Luận án Tiến sĩ Kỹ thuật: Nghiên cứu ảnh hưởng cốt sợi thủy tinh phân tán đến khả năng chống mỏi và chống lún vệt bánh xe của bê tông asphalt trong điều kiện Việt Nam

-I-<br /> <br /> MỤC LỤC<br /> Danh mục hình ảnh, biểu đồ<br /> Danh mục các bảng<br /> Danh mục các chữ viết tắt<br /> MỞ ĐẦU……………………………………………………………........ 1<br /> CHƢƠNG 1. TỔNG QUAN .....................................................................................6<br /> 1.1 Tổng quan đặc tính kháng lún vệt bánh xe và kháng mỏi của bê tông<br /> asphalt trong xây dựng mặt đƣờng ô tô ...................................................................6<br /> 1.1.1<br /> <br /> Các vấn đề chung ....................................................................................6<br /> <br /> 1.1.2<br /> <br /> Đặc tính kháng lún vệt bánh xe của bê tông asphalt ..............................8<br /> <br /> 1.1.3<br /> <br /> Đặc tính kháng mỏi của bê tông asphalt ...............................................16<br /> <br /> 1.2 Các nghiên cứu về biện pháp cải thiện đặc tính kháng lún vệt bánh xe và<br /> đặc tính chịu mỏi của bê tông asphalt trên thế giới và ở Việt Nam ......................23<br /> 1.2.1<br /> <br /> Sử dụng sợi gia cƣờng ..........................................................................24<br /> <br /> 1.2.2<br /> <br /> Sử dụng bitum cải tiến ..........................................................................28<br /> <br /> 1.3<br /> <br /> Xác định vấn đề nghiên cứu ........................................................................30<br /> <br /> 1.4<br /> <br /> Mục tiêu nghiên cứu ....................................................................................31<br /> <br /> 1.5<br /> <br /> Nội dung và phƣơng pháp nghiên cứu ........................................................32<br /> <br /> 1.6<br /> <br /> Kết luận chƣơng 1 .......................................................................................32<br /> <br /> CHƢƠNG 2. SỢI THỦY TINH VÀ KHẢ NĂNG GIA CƢỜNG SỢI THỦY<br /> TINH TRONG BÊ TÔNG ASPHALT .....................................................................34<br /> 2.1 Các nghiên cứu cơ bản về sợi thủy tinh và ứng dụng của sợi thủy tinh để<br /> gia cƣờng bê tông asphalt ......................................................................................34<br /> 2.1.1<br /> <br /> Khái niệm và phân loại sợi thủy tinh ....................................................34<br /> <br /> 2.1.2 Các đặc điểm và tính chất cơ bản của sợi thủy tinh để ứng dụng trong<br /> xây dựng công trình giao thông ..........................................................................37<br /> 2.1.3<br /> <br /> Đề xuất loại sợi thủy tinh sử dụng trong nghiên cứu............................38<br /> <br /> 2.2 Vai trò sợi thủy tinh trong bê tông asphalt theo một số nghiên cứu trên thế<br /> giới 38<br /> <br /> -II-<br /> <br /> 2.2.1<br /> <br /> Vai trò sợi thủy tinh ..............................................................................38<br /> <br /> 2.2.2<br /> <br /> Một số yếu tố ảnh hƣởng đến vai trò của sợi thủy tinh ........................44<br /> <br /> 2.3 Nghiên cứu thực nghiệm tính chất của sợi thủy tinh dự kiến sử dụng trong<br /> nghiên cứu..............................................................................................................46<br /> 2.3.1<br /> <br /> Tính chất lý học của sợi thủy tinh.........................................................46<br /> <br /> 2.3.2<br /> <br /> Tính chất cơ học của sợi thủy tinh ........................................................47<br /> <br /> 2.3.3<br /> <br /> Hình thái sợi thủy tinh ..........................................................................48<br /> <br /> 2.4<br /> <br /> Kết luận Chƣơng 2.......................................................................................49<br /> <br /> CHƢƠNG 3. NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG CHỐNG LÚN VỆT BÁNH XE CỦA<br /> BÊ TÔNG ASPHALT CHẶT RẢI NÓNG GIA CƢỜNG SỢI THỦY TINH (GFRAC)<br /> 51<br /> 3.1<br /> <br /> Thiết kế thành phần G-FRAC......................................................................51<br /> <br /> 3.1.1<br /> <br /> Trình tự thiết kế ....................................................................................52<br /> <br /> 3.1.2<br /> <br /> Lựa chọn vật liệu thành phần ................................................................54<br /> <br /> 3.1.3<br /> <br /> Thiết kế hỗn hợp bê tông asphalt ..........................................................60<br /> <br /> 3.1.4<br /> <br /> Nghiên cứu thực nghiệm.......................................................................65<br /> <br /> 3.1.5<br /> <br /> Phân tích và đánh giá kết quả thí nghiệm .............................................74<br /> <br /> 3.2<br /> <br /> Nghiên cứu khả năng chống lún vệt bánh xe của G-FRAC ........................77<br /> <br /> 3.2.1<br /> <br /> Thí nghiệm lún vệt bánh xe (Wheel Tracking Test) .............................77<br /> <br /> 3.2.2<br /> <br /> Phân tích đánh giá khả năng chống lún vệt bánh xe .............................82<br /> <br /> 3.3<br /> <br /> Kết luận chƣơng 3 .......................................................................................89<br /> <br /> CHƢƠNG 4. NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG CHỐNG MỎI CỦA BÊ TÔNG<br /> ASPHALT CHẶT RẢI NÓNG GIA CƢỜNG SỢI THỦY TINH (G-FRAC ) .......90<br /> 4.1<br /> <br /> Thí nghiệm mỏi ...........................................................................................90<br /> <br /> 4.1.1<br /> <br /> Mô hình thí nghiệm ..............................................................................90<br /> <br /> 4.1.2<br /> <br /> Mục đích thí nghiệm .............................................................................93<br /> <br /> 4.1.3<br /> <br /> Tiêu chuẩn và thiết bị thí nghiệm .........................................................93<br /> <br /> 4.1.4<br /> <br /> Quá trình thí nghiệm .............................................................................95<br /> <br /> 4.1.5<br /> <br /> Nghiên cứu thực nghiệm.......................................................................98<br /> <br /> 4.2<br /> <br /> Phân tích đánh giá khả năng chống mỏi của G-FRAC..............................100<br /> <br /> 4.2.1<br /> <br /> Tuổi thọ mỏi........................................................................................102<br /> <br /> -III-<br /> <br /> 4.2.2<br /> <br /> Mô đun phức động và sự suy giảm độ cứng .......................................108<br /> <br /> 4.2.3<br /> <br /> Độ lệch pha ứng suất biến dạng ..........................................................110<br /> <br /> 4.2.4<br /> <br /> Đặc tính mỏi của vật liệu ....................................................................112<br /> <br /> 4.2.5 Ảnh hƣởng của sợi thủy tinh đến tuổi thọ mỏi của bê tông asphalt thí<br /> nghiệm 116<br /> 4.2.6<br /> 4.3<br /> <br /> Ảnh hƣởng của loại bitum đến tuổi thọ mỏi .......................................118<br /> <br /> Kết luận chƣơng 4 .....................................................................................118<br /> KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ<br /> CÁC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ CỦA TÁC GIẢ<br /> TÀI LIỆU THAM KHẢO<br /> <br /> -IV-<br /> <br /> DANH MỤC HÌNH ẢNH, BIỂU ĐỒ<br /> Hình 1-1 Hình ảnh lún vệt bánh xe đoạn trƣớc cổng trƣờng ĐH GTVT....................9<br /> Hình 1-2: Ba đặc trƣng hình dạng của cốt liệu: Hình dạng, Góc cạnh và Độ xù xì bề<br /> mặt [12] .....................................................................................................................10<br /> Hình 1-3 Biểu đồ nhiệt độ cao nhất trong 10 năm (2001-2010) tại Hà Nội .............13<br /> Hình 1-4 Nhiệt độ môi trƣờng và nhiệt độ mặt đƣờng Asphalt tại Hà Nội ..............14<br /> Hình 1-5 Ảnh hƣởng của nƣớc tới hỗn hợp bê tông asphalt .....................................16<br /> Hình 1-6. Nứt do mỏi trên mặt đƣờng bê tông asphalt trên đƣờng Nguyễn Trãi – TP<br /> Hà Nội .......................................................................................................................17<br /> Hình 1-7. Đƣờng đặc tính mỏi ở các nhiệt độ khác nhau thực hiện bởi thí nghiệm<br /> uốn mỏi 4 điểm, khống chế biến dạng[69]................................................................19<br /> Hình 1-8. Đƣờng đặc tính mỏi ở các nhiệt độ khác nhau với thí nghiệm mỏi khống<br /> chế ứng suất [80] .......................................................................................................20<br /> Hình 1-9 Nhiệt độ mặt đƣờng thấp nhất 6 năm ở Hà Nội .........................................21<br /> Hình 2-1 Quá trình sản xuất sợi thủy tinh [23] .........................................................36<br /> Hình 2-2 Sợi Thủy tinh loại C-Glass ........................................................................37<br /> Hình 2-3 Đặc tính mỏi của G-FRAC ở các hàm lƣợng sợi thủy tinh khác nhau [49]<br /> ...................................................................................................................................40<br /> Hình 2-4: Quan hệ giữa hàm lƣợng sợi thủy tinh và mô đun đàn hồi, [55] ..............41<br /> Hình 2-5: Quan hệ giữa độ bền chịu mỏi và tỷ lệ sợi, [55].......................................41<br /> Hình 2-6 Sợi trong pha nền asphalt dƣới tác dụng lực P [44] ..................................42<br /> Hình 2-7 Biểu đồ ứng suất cắt và kéo của sợi trong pha nền asphalt theo mô hình<br /> « Slippage » ..............................................................................................................43<br /> Hình 2-8 Sợi phân tán trong Bê tông asphalt ............................................................44<br /> Hình 2-9 Sợi 10mm ...................................................................................................45<br /> Hình 2-10 Sợi 20mm .................................................................................................45<br /> Hình 2-11 Sợi 30mm .................................................................................................45<br /> Hình 2-12 Đo đƣờng kính sợi thủy tinh ....................................................................46<br /> Hình 2-13: Hình thái bề mặt sợi thủy tinh theo phƣơng pháp EDX với tỷ lê phóng<br /> ×500 (trái) và ×2000 (phải) .......................................................................................48<br /> Hình 2-14: Thành phần hóa học của sợi thủy tinh bằng phƣơng pháp EDX, (kết quả<br /> của một mẫu thí nghiệm ngẫu nhiên) ........................................................................49<br /> Hình 3-1: Đƣờng cong cấp phối của hỗn hợp vật liệu khoáng sau khi phối trộn .....62<br /> Hình 3-2 Mẫu thí nghiệm Marshall...........................................................................67<br /> Hình 3-3 Thí nghiệm khối lƣợng thể tích .................................................................67<br /> Hình 3-4 Đầm mẫu Marshall (trái) – Kích lấy mẫu Marshall (phải) ........................67<br /> Hình 3-5 Thí nghiệm nén Marshall ...........................................................................68<br /> Hình 3-6 Thí nghiệm độ ổn định còn lại sau 24h......................................................68<br /> <br /> -V-<br /> <br /> Hình 3-7 Quan hệ giữa hàm lƣợng bitum và 5 chỉ tiêu Marshall của G-FRAC 40-50<br /> ...................................................................................................................................69<br /> Hình 3-8 