Nghiên cứu ứng xử dính bám và đề xuất giới hạn cường độ dính bám giữa hai lớp bê tông asphalt trong kết cấu áo đường mềm ở Việt Nam

Kết quả thí nghiệm cường độ dính bám và mô đun độ cứng chống cắt giữa hai lớp bê tông asphalt của các mẫu thử chế bị trong phòng .... Một số nghiên cứu đánh giá ảnh hưởng của điều kiện d

MỤC LỤC

DANH MỤC ẢNH, HÌNH VẼ VÀ BIỂU ĐỒ vi

DANH MỤC BẢNG SỐ LIỆU xi

MỞ ĐẦU 1

1 Đặt vấn đề nghiên cứu 1

2 Sự cần thiết nghiên cứu 2

3 Những nội dung cần giải quyết 3

4 Phương pháp nghiên cứu 3

5 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài nghiên cứu 3

Chương 1: TỔNG QUAN VỀ CÁC NGHIÊN CỨU ỨNG XỬ DÍNH BÁM GIỮA CÁC LỚP BÊ TÔNG ASPHALT 5

1.1 Tổng quan về kết cấu áo đường mềm 5

1.2 Các dạng hư hỏng mặt đường liên quan đến mức độ dính bám giữa các lớp bê tông asphalt 6

1.3 Mô hình dính bám giữa các lớp bê tông asphalt 12

1.3.1 Mô hình Goodman 12

1.3.2 Mô hình Romanoschi 15

1.4 Các yếu tố ảnh hưởng đến mức độ dính bám giữa các lớp bê tông asphalt 18

1.4.1 Cấp độ đầm nén 18

1.4.2 Nguồn gốc mẫu thí nghiệm 19

1.4.3 Kích thước mẫu thí nghiệm 19

1.4.4 Tốc độ tăng tải khi thí nghiệm 20

1.4.5 Độ rỗng dư của lớp mặt trên 20

1.4.6 Cấp phối của hỗn hợp bê tông asphalt 20

1.4.7 Loại và tỷ lệ vật liệu tưới dính bám 21

1.4.8 Điều kiện bề mặt 24

1.4.9 Nhiệt độ thí nghiệm 25

1.4.10 Thời gian khai thác 26

1.5 Các phương pháp thí nghiệm đánh giá ứng xử dính bám giữa các lớp bê tông asphlat 32

1.5.1 Nhóm các phương pháp thí nghiệm trong phòng 32

1.5.2 Nhóm các phương pháp thí nghiệm ngoài hiện trường 38

1.6 Ảnh hưởng của điều kiện dính bám đến các tính năng khai thác của kết cấu mặt đường 41

1.6.1 Các nghiên cứu lý thuyết về ảnh hưởng của điều kiện dính bám giữa các lớp bê tông asphalt đến các tính năng khai thác của mặt đường 41

1.6.2 Các nghiên cứu thực nghiệm đánh giá ảnh hưởng của điều kiện dính bám giữa các lớp bê tông asphalt đến các tính năng của mặt đường 45

1.7 Kết luận Chương 1 46

Chương 2: NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM XÁC ĐỊNH MỨC ĐỘ DÍNH BÁM GIỮA HAI LỚP BÊ TÔNG ASPHALT 48

2.1 So sánh đánh giá các tiêu chuẩn thí nghiệm 48

2.2 Lựa chọn mô hình thí nghiệm và chế tạo thiết bị thí nghiệm đánh giá mức độ dính bám giữa hai lớp bê tông asphalt 51

2.3 Nghiên cứu thực nghiệm trong phòng xác định mức độ dính bám giữa hai lớp bê tông asphalt 52

2.3.1 Thiết kế thành phần hỗn hợp bê tông asphalt cho hai lớp 52

2.3.2 Chế tạo mẫu thử bê tông asphalt hai lớp 58

2.3.3 Kết quả thí nghiệm cường độ dính bám và mô đun độ cứng chống cắt giữa hai lớp bê tông asphalt của các mẫu thử chế bị trong phòng 63

2.4 Kết quả thí nghiệm cường độ dính bám giữa hai lớp bê tông asphalt trong kết cấu mặt đường điển hình 66

2.5 Kết luận Chương 2 69

Chương 3: PHÂN TÍCH ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM 71

3.1 Phân tích đánh giá phương sai 71

3.2 Đánh giá ảnh hưởng của loại vật liệu tưới dính bám đến mức độ dính bám giữa hai lớp bê tông asphalt 81

3.3 Đánh giá ảnh hưởng của tỷ lệ vật liệu tưới dính bám đến mức độ dính bám

giữa hai lớp bê tông asphalt 87

3.4 Đánh giá ảnh hưởng của nhiệt độ thí nghiệm đến mức độ dính bám giữa hai lớp bê tông asphalt 91

3.5 Phân tích đánh giá mức độ ảnh hưởng của các yếu tố đến dính bám giữa hai lớp bê tông asphalt 92

3.5.1 Xác định yếu tố chính ảnh hưởng đến mức độ dính bám giữa hai lớp bê tông asphalt 94

3.5.2 Đánh giá ảnh hưởng tương tác giữa các yếu tố 95

3.5.3 Phân tích hồi quy 97

3.6 Phân tích đánh giá kết quả thí nghiệm dính bám giữa hai lớp bê tông asphalt trong kết cấu áo đường mềm 102

3.7 Kết luận Chương 3 104

Chương 4: NGHIÊN CỨU ĐỀ XUẤT GIỚI HẠN CƯỜNG ĐỘ DÍNH BÁM YÊU CẦU GIỮA CÁC LỚP BÊ TÔNG ASPHALT 109

4.1 Đặt vấn đề 109

4.2 Xác định cường độ dính bám giữa các lớp bê tông asphalt trong kết cấu áo đường mềm điển hình ở Việt Nam 109

4.3 Xác định cường độ dính bám yêu cầu giữa hai lớp bê tông asphalt 112

4.3.1 Tính toán ứng suất cắt trượt giữa hai lớp bê tông asphalt 112

4.3.2 Ảnh hưởng của ứng suất nén đến ứng suất cắt trượt 119

4.3.3 Ảnh hưởng của mô đun độ cứng chống cắt giữa hai lớp bê tông asphalt 121

4.4 Nhận xét đánh giá 122

4.5 Kết luận Chương 4 125

KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG NGHIÊN CỨU TIẾP 127

DANH MỤC CÁC CHŨ VIẾT TẮT VÀ KÝ HIỆU

AASHTO Hiệp hội xây dựng mặt đường và vận tải Mỹ

Adj MS: Trung bình cộng các bình phương điều chỉnh

Adj SS: Tổng bình phương điều chỉnh

ANOVA: Phân tích đánh giá phương sai

ASTM: Hiệp hội thử nghiệm Vật liệu Mỹ

ALDOT: Sở giao thông Bang Alabama

BISAR: Phân tích ứng suất trong kết cấu mặt đường asphalt

BTAC: Bê tông asphalt chặt

CRS-1: Nhũ tương nhựa đường gốc axit phân tách nhanh

CRS-1P Nhũ tương nhựa đường polime gốc a xít phân tách nhanh, có độ nhớt

nhỏ hơn CRS-2P CSS-1: Nhũ tương nhựa đường gốc axit phân tách chậm

FDOT: Sở giao thông Bang Florida

MEPDG: Phần mềm thiết kế đường theo cơ học thực nghiệm

MS: Nhũ tương nhựa đường có tốc độ phân tách trung bình NCAT: Trung tâm công nghệ Asphalt Hoa kỳ

TCVN: Tiêu chuẩn Việt Nam

VA: Độ rỗng dư của bê tông asphalt

VMA: Độ rỗng hỗn hợp vật liệu khoáng

VFA: Độ rỗng lấp đầy bitum

DANH MỤC ẢNH, HÌNH VẼ VÀ BIỂU ĐỒ

Hình 1-1 Cấu tạo các lớp trong kết cấu áo đường mềm 5

Hình 1-2 Phân bố ứng suất với trường hợp hai lớp dính bám tốt 6

Hình 1-3 Phân bố ứng suất với trường hợp hai lớp dính bám kém 6

Hình 1-4 Sơ đồ phân bố ứng suất trong mặt đường mềm 7

Hình 1-5 Lớp mặt bị nứt trượt trên QL3 (Km 229 - Km 237) 10

Hình 1-6 Tỷ lệ các dạng hư hỏng điển hình lớp mặt trên QL3 (KM 229÷KM 237) 10

Hình 1-7 Xô trượt lớp mặt bê tông asphalt trên QL1A 11

Hình 1-8 Tỷ lệ các dạng hư hỏng điển hình lớp mặt BTA trên QL1A 11

Hình 1-9 Hư hỏng xô trượt lớp mặt bê tông asphalt trên QL1A (Km641+700) 12 Hình 1-10 Tỷ lệ các dạng hư hỏng điển hình QL1A (387+100 - Km 709+400) 12 Hình 1-11 Mô hình xác định điều kiện dính bám 13

