Tóm tắt Luận án Tiến sĩ Kỹ thuật: Nghiên cứu ảnh hưởng của cốt liệu thô tạo khung đến sự phát triển biến dạng không hồi phục của bê tông nhựa nóng trong điều kiện Việt Nam

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:27

Thêm vào BST

Báo xấu

8
lượt xem 4
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Luận án nghiên cứu đề xuất phương pháp thiết kế hỗn hợp bê tông nhựa chặt có xét đến việc hình thành khung cốt liệu thô, khảo sát ảnh hưởng của cấp phối cốt liệu và hàm lượng cốt liêu thô tạo khung đến khả năng chống biến dạng không hồi phục của bê tông nhựa nóng. Từ đó làm rõ vai trò của khung cốt liệu thô trong việc hình thành khả năng chống biến dạng không hồi phục của hỗn hợp bê tông nhựa và đề xuất khoảng hàm lượng cốt liệu thô tạo khung đối với hỗn hợp bê tông nhựa chặt.

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: Tóm tắt Luận án Tiến sĩ Kỹ thuật: Nghiên cứu ảnh hưởng của cốt liệu thô tạo khung đến sự phát triển biến dạng không hồi phục của bê tông nhựa nóng trong điều kiện Việt Nam

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI ĐỖ VƯƠNG VINH NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA CỐT LIỆU THÔ TẠO KHUNG ĐẾN SỰ PHÁT TRIỂN BIẾN DẠNG KHÔNG HỒI PHỤC CỦA BÊ TÔNG NHỰA NÓNG TRONG ĐIỀU KIỆN VIỆT NAM Ngành : Kỹ thuật xây dựng công trình giao thông Mã số : 9580205 Chuyên ngành : Xây dựng đường ôtô và đường thành phố TÓM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT HÀ NỘI – 2021
Công trình được hoàn thành tại: Trường Đại học Giao thông vận tải Người hường dẫn khoa học: 1. PGS.TS. Trần Thị Kim Đăng Trường Đại học Giao thông vận tải 2. PGS.TS. Nguyễn Hữu Trí Viện Khoa học và Công nghệ GTVT Phản biện 1: …………………………….. Phản biện 2: …………………………….. Phản biện 3: ……………………………. Luận án được bảo vệ trước Hội đồng chấm luận án cấp Trường họp tại Trường Đại học Giao thông Vận tải vào hồi ……… giờ ……….ngày…….. tháng…….năm……….. Có thể tìm hiểu luận án tại thư viện: - Thư viện Quốc Gia Việt Nam - Thư viện Trường Đại học Giao thông Vận tải
CÁC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ CỦA TÁC GIẢ 1. Đỗ Vương Vinh, Trần Thị Kim Đăng (2016), “Ảnh hưởng của cốt liệu mịn và bột khoáng đến cường độ kéo uốn của thành phần vữa nhựa trong hỗn hợp bê tông nhựa nóng”, Tạp chí Giao thông vận tải, số Tháng 11/2016. 2. Vuong Vinh DO, Thi Kim Dang TRAN (2017) “Effects of fillers and fine aggregates on the shear strength of fine aggregate matrix in hot mix asphalt”, Proceedings of the Eastern Asia Society for Transportation Studies, Vol.11, 2017. 3. Đỗ Vương Vinh (2019), “Nghiên cứu các phương pháp thiết kế hỗn hợp bê tông nhựa chặt có xét đến việc hình thành bộ khung chịu lực từ cốt liệu thô", Tạp chí Giao thông vận tải, số Tháng 03/2019. 4. Đỗ Vương Vinh, Trần Thị Kim Đăng (2020), "Khả năng chống biến dạng không hồi phục của hỗn hợp bê tông nhựa chặt có cấp phối cốt liệu thiết kế theo phương pháp Bailey", Tạp chí Giao thông vận tải, số Tháng 6/2020. 5. Đỗ Vương Vinh, Trần Thị Kim Đăng (2021), “Hàm lượng cốt liệu thô tạo khung chịu lực và ảnh hưởng của nó đến khả năng chống biến dạng không hồi phục của hỗn hợp bê tông nhựa chặt”, Tạp chí Giao thông vận tải, số Tháng 01+02/2021. 6. Đỗ Vương Vinh, Nguyễn Hữu Trí (2021), “Cấu trúc của hỗn hợp bê tông nhựa và khả năng chống biến dạng không hồi phục”, Tạp chí Giao thông vận tải, số tháng 03/2021.
1 ĐẶT VẤN ĐỀ I. TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI Bê tông nhựa là loại vật liệu được sử dụng phổ biến để làm mặt đường ô tô cấp cao, đường đô thị và đường cao tốc ở Việt Nam cũng như trên thế giới do có nhiều ưu điểm. Tuy nhiên loại mặt đường này cũng có nhược điểm là nhạy cảm với nhiệt độ, khi nhiệt độ cao thì cường độ giảm dễ bị biến dạng không hồi phục. Thời gian gần đây ở Việt Nam, do sự gia tăng của lưu lượng và tải trọng xe cùng với nhiệt độ cao vào mùa hè hư hỏng dang lún vệt bánh xe của mặt đường bê tông nhựa đã trở thành một trong những hư hỏng phổ biến. Bên cạnh các yếu tố về chất lượng vật liệu thì cấp phối cốt liệu hay tỉ lệ phối trộn giữa các nhóm cỡ hạt cốt liệu là một trong những yếu tố quan trọng nhất ảnh hưởng đến hầu hết các tính chất quan trọng của hỗn hợp bê tông nhựa trong đó có khả năng chống biến dạng không hồi phục cũng như cường độ chống cắt. Một hỗn hợp BTN có tỉ lệ phối trộn cốt liệu hợp lý cho phép các hạt cốt liệu thô tiếp xúc với nhau và các hạt cốt liệu mịn nêm chèn vừa đủ mà không đẩy các hạt cốt liệu thô ra xa. Hỗn hợp như vậy sẽ có khung cốt liệu thô chịu lực tốt từ đó tăng cường độ kháng cắt cũng như tăng khả năng chống biến dạng không hồi phục của hỗn hợp do tăng ma sát giữa các hạt cốt liệu. Vai trò của khung cốt liệu thô trong việc hình thành khả năng kháng lún cho hỗn hợp bê tông nhựa đã được nhiều nhà khoa học nghiên cứu. Nổi bật trong số đó là nghiên cứu phát triển phương pháp thiết kế cấp phối cốt liệu Bailey và nghiên cứu xây dựng công cụ phân tích ảnh để xác định cấu trúc khung cốt liệu hỗn hợp bê tông nhựa. Ở Việt Nam gần đây cũng đã có một số tác giả nghiên cứu về ảnh hưởng của mức độ thô của cấp phối cốt liệu đến khả năng kháng lún và mỏi của hỗn hợp bê tông nhựa. Tuy nhiên các nghiên cứu này mới chỉ dừng lại ở việc đánh giá trực tiếp ảnh hưởng của hàm lượng cốt liệu thô đến chiều sâu lún vệt bánh mà chưa xem xét