Nghiên cứu sử dụng vôi thủy hóa làm phụ gia cải thiện một số chỉ tiêu cơ học của bê tông nhựa trong điều kiện khu vực phía nam báo cáo tổng kết đề tài nghiên cứu khoa học cấp trường

Hình 1.6 Hằn lún vệt bánh xe 1.2 Tổng quan về tình hình nghiên cứu sử dụng vôi thủy hóa làm phụ gia cho BTN ở trong nước và ngoài nước: a Nghiên cứu sử dụng vôi thủy hóa trên thế giới

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI

BÁO CÁO TỔNG KẾT

ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC CẤP TRƯỜNG

NGHIÊN CỨU SỬ DỤNG VÔI THỦY HÓA LÀM PHỤ GIA CẢI THIỆN MỘT

SỐ CHỈ TIÊU CƠ HỌC CỦA BÊ TÔNG NHỰA TRONG ĐIỀU KIỆN KHU VỰC

PHÍA NAM

Mã số: T2019-PHII-013 Chủ nhiệm đề tài: TS Lê Văn Phúc Thời gian thực hiện: 01/2019-12/2019

DANH SÁ CH NHỮNG THÀNH VIÊN THAM GIA NGHIÊN CỨU ĐỀ TÀI

TỔ CHỨC PHỐI HỢP CHÍNH

Tên đơn vị

trong và ngoài nước Nội dung phối hợp nghiên cứu

Họ và tên người đại diện đơn vị

Kinh phí hỗ trợ Công ty cổ phần UTC2 + Chế bị mẫu thí nghiệm

Marshall

+ Thí nghiệm hằn lún vệt bánh

xe

+ Đánh giá các chỉ tiêu Marhall

+ Thí nghiệm kéo gián tiếp (nén

ép chẽ)

+ Thí nghiệm mô đun đàn hồi tĩnh

Ths Nguyễn Văn Nhẫn- Phó Giám đốc Công ty

TT Họ và tên lĩnh vực chuyên môn Đơn vị công tác và

Nội dung nghiên cứu cụ thể được giao

Chữ ký

1 TS Lê Văn Phúc

Bộ môn Đường bộ-đường sắt, Khoa Xây dựng công trình, Phân hiệu Trường ĐH GTVT tại TPHCM, Đường bộ

Thành viên chính

3 ThS Nguyễn Thanh

Phong

Trưởng phòng thí nghiệm, Công ty Cổ phần UTC2, Đường bộ

Thành viên chính

4 KS Đặng Đình Tài

Phó trưởng phòng thí nghiệm, Công ty Cổ phần UTC2, Đường bộ

Thành viên

MỤC LỤC

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU CHỮ VIẾT TẮT iv

DANH MỤC CÁC BẢNG v

DANH MỤC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ vi

PHẦN MỞ ĐẦU 1

I Tính cấp thiết của đề tài 1

II Mục tiêu nghiên cứu của đề tài 1

III Đối tượng nghiên cứu 1

IV Phạm vi nghiên cứu: 1

V Phương pháp nghiên cứu: 2

VI Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài: 2

VII Nội dung nghiên cứu 2

CHƯƠNG 1: 3

TỔNG QUAN TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU SỬ DỤNG VÔI THỦY HOÁ LÀM PHỤ GIA CHO BTN Ở TRONG VÀ NGOÀI NƯỚC 3

1.1 Nghiên cứu tổng quan về các phá hoại trong bê tông nhựa dưới tác dụng của nhiệt-ẩm ướt 3

1.2 Tổng quan về tình hình nghiên cứu sử dụng vôi thủy hóa làm phụ gia cho BTN ở trong nước và ngoài nước: 6

1.3 Kết luận chương 1 10

CHƯƠNG 2: THU THẬP SỐ LIỆU KHÍ HẬU, THỦY VĂN, VỀ VẬT LIỆU CHẾ TẠO BTN VÀ ĐÁNH GIÁ THỰC TRẠNG SẢN XUẤT VÀ KHAI THÁC MẶT ĐƯỜNG BTN Ở KHU VỰC PHÍA NAM 11

2.1 Đánh giá thực trạng sản xuất và khai thác mặt đường BTN ở khu vực phía Nam 11

2.2 Thu thập số liệu về vật liệu chế tạo BTN 12

2.3 Thu thập số liệu về khí hậu, thủy văn 18

2.4 Kết luận chương 2 19 CHƯƠNG 3: CƠ SỞ LÝ THUYẾT NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM SỬ DỤNG VÔI THỦY HÓA CHẾ TẠO BÊ TÔNG NHỰA TRONG PHÒNG THÍ NGHIỆM 20

3.1 Cơ sở lý thuyết nghiên cứu thực nghiệm sử dụng vôi thủy hóa chế tạo bê tông

nhựa trong phòng thí nghiệm 20

3.2 Thí nghiệm xác định các chỉ tiêu cơ lý của vật liệu dùng chế tạo BTN 21

3.2.1 Cốt liệu thô 21

3.2.2 Bột khoáng 22

3.2.3 Vôi thủy hóa 23

3.2.4 Nhựa đường 23

3.3 Thiết kế thành phần BTNC12.5 sử dụng vôi thủy hóa và không sử dụng vôi thủy hóa 24

3.3.1 Thiết kế thành phần cấp phối BTNC 12.5 không sử dụng vôi thủy hóa 24

3.3.2 Thiết kế thành phần cấp phối BTNC 12.5 có sử dụng vôi thủy hóa 26

3.3.2.1 Quy trình chế tạo BTNC 12.5 sử dụng vôi thủy hóa 26

3.3.2.2 Thí nghiệm các chỉ tiêu cơ lý của BTN có sử dụng vôi thủy hóa để lựa chọn hàm lượng vôi tối ưu 27

3.4 Kết luận chương 3 28

CHƯƠNG 4: NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM TRONG PHÒNG, ĐÁNH GIÁ ĐỘ ỔN ĐỊNH NƯỚC, TUỔI THỌ VÀ TÍNH HIỆU QUẢ SỬ DỤNG VÔI THỦY HÓA LÀM PHỤ GIA CHẾ TẠO BTN MẶT ĐƯỜNG 30

4.1 Thí nghiệm đánh giá độ ổn định nước của BTN sử dụng vôi thủy hóa theo tiêu chuẩn ASTM D4867M-96 30

4.1.1 Xác định số công đầm 31

4.1.2 Quy trình thí nghiệm theo ASTM D4867 [2] 31

4.2 Thí nghiệm kéo gián tiếp 34

4.3 Thí nghiệm mô đun đàn hồi tĩnh 34

4.4 Thí nghiệm hằn lún vệt bánh xe 36

4.5 Thí nghiệm mô đun đàn hồi động của bê tông nhựa có sử dụng vôi 37

4.6 Đánh giá tuổi thọ của BTN có sự dụng vôi thủy hóa bằng phần mềm MEPDG39 4.7 Đánh giá hiệu quả kinh tế khi dùng BTN sử dụng 15% vôi thủy hóa làm mặt đường 43

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 45

I KẾT LUẬN 45

II KIẾN NGHỊ 45

THAM KHẢO 47

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU CHỮ VIẾT TẮT

Bộ GTVT : Bộ Giao thông Vận tải

BTNC 12,5 : Bê tông nhựa chặt có cỡ hạt lớn nhất danh định là 12,5 mm BTNC 19 : Bê tông nhựa chặt có cỡ hạt lớn nhất danh định là 19 mm