Hình 1-12 Sự phân bố ứng suất – biến dạng theo chiều sâu 15

Hình 1-13 Sơ đồ thí nghiệm cắt Romanoschi 16

Hình 1-14 Biểu đồ quan hệ ứng suất cắt – chuyển vị 16

Hình 1-15 Mô hình dính bám lớp bê tông asphalt hai giai đoạn 17

Hình 1-16 Các mô hình thí nghiệm dính bám theo phương pháp phá hủy 32

Hình 1-17 Thí nghiệm kéo dính bám được sử dụng ở Đức 35

Hình 1-18 Mô hình thí nghiệm xoắn 36

Hình 1-19 Mô hình và thiết bị Leutner 37

Hình 1-20 Thiết bị cắt được phát triển bởi NCAT 38

Hình 1-21 Gia tải và tiến hành thí nghiệm nhổ bật 40

Hình 1-22 Ảnh hưởng của điều kiện dính bám đến ứng suất ở đáy lớp BTA mặt trên 41

Hình 1-23 Ảnh hưởng của điều kiện dính bám đến tuổi thọ mặt đường 43 Hình 1-24 Ảnh hưởng của điều kiện dính bám đến tuổi thọ kết cấu mặt đường 44

Hình 2-1 So sánh khoảng hở, chiều dày lớp trên tối thiểu và bề rộng tiếp xúc tối

thiểu giữa các thiết bị thí nghiệm cắt phẳng 50

Hình 2-2 Mô hình thí nghiệm và thiết bị cắt phẳng Leutner cải tiến 52

Hình 2-3 Thành phần cấp phối đá dăm D25 53

Hình 2-4 Thành phần cấp phối đá dăm D19 53

Hình 2-5 Thành phần cấp phối đá dăm D12.5 53

Hình 2-6 Thành phần cấp phối đá dăm D4.75 54

Hình 2-7 Thành phần cấp phối của bột đá 54

Hình 2-8 Cấp phối hỗn hợp vật liệu khoáng của BTAC 19 58

Hình 2-9 Cấp phối hỗn hợp vật liệu khoáng của BTAC 12.5 58

Hình 2-10 Quét lớp dính bám giữa hai lớp BTA 62

Hình 2-11 Thiết bị đầm xoay Troxler Model 4140 62

Hình 2-12 Mẫu thử hai lớp bê tông asphalt sau khi chế bị 62

Hình 2-13 Thí nghiệm cắt mẫu thử hai lớp 63

Hình 2-14 Đường cong quan hệ chuyển vị cắt và cường độ dính bám 64

Hình 2-15 Kết quả thí nghiệm cường độ dính bám giữa hai lớp bê tông asphalt

với nhũ tương dính bám CSS-1 ở các tỷ lệ và nhiệt độ lựa chọn 64

Hình 2-16 Kết quả thí nghiệm cường độ dính bám giữa hai lớp bê tông asphalt

với nhũ tương dính bám CRS-1 ở các tỷ lệ và nhiệt độ lựa chọn 65

Hình 2-17 Kết quả thí nghiệm cường độ dính bám giữa hai lớp bê tông asphalt với nhũ tương dính bám CRS-1P ở các tỷ lệ và nhiệt độ lựa chọn 65

Hình 2-18 Khoan mẫu thí nghiệm bê tông asphalt hai lớp 67

Hình 2-19 Thí nghiệm cắt phẳng Leutner và mẫu thử sau khi cắt 68

Hình 2-20 Tương quan giữa cường độ dính bám – chuyển vị cắt ở 20oC 68

Hình 2-21 Tương quan giữa cường độ dính bám – chuyển vị cắt ở 40oC 69

Hình 2-22 Tương quan giữa cường dính bám – chuyển vị cắt ở 60oC 69

Hình 3-1 Trung bình hiệu và khoảng tin cậy 95% giữa các nhóm loại vật liệu tưới dính bám 74

Hình 3-2 Trung bình hiệu và khoảng tin cậy 95% giữa các nhóm tỷ lệ vật liệu tưới dính bám 75Hình 3-3 Trung bình hiệu và khoảng tin cậy 95% giữa các nhóm nhiệt độ thí nghiệm 76Hình 3-4 Trung bình hiệu và khoảng tin cậy 95% giữa các nhóm loại vật liệu tưới dính bám 79Hình 3-5 Trung bình hiệu và khoảng tin cậy 95% giữa các nhóm tỷ lệ vật liệu tưới dính bám 80Hình 3-6 Trung bình hiệu và khoảng tin cậy 95% giữa các nhóm nhiệt độ thí nghiệm 80Hình 3-7 Kết quả thí nghiệm cường độ dính bám của các loại vật liệu dính bám khác nhau ứng với tỷ lệ 0.2 l/m2 81Hình 3-8 Kết quả thí nghiệm cường độ dính bám của các loại vật liệu dính bám khác nhau ứng với tỷ lệ 0.4 l/m2 82Hình 3-9 Kết quả thí nghiệm cường độ dính bám với các loại vật liệu dính bám khác nhau ứng với tỷ lệ 0.9 l/m2 82Hình 3-10 Sự thay đổi cường độ dính bám với các loại nhũ tương khác nhau 83Hình 3-11 Kết quả thí nghiệm mô đun độ cứng chống cắt với các loại vật liệu dính bám khác nhau (tỷ lệ 0.2 l/m2) 83Hình 3-12 Kết quả thí nghiệm mô đun độ cứng chống cắt với các loại vật liệu dính bám khác nhau (tỷ lệ 0.4 l/m2) 84Hình 3-13 Kết quả thí nghiệm mô đun độ cứng chống cắt với các loại vật liệu dính bám khác nhau (tỷ lệ 0.9 l/m2) 84Hình 3-14 Sự thay đổi mô đun độ cứng chống cắt với các loại nhũ tương khác nhau 85Hình 3-15 Thí nghiệm xác định độ nhớt động của các loại vật liệu dính bám 86Hình 3-16 Thí nghiệm cắt lưu biến động của các loại vật liệu dính bám 87Hình 3-17 Tương quan giữa cường độ dính bám với tỷ lệ vật liệu tưới dính bám 88

Hình 3-18 Tương quan giữa mô đun độ cứng chống cắt với tỷ lệ vật liệu tưới dính

bám 89

Hình 3-19 Biểu đồ đường đồng mức của cường độ dính bám với nhiệt độ và tỷ lệ tưới dính bám 90

Hình 3-20 Biểu đồ đường đồng mức của mô đun độ cứng với nhiệt độ và tỷ lệ tưới dính bám 90

Hình 3-21 Tương quan giữa cường độ dính bám với nhiệt độ 91

Hình 3-22 Tương quan giữa mô đun độ cứng chống cắt với nhiệt độ 92

Hình 3-23 Đồ thị các ảnh hưởng đến cường độ dính bám 94

Hình 3-24 Đồ thị các ảnh hưởng đến mô đun độ cứng chống cắt 95

Hình 3-25 Đồ thị các ảnh hưởng tương tác giữa các yếu tố đến cường độ dính bám 96

Hình 3-26 Đồ thị các ảnh hưởng tương tác giữa các yếu tố đến mô đun độ cứng chống cắt 96

Hình 3-27 Tương quan giữa cường độ dính bám và mô đun độ cứng chống cắt với nhiệt độ (ứng với nhũ tương CSS-1) 101

Hình 3-28 Tương quan giữa cường độ dính bám và mô đun độ cứng chống cắt với nhiệt độ (ứng với nhũ tương CRS-1) 101

Hình 3-29 Tương quan giữa cường độ dính bám và mô đun độ cứng chống cắt với nhiệt độ (ứng với nhũ tương CRS-1P) 102

Hình 4-1 Cường độ dính bám giữa hai lớp bê tông asphalt ở 20oC 111

Hình 4-2 Biểu đồ tần xuất tích lũy kết quả thí nghiệm cường độ dính bám của các mẫu khoan hiện trường 112

Hình 4-3 Kết cấu áo đường mềm phân tích BISAR với trường hợp các lớp dính bám hoàn toàn 114

Hình 4-4 Kết cấu áo đường mềm KC-3 phân tích BISAR với trường hợp mức độ dính bám giữa các lớp BTA khác nhau 116