đến việc tạo ra khung cốt liệu thô và vai trò của khung cốt liệu thô trong khả năng kháng lún của hỗn hợp bê tông nhựa. Đề tài luận án “Nghiên cứu ảnh hưởng của cốt liệu thô tạo khung đến sự phát triển biến dạng không hồi phục của bê tông nhựa nóng trong điều kiện Việt Nam” được lựa chọn trong bối cảnh nghiên cứu hiện tại là cần thiết và có ý nghĩa khoa học. II. MỤC ĐÍCH NGHIÊN CỨU Nghiên cứu đề xuất phương pháp thiết kế hỗn hợp bê tông nhựa chặt có xét đến việc hình thành khung cốt liệu thô, khảo sát ảnh hưởng của cấp phối cốt liệu và hàm lượng cốt liêu thô tạo khung đến khả năng chống biến dạng không hồi phục của bê tông nhựa nóng. Nghiên cứu cũng đề xuất và xác định các thông số cấu trúc của hỗn hợp bê tông nhựa có liên quan đến khả năng chống biến dạng không hồi phục bằng phương pháp phân tích ảnh. Từ đó làm rõ vai trò của khung cốt liệu thô trong việc hình thành khả năng chống biến dạng không hồi phục của hỗn hợp bê tông nhựa và đề xuất khoảng hàm lượng cốt liệu thô tạo khung đối với
2 hỗn hợp bê tông nhựa chặt. III. NỘI DUNG NGHIÊN CỨU Đề tài luận án tập trung vào các nội dung chính sau: 1. Tổng quan về ảnh hưởng của cấp phối cốt liệu và khung cốt liệu thô đến biến dạng không hồi phục của bê tông nhựa; 2. Nghiên cứu đề xuất phương pháp thiết kế cấp phối cốt liệu cho hỗn hợp BTN có xét đến hình thành khung cốt liệu thô; 3. Nghiên cứu thực nghiệm đánh giá ảnh hưởng của cấp phối cốt liệu và khung cốt liệu thô đến khả năng chốngbiến dạng không hồi phục của bê tông nhựa; 4. Nghiên cứu mối liên hệ giữa cấu trúc của hỗn hợp bê tông nhựa và khả năng chống biến dạng không hồi phục, từ đó đề xuất khoảng hàm lượng cốt liệu thô tạo khung cho hỗn hợp bê tông nhựa chặt. IV. Ý NGHĨA KHOA HỌC VÀ THỰC TIỄN CỦA ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU  Nghiên cứu đề xuất phương pháp thiết kế hỗn hợp bê tông nhựa có xét đến khung cốt liệu thô nhằm xác định được cấp phối cốt liệu và hàm lượng cốt liệu thô hợp lý cho hỗn hợp bê tông nhựa cho khả năng chống biến dạng không hồi phục tốt.  Thông qua khảo sát ảnh hưởng của hàm lượng cốt liệu thô đến khả năng chống biến dạng không hồi phục của hỗn hợp bê tông nhựa với hai nguồn cốt liệu khác nhau từ đó xác định được khoảng hàm lượng cốt liệu thô hợp lý cho khả năng chống biến dạng không hồi phục cao.  Nghiên cứu xác định cấu trúc của hỗn hợp BTN sử dụng phương pháp phân tích ảnh, thiết lập tương quan giữa các chỉ số này với các thông số cơ học thể hiện khả năng kháng chống biến dạng không hồi phục của hỗn hợp BTN. Từ các chỉ tiêu cấu trúc xác định bằng phương pháp phân tích ảnh có thể cơ bản dự báo được khả năng chống biến dạng không hồi phục, giúp đánh giá, sàng lọc sơ bộ hỗn hợp bê tông nhựa theo khả năng chống biến dạng không hồi phục. TỔNG QUAN VỀ ẢNH HƯỞNG CỦA CẤP PHỐI CỐT LIỆU VÀ KHUNG CỐT LIỆU THÔ ĐẾN BIẾN DẠNG KHÔNG HỒI PHỤC CỦA BÊ TÔNG NHỰA Chương 1 phân tích tổng quan về ảnh hưởng của cấp phối cốt liệu và khung cốt liệu thô đến biến dạng không hồi phục của bê tông nhựa làm các cơ sở nghiên cứu thực nghiệm ở các chương tiếp theo. 1.1. Thành phần vật liệu và cấu trúc của bê tông nhựa 1.1.1. Thành phần vật liệu của bê tông nhựa Bê tông nhựa là hỗn hợp gồm các thành phần là cốt liệu khoáng (đá dăm, cát, bột khoáng), chất liên kết là nhựa đường và phụ gia (nếu có) được phối hợp với nhau theo tỷ lệ hợp lý. Mỗi thành phần trong bê tông nhựa đóng một vai trò nhất định và có liên
3 quan chặt chẽ với nhau trong việc tạo nên một khối liên kết có đủ cường độ và các tính chất cần thiết cho quá trình sử dụng . 1.1.2. Cấu trúc của hỗn hợp bê tông nhựa Về mặt cấu trúc, bê tông nhựa là một vật liệu xây dựng có cấu trúc thuộc dạng bê tông nhân tạo, trong đó các cốt liệu khoáng vật được dính kết với nhau nhờ chất liên kết asphalt. Theo cấp độ nghiên cứu, bê tông nhựa được xem là một hệ thống ba cấu tử [6] (Hình 1.1). - Cấu trúc vi mô (tế vi) gồm nhựa và bột khoáng tạo thành chất liên kết asphalt (mastic asphalt). - Cấu trúc trung gian gồm cát và chất liên kết asphalt tạo thành vữa asphalt. - Cấu trúc vĩ mô gồm đá dăm và vữa asphalt tạo thành hỗn hợp bê tông nhựa. Hình 1.1 Mô hình cấu trúc bê tông Hình 1.6. Ảnh hưởng của hàm lượng nhựa ở các cấp độ nghiên cứu đá dăm đến cường độ nén của BTN 1.2. Biến dạng không hồi phục và các hư hỏng có liên quan đến biến dạng không hồi phục của mặt đường bê tông nhựa 1.2.1. Lún vệt bánh xe do BTN mất ổn định (Instability Rutting) Biến dạng (lún) xuất hiện trên tại vệt bánh xe trên phạm vi hẹp, hình thành các mô dồn M« dån M« dån (trồi) dọc 2 bên vệt bánh xe (Hình 1.7). C¾t C¾t MÆt ®−êng ban ®Çu Nguyên nhân gây ra LVBX là do BTN C¾t C¸c líp mÆt BTN “không ổn định”, không đủ cường độ kháng cắt để chống lại ứng suất cắt do tải trọng C¸c líp mãng bánh xe gây ra trong lớp BTN. Đây là hình NÒn ®−êng thức LVBX phổ biến nhất và chủ yếu xảy Hình 1.7. Lún vệt bánh xe do bê ra trong các lớp BTN với chiều sâu khoảng tông nhựa bị chảy dẻo [25] 10cm tính từ bề mặt đường. 1.2.2. Lún vệt bánh xe do kết cấu (Strutural Rutting) Biến dạng (lún) xuất hiện tại vệt bánh xe trên phạm vi rộng và không hình thành các mô dồn (trồi) dọc theo vệt bánh xe. Nguyên nhân LVBX do kết cấu là do tích lũy biến dạng do tải trọng lặp gây ra trong nền đường (hoặc trong lớp móng dưới, móng trên) trong quá trình khai thác.