MEPDG : Phương pháp cơ học thực nghiệm

TP HCM : Thành phố Hồ Chí Minh

Trường ĐH GTVT : Trường Đại học Giao thông Vận tải

60/70 : Nhựa đường độ kim lún 60-70

DANH MỤC CÁC BẢNG

Bảng 2.1 Kết quả thí nghiệm cường độ đá gốc 14

Bảng 2.2 Kết quả thí nghiệm cơ lý đá 10x16 14

Bảng 2.3 Kết quả thí nghiệm cơ lý đá 5x10 14

Bảng 2.4 Kết quả thí nghiệm cơ lý đá 0x5 14

Bảng 2.5 Kết quả thí nghiệm nhựa đường 60/70 theo chuẩn PG [14] 17

Bảng 3.1 Khối lượng mẫu thí nghiệm 20

Bảng 3.2 Kết quả thí nghiệm các chỉ tiêu cơ lý cốt liêu thô 22

Bảng 3.3 Kết quả thí nghiệm bột khoáng 23

Bảng 3.4 Kết quả thí nghiệm vôi thủy hóa 23

Bảng 3.5 Các chỉ tiêu cơ lý của nhựa đường 60/70 24

Bảng 3.6 Kết quả thí nghiệm xác định chỉ tiêu kỹ thuật BTN sử dụng vôi thủy hóa 28

Bảng 4.1 Khối lượng mẫu thí nghiệm 30

Bảng 4.2 Mô đun đàn hồi động E* (Mpa) BTNC 12.5 41

Bảng 4.3 Mô đun đàn hồi động E* (Mpa) BTNC 19 41

Bảng 4.4 Mô đun đàn hồi động E* (Mpa) BTNC 12.5+15% vôi 41

Bảng 4.5 Các tiêu chuẩn giới hạn thiết kế 42

Bảng 4.6 Kết quả phân tích kết cấu KC1 và KC2 42

Bảng 4.7 Đơn giá bê tông nhựa C12.5 (tấn) 43

Bảng 4.8 Tổng hợp chi phí sản xuất các loại BTNC12.5 có và không có sử dụng vôi thủy hóa 44

DANH MỤC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ

Hình 1.1 Cơ chế hư hỏng mặt đường BTN do hơi ẩm, nước mặt và tải trọng bánh xe 3

Hình 1.2 Các dạng hư hỏng BTN: (a)- ổ gà; (b)- tách lớp 4

Hình 1.3 Các dạng hư hỏng BTN: (a)- gồ sống trâu; (b)- nứt lề đường 4

Hình 1.4 Hư hỏng mặt đường BTN theo thời gian 5

Hình 1.5 Vết nứt mặt đường BTN 6

Hình 1.6 Hằn lún vệt bánh xe 6

Hình 3.1 Đường cong cấp phối BTN C12.5 25

Hình 3.2 Kết quả thí nghiệm các hàm lượng nhựa của BTN C12.5 26

Hình 3.3 Trang thiết bị thí nghiệm 28

Hình 4.1 Biều đồ quan hệ giữa độ rỗng dư và số công đầm: (a) BTNC 12.5 thông thường; (b) BTNC 12.5 sử dụng vôi thủy hóa 31

Hình 4.2 Cường độ kéo gián tiếp của BTN thường và BTN sử dụng vôi 32

Hình 4.3 Tỷ số sức kháng kéo của BTN thường và BTN sử dụng vôi 33

Hình 4.4 Cường độ kéo gián tiếp của BTN thường và BTN sử dụng vôi 34

Hình 4.5 Thí nghiệm mô đun đàn hồi tĩnh 35

Hình 4.6 Kết quả thí nghiệm mô đun đàn hồi tĩnh 35

Hình 4.7 Thiết bị thí nghiệm vệt hằn bánh xe và kết quả thí nghiệm 36

Hình 4.8 Kết quả TN hằn lún vệt bánh xe của BTN thường và BTN sử dụng vôi 37

Hình 4.9 Kết quả thí nghiệm BTN thông thường 38

Hình 4.10 Kết quả thí nghiệm BTN sử dụng vôi thủy hóa 38

Hình 4.11 Đường cong chủ mô đun đàn hồi động BTN có và không có sử dụng vôi thủy hóa 39 Hình 4.12 Các kết cấu mặt đường nghiên cứu 40

PHẦN MỞ ĐẦU

I Tính cấp thiết của đề tài

Với sự biến đổi khí hậu của trái đất ngày càng nghiêm trọng, cùng với việc phát triển kinh tế, lưu lượng và tải trọng xe tăng lên, nhiều xe quá tải dẫn đến mặt đường ô tô xuất hiện nhiều vết nứt, ổ gà và hằn lún vệt bánh xe đòi hỏi phải có những nghiên cứu khắc phục Một trong những giải pháp là phải tìm ra những vật liệu mới phù hợp với điều kiện biến đổi khí hậu Trong giai đoạn hiện nay, hầu hết việc sử dụng bê tông nhựa thông thường 60/70 cho tất cả các loại mặt đường, các điều kiện thời tiết khác nhau Với những đường có lưu lượng xe lớn, tải trọng nặng, hay bị ngập nước cần phải tăng cường đặc tính

cơ học của bê tông nhựa có khả năng chịu được các điều kiện trên

Kết cấu mặt đường nhựa làm việc trong điều kiện nhiệt-ẩm ướt Nếu sự dính bám giữa bề mặt cốt liệu và chất kết dính không tốt sẽ dẫn tới phá vỡ sự dính kết giữa các hạt cốt liệu và chất kết dính dưới tác dụng tải trọng, đây chính là nguyên nhân gây ra các hiện tượng ổ gà trên mặt đường

Để khắc phục hoặc hạn chế hiện tượng ổ gà trên mặt đường cần sử dụng bê tông nhựa có tính dính bám tốt trong môi trường ẩm ướt, bằng cách cải tiến tính dính bám của nhựa với cốt liệu Hiện nay trên thế giới sử dụng phụ gia để tăng cường dính bám giữa cốt liệu với nhựa như dùng vôi thủy hóa, phụ gia hóa học Trong đó, BTN dùng nhựa 60/70 kết hợp vôi thủy hóa được sử dụng phổ biến ở các nước trên thế giới để sửa chữa các vị trí hư hỏng ổ gà trên mặt đường cũng như việc xây dựng mới mặt đường bê tông nhựa Tuy nhiên, hiện ở Việt Nam vẫn chưa có nhiều các nghiên cứu sử dụng vôi thủy hóa để tăng đặc tính cơ học của bê tông nhựa dưới phá hoại nước Do vậy việc “Nghiên cứu sử dụng vôi thủy hóa làm phụ gia cải thiện một số chỉ tiêu cơ học của bê tông nhựa trong điều kiện khu vực phía Nam” có tính thời sự và cấp thiết hiện nay

II Mục tiêu nghiên cứu của đề tài

Nghiên cứu thực nghiệm trong phòng, đánh giá hiệu quả kinh tế kỹ thuật của bê tông nhựa (BTN) sử dụng vôi thủy hóa làm mặt đường mềm trong điều kiện nhiệt-ẩm ướt ở khu vực phía Nam

III Đối tượng nghiên cứu

Đối tượng nghiên cứu là BTNC 12.5 sử dụng vôi thủy hóa làm mặt đường mềm

IV Phạm vi nghiên cứu

Nghiên cứu thực nghiệm trong phòng để cải thiện một số chỉ tiêu cơ học của bê tông

nhựa BTNC 12.5 trong điều kiện nhiệt-ẩm ướt khi sử dụng phụ gia vôi thủy hóa, nhựa