Hình 4-5 Phân bố ứng suất nén và ứng suất cắt giữa các lớp của kết cấu KC3-A 117

Hình 4-6 Phân bố ứng suất nén và ứng suất cắt giữa các lớp của kết cấu KC3-B

117

Hình 4-7 Phân bố ứng suất nén và ứng suất cắt giữa các lớp của kết cấu KC3-C 118

Hình 4-8 Ảnh hưởng của ứng suất nén đến hệ số ứng suất cắt 120

Hình 4-9 Ứng suất cắt danh định giữa hai lớp bê tông asphalt không xét đến ứng suất nén 121

Hình 4-10 Tương quan giữa mô đun độ cứng chống cắt và cường độ cắt 122

Hình 4-11 Biểu đồ tần suất tích lũy với xác suất đảm bảo 90 % 124

Hình 4-12 Biểu đồ tần suất tích lũy với xác suất đảm bảo 50 % 124

DANH MỤC BẢNG SỐ LIỆU

Bảng 1-1 Hệ số a, b ứng với các kết cấu mặt đường lựa chọn 26

Bảng 1-2 Bảng tổng hợp các yếu tố ảnh hưởng đến cường độ dính bám giữa các lớp bê tông asphalt 28

Bảng 2-1 So sánh các tiêu chuẩn thí nghiệm cắt ở các quốc gia 48

Bảng 2-2 Các chỉ tiêu kỹ thuật của đá dăm D25, D19 và D12,5 54

Bảng 2-3 Các chỉ tiêu kỹ thuật của đá dăm D4.75 55

Bảng 2-4 Các chỉ tiêu kỹ thuật của bột đá 55

Bảng 2-5 Kết quả thí nghiệm các chỉ tiêu kỹ thuật của bitum quánh 60/70 56

Bảng 2-6 Tỷ lệ phối trộn và kết quả thí nghiệm các chỉ tiêu kỹ thuật của hỗn hợp bê tông asphalt thiết kế 57

Bảng 2-7 Số lượng mẫu thí nghiệm xác định cường độ dính bám 59

Bảng 2-8 Kết quả thí nghiệm các chỉ tiêu kỹ thuật của nhũ tương CSS-1 59

Bảng 2-9 Kết quả thí nghiệm các chỉ tiêu kỹ thuật của nhũ tương CRS-1 60

Bảng 2-10 Kết quả thí nghiệm các chỉ tiêu kỹ thuật của nhũ tương CRS-1P 60

Bảng 2-11 Tổng hợp số lượng mẫu và đặc điểm kết cấu 66

Bảng 2-12 Kết quả thí nghiệm các chỉ tiêu kỹ thuật của bê tông asphalt hai lớp 67

Bảng 3-1 Kết quả phân tích phương sai kết quả thí nghiệm cường độ dính bám 72

Bảng 3-2 Phân tích Tukey kết quả thí nghiệm cường độ dính bám 73

Bảng 3-3 Kết quả phân tích phương sai kết quả thí nghiệm mô đun độ cứng chống cắt 77

Bảng 3-4 Phân tích Tukey kết quả thí nghiệm mô đun độ cứng chống cắt 77

Bảng 3-5 Các thông số đầu vào và biến thí nghiệm 93

Bảng 3-6 Bảng tính toán thông số mô hình hồi quy 97Bảng 3-7 Bảng tính toán thông số mô hình hồi quy mô đun độ cứng chống cắt 99Bảng 3-8 Tổng hợp kết quả thí nghiệm cường độ dính bám trung bình giữa hai lớp

bê tông asphalt của các Dự án 102Bảng 3-9 Tổng hợp kết quả thí nghiệm mô đun độ cứng chống cắt trung bình giữa hai lớp bê tông asphalt của các Dự án 103Bảng 4-1 Kết quả tổng hợp cường độ dính bám ở các dự án 110Bảng 4-2 Các dạng kết cấu áo đường mềm điển hình 113Bảng 4-3 Ứng suất cắt trượt giữa hai lớp bê tông asphalt ứng với các kết cấu khác nhau 115Bảng 4-4 Những điều kiện dính bám khác nhau giữa hai lớp bê tông asphalt của

KC 3 115Bảng 4-5 Giới hạn được đề xuất tại Đức, Thụy Sỹ và Anh 123

MỞ ĐẦU

1 Đặt vấn đề nghiên cứu

Theo chiến lược phát triển Giao thông vận tải Việt Nam đến năm 2020, tầm nhìn 2030 đã được Bộ giao thông vận tải phê duyệt Theo đó, đến năm 2020, phấn đấu 100 % kết cấu mặt đường ô tô được bê tông asphalt hóa hoặc bê tông xi măng hóa [6] Với kết cấu mặt đường bê tông asphalt, trong quá trình khai thác, lớp mặt thường xuất hiện các hư hỏng cục bộ Một trong các nguyên nhân gây hư hỏng mặt đường bê tông asphalt hiện nay là chất lượng dính bám giữa các lớp bê tông asphalt không được đảm bảo Dính bám kém giữa các lớp bê tông asphalt, hoặc cường độ chịu cắt trượt giữa các lớp bê tông asphalt kém thường dẫn đến những hư hỏng cho kết cấu mặt đường mềm trong quá trình khai thác như hiện tượng trượt, dồn đống, lượn sóng, hằn vệt bánh xe, nứt v.v Hư hỏng mặt đường bê tông asphalt do nguyên nhân trượt có thể làm giảm từ 40% đến thậm chí trên 80% tuổi thọ khai thác của kết cấu mặt đường [32]

Trong kết cấu mặt đường bê tông asphalt, các lớp áo đường thường được thiết

kế thành nhiều lớp Khi thi công, giữa các lớp bê tông asphalt thường được xử lý bằng lớp dính bám gốc bitum Tiêu chuẩn thiết kế kết cấu mặt đường mềm ở Việt Nam giả định các lớp bê tông asphalt là đồng nhất và liền khối [8] Tuy nhiên, các kết cấu mặt đường bê tông asphalt thường được thi công thành từng lớp, làm cho tính liền khối giữa các lớp bê tông asphalt không được đảm bảo Các nghiên cứu của tác giả gần đây đã cho thấy, những phá hủy do cắt trượt ở lớp mặt kết cấu mặt đường bê tông asphalt phần lớn xuất hiện ở lớp dính bám giữa lớp bê tông asphalt mặt trên và lớp bê tông asphalt mặt dưới Vấn đề này có thể trở nên nghiêm trọng hơn khi kết cấu mặt đường thường xuyên chịu những những tải trọng ngang và khi nhiệt độ mặt đường lên cao [20]

Một số nghiên cứu đánh giá ảnh hưởng của điều kiện dính bám đến tính năng của kết cấu mặt đường cho thấy, dính bám giữa các lớp bê tông asphalt ảnh hưởng đến sự phân bố ứng suất biến dạng và độ võng trong kết cấu mặt đường Hơn nữa,

điều kiện dính bám kém giữa lớp mặt dưới với lớp móng trên có thể làm giảm tuổi thọ của kết cấu mặt đường [24], [28] Tác giả Shahin và các cộng sự (1987) cho rằng, nếu biến dạng trượt xuất hiện giữa lớp mặt trên và lớp mặt dưới, biến dạng kéo ngang lớn nhất sẽ xuất hiện ở đáy của lớp mặt trên và gây ra phá hủy ở lớp mặt trên [59]

2 Sự cần thiết nghiên cứu

Thực tế trong quá trình khai thác mặt đường bê tông asphalt cho thấy, các hiện tượng hư hỏng như nứt dạng parabol, trượt, lượn sóng, dồn đống, hằn vệt bánh xe hay các biến dạng ngang không hồi phục khác đều có thể liên quan đến mức độ dính bám giữa các lớp bê tông asphalt Hiện tượng hư hỏng này xảy ra nhiều hơn với kết cấu mặt đường ở vùng khí hậu nóng, lưu lượng xe lớn, tải trọng xe và tốc

độ khai thác cao, hay ở những vị trí mà kết cấu mặt đường chịu tác dụng bất lợi của lực đẩy ngang do tải trọng xe chạy gây ra như ở những vị trí có độ dốc dọc lớn, tốc độ thay đổi đột ngột Hư hỏng này có nguy cơ tăng lên đối với những tuyến đường cấp cao có lớp mặt bê tông asphalt được tạo nhám [39]

