BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO PAGE BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI TRẦN TRUNG DŨNG NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG BÊ TÔNG NHỰA RỖNG CHO ĐƯỜNG Ô TÔ CẤP CAO VÀ ĐƯỜNG CAO TỐC VIỆT NAM LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT HÀ NỘI 2013 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI TRẦN TRUNG DŨNG NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG BÊ TÔNG NHỰA RỖNG CHO ĐƯỜNG Ô TÔ CẤP CAO VÀ ĐƯỜNG CAO TỐC VIỆT NAM CHUYÊN NGÀNH XÂY DỰNG ĐƯỜNG Ô TÔ THÀNH PHỐ Mã số 60 58 30 LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC PGS.
Trang 1BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI
TRẦN TRUNG DŨNG
NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG BÊ TÔNG NHỰA RỖNG CHO ĐƯỜNG Ô TÔ CẤP CAO
VÀ ĐƯỜNG CAO TỐC VIỆT NAM
LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT
Trang 2HÀ NỘI - 2013
Trang 3BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI
TRẦN TRUNG DŨNG
NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG BÊ TÔNG NHỰA RỖNG CHO ĐƯỜNG Ô TÔ CẤP CAO
VÀ ĐƯỜNG CAO TỐC VIỆT NAM
CHUYÊN NGÀNH: XÂY DỰNG ĐƯỜNG Ô TÔ & THÀNH PHỐ
Mã số: 60.58.30
LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT
NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS.TS.VŨ ĐỨC CHÍNH
Trang 4HÀ NỘI - 2013
Trang 5LỜI CẢM ƠN
Trong quá trình thực hiện luận văn, tôi đã nhận được sự giúp đỡ của quý Thầy cô, gia đình và bạn bè
Tôi xin trân trọng cảm ơn PGS.TS Vũ Đức Chính - Phó Viện trưởng Viện Khoa học và Công nghệ GTVT đã tận tình hướng dẫn tôi thực hiện luận văn này.
Tôi xin trân trọng cảm ơn ThS NCS Nguyễn Văn Thành - Giám đốc Phòng thí nghiệm trọng điểm đường bộ I - Viện Khoa học và Công nghệ GTVT-Người có nhiều kiến thức về lĩnh vực nghiên cứu này- đã tạo điều kiện
và giúp đỡ tôi rất nhiều trong suốt quá trình thực hiện luận văn này.
Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn đến các Thầy giáo, Cô giáo Bộ môn đường
bộ - Trường đại học GTVT, gia đình, bạn bè, đồng nghiệp của Phòng Thí nghiệm trọng điểm đường bộ I thuộc Viện Khoa học và Công nghệ GTVT đã giúp tôi trong quá trình thực hiện luận văn.
Xin gởi lời biết ơn chân thành đến quý Thầy, Cô giáo trong Hội đồng chấm luận văn Thạc sỹ đã đọc, nhận xét và đóng góp những ý kiến quý báu về luận văn này
Trong khuôn khổ một luận văn Thạc sĩ, luận văn này không tránh khỏi
có những thiếu sót, tôi kính mong nhận được ý kiến nhận xét của các Thầy,
Cô giáo.
Học viên: Trần Trung Dũng
Trang 6MỤC LỤC
CHƯƠNG 1 NGHIÊN CỨU TỔNG QUAN VỀ BÊ
TÔNG NHỰA RỖNG
3
1.1.1 Khái niệm về bê tông nhựa rỗng 3 1.1.2 Tính năng của bê tông nhựa rỗng 4
1.2 Tình hình nghiên cứu áp dụng bê tông nhựa rỗng trên
thế giới
8
1.2.1 Sự cần thiết phát triển bê tông nhựa rỗng 8 1.2.2 Tình hình nghiên cứu áp dụng bê tông nhựa tại Mỹ 9 1.2.3 Tình hình nghiên cứu bê tông nhựa rỗng tại Châu Âu 10 1.2.4 Tình hình nghiên cứu bê tông nhựa rỗng tại Nhật Bản 13 1.2.5 Tình hình nghiên cứu áp dụng bê tông nhựa rỗng tại Trung
Quốc
15