đường 60/70 và cốt liệu

V Phương pháp nghiên cứu

- Phương pháp nghiên cứu lý thuyết: Phương pháp phân tích và tổng hợp lý thuyết

- Phương pháp thực nghiệm: Thí nghiệm và phân tích, đánh giá các tính chất cơ học của BTN sử dụng phụ gia, trong thực nghiệm có dùng phương pháp đối chứng để so sánh với các tính chất của BTN thông thường và các quy định của tiêu chuẩn hiện hành

để có kết luận cho mục tiêu nghiên cứu

VI Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài

- Ý nghĩa khoa học

Xác định được hàm lượng phụ gia vôi thủy hóa tối ưu cho BTN trên cơ sở thay đổi hàm lượng vôi thay thế một phần bột khoáng trong BTN sử dụng nhựa đường 60/70 và cốt liệu

- Ý nghĩa thực tiễn

Đề xuất giải pháp sử dụng phụ gia vôi thủy hóa trong chế tạo hỗn hợp bê tông nhựa nhằm nâng cao chất lượng mặt đường trong quá trình khai thác

VII Nội dung nghiên cứu

- Tổng quan tình hình nghiên cứu sử dụng vôi thủy hoá làm phụ gia cho BTN ở trong và ngoài nước;

- Thu thập số liệu khí hậu, thuỷ văn, vật liệu cho BTN và đánh giá thực trạng sản xuất và khai thác mặt đường BTN ở khu vực phía Nam;

- Cơ sở lý thuyết nghiên cứu thực nghiệm sử dụng vôi thủy hóa chế tạo bê tông nhựa trong phòng thí nghiệm;

- Nghiên cứu thực nghiệm trong phòng, đánh giá độ ổn định nước, phân tích tuổi thọ kết cấu mặt đường BTN sử dụng vôi thủy hóa ở khu vực phía Nam;

- Đánh giá hiệu quả kinh tế kỹ thuật việc sử dụng vôi thủy hóa để chế tạo bê tông nhựa làm mặt đường ô tô ở khu vực phía Nam

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU SỬ DỤNG VÔI THỦY HOÁ LÀM

PHỤ GIA CHO BTN Ở TRONG VÀ NGOÀI NƯỚC

Nội dung của chương tập trung phân tích tổng quan về các phá hoại của bêtông nhựa (BTN) dưới tác dụng của nhiệt-ẩm ướt Từ đó tiến hành nghiên cứu tổng quan

về bêtông nhựa dùng phụ gia vôi thủy hóa làm mặt đường bêtông nhựa ở Việt Nam và trên thế giới

1.1 Nghiên cứu tổng quan về các phá hoại trong bê tông nhựa dưới tác dụng của nhiệt-ẩm ướt

a) Hư hỏng mặt đường bê tông nhựa do ẩm ướt

Cơ chế phá hoại của mặt đường bêtông nhựa dưới tác dụng của tải trọng, nhiệt- ẩm

ướt được thể hiện như hình vẽ 1.1

Hình 1.1 Cơ chế hư hỏng mặt đường BTN do hơi ẩm, nước mặt và tải trọng bánh

xe Các hư hỏng được đánh giá theo hai trường hợp:

➢ Trường hợp thứ nhất, cốt liệu của bêtông nhựa có thể bị ẩm trong quá trình chế tạo, cùng với sự xuất hiện các lỗ rỗng trong lớp BTN do quá trình thi công do lu lèn không đạt độ chặt thiết kế, dưới tác dụng của tải trọng xe làm áp lực lỗ rỗng gia tăng, cộng với sự liên kết của màng bitum với cốt liệu và bột khoáng rất kém do hơi ẩm làm cốt liệu mất hoàn toàn khả năng liên kết với màng bitum, dẫn đến vật liệu BTN bị phân rã (Hình 1.1a) Bên cạnh đó, khi biên độ chênh lệch nhiệt độ ngày đêm quá lớn làm xuất hiện các rạn nứt tế vi bên trong vật liệu BTN do co ngót vì nhiệt Khi gặp điều kiện có nước mặt, dưới sự tác động trùng phục của tải trọng dưới bánh xe đi tới, nước bị bánh

xe dồn ép vào trong các khe nứt như nêm thuỷ lực làm phát triển, mở rộng các khe

rã ra khỏi các khe nứt (Hình 1.1.b) Dưới tác dụng trùng phục của tải trọng xe, đặc biệt là xe quá tải và nhiệt độ cao càng làm vật liệu bị phân rã mạnh, gây mất mát vật liệu và hình thành các dạng hư hỏng như các ổ gà, tách lớp hay rỗ tổ ong như tổng hợp như hình 1.2 [1]

Hình 1.2 Các dạng hư hỏng BTN: (a)- ổ gà; (b)- tách lớp

➢ Trường hợp thứ hai, khi mặt đường BTN hứng chịu những đợt mưa kéo dài bất thường ngoài dự kiến của người thiết kế và thi công, gây ngập lụt, đọng nước, nước xâm nhập vào các vị trí trong các lớp móng, lớp cấp phối và cả các lớp áo đường có chất lượng lu lèn kém, vật liệu không đạt yêu cầu (đất nền yếu, hốc nước, nhiệt độ thảm không đạt, lớp kết dính kém ) Dưới tác dụng của tải trọng thiết kế gây đứt gẫy, lún cục bộ hoặc đẩy nổi cục bộ mặt đường BTN như một số dạng hư hỏng như nứt lề đường, gồ sống trâu hay lún cục bộ được tổng hợp như hình 1.3 [1]

Hình 1.3 Các dạng hư hỏng BTN: (a)- gồ sống trâu; (b)- nứt lề đường

ướt kết cấu áo đường có thể bị như hỏng như hình vẽ 1.4

Hình 1.4 Hư hỏng mặt đường BTN theo thời gian

Nguyên nhân chính của hiện tượng này là: Hàm lượng nhựa không đủ, Dính bám kém giữa cốt liệu và nhựa đường; Cốt liệu ẩm và không đảm bảo độ sạch; Chất lượng nhựa đường kém, nhựa đường hóa già; Đầm nén không đủ; Thi công vào điều kiện bất lợi

c) Nứt do mỏi

Dạng này xảy ra khi các tải trọng tác dụng gây ra ứng suất kéo vượt quá cường độ kéo của bê tông nhựa Dấu hiệu của dạng hư hỏng này là sự xuất hiện các vết nứt dài không liên tục theo vệt bánh xe, sau đố phát triển dần lên do một số điểm các vết nứt trong cấu trúc trong hỗn hợp nối lại với nhau hình thình bùng nứt lớn hơn Các vết nứt phát triển cho đến khi hình thành kiểu nứt rạn, rồi tiếp tục phát triển xuất hiện các “ổ gà” Hiện tượng nứt mỏi xảy ra thông thường do phối hợp các nguyên nhân: Tải trọng nặng trùng phục nhiều trên mặt đường, lưu lượng xe tải trọng nặng tăng vọt quá mức dự báo của thiết kế Ngoài ra mặt đường có bề dày nhỏ hay các lớp dưới yếu làm xuất hiện