Việt Nam nằm trong vùng khí hậu nhiệt đới nóng ẩm Nhiệt độ về mùa hè thường lên cao dẫn đến nhiệt độ trong các lớp kết cấu mặt đường mềm tăng cao, gây bất lợi cho chất lượng dính bám giữa các lớp Điều này sẽ dẫn đến xuất hiện các dạng hư hỏng mặt đường có thể liên quan đến dính bám như : nứt trượt, xô dồn, lún vệt hằn bánh xe…Theo kết quả nghiên cứu đánh giá thực trạng hư hỏng mặt đường bê tông asphalt có liên quan đến xô dồn và nứt trượt trên một số tuyến quốc lộ ở Việt Nam cho thấy [3], tỷ lệ hư hỏng do xô dồn chiếm 4.51%, lún vệt hằn bánh xe chiếm 1.5 % và ổ gà chiếm 0.15 % trên tuyến QL3 đoàn từ Km 229-

Km 237 Với QL1A đoạn từ Km 223-Km 232, tỷ lệ hư hỏng lún vệt hằn bánh xe chiếm 9.9 %, xô dồn chiếm 2.78 %, nứt trượt chiếm 0.4 % Một đoạn tuyến từ Km 387-Km 709 trên QL 1A đặc trưng cho vùng khí hậu miền Trung cũng được phân tích đánh giá và cho kết quả như sau : tỷ lệ lún vệt hằn bánh xe chiếm 5.58% và diện tích xô dồn chiếm 0.38 % Vì vậy, việc nghiên cứu đánh giá đặc tính dính bám giữa các lớp bê tông asphalt trong kết cấu áo đường mềm ở điều kiện Việt

Nam, cả về chất lượng vật liệu, công nghệ thi công và điều kiện nhiệt độ khai thác

là cần thiết

3 Những nội dung cần giải quyết

Nội dung chính của nghiên cứu ở đây là đánh giá mức độ dính bám giữa hai lớp bê tông asphalt khi xét đến một số yếu tố ảnh hưởng liên quan đến vật liệu tưới dính bám và nhiệt độ thí nghiệm để đảm bảo việc thi công các lớp bê tông asphalt đạt được yêu cầu thiết kế Để giải quyết vấn đề đó, nội dung nghiên cứu bao gồm:

 Thiết kế chế tạo thiết bị thí nghiệm cắt phẳng Leutner cải tiến để đánh giá mức độ dính bám giữa hai lớp bê tông asphalt chế bị trong phòng thí nghiệm

và những mẫu khoan hiện trường phù hợp với điều kiện Việt Nam;

 Đánh giá mức độ dính bám giữa hai lớp bê tông asphalt khi xét đến một số yếu tố ảnh hưởng liên quan đến loại, tỷ lệ vật liệu tưới dính bám và nhiệt

độ thí nghiệm trên thiết bị thí nghiệm Leutner cải tiến được chế tạo được;

 Đánh giá mức độ dính bám giữa hai lớp bê tông asphalt trong kết cấu áo đường mềm điển hình ở một số Dự án với thiết bị Leutner cái tiến chế tạo;

 Kiến nghị tiêu chuẩn giới hạn cường độ dính bám giữa hai lớp bê tông asphalt trong phạm vi nghiên cứu

4 Phương pháp nghiên cứu

Phương pháp tiếp cận của Luận án là nghiên cứu lý thuyết để định hướng và

dự kiến kết quả đạt được, dùng thực nghiệm để kiểm chứng Xuất phát từ thành phần bê tông asphalt rải nóng phổ biến ở Việt Nam, tiến hành xác lập mô hình dính bám theo lý thuyết, giải quyết vấn đề bằng cơ sở khoa học thực nghiệm Đề xuất

mô hình thực nghiệm để xác định đặc tính dính bám giữa các lớp bê tông asphalt

5 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài nghiên cứu

Kết quả nghiên cứu thu được sẽ góp phần đề xuất giới hạn cường độ dính bám

và các giải pháp để cải thiện chất lượng dính bám giữa các lớp bê tông asphalt cho kết cấu mặt đường bê tông asphalt ở Việt Nam Kết quả nghiên cứu cũng góp phần

vào việc xây dựng tiêu chuẩn thiết kế và thi công kết cấu áo đường mềm có xét đến điều kiện dính bám giữa các lớp

Chương 1: TỔNG QUAN VỀ CÁC NGHIÊN CỨU ỨNG XỬ DÍNH BÁM

GIỮA CÁC LỚP BÊ TÔNG ASPHALT

1.1 Tổng quan về kết cấu áo đường mềm

Theo tiêu chuẩn thiết kế kết cấu áo đường hiện hành, kết cấu áo đường mềm có thể bao gồm các lớp được phân bố như Hình 1-1 [8] Mỗi lớp kết cấu có một chức năng nhất định và phù hợp dưới tác dụng phân bố của ứng suất do áp lực bánh xe gây ra Do sự phân bố ứng suất giảm dần theo chiều sâu nên hệ thống phân lớp được bố trí lớp vật liệu tốt hơn ở bên trên, nơi có giá trị ứng suất cao và các lớp vật liệu chất lượng thấp hơn ở dưới đáy, nơi có giá trị ứng suất thấp hơn

Hình 1-1 Cấu tạo các lớp trong kết cấu áo đường mềm [8]

Hiện nay, trong các tiêu chuẩn thiết kế và thi công mặt đường bê tông asphalt ở Việt Nam chưa quan tâm nhiều đến mức độ dính bám giữa các lớp bê tông asphalt, một số giả thiết thiết kế kết cấu áo đường mềm vẫn coi các lớp dính chặt hoàn toàn

và quá trình thi công các lớp chỉ quy định “Về độ dính bám giữa hai lớp bê tông asphalt hoặc giữa lớp bê tông asphalt với lớp móng được đánh giá bằng định tính thông quan sát mẫu thử khoan hiện trường” chưa có định lượng cả về phương pháp thí nghiệm và chuẩn giới hạn dính bám giữa các lớp bê tông asphalt [11]

1.2 Các dạng hư hỏng mặt đường liên quan đến mức độ dính bám giữa các lớp bê tông asphalt

Nghiên cứu của Shahin và các cộng sự [1987] đã chỉ ra rằng, biến dạng kéo lớn nhất xuất hiện ở mặt đáy lớp bê tông asphalt mặt dưới (Hình 1-2) nếu giữa các lớp được dính bám hoàn toàn [59] Tuy nhiên, nếu các lớp mất dính bám, biến dạng kéo lớn nhất xuất hiện ở đáy mỗi lớp (Hình 1-3)

Hình 1-2 Phân bố ứng suất với

trường hợp hai lớp dính bám tốt

Hình 1-3 Phân bố ứng suất với trường hợp hai lớp dính bám kém Với trường hợp dính bám kém giữa các lớp, ứng suất kéo ở đáy lớp mặt trên gây

ra ứng nén ở bề mặt lớp bê tông asphalt ngay bên dưới Điều này dẫn đến sự chuyển dịch tương đối giữa lớp phủ mặt trên và lớp ngay phía dưới tại mặt tiếp xúc giữa hai lớp [59], làm cho ứng suất cắt vượt quá cường độ chịu cắt giữa hai lớp và dẫn đến trượt giữa hai lớp

Trong quá trình khai thác, dưới tác dụng của tải trọng giao thông, áp lực bánh xe tác dụng lên kết cấu mặt đường sẽ hình thành trạng thái ứng suất như Hình 1-4a [62] Ứng suất trượt τ do lực đẩy ngang sinh ra phân bố đạt cực đại trong khoảng chiều sâu bằng với bán kính vòng tròn vệt tiếp xúc giữa lốp xe với mặt đường [49] [60] Khi ứng suất cắt trượt lớn hơn cường độ chống trượt giữa các lớp bê tông asphalt trong kết cấu mặt đường sẽ dẫn phá hoại do trượt như mô hình được thể hiện ở Hình 1-4b [49]

Kết quả nghiên cứu của K.Su và L.Sun (2008) trên kết cấu áo đường mềm ba lớp gồm (AC1/AC2/ Cement-stabilized aggregate có chiều dầy tương ứng 50/100/300 mm) và của S.Xie (2003) trên kết cấu AC/BASE/SUBASE có chiều dầy tương ứng 150/200/300 mm cho thấy, giá trị ứng suất cắt trượt lớn phân bố trong khoảng

chiều sâu từ khoảng 2 đến 12 cm và đạt cực đại với giá trị từ khoảng 0.2 - 0.4 MPa [65], [71] Trong trường hợp có xét đến điều kiện bất lợi khi hãm xe, ứng suất cắt lớn nhất có thể đạt tới giá trị 1.60 MPa [71] Như vậy, với quy định về chiều dày từng lớp và sự phân bố các lớp bê tông asphalt trong các kết cấu áo đường mềm của một số dạng kết cấu điển hình thì vị trí mặt tiếp xúc giữa các lớp bê tông asphalt luôn nằm trong vùng nguy hiểm về trượt [8]

a)

b)