4 1.2.3. Lún vệt bánh xe do bong bật bề mặt (Surface/Wear Rutting) Biến dạng (lún) xuất hiện tại vệt bánh xe trên phạm vi hẹp, không hình thành các mô dồn (trồi) BTN dọc theo vệt bánh xe. Nguyên nhân gây ra LVBX là do khiếm khuyết trong thi công, lớp BTN không đủ độ chặt (độ rỗng BTN lớn) dể dàng bị bong tạo vết khuyết tại vệt bánh xe. 1.3. Các phương pháp đánh giá đặc tính biến dạng không hồi phục của hỗn hợp bê tông nhựa 1.3.1. Thí nghiệm từ biến Thí nghiệm được thực hiện bằng cách tác dụng một tĩnh tải lên mẫu bê tông nhựa và đo biến dạng không hồi phục khi dỡ tải. Thí nghiệm có thể được thực hiện trong điều kiện không hạn chế nở hông hoặc có hạn chế nở hông. Hình 1.12. Mối quan hệ giữa biến dạng và ứng suất trong thí nghiệm từ biến 1.3.2. Thí nghiệm biến dạng không hồi phục tải trọng lặp tải trọng lặp Thí nghiệm được thực hiện bằng cách tác dụng tải trọng động lên mẫu với số chu kỳ gia tải khoảng vài nghìn lần. Trong quá trình thí nghiệm, biến dạng không hồi phục tích lũy và số chu kỳ gia tải được ghi lại. Thí nghiệm có thể được thực hiện trong điều kiện không hạn chế nở hông hoặc có hạn chế nở hông. 1.3.3. Các thí nghiệm mô phỏng Một số phương pháp thí nghiệm mô phỏng đã được sử dụng để đánh giá khả năng kháng lún của BTN gồm: thiết bị Hamburg Wheel-Tracking, thiết bị phân tích mặt đường asphalt (Asphalt Pavement Analyzer - APA), thiết bị French Rutting Tester (LCPC Wheel tracker), Thiết bị thí nghiệm hằn lún vệt bánh xe của Đại học Purdue (Purdue University Laboratory Wheel Tracking). 1.4. Các nghiên cứu về ảnh hưởng của cấp phối cốt liệu và khung cốt liệu thô đến khả năng chống biến dạng không hồi phục của hỗn hợp BTN 1.4.1. Các nghiên cứu trên thế giới Báo cáo [31] cho rằng từ nhiều nghiên cứu trước đó, có thể thấy “bằng chứng rõ ràng rằng thành phần cấp phối của bê tông nhựa chặt có ảnh hưởng quyết định đến hiện tượng lún vệt bánh xe”. Trong [21] Carpenter và Enockson (1987) đã báo cáo nghiên cứu trên 32 dự án rải lớp phủ tăng cường trên các tuyến quốc lộ tại bang Illinois (Hoa Kỳ) và đã kết luận như sau: phần lớn vấn đề vệt hằn bánh xe có thể được qui về thành phần hạt cốt liệu trong hỗn hợp tạo nên. Nghiên cứu của các tác giả Stakston, A.D., and Bahia, H. (2003) [48] cũng chỉ
5 ra rằng khả năng kháng lún vệt bánh phụ thuộc nhiều vào cấp phối của cốt liệu, và các hỗn hợp dù sử dụng các loại vật liệu tốt nhất nhưng với cấp phối không hợp lý cũng bị lún vệt bánh. Trong một số nghiên cứu khác của Chen, J.S., và Liao, M.S. (2002) [22]; Krutz, N. C., và Sebaaly, P. E. (1993) [34]; Elliot, R.P., Ford, M.C., Ghanim, M., và Tu, Y.F. (1991) [25]; Button, J.W., Perdomo, D., và Lytton, R.L. (1990) [20] về cường độ của hỗn hợp bê tông nhựa, các tác giả kết luận về sự ảnh hưởng của các tính chất vật liệu thành phần. Đối với cốt liệu, người ta thấy rằng có ngưỡng giá trị cường độ được xác định theo kích cỡ hạt cốt liệu lớn nhất danh định, cường độ của hỗn hợp tăng khi có sự tiếp xúc và chèn móc của cốt liệu đá dăm, tiếp xúc và chèn móc giữa các cốt liệu thô được xem là yếu tố chính tạo cường độ của hỗn hợp, và hỗn hợp cần được thiết kế với khung cốt liệu thô chịu lực vững chắc. 1.4.2. Các nghiên cứu ở Việt Nam Các nghiên cứu ở Việt Nam phần nhiều tập trung vào việc cải thiện đặc tính kháng lún của BTN bằng cách sử dụng vật liệu cải thiện. Vũ Phương Thảo (2015) [12] đã nghiên cứu mức độ cải thiện khả năng chống mỏi và chống lún vệt bánh xe của BTN khi sử dụng cốt sợi thủy phân tán. Trần Thị Cẩm Hà năm 2019 [8] cũng đã đánh mức độ cải thiện khả năng kháng lún vệt bánh của BTN sử dụng bitum Epoxy. Có 02 nghiên cứu trong nước tập trung nhiều hơn vào cấp phối cốt liệu của BTN. Bùi Ngọc Hưng (2016) [10] đã nghiên cứu ảnh hưởng ảnh hưởng của cấp phối cốt liệu, nguồn gốc đá dăm và loại nhựa đến chiều sâu LVBX và độ bền mỏi của hỗn hợp BTNC 12,5 và BTNC 19. Nghiên cứu thực hiện với 3 loại cấp phối cốt liệu trong miền cấp phối thô theo Quyết định 858/QĐ-BGTVT, trên cơ sở đó đưa ra khái niệm hỗn hợp cốt liệu rất thô, thô vừa và thô ít. Kết quả nghiên cứu cho thấy, khả năng kháng LVBX của các mẫu BTN cấp phối thô ít là thấp nhất, tăng dần với cấp phối thô vừa và cao nhất là cấp phối rất thô cho cả hai loại BTNC 12,5 và BTNC 19. Trần Danh Hợi (2018) [9], đã nghiên cứu về hỗn hợp đá – nhựa nóng cường độ cao dùng trong kết cấu mặt đường ô tô cấp cao ở Việt Nam. Trong nghiên cứu này tác giả đã đề xuất sử dụng phương pháp Bailey để thiết kế phối trộn cốt liệu cho các hỗn hợp đá – nhựa nóng cường độ cao 25 mm và 31,5 mm. 1.5. Các nghiên cứu trong và ngoài nước về phương pháp phân tích ảnh xác định cấu trúc hỗn hợp bê tông nhựa Kỹ thuật xử lý và phân tích hình ảnh kỹ thuật số là công cụ hiệu quả để đánh giá cấu trúc hỗn hợp bê tông nhựa. Các kỹ thuật này đã được một số nhà khoa học nghiên cứu và phát triển trong những năm gần đây [39], [43], [58]. Các thông số cấu trúc của hỗn hợp bê tông nhựa được quan tâm nghiên cứu gồm lỗ rỗng, sự phân bố lỗ rỗng, hình dạng hạt, hướng, sự phân bố của các hạt cốt liệu và các thuộc tính tiếp xúc giữa các hạt cốt liệu.