độ võng lớn trên mặt đường khi có tác dụng của tải trọng Độ võng mặt đường lớn làm tăng ứng suất kéo ở phía đáy của lớp bê tông nhựa làm phát sinh vết nứt Chất lượng xây dựng kém, đầm nén không đủ, thi công trong thời tiết bất lợi, hàm lượng nhựa thiếu, thoát nước mưa mặt đường kém làm giảm cường độ của nền móng bằng vật liệu không gia cố cũng góp phần làm tăng khả năng phát sinh vết nứt hay chất lượng lớp dính bám kém làm tăng ứng suất kéo dưới đáy bê tông nhựa [1] Hình ảnh nứt do mỏi vật liệu được thể hiện hình 1.5

Hình 1.5 Vết nứt mặt đường BTN

d) Hằn lún vệt bánh xe: là dạng hư hỏng do hỗn hợp vật liệu mặt đường di chuyển

khi chị tải trọng tác dụng của bánh xe Mặt đường biến dạng không hồi phục tạo rãnh dọc tuyến tại vị trí bánh xe nặng trùng phục Hiện tượng này có thể xảy ra do hiện tượng đầm nén thứ cấp của tải trọng giao thông hay hỗn hợp mất ổn định trong trạng thái dẻo – chảy, thông thường do cả hai và phụ thuộc vào điều kiện nhiệt độ môi trường và tải trọng Hình

vẽ hàn lún vệt bánh xe thể hiện hình 1.6

Hình 1.6 Hằn lún vệt bánh xe

1.2 Tổng quan về tình hình nghiên cứu sử dụng vôi thủy hóa làm phụ gia cho BTN

ở trong nước và ngoài nước:

a) Nghiên cứu sử dụng vôi thủy hóa trên thế giới

Vôi thủy hóa làm phụ gia cho bê tông nhựa được sử dụng ở các nước trên thế giới, nhiều nghiên cứu đã chứng minh tính hiệu quả của việc sử dụng vôi thủy hóa làm phụ gia để tăng cường tính chất cơ học của bê tông nhựa [2]:

Ở Mỹ sử dụng vôi thủy hóa dùng làm phụ gia cho bê tông nhựa từ thập niên 70s, với hàm lượng vôi thủy hóa thông thường từ 1-1.5% của cốt liệu để thay thế một phần

bột khoáng trong bê tông nhựa Nhằm cải thiện tính ổn định nước của bê tông nhựa trong môi trường ẩm ướt

Ở Đan Mạch sử dụng vôi thủy hóa dùng làm phụ gia cho bê tông Nhựa từ giữa thập niên 80s, với hàm lượng vôi thủy hóa thông thường từ 1-1.5% của cốt liệu để thay thế một phần bột khoáng trong bê tông nhựa Nhằm cải thiện đặc tính ổn định nước cho

bê tông nhựa

Ở Pháp sử dụng vôi thủy hóa dùng làm phụ gia cho bê tông Nhựa trước năm

1945, với hàm lượng vôi thủy hóa thông thường từ 1-1.5% của cốt liệu để thay thế một phần bột khoáng trong bê tông nhựa Nhằm cải thiện đặc tính cơ học cho bê tông nhựa dưới phá hoại của môi trường ẩm ướt

Ở Bỉ sử dụng vôi thủy hóa dùng làm phụ gia để cải thiện đặc tính ổn định nước cho bê tông nhựa từ những thập niên 80s, với hàm lượng vôi thủy hóa thông thường từ 1.5% của cốt liệu để thay thế một phần bột khoáng trong bê tông nhựa

Ở Phần Lan sử dụng vôi thủy hóa dùng làm phụ gia cho bê tông nhựa, với hàm lượng vôi thủy hóa thông thường từ 1.0-2.0% của cốt liệu để thay thế một phần bột khoáng trong bê tông Nhựa Nhằm cải thiện đặc tính cơ học cho bê tông nhựa

Ở Ý sử dụng vôi thủy hóa dùng làm phụ gia cho bê tông nhựa từ giữa thập niên 90s, với hàm lượng vôi thủy hóa thông thường từ 1.0-2.0% của cốt liệu để thay thế một phần bột khoáng trong bê tông Nhựa Nhằm cải thiện tính ổn định nước cho bê tông nhựa dưới phá hoại của môi trường ẩm ướt

Ở Hà Lan sử dụng vôi thủy hóa dùng làm phụ gia cho bê tông Nhựa từ giữa thập niên 90s, với hàm lượng vôi thủy hóa thông thường từ 2.0% của cốt liệu để thay thế một phần bột khoáng trong bê tông nhựa Nhằm cải thiện tính ổn định nước và chống lão hóa cho bê tông nhựa

Ở Cộng hòa Séc sử dụng vôi thủy hóa dùng làm phụ gia để cải thiện đặc tính ổn định nước và kháng lún cho bê tông nhựa từ năm 1996, với hàm lượng vôi thủy hóa thông thường từ 1.5% của cốt liệu để thay thế một phần bột khoáng trong bê tông Nhựa

Ở Thụy Điển sử dụng vôi thủy hóa dùng làm phụ gia cho bê tông nhựa từ năm

1998, với hàm lượng vôi thủy hóa thông thường từ 1.0% của cốt liệu để thay thế một phần bột khoáng trong bê tông nhựa Nhằm cải tính thiện tính ổn định nước và chống lão hóa cho bê tông nhựa

Ở Ba Lan sử dụng vôi thủy hóa dùng làm phụ gia cho bê tông Nhựa từ năm 1998, với hàm lượng vôi thủy hóa thông thường từ 1.0-3.0% của cốt liệu để thay thế một phần bột khoáng trong bê tông nhựa Nhằm cải thiện tính ổn định nước cho bê tông nhựa

Ở Đức sử dụng vôi thủy hóa dùng làm phụ gia cho bê tông Nhựa từ năm 2000, với hàm lượng vôi thủy hóa thông thường từ 1.0-1.5% của cốt liệu để thay thế một phần bột khoáng trong bê tông nhựa Nhằm cải thiện đặc tính cơ học cho bê tông nhựa dưới phá hoại của môi trường ẩm ướt

Ở Bồ Đồ Nha sử dụng vôi thủy hóa dùng làm phụ gia cho bê tông Nhựa từ năm

2000, với hàm lượng vôi thủy hóa thông thường từ 1.0-2.0% của cốt liệu để thay thế một phần bột khoáng trong bê tông nhựa Nhằm cải thiện tính ổn định nước cho bê tông nhựa

Ở Anh sử dụng vôi thủy hóa dùng làm phụ gia cho bê tông Nhựa từ năm 2000, với hàm lượng vôi thủy hóa thông thường từ 1.0-2.0% của cốt liệu để thay thế một phần bột khoáng trong bê tông nhựa Nhằm cải thiện tính ổn định nước cho bê tông nhựa

Ở Ireland sử dụng vôi thủy hóa dùng làm phụ gia cho bê tông Nhựa từ năm 2001, với hàm lượng vôi thủy hóa thông thường 2.0% của cốt liệu để thay thế một phần bột khoáng trong bê tông nhựa Nhằm cải thiện tính ổn định nước và khả năng kháng lún cho

bê tông nhựa dưới phá hoại của môi trường ẩm ướt

Ở Úc sử dụng vôi thủy hóa dùng làm phụ gia cho bê tông nhựa từ năm 2003, với hàm lượng vôi thủy hóa thông thường từ 1.5-3.5% của cốt liệu để thay thế một phần bột khoáng trong bê tông nhựa Nhằm cải thiện đặc tính ổn định nước và khả năng kháng lún cho bê tông nhựa