Mô hình cắt Mô hình kéo

Hình 1-4 a) Sơ đồ phân bố ứng suất trong mặt đường mềm

và b) Mô hình phá hủy do ứng suất trượt [49]

Dính bám kém giữa các lớp bê tông asphalt, hoặc cường độ chịu cắt trượt của lớp

bê tông asphalt thấp thường dẫn đến những hư hỏng cho kết cấu mặt đường mềm trong quá trình khai thác như hiện tượng trượt, dồn đống, lượn sóng, hằn vệt bánh

xe, nứt v.v Hư hỏng mặt đường bê tông asphalt do nguyên nhân trượt có thể làm

1r 2r 3r 4r 5r

giảm từ 40% đến thậm chí trên 80% tuổi thọ khai thác của kết cấu mặt đường [32] Các mô hình cơ học được nghiên cứu thường dựa trên mô hình đàn hồi lớp và sự thay đổi các thông số trượt giữa các lớp Các nghiên cứu của Shahin và các cộng

sự (1987), Willis và Timm (2007) đã cho thấy rằng mất mát dính bám giữa các lớp

bê tông asphalt sẽ dẫn đến kết quả giảm tuổi thọ do nứt mỏi ở mặt đường bê tông asphalt [59], [70] Harvey và các cộng sự (1997) cũng đã đưa ra những kết luận về mất mát dính bám giữa các lớp bê tông asphalt có thể làm tăng lún vệt hằn bánh

xe ở mặt đường bê tông asphalt [30] Theo như những nghiên cứu ở trường Đại học Nottingham, tỷ lệ hư hỏng mặt đường do trượt giữa các lớp bê tông asphalt chiếm đến 5% mạng lưới đường cao tốc ở Anh và ở Pháp [20] Ở Nhật, những phá hoại của đường băng sân bay sử dụng kết cấu bê tông nhựa ở các đoạn cất hạ cánh đều do trượt giữa các lớp Sự trượt giữa lớp phủ tăng cường trên mặt đường cũ ngay sau khi hoàn thành dự án chiếm đến 44% ở Bang Nevada, USA [32]

Khi các lớp mất dính bám hoàn toàn, sự trượt ở lớp dính bám xuất hiện cho đến khi các lớp tách hoàn toàn Một số tác giả đã chỉ ra, ngay cả khi dính bám đạt 90% thì ứng xử trượt giữa các lớp vẫn có thể xảy ra [25], [32], [68] Thực tế, Shahin và các cộng sự (1987) đã tiến hành đánh giá những ảnh hưởng của trượt ở lớp dính bám đối với những mặt đường đang khai thác, và đã chỉ ra rằng khi một biến dạng trượt xảy ra, đáy của lớp mặt trên chịu kéo theo phương ngang và biến dạng trong kết cấu mặt đường sẽ làm cho các lớp trượt tự do [59]

Theo tác giả Shahin và các cộng sự (1987), Romanoschi và các cộng sự (2002), với trường hợp các lớp dính bám tốt, khi tải trọng ngang xuất hiện, biến dạng lớn phát sinh ở phía trên đỉnh lớp mặt [56], [59] Điều này dẫn đến các vết nứt sẽ bắt đầu ở đỉnh của lớp mặt và không phải ở dưới cùng ở các lớp như thường được giả định trong thiết kế cơ học hiện hành Trong thực tế, Myers và các cộng sự (2001)

đã cho thấy những yếu tố chính gây nứt dọc theo vệt bánh xe chạy là ứng suất tiếp ngang gây ra bởi áp lực ngang bánh xe [40] Do đó, khi các lực ngang xuất hiện phía trên mặt kết cấu, những biến dạng xuất hiện tương ứng trên bề mặt làm giảm tuổi thọ khai thác của mặt đường [54], [56] Sự giảm tuổi thọ phục vụ của mặt đường, do phá hủy ở lớp bề mặt, cũng phát sinh khi sự giảm dính bám ở một mức

độ nào đó ở lớp dính bám trong cả trường hợp có lực ngang và không có lực ngang [14], [24], [32], [54], [64] Đặc biệt, Romanoschi và các cộng sự (2001) đã cho thấy hậu quả tích lũy của sự giảm dính bám ở lớp dính bám và những lực ngang xuất hiện trên bề mặt có thể dẫn tới giảm tuổi thọ mặt đường [54]

Như đã đề cập ở trên, điều kiện dính bám giữa các lớp bê tông asphalt ảnh hưởng đến tính năng khai thác của mặt đường Những khảo sát lý thuyết và thực nghiệm cho thấy thành phần lớp dính bám là yếu tố quan trọng ảnh hưởng đến đặc tính dính giữa các lớp bê tông asphalt Đặc biệt, những báo cáo khảo sát của Peattie và các cộng sự (1979) cho thấy 25-55 % những mẫu lấy từ những kết cấu mặt đường đang khai thác và làm mới có chất lượng dính bám kém [46] Tuy nhiên, một số nghiên cứu thực nghiệm đã cho thấy rằng, trong quá trình khai thác các lớp bê tông asphalt đã được dính chặt hơn sau khi thi công nếu giữa các lớp đạt được mức độ dính bám ban đầu tối thiểu đủ lớn [31], [44], [58]

Nghiên cứu hiện tượng trượt giữa hai lớp bê tông asphalt và ảnh hưởng của chất lượng dính bám giữa hai lớp bê tông asphalt đến khả năng chịu cắt trượt đã được quan tâm nghiên cứu trên thế giới từ những năm 1970 [35], [68] Đặc biệt, trong khoảng 20 năm gần đây, các trung tâm nghiên cứu về bê tông asphalt và mặt đường mềm tập trung quan tâm nhiều đến vấn đề này nhằm từng bước xây dựng một tiêu chuẩn kỹ thuật phù hợp cho thiết kế, kiểm tra, đánh giá chất lượng dính bám và hạn chế những hư hỏng của mặt đường mềm có nguyên nhân từ chất lượng dính bám [19], [24], [66], [69]

Ở Việt Nam, những năm gần đây, chất lượng mặt đường bê tông asphalt đã được cải thiện đáng kể, nhiều loại vật liệu và kết cấu mặt đường mềm tiên tiến đã được

áp dụng Tuy nhiên, thực tế cho thấy ở một số dự án đã xuất hiện tỷ lệ đáng kể hư hỏng mặt đường ngay ở giai đoạn mới đưa vào khai thác Các dạng hư hỏng tập trung chủ yếu vào xô dồn, nứt trượt và hằn vệt bánh xe của lớp bê tông asphalt Để đánh giá đúng mức chất lượng mặt đường bê tông asphalt ở Việt Nam trong giai đoạn hiện nay, việc khảo sát dạng và tỷ lệ hư hỏng mặt đường do từng nguyên nhân là hết sức cần thiết Để tiến hành nghiên cứu đánh giá hư hỏng mặt đường bê

tông asphalt nguyên nhân do xô dồn và nứt trượt, ba tuyến Quốc lộ có điều kiện địa hình và điều kiện khai thác khác nhau đã được lựa chọn bao gồm: Quốc lộ 3 (Km 229 - Km 237); Quốc lộ 1A (Km 223 - Km 232 và Km 387+100 - Km 709+400) Trên cơ sở số liệu khảo sát của Tổng cục Đường bộ Việt Nam và cơ quan hợp tác Quốc tế Nhật Bản (Jica) thực hiện vào tháng 3 năm 2012, các tỷ lệ

hư hỏng điển hình ở lớp mặt bê tông asphalt đã được tổng hợp đánh giá theo tiêu chuẩn ASTM D 6433-07 [77], Hình 1-5 và Hình 1-6 thể hiện kết quả phân tích đánh giá trên QL3 (Km 229 - Km 237)

Hình 1-5 Lớp mặt bị nứt trượt trên

QL3 (Km 229 - Km 237)

Hình 1-6 Tỷ lệ các dạng hư hỏng điển hình lớp mặt trên QL3 (KM 229÷KM 237)

