vận tải và phòng thí Hình 1. Thành phần cấp phối BTN C9.5 với các nghiệm Công ty Cổ phần Đầu tư xây dựng hàm lượng đá dăm khác nhau. BMT. 2.1. Thiết kế cấp phối BTN Trong nghiên cứu này, các tác giả sử dụng các vật liệu có nguồn gốc như sau: - Đá được lấy tại mỏ Tân Đông Hiệp thuộc Công ty Cổ phần Khoáng sản và Xây dựng Bình Dương, thỏa mãn yêu cầu của [4]; - Cát được lấy tại mỏ cát sông Đồng Nai, thỏa mãn yêu cầu của [4]; Hình 2. Thành phần cấp phối BTN C12.5 với các - Bột khoáng được lấy tại trạm trộn hàm lượng đá dăm khác nhau. BTN của công ty Bình An tại Tân Đông Hiệp, thỏa mãn yêu cầu của [4]; - Nhựa đường Petrolimex 60/70, thỏa mãn yêu cầu của [5]. Hỗn hợp BTN được thiết kế theo phương pháp Marshall [6]. Thành phần cấp phối các hỗn hợp BTN được thể hiện tại hình 1 đến hình 3. Hàm lượng nhựa tối ưu của các loại BTN được thể hiện tại bảng 1. Bảng 1. Hàm lượng nhựa tối ưu của các loại BTN. Hình 3. Thành phần cấp phối BTN C19 với các hàm Các chỉ tiêu Hàm lượng nhựa theo lượng đá dăm khác nhau. hỗn hợp, % Tiến hành chế bị các tổ mẫu thí nghiệm BTN C9.5, 20% đá dăm 5.20 theo phương pháp Marshall. BTN C9.5, 25% đá dăm 5.15 2.2. Kết quả thí nghiệm BTN C9.5, 30% đá dăm 5.10 Kết quả thí nghiệm các chỉ tiêu cơ lý BTN C12.5, 35% đá dăm 5.05 của các loại BTN được thể hiện tại các bảng BTN C12.5, 40% đá dăm 5.00 2 và 3, các hình 4 và 5. 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 33 TẠP CHÍ KHOA HỌC CÔNG NGHỆ GIAO THÔNG VẬN TẢI, SỐ 21-11/2016 Bảng 2. Độ ổn định và chỉ số dẻo của các hỗn hợp BTN với các hàm lượng đá dăm khác nhau. Độ ổn định Marshall, kN Độ ổn Chỉ số Độ ổn định Loại BTN định, kN dẻo, mm còn lại, % BTN C9.5, 20% 10.02 3.94 92.68 đá dăm BTN C9.5, 25% 10.42 3.92 92.95 đá dăm BTN C9.5, 30% 10.88 3.86 93.23 đá dăm BTN C12.5, 11.55 3.74 93.95 35% đá dăm BTN C12.5, 12.43 3.70 90.31 Hình 4. Quan hệ giữa độ ổn định Marshall và hàm 40% đá dăm BTN C12.5, lượng đá dăm. 12.52 3.61 90.32 45% đá dăm BTN C19, 50% 13.99 3.44 91.52 đá dăm BTN C19, 57% 13.99 3.51 91.67 đá dăm Chỉ số dẻo, mm BTN C19, 64% 15.92 3.30 92.69 đá dăm Theo [1], [7] 8.0 1.5÷4.0 80 Bảng 3. Các đặc trưng về độ rỗng của các hỗn hợp BTN với các hàm lượng đá dăm khác nhau. Độ rỗng cốt Độ rỗng Độ rỗng dư Loại BTN liệu lấp đầy Hình 5. Quan hệ giữa độ dẻo và hàm lượng đá dăm. (%) (%) (%) 3. Ảnh hưởng của hàm lượng đá BTN C9.5, 20% đá dăm 3.90 15.10 74.17 dăm đến khả năng kháng lún vệt bánh xe BTN C9.5, của BTN C19 4.24 15.40 72.50 25% đá dăm BTN C9.5, Thực tế cho thấy, BTN C19 thường 4.20 15.07 72.14 30% đá dăm được khuyến cáo sử dụng làm lớp mặt cho BTN C12.5, 4.33 15.01 71.16 kết cấu áo đường mềm để cải thiện khả 35% đá dăm BTN C12.5, năng kháng lún vệt bánh xe. Vì vậy, trong 4.43 15.07 70.62 40% đá dăm nghiên cứu này nhóm tác giả chọn hai loại BTN C12.5, 4.58 15.12 69.72 BTN C19 có hàm lượng đá dăm cao nhất là 45% đá dăm BTN C19, 50% 57% và 64% để tiến hành thí nghiệm đánh đá dăm 4.34 14.75 70.58 giá khả năng kháng lún vệt bánh xe. BTN C19, 57% đá dăm 4.42 14.80 70.16 Thí nghiệm được thực hiện tại phòng BTN C19, 64% thí nghiệm Công ty Cổ phần Đầu tư xây 4.59 14.83 69.09 đá dăm dựng BMT trên thiết bị Hamburg Wheel Theo [1], [7] 4.0÷6.0 - - Tracker. Các kết quả thí nghiệm cho thấy: Thí nghiệm và