Khoảng hàm lƣợng bitum thỏa mãn tất cả các chỉ tiêu đối với nhóm .......70<br /> Hình 3-9 Quan hệ giữa hàm lƣợng bitum và các chỉ tiêu Marshall của nhóm GFRAC PMBIII ...........................................................................................................71<br /> Hình 3-10 Khoảng hàm lƣợng bitum thỏa mãn tất cả các chỉ tiêu đối với nhóm .....72<br /> Hình 3-11. Quan hệ giữa hàm lƣợng bitum lựa chọn và hàm lƣợng sợi của G-FRAC<br /> ...................................................................................................................................74<br /> Hình 3-12 Quan hệ giữa độ rỗng dƣ và hàm lƣợng sợi của G-FRAC ......................75<br /> Hình 3-13 Quan hệ giữa độ ổn định Marshall và hàm lƣợng sợi của G-FRAC .......76<br /> Hình 3-14 Quan hệ giữa độ dẻo Marshall và hàm lƣợng sợi của G-FRAC..............76<br /> Hình 3-15 Trộn cốt liệu trong máy trộn ....................................................................80<br /> Hình 3-16 Đo nhiệt độ cốt liệu..................................................................................80<br /> Hình 3-17 Trộn hỗn hợp asphalt ...............................................................................80<br /> Hình 3-18: Đúc mẫu bằng máy đầm lăn ...................................................................80<br /> Hình 3-19: Mẫu G-FRAC kích thƣớc 300mm×300mm×50mm ...............................80<br /> Hình 3-20: Thiết bị thí nghiệm vệt lún bánh xe mẫu vuông 300mm×300mm×50mm<br /> ...................................................................................................................................81<br /> Hình 3-21 Quan hệ giữa chiều sâu lún vệt bánh xe và hàm lƣợng sợi của G-FRAC<br /> PMBIII ......................................................................................................................83<br /> Hình 3-22 Quan hệ giữa chiều sâu lún vệt bánh xe và hàm lƣợng sợi của G-FRAC<br /> 40-50 .........................................................................................................................83<br /> Hình 3-23 Xu hƣớng lún của G-FRAC PMBIII và G-FRAC 40-50 ........................85<br /> Hình 3-24 Quan hệ giữa hệ số kháng lún kKLi với hàm lƣợng sợi ............................86<br /> Hình 4-1. Biến dạng đáy lớp móng bê tông asphalt dƣới tác dụng tải trọng xe chạy<br /> ...................................................................................................................................91<br /> Hình 4-2. Những sơ đồ tác dụng tải sử dụng trong thí nghiệm mỏi [38] .................91<br /> Hình 4-3 Chƣơng trình và tín hiệu trong thí nghiệm uốn mỏi ..................................92<br /> Hình 4-4 Đo lực và chuyển vị trên mẫu ....................................................................92<br /> Hình 4-5 Thí nghiệm uốn mỏi bốn điểm thực hiện trong buồng bảo ôn ..................93<br /> Hình 4-6 Kết cấu áo đƣờng giả định để tính ứng suất kéo ban đầu cho thí nghiệm .95<br /> Hình 4-7 Mô hình thí nghiệm mỏi [30].....................................................................97<br /> Hình 4-8 Đúc mẫu thí nghiệm mỏi ...........................................................................98<br /> Hình 4-9 Đầm mẫu thí nghiệm mỏi ..........................................................................98<br /> Hình 4-10 Mẫu tấm thí nghiệm .................................................................................98<br /> Hình 4-11 Cắt mẫu ....................................................................................................98<br /> Hình 4-12 Mẫu dầm 400mmx50mmx50mm ............................................................98<br /> Hình 4-13 Thí nghiệm uốn mỏi bốn điểm.................................................................98<br /> Hình 4-14. Đƣờng đặc tính mỏi và giá trị bền mỏi của vật liệu .............................101<br /> <br />