Kết quả phân tích cho thấy, diện tích hư hỏng lớp mặt bị xô dồn là 2526.41 m2(chiếm 4.51%); nứt trượt là 1042.23 m2 (chiếm 1.86%); lún vệt hằn bánh xe là 838.23 m2 (chiếm 1.5%) và diện tích ổ gà là 81.79 m2 (chiếm 0.15 %) trên tổng diện tích đoạn phân tích Số liệu nghiên cứu khảo sát cho thấy hầu hết các vị trí bị

hư hỏng đều nằm trong các đường cong nằm hay ở các đoạn có độ dốc dọc lớn, nơi mà kết cấu mặt đường chịu tác động bất lợi nhất do lực đẩy ngang của áp lực bánh xe gây ra Mặt khác, với kết cấu lớp mặt bê tông asphalt hạt trung thảm trên lớp bê tông asphalt hạt trung cũ được khai thác từ năm 2005 nên đã mất mát một phần độ nhám mặt đường Một lý do nữa có thể là nguyên nhân dẫn đến các dạng

hư hỏng trên liên quan đến tỷ lệ vật lệu tưới dính bám sử dụng là 0.5 l/m2 cao hơn

so với khuyến cáo của sổ tay chỉ dẫn sử dụng nhũ tương của Viện Asphalt Mỹ (2009) [79] và Báo cáo NCHRP 712 (2012) [36], điều này có thể làm tăng khả năng gây trượt giữa các lớp mặt, đặc biệt khi nhiệt độ mặt đường lên cao

Phương pháp phân tích cũng được thực hiện tương tự với dữ liệu khảo sát thu được trên Quốc lộ 1A đoạn từ Km 223 - Km 232 đi qua địa phận tỉnh Hà Nam Số liệu sau khi khảo sát được thống kê với tỷ lệ các dạng hư hỏng như sau: lún vệt hằn bánh xe là 17368,9 m2 (chiếm 9,9 %); xô dồn là 4876,65 m2 (chiếm 2,78 %); nứt trượt là 701,8 m2 (chiếm 0,4 %); ổ gà là 8 m2 (chiếm 0,0046 %) và nứt mỏi là 177,05 m2 (chiếm 0,1 %) Hình 1-7 và Hình 1-8 thể hiện thực trạng và tỷ lệ các dạng hư hỏng lớp mặt bê tông trên đoạn tuyến khảo sát

Hình 1-7 Xô trượt lớp mặt bê

tông asphalt trên QL1A

Hình 1-8 Tỷ lệ các dạng hư hỏng điển hình lớp mặt BTA trên QL1A

Số liệu khảo sát, thống kê cho thấy tỷ lệ hư hỏng lún vệt hằn bánh xe chiếm chủ yếu và xuất hiện nhiều ở làn xe nặng trên đoạn tuyến khảo sát đánh giá Tỷ lệ xô dồn và nứt trượt lớp mặt xảy ra chủ yếu ở các vị trí trong đường cong nằm, trước các trạm thu phí và trạm cảnh sát giao thông

Một đoạn tuyến trên Quốc lộ 1A có đặc trưng làm việc trong vùng khí hậu miền Trung của Việt Nam cũng được thu thập và phân tích đánh giá là đoạn từ Km 387+100 - Km 709+400 Theo số liệu khảo sát, diện tích hư hỏng lún vệt hằn bánh

xe trên đoạn tuyến là 161608 m2 (chiếm 5,58%), diện tích xô dồn lớp mặt là 10940

Lún vệt hằn bánh xe

Xô dồn Nứt trượt Ổ gà Nứt mỏi

m2 (chiếm 0,38%) Thực trạng hư hỏng điển hình lớp mặt bê tông asphalt và tỷ lệ các dạng hư hỏng được thể hiện ở Hình 1-9 và Hình 1-10

Hình 1-9 Hư hỏng xô trượt ngang

lớp mặt bê tông asphalt trên QL1A

(Km641+700)

Hình 1-10 Tỷ lệ các dạng hư hỏng điển hình QL1A (387+100 - Km

709+400)

Từ số liệu khảo sát thống kê cho thấy, thực trạng hư hỏng lún vệt hằn bánh xe và

xô dồn xuất hiện trên nhiều đoạn tuyến kể cả những đoạn kết cấu mặt đường nguyên trạng được đầu tư xây dựng từ nguồn vốn của ngân hàng thế giới (WB) và những đoạn đã được khu quản lý Đường bộ IV sửa chữa trước đó Ở những đoạn tuyến khảo sát này, có thể dự báo nguyên nhân chủ yếu dẫn tới hư hỏng, nứt trượt, nứt mỏi, xô dồn và hằn vệt bánh xe là do suy giảm khả năng chống trượt và chống cắt của các lớp bê tông asphalt khi nhiệt độ mặt đường tăng cao

1.3 Mô hình dính bám giữa các lớp bê tông asphalt

Để mô tả điều kiện dính bám giữa các lớp bê tông asphalt, các lý thuyết và thực nghiệm đã được sử dụng như: mô hình của các tác giả Goodman và Romanoschi

1.3.1 Mô hình Goodman

Theo Goodman và các cộng sự [1968], mô hình giữa hai lớp bê tông asphalt có một lớp vật liệu mỏng với mô đun cắt G và chiều dày t, Hình 1-11 [23] Dưới tác dụng của ứng suất do tải trọng trên bề mặt đường gây ra, giá trị ứng suất cắt ở lớp

5.58

0.38

0.00 1.00 2.00 3.00 4.00 5.00 6.00 7.00

dính bám có thể được xác định như sau:

Hình 1-11 Mô hình xác định điều kiện dính bám [23]



trong đó:  - ứng suất cắt ở lớp dính bám giữa lớp trên và lớp dưới, MPa;

G - mô đun cắt của lớp vật liệu dính bám, MPa;

 - biến dạng cắt trong mặt phẳng trượt có ứng suất cắt tác dụng

K  là mô đun độ cứng chống cắt tại mặt tiếp xúc (MPa/mm)

Để giảm các tham số, với chương trình máy tính cho phép thay đổi các biến, hệ số

K có thể được tính toán theo công thức sau:

l

l K

(1-l). = l u (1-4) Như vậy, trong trường hợp các lớp được dính bám tốt với lớp tưới dính bám, mối quan hệ đó như sau:

đã nghiên cứu những giá trị K ở lớp mặt dính bám với giá trị từ 0 đến ∞ của kết cấu mặt đường ba lớp trên lớp móng [68] Các tác giả đã chỉ ra, sự thay đổi đáng

kể những giá trị ứng suất và biến dạng ở vị trí dưới cùng của lớp trên xảy ra khi giá trị K thay đổi Hơn thế nữa, trong các nghiên cứu tương tự cũng cho thấy, khi giá trị K tăng, giá trị biến dạng tiến gần đến giá trị được tính cho trường hợp dính bám hoàn toàn và giảm được ứng suất kéo ở vị trí đáy ở mỗi lớp, Hình 1-12

Từ một quan điểm lý thuyết cho rằng ứng xử cơ học của lớp dính bám liên quan đến mô đun độ cứng của các lớp trong kết cấu mặt đường Do vậy, việc đánh giá

độ cứng có thể được thực hiện thông qua thiết bị đo FWD (Falling Weigh Deflectometer) Một hạn chế của hầu hết các phương pháp tính toán kết cấu mặt đường mềm hiện nay là đã giả định các lớp dính bám hoàn toàn mà không xem xét đến điều kiện thực tế Để khắc phục hạn chế này, một phương pháp tính toán mới được đề xuất bởi Al Hakim và các cộng sự (1999, 2002) và đã ứng dụng cho một loạt các kết cấu mặt đường [27], [43] Phương pháp này đánh giá mô đun độ cứng lớp khi xem xét đến các điều kiện dính bám thực tế bằng cách đề cập đến thông số

độ cứng chống cắt K Al Hakim và các cộng sự [1996] đã sử dụng thiết bị FWD

để xác định mô đun lớp và mức độ dính bám giữa các lớp thông qua hệ số K [42]

Hình 1-12 Sự phân bố ứng suất – biến dạng theo chiều sâu [30]

Các giá trị thực nghiệm về giá trị K là thực sự cần thiết để đánh giá chính xác khả năng chịu lực của kết cấu mặt đường và mô đun lớp Do đó, một vài phương pháp thí nghiệm đã từng được đề xuất nhằm để đánh giá những giá trị K thích hợp nhất [31]

1.3.2 Mô hình Romanoschi

Romanoschi (2001) đã đề xuất một mô hình dính bám giữa hai lớp bê tông asphalt được suy ra từ thí nghiệm cắt trực tiếp trong điều kiện bề mặt có lớp dính bám và không có dính bám [54], mô hình thí nghiệm được thể hiện ở Hình 1-13 Tác giả đã chia biểu đồ quan hệ giữa chuyển vị và ứng suất của lớp mặt trượt giữa hai lớp bê tông asphalt thành ba giai đoạn thể hiện như ở Hình 1-14