6 Coenen và cộng sự (2012) [24] đã phát triển một phần mềm xử lý và phân tích hình ảnh nhằm xác định cấu trúc của hỗn hợp bê tông nhựa - phần mềm IPAS. Sau đó, Sefidmazgi và cộng sự [45] đã cải tiến phần mềm IPAS thành IPAS-2 nhằm xác định thêm các thông số chiều dài đường tiếp xúc, hướng tiếp xúc của các viên cốt liệu – các thông số cấu trúc được cho có liên quan đến khả năng kháng lún của bê tông nhựa. Kết quả nghiên cứu cho thấy có mối quan hệ tốt giữa số lượng tiếp xúc, chiều dài tiếp xúc và chỉ số cấu trúc ISI với khả năng kháng lún của hỗn hợp bê tông nhựa thể hiện thông qua chỉ số FN – Flow Number. Trong một nghiên cứu khác vào năm 2013 Shaheen và cộng sự [46] cũng đã sử dụng phần mềm IPAS-2 để xác định cấu trúc của các hỗn hợp bê nhựa. Kết quả nghiên cứu cũng cho thấy số lượng tiếp xúc và chiều dài tiếp xúc có mối tương quan khá tốt với chiều sâu hằn lún xác định bằng thiết bị Hamburg Wheel Rut Tester. Cho đến nay ở Việt Nam hầu như chưa có nghiên cứu nào sử dụng phương pháp phân tích ảnh để xác định thông số cấu trúc cốt liệu của bê tông nhựa và khảo sát mối quan hệ giữa các thông số cấu trúc này với các thông số cơ học thể hiện khả năng kháng lún của bê tông nhựa. 1.6. Xác định vấn đề nghiên cứu của luận án Luận án nghiên cứu tập trung vào các vấn đề chủ yếu sau đây:  Nghiên cứu đề xuất phương pháp thiết kế hỗn hợp bê tông nhựa có xét đến việc hình thành khung cốt liệu thô.  Khảo sát ảnh hưởng của cấp phối cốt liệu và hàm lượng cốt liệu thô tạo khung đến khả năng chống biến dạng không hồi phục của bê tông nhựa thông qua thí nghiệm hằn lún vệt bánh xe và thí nghiệm từ biến.  Xác định các thông số cấu trúc của bê tông nhựa được cho là có quan hệ với khả năng chống biến dạng không hồi phục sử dụng phương pháp xử lý và phân tích ảnh và mối quan hệ giữa các thông số cấu trúc này với các thông số cơ học thể hiện khả năng chống biến dạng không hồi phục của bê tông nhựa. 1.7. Phương pháp nghiên cứu Luận án sử dụng phương pháp nghiên cứu lý thuyết kết hợp với nghiên cứu thực nghiệm. NGHIÊN CỨU ĐỀ XUẤT PHƯƠNG PHÁP THIẾT KẾ CẤP PHỐI CỐT LIỆU HỖN HỢP BÊ TÔNG NHỰA CÓ XÉT ĐẾN HÌNH THÀNH KHUNG CỐT LIỆU THÔ Chương 2 tiến hành nghiên cứu làm rõ vai trò của khung cốt liệu thô trong việc hình thành khả năng chống biến dạng không hồi phục của BTN, đồng thời nghiên cứu đề xuất phương pháp thiết kế cấp phối cốt liệu hỗn hợp BTN có xét đến hình
7 thành khung cốt liệu thô – phương pháp Bailey. 2.1. Nguyên lý hình thành cường độ của hỗn hợp bê tông nhựa và vai trò của khung cốt liệu thô trong việc hình thành cường độ của hỗn hợp bê tông nhựa 2.1.1. Nguyên lý hình thành cường độ của hỗn hợp bê tông nhựa Theo giáo sư N.N Ivanop [5], cường độ kháng cắt của hỗn hợp đá trộn nhựa nói chung và BTN nói riêng phụ thuộc vào 2 yếu tố gồm lực ma sát của cốt liệu khoáng và lực dính giữa nhựa và cốt liệu khoáng, lực dính bên trong của nhựa và do sự móc vướng giữa các hạt to với nhau Theo tài liệu [54], cường độ kháng cắt của BTN được đóng góp bởi cốt liệu khoáng và nhựa đường. Có thể sử dụng phương trình Mohr - Coulomb để thể hiện cách hai vật liệu này đóng góp vào khả năng kháng cắt của BTN. Cường độ chống cắt của hỗn hợp BTN có thể được cải thiện bằng cách phối hợp hỗn hợp cốt liệu sao cho để hình thành sự tiếp xúc giữa các hạt cốt liệu với nhau. 2.1.2. Vai trò của cốt liệu thô và khung cốt liệu thô trong việc hình thành cường độ và chống biến dạng không hồi phục của hỗn hợp BTN Khung cốt liệu có vai trò quan trọng trong việc hình thành cường độ và tạo ra sự ổn định của hỗn hợp bê tông nhựa đặc biệt là ở nhiệt độ cao. Hỗn hợp có bộ khung cốt liệu tốt sẽ đảm bảo khả năng chống hằn lún, giảm biến dạng từ đó tăng tuổi thọ và cải thiện chất lượng khai thác. Để đảm bảo có sự chèn móc tạo khung cốt liệu thô Hình 2.2. Sự truyền ứng suất trong khung cốt liệu để chống lại biến dạng không hồi phục thì cần phải thiết kế một hỗn hợp có bộ khung cốt liệu thô. 2.2. Lý thuyết về cấp phối cốt liệu và các phương pháp thiết kế hỗn hợp bê tông nhựa 2.2.3. Các phương pháp thiết kễ hỗn hợp bê tông nhựa Thiết kế hỗn hợp BTN là quá trình thí nghiệm để lựa chọn được cấp phối cốt liệu hợp lý và tìm hàm lượng nhựa tối ưu nhằm thoả mãn 2 yếu tố gồm các tính chất liên quan đến đặc tính thể tích và các tính chất cơ học theo quy định của phương pháp thiết kế. Các phương pháp thiết kế BTN được sử dụng phổ biến trên thế giới như phương pháp Marshall, Superpave cơ bản đều tuân thủ nguyên tắc này. 2.3. Hướng dẫn lựa chọn cấp phối thô theo các quy trình Các tiêu chuẩn thiết kế, thi công và nghiệm thu mặt đường bê tông nhựa ở Việt Nam ở các giai đoạn khác nhau đề cập đến vấn đề “cốt liệu thô” bằng nhiều cách. Quyết định 858/QĐ-BGTVT đưa vào khái niệm mới gọi là bê tông nhựa chặt