tiêu chuẩn đánh giá theo - Khi hàm lượng đá dăm tăng, độ ổn phương pháp A trong môi trường nước ở định Marshall của BTN tăng, còn chỉ số dẻo 50°C, tần số tác dụng tải (25 ± 2.5) chu của hỗn hợp giảm; kỳ/phút và áp lực bánh xe 0,7MPa theo [8]. - Hầu hết các chỉ tiêu cơ lý của tất cả Mẫu thử có dạng tấm với các kích thước các hỗn hợp BTN trong nghiên cứu này đều 320mm x 260mm x 50mm được đầm nén thỏa mãn yêu cầu tại [1] và [7]. bằng thiết bị đầm lăn theo phụ lục C của [8]. Kết quả thí nghiệm được thể hiện trên 34 Journal of Transportation Science and Technology, Vol 21, Nov 2016 các hình 6 và 7 cho thấy hai mẫu BTN C19 - Đối với hỗn hợp BTN C19, khi hàm lượng với hàm lượng đá dăm 57% và 64% có đá dăm tăng từ 57% lên 64%, chiều sâu vệt chiều sâu vệt lún bánh xe sau 15.000 lượt lún bánh xe giảm 30,43%; tác dụng tải tương ứng là 6mm và 4,6mm, - Nhóm tác giả khuyến nghị sử dụng thỏa mãn [8]. Khi hàm lượng đá dăm tằng các loại BTN nhiều đá dăm làm lớp mặt kết từ 57% lên 64%, chiều sâu vệt lún bánh xe cấu áo đường mềm để hạn chế sự xuất hiện giảm 30,43%. các loại biến dạng dẻo trên mặt dường Số lượt tác dụng tải Tài liệu tham khảo [1] Nguyễn Văn Long, Nguyễn Đức Sỹ (2015), Nguyên nhân và giải pháp hạn chế lún vệt Chiều sâu vệt lún bánh xe, mm bánh xe trên mặt đường BTN, Tạp chí Khoa học Công nghệ Giao thông vận tải, 2015, số 14 – 2/2015, trang 63-66. [2] Строкин, А.С. (2009) Повышение сдвигоустойчивости и срока службы дорожных покрытий путем применения асфальтобетона каркасной структуры на модифицированном битуме, 178с. [3] Блягоз А.М., Матуа В.П., Матуа Р.В., Мирончук С.А. (2012), Лабораторные исследования влияния структуры минерального остова на деформативные Hình 6. Chiều sâu vệt lún bánh xe của mẫu BTN свойства асфальтобетона, Журнал C19, 57% đá dăm. «Новые технологии», 2012, Вып. 3, с. 75- 80. Số lượt tác dụng tải [4] Bộ khoa học và Công nghệ (2011), TCVN 8819-2011, Mặt đường BTN nóng – yêu cầu Chiều sâu vệt lún bánh xe, mm thi công và nghiệm thu. [5] Bộ khoa học và Công nghệ (2005), TCVN 7493-2005, Bitum – Yêu cầu kỹ thuật. [6] Bộ khoa học và Công nghệ (2011), TCVN 8820-2011, Hỗn hợp BTN nóng – thiết kế theo phương pháp Marshall. [7] Bộ Giao thông vận tải (2014), 858/QĐ- BGTVT, Quyết định về việc ban hành hướng dẫn áp dụng hệ thống các tiêu chuẩn kỹ thuật hiện hành nhằm tăng cường quản lý chất lượng thiết kế và thi công mặt đường BTN nóng đối với các tuyến đường ô tô có quy mô giao thông lớn. Hình 7. Chiều sâu vệt lún bánh xe của mẫu BTN [8] Bộ Giao thông vận tải (2014), QĐ 1617/QĐ- C19, 64% đá dăm. BGTVT, Quyết định Ban hành Quy định kỹ 4. Kết luận và khuyến nghị thuật về phương pháp thử độ sâu vệt hằn bánh xe của BTN xác định bằng thiết bị wheel Trong điều kiện về vật liệu và thí tracking. nghiệm như trong nghiên cứu này, các tác Ngày nhận bài: 3/10/2016 giả rút ra một số kết luận như sau: Ngày chuyển phản biện: 6/10/2016 - Độ ổn định Marshall và chỉ số dẻo Ngày hoàn thành sửa bài: 18/10/2016 của BTN phụ thuộc vào cấu trúc cốt liệu. Ngày chấp nhận đăng: 27/10/2016 Khi hàm lượng đá dăm tăng thì độ ổn định Marshall của hỗn hợp tăng, còn chỉ số dẻo giảm. Điều này chứng tỏ với các cấp phối càng nhiều đá dăm thì hỗn hợp BTN càng ổn định đối với các loại biến dạng dẻo;