+ Giai đoạn 0-1: Mối quan hệ ứng suất cắt – chuyển vị là tuyến tính Phá hoại xuất hiện khi ứng suất cắt ở bề mặt đạt giá trị lớn nhất (max)

+ Giai đoạn 1-2: Giai đoạn này mô tả điều kiện khi lớp dính bám bị phá hủy, nhưng những lớp liền kề không bị tách hoàn toàn và vẫn thể hiện sức kháng cắt

Hình 1-13 Sơ đồ thí nghiệm cắt Romanoschi [54]

+ Giai đoạn 2-3: Sau khi những lớp liền kề bị tách hoàn toàn, hai lớp liền kề làm việc thông qua ma sát tiếp xúc giữa các lớp

Hình 1-14 Biểu đồ quan hệ ứng suất cắt – chuyển vị [54]

Hình 1-15 thể hiện đường quan hệ ứng suất cắt và chuyển vị cắt được sử dụng trong mô hình phân tích kết cấu Do tải trọng tác dụng lên kết cấu mặt đường và

do giai đoạn sau phá hủy có thể chỉ xuất hiện một lần, điều này cho thấy chỉ có giai đoạn cắt phẳng và giai đoạn ma sát được sử dụng phổ biến để mô tả điều kiện

bề mặt lớp dính bám Đối với bề mặt lớp bê tông asphalt, ba thông số được xem

để mô tả ứng xử bề mặt khi thí nghiệm cắt bao gồm: mô đun cắt bề mặt (K - là độ

dốc của đường cong chuyển vị - ứng suất cắt), cường độ chống cắt (max) và hệ số

ma sát sau khi bị phá hoại (µ) Trong nghiên cứu, tác giả Romanoschi đã chỉ ra K,

max, µ, phụ thuộc vào nhiệt độ

đoạn cắt phẳng

Giai đoạn

ma sát

Chuyển vị cắt, mm

Ks = tan(a)

Hình 1-15 Mô hình dính bám lớp bê tông asphalt hai giai đoạn

Mô hình Romanoschi được sử dụng trong chương trình phần mềm phân tích kết cấu ABAQUS để phân tích ứng xử của kết cấu áo đường mềm khi xét đến các điều kiện dính bám giữa các lớp khác nhau Mô hình hóa dính bám giữa các lớp bê tông asphalt bằng cách sử dụng điều kiện tương tác bề mặt [56]

 Điều kiện dính bám hoàn toàn: Điều kiện này ứng với mô hình toàn khối Đây

là giả thuyết được sử dụng trong tất cả những phương pháp phân tích mô đun ngược và là cơ sở để đánh giá những tác động của dính bám giả định về tính chính xác của phương pháp phân tích ngược

 Điều kiện ma sát đơn: Trường hợp này xảy ra khi dính bám giữa hai lớp bị mất

đi hoàn toàn và được mô tả bằng hệ số ma sát (µ) Gía trị hệ số ma sát được thu thập từ các thí nghiệm cắt trực tiếp với tải trọng chuẩn

 Điều kiện bề mặt có lớp dính bám: Được sử dụng để mô tả chuyển vị tương đối trên bề mặt tiếp xúc giữa hai lớp bê tông asphalt ứng với ứng suất tiếp, khi đó ứng suất tiếp sẽ nhỏ hơn giá trị cho phép (max) Mô đun cắt K và ứng suất tiếp

max không phụ thuộc vào mức ứng suất tiếp trên bề mặt giao diện Chuyển vị

đàn hồi tối đa tại vị trí dính bám

1.4 Các yếu tố ảnh hưởng đến mức độ dính bám giữa các lớp bê tông asphalt

Dính bám tốt giữa các lớp bê tông asphalt nhằm mục đích đảm bảo các tính năng cho kết cấu mặt đường Do vậy, các yếu tố ảnh hưởng đến đặc tính dính bám giữa các lớp bê tông asphalt đóng vai trò quan trọng, quyết định đến chất lượng dính bám cho các lớp bê tông asphalt Mục này tổng hợp các yếu tố ảnh hưởng đến dính bám giữa các lớp bê tông asphalt đã được nghiên cứu bởi một số tác giả thông qua các nghiên cứu thực nghiệm trong phòng

1.4.1 Cấp độ đầm nén

Một khảo sát về phá hủy trượt giữa các lớp bê tông asphalt đã được thực hiện bởi phòng thí nghiệm nghiên cứu giao thông (Transport Research Laboratory–TRL) vào giữa những năm 1970 [31], [86] Các kết quả đã cho thấy rằng mặt trượt xuất hiện chủ yếu ở vị trí tiếp xúc giữa lớp bê tông asphalt mặt trên với lớp bê tông asphalt mặt dưới có độ cứng không tương xứng Để giảm nguy cơ trượt, một số gợi ý sau được đưa ra: 1) cải thiện chất lượng vật liệu không dính bám sử dụng cho lớp móng trên và lớp móng dưới bằng cách tăng cấp độ đầm nén và 2) đảm bảo nhiệt độ thảm và lu khi thi công lớp mặt bê tông asphalt rải nóng Từ những nhận xét trên, có thể kết luận rằng cấp độ đầm nén lớp dưới và nhiệt độ thi công lớp bê tông asphalt rải nóng lớp trên là những yếu tố quan trọng để đảm bảo dính bám tốt giữa các lớp liền kề nhau trong kết cấu áo đường Cấp độ đầm nén thích

hợp của lớp trên cũng là yếu tố quan trọng để đạt được mức độ dính bám tốt Đầm nén tốt sẽ làm cho các hạt cốt liệu lớp trên tiếp xúc tốt với lớp dưới, từ đó nâng cao được hệ số ma sát giữa các hạt cốt liệu Raab và Partl (2004) đã sử dụng phương pháp đầm xoay trong phòng thí nghiệm để đầm mẫu nhằm đánh giá ảnh hưởng của việc đầm mẫu đến cường độ chống cắt giữa hai lớp bê tông asphalt [51] Cường

độ chống cắt được xác định theo tiêu chuẩn SN 640430B ở 20oC [87] Kết quả thí nghiệm cho thấy, lớp trên đầm ở 204 vòng xoay cho kết quả cường độ cắt đạt trung bình 2.67 MPa, khi đầm ở 50 vòng xoay cường độ chống cắt chỉ đạt được 1.94 MPa

1.4.2 Nguồn gốc mẫu thí nghiệm

Những kết quả nghiên cứu của các tác giả về ảnh hưởng của nguồn gốc mẫu thí nghiệm đến cường độ dính bám giữa các lớp bê tông asphalt cho thấy, kết quả thí nghiệm cường độ dính bám của những mẫu chế bị trong phòng thí nghiệm cao hơn những mẫu khoan về ngoài hiện trường [16], [19], [38], [69] Điều này có thể

là do: 1) Chất lượng lớp tưới dính bám trong phòng thí nghiệm được quản lý tốt hơn ngoài hiện trường, 2) Đối với những mẫu khoan ngoài hiện trường, có thể do ảnh hưởng của lực cắt khi khoan lấy mẫu đã làm giảm cường độ chống cắt giữa hai lớp Do vậy, việc đầm mẫu trong phòng thí nghiệm thích hợp cho việc nghiên cứu đánh giá tính chất dính bám giữa hai lớp bê tông asphalt với các điều kiện thay đổi về vật liệu tưới dính bám, nhiệt độ thí nghiệm và điều kiện bề mặt

1.4.3 Kích thước mẫu thí nghiệm

Sholar và các cộng sự (2004) đã đánh giá cường độ dính bám giữa hai lớp bê tông asphalt của những mẫu thí nghiệm có đường kính khác nhau [61] Kết quả thí nghiệm xác định cường độ dính bám giữa hai lớp với những mẫu có đường kính 101.6 mm có trị số cao hơn khoảng 14 % so với những mẫu có đường kính 152.4

mm Điều này là do, mẫu có đường kính 152.4 mm có diện tích tiếp xúc bề mặt lớn hơn, dẫn đến xác suất xuất hiện khuyết tật lớn hơn, tăng tính bất lợi đối với kết quả thí nghiệm thu được so với những mẫu có đường kính 101.6 mm Tuy nhiên, đường kính mẫu 152.4 mm đã được lựa chọn để nghiên cứu đánh giá các yếu tố

khác nhau ảnh hưởng đến cường độ dính bám giữa hai lớp bê tông asphalt trong phòng thí nghiệm với các yếu tố thay đổi khác nhau