8 cấp phối thô (BTNC thô), với định nghĩa cấp phối thô là cấp phối phù hợp với Bảng 2.1 và thỏa mãn % lọt qua sàng khống chế như Bảng 2.2. 2.4. Cơ sở thiết kế cấp phối cốt liệu hỗn hợp bê tông nhựa chặt có xét đến việc tạo khung cốt liệu thô Trong thiết kế hỗn hợp bê tông nhựa truyền thống, cốt liệu thô được hiểu là các cốt liệu sót trên sàng số 4 (cỡ sàng 4,75mm), và cốt liệu mịn là các cốt liệu lọt qua sàng này. Với quan niệm thiết kế phối trộn để tạo khung cốt liệu thô, cốt liệu thô được hiểu là cốt liệu có kích thước lớn mà khi đưa vào khối thể tích tạo lỗ rỗng; cốt liệu mịn là cốt liệu chèn vào lỗ rỗng của các cốt liệu thô. Trên cơ sở định nghĩa này, nghiên cứu của Varik [55] đã tổng hợp các phân tích về mặt hình học phẳng cho các dạng phối trộn của cốt liệu. Xét thực tế các hạt có thể có hình dạng khác nhau, nếu lấy trung bình cộng tỉ lệ tính toán trong cả 4 trường hợp, ta có được tỉ lệ giữa đường kính cốt liệu thô và đường kính cốt liệu mịn (xem như là hạt nêm chèn) là d = 0,22 D (2.3). 2.5. Phương pháp thiết kế cấp phối côt liệu hỗn hợp BTN có xét đến việc hình thành khung cốt liệu thô - Phương pháp Bailey 2.5.1. Cỡ sàng phân định cốt liệu thô và cốt liệu mịn Phương pháp Bailey định nghĩa cỡ sàng phân định giữa cốt liệu thô và cốt liệu mịn là cỡ sàng gần nhất với kết quả tính theo công thức PCS = NMPS x 0,22, với PCS - cỡ sàng phân định giữa cốt liệu thô và cốt liệu mịn; NMPS - cỡ hạt lớn nhất danh định của hỗn hợp cốt liệu. Đối với hỗn hợp BTNC 12,5 cốt liệu thô là cốt liệu sót sàng 2,36 mm. 2.5.2. Phối hợp cốt liệu theo thể tích Cốt liệu thô trong hỗn hợp tạo ra các lỗ rỗng. Thể tích lỗ rỗng của các cốt liệu thô phải được tính toán nhằm xác định lượng cốt liệu mịn cần thiết để lấp vào các lỗ rỗng này. Để phối hợp cốt liệu theo thể tích thì cần phải xác định các thông số khối lượng thể tích của cốt liệu thô ở trạng thái rời và trạng thái đã đầm nén; khối lượng thể tích của cốt liệu mịn ở trạng thái đã đầm nén theo tiêu chuẩn AASHTO T-19. Để đạt sự chèn móc, tiếp xúc giữa các hạt cốt liệu thô ở một mức độ nào đó thì khối lượng thể tích thiết kế của cốt liệu thô (CA CUW) nên bằng từ 95 – 105 % khối lượng thể tích của cốt liệu thô ở trạng thái rời (CA LUW). 2.5.3. Các tỉ số đánh giá cấp phối cốt liệu Để đảm bảo hỗn hợp cân bằng, dễ đầm nén, không bị phân tầng trong thi công và có chất lượng tốt thì giá trị của các tỉ số CA, FA c , FA f nên nằm trong phạm vị khuyến nghị.
9 2.5.4. Trình tự thiết kế cấp phối cốt liệu hỗn hợp BTN có xét đến việc hình thành khung cốt liệu thô – phương pháp Bailey Trình tự thiết kế hỗn hợp BTN có xét đến việc hình thành bộ khung cốt liệu thô - phương pháp Bailey được thể hiện dưới sơ đồ Hình 2.11. 2.6. Kết quả thiết kế cấp phối cốt liệu hỗn hợp BTN có xét đến hình thành khung cốt liệu thô - phương pháp Bailey Trên cơ sở lý thuyết thiết kế hỗn hợp bê tông nhựa có xét đến việc hình thành khung cốt liệu thô – phương pháp Bailey, tiến hành tính toán, thiết kế cấp phối cốt liệu BTNC 12,5 cho 2 nguồn cốt liệu gồm cốt liệu mỏ đá Thống Nhất – Hải Dương (đá vôi) và cốt liệu mỏ đá Sunway – Hà Nội (đá bazan) với bột khoáng được nghiền từ đá vôi của doanh nghiệp Hồng Lạc, Hải Dương. Cấp phối cốt liệu thiết kế thỏa mãn khuyến cáo của phương pháp Bailey và phù hợp với thành phần hạt yêu cầu của BTNC 12,5 theo tiêu chuẩn TCVN 8819:2011 hoặc QĐ 858/BGTVT. Hình 2.12. Đường cong cấp phối cốt Hình 2.13. Đường cong cấp phối cốt liệu thiết kế theo phương pháp Bailey – liệu thiết kế theo phương pháp Bailey – cốt liệu mỏ Thống Nhất cốt liệu mỏ Sunway
10 2.7. Kết luận chương 2 - Trên cơ sở phân tích hình học phẳng về cấu trúc hỗn hợp cốt liệu theo quan điểm hỉnh thành khung cốt liệu thô có sự tiếp xúc và chèn móc với nhau, có thể đề xuất cỡ sàng phân định cốt liệu thô và cốt liệu mịn là 2,36mm với hỗn hợp BTN cỡ hạt danh định lớn nhất 12,5 mm. - Phương pháp Bailey là phương pháp thiết kế cấp phối cốt liệu đề cập trực tiếp và theo nguyên tắc đảm bảo sự hình thành khung cốt liệu thô. - Từ nguồn cốt liệu của hai mỏ đá khá điển hình của miền Bắc, mỏ đá Thống Nhất – Hải Dương và mỏ đá Sunway – Hà Nội, đã thiết kế phối trộn thành công cốt liệu cho hỗn hợp BTNC 12,5 theo phương pháp Bailey, thỏa mãn hoàn toàn cấp phối tiêu chuẩn theo TCVN 8819: 2011 và thỏa mãn cơ bản cấp phối tiêu chuẩn theo quyết định số 858/QĐ-BGTVT. NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM ĐÁNH GIÁ ẢNH HƯỞNG CỦA CẤP PHỐI CỐT LIỆU VÀ KHUNG CỐT LIỆU THÔ ĐẾN BIẾN DẠNG KHÔNG HỒI PHỤC CỦA HỖN HỢP BÊ TÔNG NHỰA Chương 3 thực hiện khảo sát ảnh hưởng của cấp phối cốt liệu và hàm lượng cốt liệu thô tạo khung đến khả năng kháng biến dạng không phục hồi của các hỗn hợp BTN 12,5 sử dụng thí nghiệm hằn lún vệt bánh xe và thí nghiệm từ biến. Các hỗn hợp BTN 12,5 được chế tạo từ 2 nguồn cốt liệu như đề cập ở trên 3.1. Kế hoạch thực nghiệm 3.1.1. Vật liệu thí nghiệm Các vật liệu để chế tạo các BTN trong nghiên cứu gồm: - Cốt liệu thô và cốt liệu mịn được thí nghiệm với 2 nguồn khác nhau gồm: nguồn 1 – đá vôi tại mỏ đá Thống Nhất, huyện Kinh Môn, tỉnh Hải Dương; nguồn 2 – đá bazan tại mỏ đá Sunway, huyện Quốc Oai, TP Hà Nội; - Bột khoáng: bột khoáng được nghiền từ đá vôi của doanh nghiệp vận tải Hồng Lạc, Hải Dương; - Nhựa đường: nhựa đường đặc 60/70 – Shell Singapore nhập khẩu bởi Petrolimex; Cốt liệu thô, cốt liệu mịn, được sàng thành từng cỡ sàng riêng biệt theo bộ sàng tiêu chuẩn. 3.1.2. Lựa chọn hỗn hợp BTN có đặc điểm khung cốt liệu thô điển hình Với mỗi nguồn cốt liệu, 5 hỗn hợp BTN 12.5 có thành phần cấp phối cốt liệu và hàm lượng cốt liệu thô tạo khung (d≥2,36mm) khác nhau đã được lựa chọn trong nghiên cứu. Trong đó, hỗn hợp CP4 có thành phần cấp phối cốt liệu được thiết kế theo phương pháp Bailey. Thành phần cấp phối của các hỗn hợp BTN 12,5 được thể hiện trong Bảng 3.1 và Hình 3.1.