Ở Tây Ban Nha sử dụng vôi thủy hóa dùng làm phụ gia cho bê tông Nhựa từ năm

2004, với hàm lượng vôi thủy hóa thông thường từ 1.0-2.0% của cốt liệu để thay thế một phần bột khoáng trong bê tông nhựa Nhằm cải thiện tính ổn định nước cho bê tông nhựa

Ở Thụy sĩ sử dụng vôi thủy hóa dùng làm phụ gia cho bê tông Nhựa từ năm 2006, với hàm lượng vôi thủy hóa thông thường từ 1.5% của cốt liệu để thay thế một phần bột khoáng trong bê tông nhựa Nhằm cải thiện tính ổn định nước và chống lão hóa cho bê tông nhựa

Ở Romani sử dụng vôi thủy hóa dùng làm phụ gia cho bê tông nhựa từ năm 2007, với hàm lượng vôi thủy hóa thông thường 2.0% của cốt liệu để thay thế một phần bột khoáng trong bê tông Nhựa Nhằm cải thiện tính ổn định nước và kháng lún cho bê tông nhựa

Ở Slovakia sử dụng vôi thủy hóa dùng làm phụ gia cho bê tông Nhựa từ năm

2009, với hàm lượng vôi thủy hóa thông thường 2.0% của cốt liệu để thay thế một phần bột khoáng trong bê tông nhựa Nhằm cải thiện tính ổn định nước cho bê tông nhựa

Ở Hungary sử dụng vôi thủy hóa dùng làm phụ gia cho bê tông nhựa từ năm

2009, với hàm lượng vôi thủy hóa thông thường 2.0% của cốt liệu để thay thế một phần bột khoáng trong bê tông nhựa Nhằm cải thiện tính ổn định nước và khả năng kháng lún cho bê tông nhựa dưới phá hoại của môi trường ẩm ướt

Những năm gần đây nhiều nghiên cứu đã tiếp tục chứng minh hiệu quả của việc

sử dụng vôi thủy hóa trong bê tông nhựa như sau:

Aragão et al (2011) đã thí nghiệm với các hàm lượng vôi thủy hóa khác nhau trong bê tông nhựa, kết quả chứng minh rằng 1.0% là hàm lượng tối ưu để tăng cường độ

ổn định nước [3]

Cagri Gorkem và Burak Sengoz (2009) đã nghiên cứu ảnh hưởng hàm lượng vôi thủy hóa trong bê tông nhựa, tác giả đã kết luận rằng 1.5% là hàm lượng tối ưu cho khả năng ổn định nước trong bê tông nhựa [4]

Hicks RG và Scholz TV đã nghiên cứu rằng thêm 1.0-1.5% vôi thủy hóa trong bê tông nhựa tuổi thọ độ bền của bê tông nhựa tăng lên từ 20%-50% [5]

Hicks đã kết luận rằng vôi thủy hóa là phụ gia hữu hiệu nhất trong việc tăng cường tuổi thọ bê tông nhựa phá hoại của nước [6]

Ở Pháp vôi thủy hóa cho vào bê tông nhựa sử dụng cho lớp mặt đường kết quả quan sát rằng tuổi thọ độ bền tăng lên từ 20-25% [7]

b) Nghiên cứu sử dụng vôi thủy hóa ở trong nước

Năm 2016, PGS.TS Trần Thị Kim Đăng đã nghiên cứu ảnh hưởng của cốt liệu mịn và bột khoáng đến cường độ kéo uốn thành phần vữa nhựa trong hỗn hợp bê tông nhựa nóng kết quả cho thấy sử dụng vôi thủy hóa thay thế 20% và 30% bột khoáng đạt chuẩn có thể làm tăng cường độ kéo uốn của vữa nhựa so với vữa nhựa chỉ dùng bột khoáng đạt chuẩn [8]

Năm 2017, ThS.NCS Vũ Ngọc Phương đã nghiên cứu sử dụng phụ gia vôi thủy hóa trong việc tăng dính bám đá-nhựa đường cải thiện khả năng chống hằn lún vệt bánh

xe của mặt đường bê tông nhựa cho khu vực miền Bắc và miền Trung Tác giả chỉ dừng lại ở nghiên cứu xác định hàm lượng vôi tối ưu cho bê tông nhựa ở khu vực phía Bắc, tác

giả chưa thí nghiệm trong phòng theo tiêu chuẩn của Mỹ và chưa so sánh đưa ra giữa hai tiêu chuẩn Việt Nam và tiêu chuẩn Mỹ [9]

2 Nghiên cứu sử dụng BTN có sử dụng vôi thủy hóa để tăng đặc tính cường độ trong điều kiện nhiệt- ẩm ướt là hết sức cần thiết để từng bước áp dụng trong xây dựng đường ở Việt Nam

CHƯƠNG 2 THU THẬP SỐ LIỆU KHÍ HẬU, THỦY VĂN, VỀ VẬT LIỆU CHẾ TẠO BTN

VÀ ĐÁNH GIÁ THỰC TRẠNG SẢN XUẤT VÀ KHAI THÁC MẶT ĐƯỜNG BTN

Ở KHU VỰC PHÍA NAM

Nội dung của chương tập trung thu thập các số liệu về vật liệu chế tạo BTN như cốt liệu và nhựa đường cho khu vực phía Nam, đồng thời đánh giá thực trạng sản xuất và khai thác mặt đường BTN khu vực phía Nam

2.1 Đánh giá thực trạng sản xuất và khai thác mặt đường BTN ở khu vực phía Nam

Sản xuất hỗn hợp BTN cung cấp cho khu vực TP Hồ Chí Minh bao gồm một số công

ty uy tín như BMT Group là tập đoàn có chuỗi cung ứng tích hợp hoàn chỉnh cho sản phẩm hỗn hợp BTN từ sản xuất cốt liệu đến chế tạo sản phẩm hỗn hợp BTN và thi công công trình Hiện nay thì BMT là đơn vị cung cấp và thi công hàng đầu khu vực TP Hồ Chí Minh Nguồn cốt liệu chủ yếu mà BMT sử dựng cho hỗn hợp BTN là nguồn từ hai

mỏ đá có chất lượng tốt: cụm mỏ đá Tân Cang thuộc tỉnh Đồng Nai và mỏ đá Tân Đông Hiệp thuộc tỉnh Bình Dương

Tiếp đến là một số công ty như: Công ty TNHH Xây dựng Giao thông Bình An, Công

ty cổ phần bê tông Becamex (Becamex ACC)… Nguồn cốt liệu chủ yếu sử dụng cho hỗn hợp BTN là cốt liệu ở các mỏ đá Tân Cang, Tân Đông Hiệp, Phước Vĩnh và Tân Mỹ

Sự tăng trưởng nhanh của nền kinh tế trong những năm gần đây kéo theo tăng nhanh về lưu lượng và tải trọng trên đường TP HCM là khu vực trọng điểm phát triển kinh tế lưu, lượng giao thông lớn và TP HCM cũng là khu vực chịu ảnh hưởng lớn từ biến đổi khí hậu dẫn đến mặt đường BTN mau chóng hư hỏng

Trong thực tế, thiết kế xây dựng đường ở nước ta còn một số vấn đề tồn tại cần nghiên cứu giải quyết Trong đó vấn đề vượt tải và nhiệt độ mặt đường cần được quan tâm nhằm hạn chế hư hỏng mặt đường trong quá trình khai thác Đây là mối qua tâm hàng đầu của các nhà quản lý giao thông

Hiện nay rất nhiều tuyến đường tại TP HCM sau thời gian đưa vào sử dụng đã xuất hiện hiện tượng phổ biến như: xô dồn, nứt trượt, hằn lún vệt bánh xe, rạn nứt bong bật gây hư hỏng mặt đường và mất an toàn giao thông

Theo thống kê của Sở GTVT TP HCM một số năm gần đây số lượng các công

trình phải sửa chữa do hư hỏng mặt đường BTN Về vấn đề vượt tải, theo thống kê của

khu vực đường bộ VII trong năm gần đây cho thấy mức độ gia tăng nhanh chóng các loại

xe tải nặng trên một số tuyến quốc lộ khu vực Nam Bộ Từ đó nhận thấy mức độ tăng

trưởng về lưu lượng và tải trọng xe trên các quốc lộ là rất lớn Khi lưu lượng xe lớn, với tải trọng vượt tải tăng, tình trạng kẹt xe phổ biến, thời gian tác dụng tải trọng tăng ảnh hưởng rất lớn đến tuổi thọ mặt đường BTN Là nguyên nhân chính dẫn đến các hư hỏng

phổ biến cho mặt đường

2.2 Thu thập số liệu về vật liệu chế tạo BTN

a) Cốt liệu tại một số mỏ đá

Cốt liệu sử dụng cho xây dựng đường ô tô thường có nguồn gốc từ các loại đá tự nhiên, hoặc có thể là vật liệu nhân tạo (thường là vật liệu nhẹ, như sỉ lò cao) Cốt liệu bao gồm cốt liệu thô và cốt liệu mịn với chức năng tạo bộ khung chịu lực cho hỗn hợp, đóng vai trò rất quan trọng trong hỗn hợp bê tông nhựa Nó chiếm khoảng 92-:-96% tổng khối lượng trong bê tông nhựa và chiếm khoảng trên 30% giá thành của kết cấu mặt đường, vì vậy nó ảnh hưởng khá nhiều đến giá thành của kết cấu mặt đường

Một số vật liệu có nguồn gốc tự nhiên và nhân tạo phổ biến:

- Đá mác ma: Đá được hình thành từ các dòng nham thạch được làm nguội khi di chuyển lên bề mặt hoặc gần bề mặt của trái đất

- Đá trầm tích: Đá được hình thành từ quá trình trầm tích các mảnh đá phong hóa hoặc từ các thành phần vô cơ từ các xác động vật phân hóa Phân loại cử đá trầm tích theo thành phần khoáng vật chủ yếu như can xi (đá vôi, đá phấn ), silic (đá phiến cát, cát kết ) hoặc thành phần sét (sét kết )

- Đá biến chất: Là loại đá mác ma hoặc trầm tích đã trải qua quá trình chịu nhiệt

độ hay áp suất làm biến đổi cấu trúc khoáng vật của đá so với đá gốc ban đầu Các đá biến chất thường là đá kết tinh tự nhiên có dạng hạt có thể là hạt thô hoặc hạt mịn

- Cát là các mảnh đá tự nhiên được mài mòn do tác dụng của dòng nước, có kích thước nằm trong khoảng từ 75m đến 2.36mm Khi dùng cho hỗn hợp bê tông nhựa, cát

tự nhiên phải được yêu cầu chặt chẽ về hàm lượng hạt sét, bụi và hàm lượng các chất hữu

cơ có hại

- Sỉ lò cao là phụ pẩm của quá trình luyện thép, gang, đúc đồng Loại cốt liệu này thường xốp và sử dụng cho bê tông nhựa mặt đường sẽ cho độ nhám mặt đường cao Do xốp nên cốt liệu này hấp thụ nhiều nhựa, nên hàm lượng nhựa thường yêu cầu lớn hơn so với cốt liệu có nguồn gốc tự nhiên

Lựa chọn loại cốt liệu với tính chất khoáng vật học và hóa học hợp lý cho hỗn hợp bê

tông nhựa đóng vai trò quan trọng trong đặc tính sử dụng và độ bền khai thác của mặt đường bê tông nhựa Các tính chất cơ lý cơ bản (dung trọng, độ rỗng và cường độ) và tính chất hóa học/ hóa – lý học (như khả năng hút ẩm, tính dính bám với nhựa đường) là những hàm số phụ thuộc vào các tính chất khoáng vật học và hóa học của cốt liệu

Tính chất khoáng vật học của cốt liệu:

Các khoáng vật thường có trong thành phần của cốt liệu là khoáng vật silic, khoáng chất fenfát, sắt từ, các bon nát và các khoáng vật sét Tùy thuộc mỗi loại cốt liệu, các thành phần khoáng vật này có thể khác nhau Các tính chất của cốt liệu như (cường độ,

độ bền, độ ổn định với các hóa chất, đặc tính bề mặt, và hàm lượng các chất có hại ) cũng phụ thuộc vào các thành phần khoáng vật này Tuy nhiên, cho dù cốt lệu được hình thành từ các loại khoáng vật thành phần nhưng tính chất của cốt liệu có thể bị thay ddooirdo quá trình ô xy hóa, thủy hóa, phong hóa nên chỉ thành phần không thể quyết định được hoàn toàn tính chất của cốt liệu sử dụng trong hỗn hợp bê tông nhựa

Độ cứng (đặc tính mài mòn của cốt liệu) ảnh hưởng đến lực chống trượt của bê tông nhựa làm mặt đường Khi thí nghiệm đặc tính này của cốt liệu cho hỗn hợp BTN, người

ta có thể sử dụng thí nghiệm mài mòn cơ học đối với cốt liệu hoặc dùng thí nghiệm ăn mòn sử dụng hóa chất là axít (cho cốt liệu có thành phần khoáng vật cácbonát lớn)

Một yếu tố quan trọng đối với cốt liệu ảnh hưởng đến đặc tính khai thác của BTN mặt đường có liên quan đến thành phần khoáng vật của cốt liệu, đó là thành phần khoáng vật của lớp bao quanh cốt liệu và các thành phần chất có hại trong cốt liệu Cá chất này bao gồm: sét, sét phiến, bụi, ô xít sắt, thạch cao, muối hòa tan trong nước làm ảnh hưởng đến khả năng dính bám giữa cốt liệu và nhựa đường

Các tính chất hóa học của cốt liệu:

Tính chất hóa học của cốt liệu phụ thuộc vào thành phần hóa học của nó Tính chất hóa học của cốt liệu không ảnh hưởng quá lớn đến đặc tính khai thác của mặt đường BTN, ngoại trừ việc ảnh hưởng đến khả năng dính bám giữa cốt liệu và nhựa đường, mà

nó liên quan đế loại hình hư hỏng bong tróc của mặt đường

Theo kết quả thí nghiệm của phòng thí nghiệm Las – XD1398 thuộc công ty cổ phần UTC2 số liệu thí nghiệm cơ lý cốt liệu sử dụng cho hỗn hợp BTNC 12.5 của một số mỏ