1.3 Tình hình nghiên cứu áp dụng bê tông nhựa rỗng tại
Việt Nam
16
1.3.1 Thí điểm bê tông nhựa rỗng trên đường Bắc Thăng
Long-Nội Bài
16
1.3.2 Hợp tác nghiên cứu bê tông nhựa rỗng với Nhật Bản 17
CHƯƠNG 2 NGHIÊN CỨU ĐẶC TÍNH KỸ THUẬT
CỦA VẬT LIỆU BÊ TÔNG NHỰA RỖNG
20
2.2 Nghiên cứu cấp phối cốt liệu bê tông nhựa rỗng 20 2.2.1 Cấp phối cốt liệu BTNR tại Mỹ 20 2.2.2 Cấp phối cốt liệu BTNR tại Châu Âu 25 2.2.3 Cấp phối bê tông nhựa rỗng tại Nhật Bản 31 2.2.4 Kiến nghị sử dụng cấp phối BTNR áp dụng cho Đề tài 32
2.3 Nghiên cứu các chỉ tiêu chất lượng cốt liệu cho BTNR 32 2.3.1 Yêu cầu kỹ thuật cốt liệu BTNR tại Mỹ 32 2.3.2 Yêu cầu kỹ thuật cốt liệu bê tông nhựa rỗng tại Châu Âu 33 2.3.3 Yêu cầu kỹ thuật cốt liệu bê tông nhựa rỗng tại Nhật Bản 35 2.3.4 Đề xuất yêu cầu kỹ thuật của cốt liệu cho BTNR cho Đề tài 35
2.4 Nghiên cứu yêu cầu kỹ thuật của nhựa đường cho BTNR 37 2.4.1 Yêu cầu kỹ thuật nhựa đường của Mỹ 37
Lớp bên dưới
(Rỗng & thấm nước)
Trang 7TT Nội dung Trang
2.4.2 Yêu cầu kỹ thuật nhựa đường của Châu Âu 38 2.4.3 Yêu cầu kỹ thuật về nhựa đường của Nhật bản 40 2.4.4 Đề xuất yêu cầu kỹ thuật của nhựa đường cho BTNR 40
CHƯƠNG 3 NGHIÊN CỨU PHƯƠNG PHÁP THIẾT
KẾ HỖN HỢP BÊ TÔNG NHỰA RỖNG
43
3.1 Phân tích các phương pháp thiết kế hỗn hợp BTNR trên
thế giới
43
3.1.2 Phương pháp thiết kế hỗn hợp BTNR của Mỹ 43 3.1.3 Phương pháp thiết kế hỗn hợp BTNR của Châu Âu 44 3.1.4 Phương pháp thiết kế hỗn hợp BTNR của Nhật Bản 45
3.2 Nhận xét, đánh giá các phương pháp thiết kế bê tông
nhựa rỗng trên thế giới
46
3.2.1 Nhận xét Phương pháp thiết kế hỗn hợp BTNR của Mỹ 46 3.2.2 Nhận xét Phương pháp thiết kế hỗn hợp BTNR của Châu Âu 46 3.2.3 Nhận xét Phương pháp thiết kế hỗn hợp BTNR của Nhật
Bản
47
3.3 Lựa chọn và đề xuất phương pháp thiết kế hỗn hợp
BTNR
48
3.3.1 Tiêu chí lựa chọn phương pháp thiết kế hỗn hợp BTNR phù
hợp
48
3.3.2 Đề xuất phương pháp thiết kế hỗn hợp BTNR 52
CHƯƠNG 4 NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM BÊ
TÔNG NHỰA RỖNG TRONG PHÒNG THÍ NGHIỆM
54
4.2 Các yêu cầu kỹ thuật về vật liệu áp dụng cho BTNR 54
4.4.1 Khối lượng mẫu thí nghiệm 56 4.4.2 Kết quả thí nghiệm vật liệu 57
4.5.1 Khối lượng mẫu thí nghiệm 61 4.5.2 Kết quả thí nghiệm, thiết kế hỗn hợp BTNR 12.5 62 4.5.3 Kết quả thí nghiệm, thiết kế hỗn hợp BTNR 20 65
Trang 8MỞ ĐẦU
1 Tính cấp thiết của đề tài
Những năm vừa qua và trong tương lai, thực hiện chính sách đổi mới, Việt Nam
đã tập trung đầu tư mạnh mẽ cho cơ sở hạ tầng giao thông Nhiều công trình, tuyến đường cấp cao, đường cao tốc đã và đang được xây dựng mới hoặc nâng cấp theo hướng công nghiệp hoá hiện đại hoá
Các tuyến đường cao tốc trong những năm gần đây đã được xây dựng, cụ thể như: Đường cao tốc TP Hồ Chí Minh-Trung Lương, đường cao tốc láng-Hòa Lạc, đường cao tốc Cầu Giẽ-Ninh Bình Các tuyến đường cao tốc đang hoặc sẽ được xây dựng có thể kể đến là: đường cao tốc Hà Nội-Lào Cai, đường cao tốc Hà Nội-Hải Phòng, đường cao tốc Long Thành-Đầu Dây