11 Hình 3.1. Đường cong cấp phối BTN12,5 các hỗn hợp nghiên cứu 3.1.3. Thí nghiệm đánh giá đặc tính biến dạng không hồi phục của hỗn hợp bê tông nhựa Thí nghiệm vệt hằn bánh xe bằng thiết bị Wheel Tracking và thí nghiệm từ biến được lựa chọn để đánh giá đặc tính biến dạng không hồi phục của các hỗn hợp bê tông nhựa. Thí nghiệm hằn lún vệt bánh xe được thực hiện trong môi trường nước ở nhiệt độ 50 o C với 20.000 lượt gia tải. Mẫu thí nghiệm dạng tấm hình chữ nhật được đúc bằng đầm lăn có kích thước 320x260x50mm với độ rỗng dư phù hợp với tiêu chuẩn. Công tác đúc mẫu và thí nghiệm hằn lún vệt bánh xe được thực hiện tại phòng thí nghiệm LAS-XD 1256 - Trường Đại học Giao thông vận tải. Thí nghiệm từ biến được thực hiện với áp lực 200 kPa ở nhiệt độ 30 o C và 60 o C trong 1 giờ (3600 giây), sau đó dỡ tải và tiếp tục theo dõi biến dạng trong vòng 15 phút (900 giây). Mẫu để thí nghiệm từ biến là mẫu Marshall kích thước 101 mm, chiều cao khoảng 63,5 mm. Thí nghiệm được thực hiện trên thiết bị của hãng Cooper tại phòng thí nghiệm Bộ môn Vật liệu xây dựng – Trường Đại học Giao thông vận tải. Hình 3.2. Hình ảnh thí nghiệm hằn lún Hình 3.3. Thí nghiệm từ biến vệt bánh xe
12 3.2. Thiết kế thành phần và chế tạo mẫu thí nghiệm 3.2.1. Thí nghiệm đánh giá vật liệu thành phần Đá dăm, cát, bột khoáng và nhựa đường được tiến hành thí nghiệm đánh giá theo các tiêu chuẩn hiện hành của Việt Nam tại phòng thí nghiệm LAS-XD 1256 Trường Đại học Giao thông vận tải. Các vật liệu này đều đáp ứng các tiêu chuẩn kỹ thuật đối với vật liệu làm BTN theo tiêu chuẩn hiện hành của Việt Nam. 3.2.2. Thiết kế thành phần hỗn hợp bê tông nhựa Các hỗn hợp BTN 12,5 được thiết kế thành phần theo phương pháp Marshall phù hợp tiêu chuẩn Việt Nam TCVN8820:2011 [2], TCVN 8819:2011 [1] và Quyết định 858/QĐ-BGTVT [3]. Hàm lượng nhựa tối ưu lựa chọn để hỗn hợp có độ rỗng dư khoảng 4,0 %, các chỉ tiêu khác phù hợp với tiêu chuẩn. 3.2.3. Đúc mẫu thí nghiệm làm thí nghiệm hằn lún vệt bánh xe và thí nghiệm từ biến Hình 3.4. Hình ảnh công tác chế tạo Hình 3.5. Hình ảnh mẫu thí nghiệm từ mẫu thí nghiệm hằn lún vệt bánh xe biến 3.3. Kết quả thí nghiệm – phân tích và đánh giá kết quả thí nghiệm 3.3.1. Kết quả và phân tích kết quả thí nghiệm hằn lún vệt bánh xe Kết quả hằn lún vệt bánh xe sau 20.000 lượt gia tải của các hỗn hợp đạt yêu cầu về độ chụm đánh giá theo ASTM C670-2015. Chiều sâu LVBX sau 20.000 lượt gia tải của các hỗn hợp đều nhỏ hơn giá trị giới hạn 12,5 mm quy định trong Quyết định 1617/QĐ-BGTVT. Các hỗn hợp chế tạo từ cốt liệu mỏ đá Sunway có chiều sâu LVBX sau 20.000 lượt gia tải nhỏ hơn đáng kể so Hình 3.8. Biểu đồ tổng hợp chiều sâu LVBX tại 20.000 lượt gia tải với các hỗn hợp chế tạo từ cốt liệu mỏ
13 đá Thống Nhất. Hỗn hợp CP4 (cấp phối thiết kế theo phương pháp Bailey) có chiều sâu vệt lún sau 20.000 lượt gia tải là nhỏ nhất đối với cả 2 nguồn cốt liệu. Có thể xem đây là ưu điểm của phương pháp Bailey để lựa chọn được hàm lượng cốt liệu thô tạo khung hợp lý. Chiều sâu LVBX tại 20.000 lượt gia tải và hàm lượng cốt liệu thô tạo khung ≥2.36mm có mối quan hệ bậc 2 chặt chẽ (Công thức (3.1) và Công thức (3.2)), hàm lượng cốt liệu thô tạo khung d2.36 = 64,46% cho chiều sâu lún vệt bánh xe nhỏ nhất. 3.3.2. Kết quả và phân tích kết quả thí nghiệm từ biến 3.3.2.2. Phân tích đánh giá kết quả thí nghiệm từ biến a. Chỉ tiêu độ cứng từ biến Kết quả độ cứng từ biến của các hỗn hợp BTN đạt yêu cầu về độ chụm đánh giá theo ASTM C670- 2015. Phân tích chỉ ra rằng yếu tố Nhiệt độ và Hàm lượng cốt liệu thô d2.36 có ảnh hưởng đến độ cứng từ biến, trong khi yếu tố Loại đá không ảnh Hình 3.17. Biểu đồ tổng hợp độ cứng từ biến hưởng đến yếu tố này của các của các hỗn hợp BTN hỗn hợp. Khi nhiệt độ tăng