đá được thống kê trong bảng 2.1, bảng 2.2, bảng 2.3 và bảng 2.4

Bảng 2.1 Kết quả thí nghiệm cường độ đá gốc

TT Chỉ tiêu thí nghiệm

Mỏ đá Tân Đông Hiệp

Mỏ đá Tân Cang

Mỏ đá Phước Vĩnh

Mỏ đá Tân Mỹ

TT Chỉ tiêu thí nghiệm

Mỏ đá Tân Đông Hiệp

Mỏ đá Tân Cang

Mỏ đá Phước Vĩnh

Mỏ đá Tân Mỹ

TT Chỉ tiêu thí nghiệm

Mỏ đá Tân Đông Hiệp

Mỏ đá Tân Cang

Mỏ đá Phước Vĩnh

Mỏ đá Tân Mỹ

TT Chỉ tiêu thí nghiệm

Mỏ đá Tân Đông Hiệp

Mỏ đá Tân Cang

Mỏ đá Phước Vĩnh

Mỏ đá Tân Mỹ

Phương pháp thử

1 Tỷ trọng (g/cm3) 2.67 2.62 2.64 2.62 TCVN

8860-7:2011

2

Hệ số đương lượng

TCVN 7:2011

bộ công trình Nhựa đường đóng một vài trò rất quan trọng trong việc hình thành cường

độ của hỗn hợp bê tông nhựa và cũng là một trong những yếu tố chủ yếu ảnh hưởng tới tuổi thọ và độ bền của mặt đường mềm trong quá trình khai thác Phân loại, lựa chọn loại nhựa đường phù hợp trong bê tông nhựa để đảm bảo hỗn hợp bê tông nhựa được sản xuất, thi công mang lại độ bền và tuổi thọ cao nhất trong quá trình khai thác cần phải được nghiên cứu, đánh giá và cập nhật;

Cùng với sự phát triển của ngành công nghiệp nhựa đường, các tiêu chuẩn thí nghiệm

và các phương pháp phân loại nhựa đường khác nhau ra đời Tùy theo điều kiện cụ thể, mỗi quốc gia sử dụng phương pháp phân loại cũng như sử dụng loại nhựa đường phù hợp với các điều kiện đặc thù

Nhựa đường gốc dầu mỏ đã được sử dụng rộng rãi như chất kết dính trong kết cấu áo đường mềm để tăng khả năng dính bám và chống lại ảnh hưởng xấu của thời tiết Các thuộc tính lưu biến của chất kết dính hết sức phức tạp, thay đổi từ đàn hồi sang trạng thái nhớt tùy thuộc vào giá trị tải trọng tác dụng và nhiệt độ Nó phải được hóa lỏng ở nhiệt

độ cao khi nhào trộn với cốt liệu và phải đảm bảo sự đàn hồi tại nhiệt độ thi công Ngoài

ra, nó không được quá cứng để tránh nứt do nhiệt

Một số tính chất cơ lý của nhựa đường ảnh hưởng đến quá trình khai thác của mặt đường:

Tính lão hóa của nhựa đường: Khi nhựa đường trong BTN mạt đường bị hóa già, làm cho độ kim lún và độ nhớt giảm, giảm độ dính bám trong hỗn hợp Cốt liệu trong hỗn hợp khi đó rất dễ bị bong bật Có mối quan hệ rõ ràng giữa độ rỗng dư của hỗn hợp và hiện tượng bong bật của mặt đường BTN do việc đẩy nhanh quá trình lão hóa của nhựa

Độ cứng của nhựa đường: Độ cứng nhựa đường thấp sẽ làm tăng nguy cơ hằn lún vệt bánh xe;

Độ kim lún, độ nhớt và các chỉ tiêu tính nhạy cảm với nhiệt độ (PI, PVN) là những chỉ tiêu quan trọng liên quan trực tiếp đến hình thức hư hỏng mặt đường BTN dạng nứt không liên quan đến tải trọng, nứt do ứng suất nhiệt, nứt tại nhiệt độ thấp và nứt phản ánh;

Nhựa đường có độ kim lún nhỏ, độ nhớt lớn sẽ cho khả năng chống lại hình thành vệt lún bánh xe tốt hơn, tuy nhiên nếu độ kim lún nhỏ sẽ song hành với nguy cơ gãy nứt mặt đường BTN ở nhiệt độ thấp Việc sử dụng bột khoáng và vôi thủy hóa thay thế một phần bột khoáng trong BTN thực chất làm tăng độ nhớt tổng cộng của vữa nhựa làm tăng khả năng dính bám tốt cho BTN làm tăng khả năng chống lại sự hình thành vệt lún, khắc phục hạn chế hư hỏng BTN mặt đường do nhiệt - ẩm ướt và biến đổi khí hậu

Hiện nay ở Việt Nam vẫn sử dụng phân loại theo độ kim lún Các tiêu chuẩn phân loại nhựa ở Việt Nam bao gồm TCVN 7493 : 2005 [11], Thông tư 27/BGTVT [12] với nhựa thường, và 22TCN 319-04 [13] đối với nhựa polymer Đối với nhựa thường tùy theo giá trị của độ kim lún mà sẽ có 6 mác nhựa khác nhau từ loại mềm nhất 200/300 tới loại cứng nhất 20/30 Trong đó loại bitum độ kim lún 60/70 đang được sử dụng để sản xuất BTN cho hầu hết các dự án và ở khắp các khu vực khác nhau của Việt Nam với các điều kiện nhiệt độ và tải trọng khác nhau Đây là điều bất cập vì việc chọn loại nhựa chưa xem xét đến điều kiện khí hậu và điều kiện tải trọng cũng như quá trình khai thác, dẫn đến những hư hỏng mặt đường xảy ra phổ biến trong thời gian qua, từ đó cho thấy việc nghiên cứu sử dụng nhựa 40/50 ở Việt Nam là cần thiết, có ý nghĩa khoa học, có tính thời sự;

Hệ thống Superpave với phương pháp phân loại nhựa đường theo đặc tính sử dụng

PG có nhiều ưu điểm, các nước trên thế giới và trong khu vực đã và đang nghiên cứu, áp dụng Nghiên cứu phương pháp phân loại nhựa đường theo đặc tính sử dụng ở Việt Nam nhằm chọn được mác nhựa phù hợp tùy thuộc nhiệt độ, tải trọng xe chạy, tốc độ dòng xe

BGTVT [12]; đồng thời ký hợp đồng, gửi mẫu cho Viện Kỹ thuật và công nghệ xây dựng Hàn Quốc (KICT) để thí nghiệm theo chuẩn PG;

Kết quả thí nghiệm tại Viện cho thấy, 5 mẫu nhựa đường 60/70 đều thỏa mãn quy định của Thông tư 27/2014/TT-BGTVT [12];

Kết quả thí nghiệm tại Hàn Quốc cho thấy 5 mẫu nhựa 60/70 đều tương đương với mác nhựa đường PG 64-16 theo quy định của Tiêu chuẩn phân cấp nhựa đường PG trong Bảng 2.5 [14]

Bảng 2.5 Kết quả thí nghiệm nhựa đường 60/70 theo chuẩn PG [14]

TT Chỉ tiêu thí nghiệm Đơn vị Kết quả thí nghiệm thuật M 320 Yêu cầu kỹ

Mẫu 1 Mẫu 3 Mẫu 5 Mẫu 7 Mẫu 8

I Thí nghiệm trên mẫu nhựa gốc

III Thí nghiệm trên mẫu nhựa đường thu được sau thí nghiệm trong bình áp lực lão hóa (PAV) ở

100 o C trong 20 giờ ở áp lực 2.10 MPa (R 28)

1 Thí nghiệm cắt động lưu biến (DSR), T 315, G*.sinδ ở các nhiệt độ :

+ 31 o C kPa 1252.0 2093.0 2041.0 1792.5 1163.0 ≤ 5000 + 28 o C kPa 1964.0 3221.5 3156.0 2797.0 1806.0