Để giải quyết vấn đề cải thiện độ nhám, tăng sức kháng trượt mặt đường ô tô cấp cao, đường cao tốc, trên thế giới và tại Việt nam đã nghiên cứu áp dụng các loại mặt đường như lớp phủ siêu mỏng có độ nhám cao VTO (Very Thin Overlay), Novachip Tuy nhiên, giải pháp này có hạn chế là việc cải thiện đô nhám, sức kháng trượt không lớn (so với bê tông nhựa rỗng), ngoài ra, do lớp bê tông nhựa tạo nhám này mỏng (1-2 cm) nên không xem xét vai trò của lớp này trong tính toán chiều dày các lớp kết cấu áo đường
Giải pháp tăng độ nhám, sức kháng trượt có hiệu quả hơn là bê tông nhựa rỗng
có độ nhám cao được một số nước trên thế giới đã người ta đã tiến hành nghiên cứu áp dụng, có ưu điểm vừa nâng cao độ nhám sức kháng trượt đảm bảo an toàn cho xe chạy với tốc độ cao, vừa tham gia chịu lực trong kết cấu áo đường, phù hợp với đường ô tô cấp cao, đường cao tốc
Mặt đường bê tông nhựa rỗng còn được gọi là mặt đường thoát nước hoặc mặt đường giảm tiếng ồn Do độ rỗng của lớp bê tông nhựa rỗng lớn (xấp xỉ 20%) có những ưu điểm như:
1 Giảm sự bắn nước và bụi nước, trượt trên mặt đường ướt
2 Giảm sự phản chiếu ánh sáng và độ chói đèn pha
3 Giảm tiếng ồn do xe chạy
4 Tăng sức kháng trượt
1
Trang 95 Hạn chế vệt hằn lún bánh xe.
Ở Việt Nam, việc nghiên cứu áp dụng kết cấu mặt đường bê tông nhựa rỗng còn hạn chế, và chưa có những nghiên cứu sâu về dạng kết cấu này Đến nay chỉ có 1 công trình thử nghiệm bê tong nhựa rỗng (được gọi là lớp thoát nước-OGDM) theo công nghệ của Hãng ESSO vào năm 1994, sử dụng nhựa cải thiện của ESSO trên đường Bắc Thăng Long-Nội Bài với chiều dài là 500 m Viện Khoa học và Công nghệ GTVT cùng với Hãng ESSO nghiên cứu chế tạo, giám sát thi công và đánh giá chất lượng lớp phủ này Đến nay chất lượng lớp phủ bê tông nhựa rỗng còn tốt Đầu năm 2012, Công
ty Taiyu Kensetsu Co., Ltd-Nhật Bản trình với Bộ GTVT để mang công nghệ BTNR vào Việt Nam Theo nhiệm vụ được Bộ GTVT giao, Viện Khoa học và Công nghệ GTVT (trực tiếp là Phòng thí nghiệm Trọng điểm đường bộ 1) tiến hành đánh giá chất lượng BTNR theo công nghệ Nhật Bản
Với những ưu điểm nêu trên của bê tông nhựa rỗng, việc nghiên cứu ứng dụng bê tông nhựa rỗng dùng cho đường ô tô cấp cao và đường cao tốc ở Việt Nam là rất cần thiết, nhất là khi hệ thống đường cao tốc đang và sẽ phát triển mạnh ở Việt Nam
2 Mục tiêu nghiên cứu của đề tài
Qua kết quả nghiên cứu lý thuyết và thực nghiệm trong phòng, phân tích được những đặc thù của bê tông nhựa rỗng, thiết kế được hỗn hợp bê tông nhựa rỗng phù hợp làm cơ sở nghiên cứu áp dụng bê tông nhựa rỗng để áp dụng cho đường ô tô cấp cao, đường cao tốc Việt Nam trong tương lai gần
3 Kết cấu luận văn
Nội dung của luận văn gồm các chương sau:
Mở đầu
Chương 1 Nghiên cứu tổng quan về bê tông nhựa rỗng
Chương 2 Nghiên cứu đặc tính kỹ thuật của vật liệu bê tông nhựa rỗng
Chương 3 Nghiên cứu phương pháp thiết kế hỗn hợp bê tông nhựa rỗng
Chương 4 Nghiên cứu thực nghiệm trong phòng về bê tông nhựa rỗng
Kết luận và kiến nghị
2
Trang 10CHƯƠNG 1
NGHIÊN CỨU TỔNG QUAN VỀ BÊ TÔNG NHỰA RỖNG
1.1 Khái niệm, tính năng của bê tông nhựa rỗng
1.1.1 Khái niệm về bê tông nhựa rỗng
3