thì độ cứng từ biến của các hỗn hợp giảm. Với các hỗn hợp sử dụng cốt liệu mỏ Thống Nhất thì hỗn hợp CP4 có độ cứng từ biến là lớn nhất ở cả hai nhiệt độ thí nghiệm. Với hỗn sử dụng cốt liệu mỏ Sunway thì hỗn hợp CP1 cho độ cứng từ biến là lớn nhất ở cả 2 nhiệt độ thí nghiệm, hỗn hợp CP4 tuy có độ cứng nhỏ hơn so với hỗn hợp CP1 nhưng mức độ chênh lệch nhỏ. Giữa độ cứng từ biến và hàm lượng cốt liệu tạo khung d2.36 có mối quan hệ bậc 2 chặt chẽ như trong Công thức (3.3), hàm lượng cốt liệu thô tạo khung d2.36 = 66,08% cho độ cứng từ biến lớn nhất. b. Chỉ tiêu biến dạng tổng
14 Kết quả biến dạng tổng của các hỗn hợp BTN đạt yêu cầu về độ chụm đánh giá theo ASTM C670- 2015. Phân tích chỉ ra rằng 2 yếu Hình 3.19. Biểu đồ tổng hợp biến dạng tổng tố Nhiệt độ và Hàm lượng của các hỗn hợp BTN cốt liệu thô d2.36 có ảnh hưởng đến biến dạng tổng, trong khi yếu tố Loại đá không ảnh hưởng đến biến Hình 3.19. Biểu đồ tổng hợp biến dạng tổng dạng tổng của các hỗn hợp. của các hỗn hợp BTN Khi nhiệt độ tăng thì biến dạng tổng của các hỗn hợp tăng. Với các hỗn hợp sử dụng cốt liệu mỏ Thống Nhất thì hỗn hợp CP4 có biến dạng tổng là lớn nhất ở cả hai nhiệt độ thí nghiệm. Với hỗn sử dụng cốt liệu mỏ Sunway thì hỗn hợp CP1 có biến dạng tổng nhỏ nhất ở cả 2 nhiệt độ thí nghiệm, hỗn hợp CP4 tuy có biến dạng tổng lớn hơn so với hỗn hợp CP1 nhưng mức độ chênh lệch nhỏ. Giữa biến dạng tổng và hàm lượng cốt liệu tạo khung d2.36 có mối quan hệ bậc 2 chặt chẽ như trong Công thức (3.4), hàm lượng cốt liệu thô tạo khung d2.36 = 66,24% cho biến dạng tổng nhỏ nhất. c. Chỉ tiêu biến dạng không hồi phục Kết quả biến dạng không hồi phục của các hỗn hợp BTN đạt yêu cầu về độ chụm đánh giá theo ASTM C670-2015. Phân tích chỉ ra rằng yếu tố Loại đá, Nhiệt độ và Hàm lượng cốt liêu thô d2.36 có ảnh hưởng đến biến dạng không hồi phục của các hỗn hợp. Các hỗn hợp sử dụng cốt liệu mỏ Sunway có biến dạng không hồi phục nhỏ hơn so với các hỗn hợp sử dụng cốt liệu mỏ Thống Nhất. Khi nhiệt độ tăng thì biến dạng Hình 3.21. Biểu đồ tổng hợp biến dạng không không hồi của các hỗn hợp hồi phục của các hỗn hợp BTN tăng. Với các hỗn hợp sử dụng cốt liệu mỏ Thống Nhất thì hỗn hợp CP4 có biến dạng không hồi phục là nhỏ nhất ở cả hai nhiệt độ thí nghiệm. Với hỗn sử dụng cốt liệu mỏ Sunway thì hỗn
15 hợp CP1 có biến dạng không hồi phục nhỏ nhất ở cả 2 nhiệt độ thí nghiệm, hỗn hợp CP4 tuy có biến dạng tổng lớn hơn so với hỗn hợp CP1 nhưng mức độ chênh lệch nhỏ không đáng kể. Giữa biến dạng không hồi phục và hàm lượng cốt liệu tạo khung d2.36 có mối quan hệ bậc 2 chặt chẽ như trong Công thức (3.5) và (3.6), hàm lượng cốt liệu thô tạo khung d2.36 = 64,23% cho biến dạng không hồi phục nhỏ nhất. d. Chỉ tiêu độ dốc từ biến Kết quả độ dốc từ biến của các hỗn hợp BTN đạt yêu cầu về độ chụm đánh giá theo ASTM C670- 2015. Phân tích chỉ ra rằng yếu tố Loại đá, Nhiệt độ và Hàm lượng cốt liêu thô d2.36 có ảnh hưởng đến độ dốc từ biến của các hỗn hợp. Các hỗn hợp sử Hình 3.23. Biểu đồ tổng hợp độ dốc từ biến của dụng cốt liệu mỏ Sunway có các hỗn hợp BTN độ dốc từ biến nhỏ hơn so với các hỗn hợp sử dụng cốt liệu mỏ Thống Nhất. Khi nhiệt độ tăng thì độ dốc từ biến của các hỗn hợp giảm. Với các hỗn hợp sử dụng cốt liệu mỏ Thống Nhất thì hỗn hợp CP4 có độ dốc từ biến là nhỏ nhất ở cả hai nhiệt độ thí nghiệm. Với hỗn sử dụng cốt liệu mỏ Sunway thì hỗn hợp CP1 có độ dốc từ biến nhỏ nhất ở cả 2 nhiệt độ thí nghiệm, hỗn hợp CP4 tuy có độ dốc từ biến nhỏ hơn so với hỗn hợp CP1 nhưng mức độ chênh lệch nhỏ không đáng kể. Giữa độ dốc từ biến và hàm lượng cốt liệu tạo khung d2.36 có quan hệ bậc 2 chặt chẽ như trong Công thức (3.7) và (3.8), hàm lượng cốt liệu thô tạo khung d2.36 = 71,14% cho độ độ dốc từ biến nhỏ nhất.