2 Thí nghiệm uốn dầm lưu biến (T 313)

2.1 Giá trị S (độ cứng từ biến) tại các nhiệt độ:

(-) 12 o C MPa 426.1 536.1 385.3 409.3 320.9 ≤ 300

(-) 6 o C MPa 149.5 132.3 146.9 128.5 141.4

TT Chỉ tiêu thí nghiệm Đơn vị Kết quả thí nghiệm thuật M 320 Yêu cầu kỹ

Mẫu 1 Mẫu 3 Mẫu 5 Mẫu 7 Mẫu 8

PG 64-16

2.2 Giá trị m tại các nhiệt độ:

(-)12 o C MPa 0.425 0.493 0.386 0.411 0.410 ≥ 0.300 (-) 6 o C MPa 0.413 0.421 0.422 0.388 0.393

Nhận xét : đối chiếu với Tiêu chuẩn PG, 5 mẫu nhựa đường 60/70 tương đương với mác nhựa

PG 64-16

2.3 Thu thập số liệu về khí hậu, thủy văn

Các điều kiện ngoại cảnh có tác động rất lớn tới sự làm việc của kết cấu mặt đường mềm Sự tương tác giữa các yếu tố thời tiết tới vật liệu làm kết cấu mặt đường và tải trọng khá phức tạp Các yếu tố như: Lượng mưa, nhiệt độ, các chu kỳ đóng-tan băng, khoảng cách tới mực nước ngầm,… có tác động tới nhiệt độ và độ

ẩm của kết cấu nền-mặt đường, qua đó ảnh hưởng tới khả năng chịu tải của các lớp vật liệu và sự làm việc của mặt đường Phần mềm EICM (Enhanced Integrated Climatic Model) được tích hợp trong ME để phân tích số liệu khí hậu thời tiết EICM được viết trên cơ sở 3 mô hình : a) Khí hậu-Vật liệu-Kết cấu (The Climatic-Materials-Structural Model-CMS Model); b) Mô hình đóng băng và tan băng (The CRREL Frost Heave and Thaw Settlement Model - CRREL Model); và c) Mô hình thấm thoát nước (The Infiltration and Drainage Model);

Chương trình phân tích chuỗi số liệu khí hậu hiệu đại cho nghiên cứu và ứng dụng MERRA (Modern-Era Retrospective Analysis for Research and Applications) được Cơ quan hàng không và không gian Hoa Kỳ-NASA (the National Aeronautics and Space Administration) phát triển NASA phát triển MERRA cho các mô hình ứng dụng riêng và thuật toán thu hồi vệ tinh MERRA được phát triển dựa trên mô hình phân tích tổng hợp trong phòng từ các số liệu khí quyển, đại dương, áp suất không khí, nước ngầm,…và các

dữ liệu từ các vệ tinh phủ khắp toàn cầu của NASA MERRA cung cấp chuỗi số liệu liên tục từng giờ từ năm 1979 đến nay Lưới các trạm số liệu NASA phân bố đều trên toàn thế giới cách nhau 0.5 độ vĩ và 0.67 độ kinh (khoảng từ 50km x 65km) Các số liệu khí hậu của MERRA được cập nhật cứ 6 giờ 1 lần với hơn 4 triệu số liệu trên toàn thế giới Ở Việt Nam chương trình MERRA-1 của NASA có 108 phân bố đều khắp trên lãnh thổ và lãnh hải với số liệu bắt đầu từ ngày 01/01/1980 Chương trình MERRA-2 cung cấp số liệu của 125 trạm trải đều trên đất liền và các hải đảo của Việt Nam MERRA được cung cấp bởi chương trình nghiên cứu khoa học của NASA, số liệu MERRA là miễn phí được

sử dụng cho các mục đích thương mại và phi thương mại;

MERRA sử dụng phân tích kết cấu áo đường, lựa chọn mác nhựa trong các phần mềm MEPDG, QRSS, HIPERPAV, LTPPBind,…ở Hoa Kỳ và một số nước phát triển Nghiên cứu, đánh giá để sử dụng MERRA ở Việt Nam là cần thiết, có ý nghĩa khoa học

và thực tiễn;

Đã có nhiều nghiên cứu ở Mỹ và các nước khác sử dụng các trạm khí hậu MERRA thay thế cho các trạm mặt đất khi phân tích kết cấu mặt đường Kết quả cho thấy có sự tương đồng khi sử dụng trạm MERRA và các trạm mặt đất Chương trình theo dõi dài hạn mặt đường Mỹ cũng cung cấp các số liệu khí hậu MERRA phù hợp với ME cho toàn thế giới https://infopave.fhwa.dot.gov/;

Phương pháp ME cũng đã có 125 trạm khí hậu MERRA-2 ở Việt Nam, phân tích đối với thông số khí hậu MERRA-2 cho 3 trạm điển hình ở phía Nam: TP HCM, Bến Tre, Tây Ninh Số liệu được nhập vào ME bao gồm:

- Nhiệt độ không khí- theo giờ trong khu vực thiết kế;

- Lượng mưa - theo giờ trong khu vực thiết kế;

- Vận tốc gió - theo giờ trong khu vực thiết kế;

- Tỷ lệ phần trăm nắng (thông qua độ che phủ của mây) - theo giờ trong khu vực thiết kế;

- Độ ẩm tương đối- môi trường theo giờ trong khu vực thiết kế;

- Chiều sâu từ đáy lớp kết cấu tới mực nước ngầm: lấy giá trị không đổi 10ft (3.048m)

Thí nghiệm xác định các chỉ tiêu cơ lý của vật liệu dùng chế tạo BTNC 12.5: tổ hợp

03 loại đá dăm (Dmax16, Dmax9.5; Dmax4.75), 01 loại bột khoáng, 01 lọi vôi thủy hóa;

01 loại nhựa (nhựa 60/70);

Thiết kế thành phần cấp phối và hàm lượng nhựa tối ưu: thí nghiệm các chỉ tiêu Marshall với 5 hàm lượng nhựa cho cấp phối, mỗi hàm lượng nhựa thí nghiệm 01 tổ mẫu, cho một đường cong thành phần cấp phối và 01 tổ mẫu với hàm lượng nhựa tối ưu;

Xác định hàm lượng vôi thủy hóa tối ưu cho cấp phối BTNC 12.5

Khối lượng mẫu thí nghiệm bảng 3.1

Bảng 3.1 Khối lượng mẫu thí nghiệm

TT Nội dung thí nghiệm Đơn vị Số lượng Phương pháp thí nghiệm

1 Thí nghiệm các chỉ tiêu cơ

2 Thí nghiệm các chỉ tiêu cơ

lý của bột khoáng Tổ mẫu 1

TCVN 7572:2006 22TCN 58-84 TCVN 4197: 2012

3 Thí nghiệm các chỉ tiêu cơ

TCVN 7572:2006 22TCN 58-84

4 Thí nghiệm các chỉ tiêu cơ

lý của nhựa đường 60/70 Tổ mẫu 1

lượng vôi thủy hóa tối ưu Mẫu 36 TCVN 8860-12:2011

3.1 Cơ sở lý thuyết nghiên cứu thực nghiệm sử dụng vôi thủy hóa chế tạo bê tông nhựa trong phòng thí nghiệm

Cường độ của bê tông nhựa được tạo thành bởi ba nhân tố chính đó là: Lực chèn móc

và ma sát giữa các hạt cốt liệu; lực dính bám giữa nhựa đường với bề mặt cốt liệu hay