16 3.4. Kết luận Chương 3 - Nguồn cốt liệu có ảnh hưởng đáng kể đến chiều sâu vệt lún hay chính là khả năng kháng lún vệt bánh xe. Hỗn hợp sử dụng cốt liệu từ mỏ đá Sunway có khả năng kháng lún vệt bánh xe tốt hơn so với hỗn hợp sử dụng cốt liệu mỏ đá Thống Nhất. Với cùng một nguồn cốt liệu, hỗn hợp có thành phần cốt liệu được thiết kế theo phương pháp Bailey cho khả năng kháng lún vệt bánh xe tốt nhất. Chiều sâu vệt lún và hàm lượng cốt liệu thô tạo khung có mối liên hệ chặt chẽ với nhau thể hiện qua phương trình hồi qui thực nghiệm (3.1) và (3.2) với hệ số R 2 đc = 94,61%. Giữa chiều sâu vệt lún và hàm lượng cốt liệu thô tạo khung có mối quan hệ bậc 2, rõ ràng tồn tại một hàm lượng cốt liệu thô tạo khung cho chiều sâu vệt lún tối thiểu, là cực tiểu của hàm quan hệ. Hàm lượng cốt liệu thô tạo khung (d≥2.36mm) cho chiều sâu vệt lún bánh xe nhỏ nhất là 64,46%. - Ngoài chiều sâu vệt lún, hàm lượng cốt liệu thô tạo khung còn có ảnh hưởng đến sự phát triển lún qua đường cong vệt lún theo số lần tác dụng của tải trọng. Hỗn hợp có hàm lượng cốt liệu thô tạo khung cao nhanh đạt đến trạng thái ổn định, là trạng thái mà tốc độ lún nhỏ, được xem là điểm bắt đầu của xu thế đi ngang của đường cong. - Từ kết quả khảo sát sử dụng thí nghiệm từ biến, các đặc trưng của đường cong từ biến bao gồm: biến dạng tổng cộng (%), biến dạng không hồi phục (%), độ dốc từ biến (%/s) và độ cứng từ biến (MPa) được tổng hợp để phân tích đánh giá các yếu tố ảnh hưởng. Kết quả phân tích cho thấy nguồn gốc cốt liệu đá không có ảnh hưởng rõ ràng đến chỉ tiêu độ cứng từ biến và biến dạng tổng, nhưng có ảnh hưởng đến biến dạng không hồi phục và độ dốc từ biến. Trong khi đó, nhiệt độ và hàm lượng cốt liệu thô tạo khung có ảnh hưởng đến tất cả các đặc trưng đường cong từ biến. Các thông số của thí nghiệm từ biến có mối quan hệ chặt chẽ với hàm lượng cốt liệu thô tạo khung và nhiệt độ, thể hiện thông quan các phương trình hồi quy thực nghiệm từ (3.3) đến (3.8) với R 2 đc > 69%. Các phương trình hồi quy thực nghiệm này cho thấy mối liên hệ giữa các chỉ tiêu đặc trưng từ biến với hàm lượng cốt liệu thô tạo khung theo hàm bậc 2. Có thể thấy rõ ràng là tồn tại một trị số hàm lượng cốt liệu tạo khung cho các chỉ tiêu từ biến đạt cực trị: độ cứng từ biến tối đa; biến dạng tổng và biến dạng không hồi phục tối thiểu; tốc độ từ biến tối thiểu. Hàm lượng cốt liệu thô tạo khung (d≥2.36mm) cho độ cứng từ biến lớn nhất, biến dạng tổng và biến dạng không hồi phục nhỏ nhất nằm trong khoảng từ 64,24% đến 71,14%, trung bình là 66,92%. CẤU TRÚC CỦA HỖN HỢP BÊ TÔNG NHỰA VÀ KHẢ NĂNG CHỐNG BIẾN DẠNG KHÔNG HỒI PHỤC Chương 4 tiến hành xác định các chỉ số cấu trúc cốt liệu của các hỗn hợp BTN này bằng phần mềm IPAS-2 – một phần mềm xử lý và phân tích ảnh BTN chuyên
17 dụng. Từ các kết quả thí nghiệm và kết quả phân tích ảnh mong muốn tìm ra mối quan hệ giữa các chỉ số cấu trúc cốt liệu với hàm lượng cốt liệu thô tạo khung và tương quan giữa các chỉ số cấu trúc cốt liệu với các thông số cơ học thể hiện khả năng kháng biến dạng không hồi phục của BTN. 4.1 Phương pháp phân tích ảnh xác định cấu trúc hỗn hợp bê tông nhựa 4.1.1. Các chỉ số đặc trưng cho cấu trúc của hỗn hợp bê tông nhựa Các thông số cấu trúc của hỗn hợp bê tông nhựa được quan tâm nghiên cứu gồm độ rỗng, sự phân bố lỗ rỗng, hình dạng hạt, hướng, sự phân bố của các hạt cốt liệu và các thuộc tính tiếp xúc giữa các hạt cốt liệu. Trong đó, các chỉ số cấu trúc được cho là thể hiện khả năng chống biến dạng không phục hồi của hỗn hợp bê tông nhựa gồm số lượng tiếp xúc, chiều dài tiếp xúc, hướng tiếp xúc giữa các viên cốt liệu. 4.2. Phần mềm IPAS-2 – phần mềm phân tích ảnh xác định cấu trúc hỗn hợp bê tông nhựa 4.2.1. Giới thiệu về phần mềm IPAS-2 Phần mềm IPAS-2 (Image Processing and Analysis System) được phát triển bởi Trường Đại học Wisconsin – Madison và Trường Đại học bang Michigan để xử lý và phân tích hình ảnh nhằm xác định cấu trúc của hỗn hợp bê tông nhựa. Hình ảnh mặt cắt bê tông nhựa sử dụng cho quá trình phân tích là ảnh kỹ thuật số thu được bằng máy ảnh kỹ thuật số hoặc máy quét – các Hình 4.2. Giao diện phần mềm IPAS-2 thiết bị rất phổ biến hiện nay. Phần mềm có thể xác định một số thuộc tính cấu trúc của BTN như hướng của các viên cốt liệu, sự phân tầng của cốt liệu cũng như các chỉ tiêu cấu trúc đánh giá sự tiếp xúc giữa các viên cốt liệu như số lượng tiếp, chiều dài tiếp xúc, hướng tiếp xúc. Giao diện phần mềm IPAS-2 được thể hiện trong Hình 4.2. 4.2.2. Nguyên lý phương pháp phân tích cấu trúc hỗn hợp bê tông nhựa của phần mềm IPAS-2 Ảnh màu RGB được chuyển sang ảnh xám (gray scale image), vì có sự khác đáng kể giữa cường độ màu của các hạt cốt liệu với cường độ màu của mastic và lỗ rỗng trong ảnh xám. Sau đó thuật toán lọc ngưỡng (threshold filtering) được sử dụng để phân tách các hạt cốt liệu với thành phần mastic và lỗ rỗng. Hình ảnh sau khi phân tách được sử dụng để xác định cấu trúc của hỗn hợp BTN. Để tăng chất lượng ảnh cho việc phân tách các pha, các kỹ thuật lọc đã được sử dụng trong phần mềm IPAS-2.