1.4.4 Tốc độ tăng tải khi thí nghiệm

Sự thay đổi tốc độ tác dụng của lực thẳng đứng cũng ảnh hưởng đáng kể đến những tính chất của mặt đường bê tông asphalt, điều này được thể hiện bởi tốc độ tăng tải khi thí nghiệm cắt Ứng xử chất kết dính asphalt thể hiện tính nhớt ở tốc

độ tăng tải chậm và thể hiện tính đàn hồi dẻo ở tốc độ tăng tải nhanh Nghiên cứu ảnh hưởng của tốc độ tăng tải đến cường độ chống cắt cho thấy, cường độ chống cắt giữa hai lớp bê tông asphalt tăng lên khi tốc độ tăng tải tăng từ 1.27 mm/phút đến 200 mm/phút [17], [24], [61] Các nghiên cứu thực nghiệm đều đề xuất tốc độ tăng tải khi thí nghiệm cắt 50.8 mm/phút là hợp lý Vì vậy, có thể thực hiện thí nghiệm xác định cường độ chống cắt trên máy thí nghiệm nén Marshall hoặc máy thí nghiệm CBR

1.4.5 Độ rỗng dư của lớp mặt trên

Những kết quả nghiên cứu của các tác giả đã công bố và kết luận rằng, khi độ rỗng dư của lớp mặt trên cao, nước sẽ thấm xuống lớp dính bám và làm giảm cường

độ dính bám giữa hai lớp bê tông asphalt [16], [20], [44], [47], [51] Cụ thể, kết quả thí nghiệm xác định cường độ chống cắt ở 40oC của Raab và Partl (2004) trên những mẫu không cho nước thấm qua đạt trung bình 1.57 MPa còn với những mẫu cho áp lực nước thấm qua 0.56 at, cường độ chống cắt đạt 1.08 MPa [51] Gần đây, Ferrotti (2007) đã sử dụng phương pháp phân tích ảnh trên thiết bị EMPA để xác định thể tích lỗ rỗng ở lớp mặt dính bám và những lớp liền kề [22] Từ nghiên cứu này, tác giả đã kết luận, thể tích lỗ rỗng ở mẫu hai lớp bê tông asphalt tập trung ở lớp dính bám và quan hệ giữa thể tích lỗ rỗng với cường độ chống cắt bề mặt có dạng parabol

1.4.6 Cấp phối của hỗn hợp bê tông asphalt

Pos và các cộng sự (2001), Sholar và các cộng sự (2004) đã nghiên cứu đánh giá ảnh hưởng cấp phối cốt liệu của lớp mặt trên và lớp mặt dưới đến cường độ

chống cắt giữa hai lớp [47], [61] Kết quả nghiên cứu thực nghiệm của Pos và các cộng sự (2001) cho thấy, hỗn hợp bê tông asphalt có cấp phối hạt nhỏ đặt trên hỗn hợp bê tông asphalt có cấp phối hạt lớn cải thiện đáng kể ma sát giữa các hạt cốt liệu ở bề mặt lớp dính bám Nghiên cứu của Sholar và các cộng sự (2004) đã chỉ

ra, các vật liệu tưới dính bám ảnh hưởng đến cường độ dính bám của hỗn hợp bê tông asphalt có cấp phối hạt nhỏ lớn hơn hỗn hợp có cấp phối hạt lớn và hỗn hợp

có cấp phối hạt lớn đạt được cường độ dính bám cao hơn hỗn hợp có cấp phối hạt nhỏ [61] Nghiên cứu của West và các cộng sự (2005) sử dụng hai cấp phối hạt nhỏ và hạt lớn với các loại vật liệu tưới dính bám CRS-2, CSS-1 và PG 64-22 với các tỷ lệ 0.2 l/m2, 0.4 l/m2 và 0.6 l/m2 cho thấy, ở hàm lượng vật liệu tưới dính bám 0.2 l/m2 và 0.4 l/m2 cho kết quả cường độ dính bám cao hơn với cấp phối hạt nhỏ [69] Tuy nhiên, với hỗn hợp cấp phối hạt lớn, cường độ dính bám không thay đổi nhiều khi tỷ lệ vật liệu tưới dính bám thay đổi Các kết quả thí nghiệm ở các nhiệt

độ 10oC, 25oC và 60oC cho thấy, những ảnh hưởng của loại và tỷ lệ vật liệu tưới dính bám đến cường độ dính bám là khác nhau với hỗn hợp bê tông asphalt sử dụng cấp phối hạt lớn và hạt nhỏ

1.4.7 Loại và tỷ lệ vật liệu tưới dính bám

Hiện nay có một số loại vật liệu tưới dính bám được sử dụng khi thi công các lớp bê tông asphalt rải nóng bao gồm: nhũ tương bitum, bitum quánh, và bitum lỏng Nhìn chung, việc lựa chọn sử dụng loại vật liệu dính bám được quyết định bởi kinh nghiệm và những đánh giá kỹ thuật

Trong số những loại vật liệu tưới dính bám trên, nhũ tương bitum là loại vật liệu tưới dính bám được sử dụng phổ biến nhất Nhũ tương bitum được phân loại dựa theo thời gian phân tách, được kiểm soát bởi loại và hàm lượng chất nhũ hóa Các loại nhũ tương anionic bao gồm loại phân tách nhanh (rapid setting (RS)), phân tách trung bình (medium setting (MS) và phân tách chậm (slow setting (SS) Các cấp nhũ tương anionic bao gồm: RS-1, RS-2, MS-1, MS-2, MS-2h, SS-1, và SS-1h Các loại nhũ tương cationic bao gồm: loại phân tách nhanh (rapid-setting (CRS)), nhũ tương phân tách trung bình (medium-setting (CMS)) Các cấp nhũ

tương cationic bao gồm: CRS-1, CRS-2, CMS-2, CMS-2h, CSS-1, và CSS-1h Một lượng dư thừa vật liệu tưới dính bám có thể gây ra sự trượt giữa các lớp bê tông asphalt Mặt khác, khi lượng vật liệu tưới dính bám không đủ có thể làm giảm dính bám giữa các lớp bê tông asphalt và có thể gây ra nứt ở mặt đường Vì thế, đưa ra một tỷ lệ sử dụng hợp lý ứng với các lớp bê tông asphalt khác nhau là rất quan trọng Mohammad và các cộng sự (2012), đã tiến hành nghiên cứu đánh giá cường độ dính bám giữa hai lớp bê tông asphalt sử dụng bốn loại nhũ tương (CRS-2P, SS-1, CSS-1, và SS-1h) với các tỷ lệ 0.00, 0.09, 0.23, 0.45 và 0.9 l/m2 [36] Thí nghiệm cắt được thực hiện trên thiết bị cắt Superpave Shear Test (SST), với tốc độ cắt không đổi 222.5 N/phút ở 25oC và 55oC Kết quả nghiên cứu cho thấy, cường độ cắt ở 25oC với nhũ tương CRS-2P, tỷ lệ 0.09 l/m2 đạt giá trị cao nhất 0.35 MPa

Một cuộc khảo sát đánh giá được thực hiện bởi liên đoàn nhũ tương quốc tế vào năm 1999, đã kết luận loại nhũ tương cationic CRS-1h được sử dụng thích hợp nhất làm vật liệu tưới dính bám [53] Cũng theo báo cáo khảo sát, một số Bang ở

Mỹ như: California, Florida, và Vermont sử dụng loại nhũ tương anion phân tách nhanh RS-1 và RS-2 Florida và Georgia là các tiểu Bang duy nhất sử dụng bitum quánh hóa lỏng AC-5, AC-20, và AC-30 làm vật liệu tưới dính bám tại thời điểm khảo sát Một số tiểu bang chỉ định sử dụng vật liệu tưới dính bám theo điều kiện thực tế thi công Ví dụ, tiêu chuẩn kỹ thuật của Bang Florida cho phép sử dụng một trong ba loại vật liệu tưới dính bám (nhũ tương, bitum lỏng, hoặc bitum quánh) Với việc thi công ban ngày, có thể sử dụng một trong hai loại nhũ tương phân tách nhanh (RS-1 hoặc RS-2), trong khi đó loại AC-5 có tính nhớt được sử dụng khi thi công ban đêm

Loại bitum quánh được sử dụng khi thi công vào ban đêm hoặc khi thời tiết lạnh

vì loại này không yêu cầu thời gian phá vỡ các liên kết (phân tách) trước khi thảm Loại chất kết dính bitum quánh thường được sử dụng phổ biến làm vật liệu tưới dính bám khi thi công kết cấu mặt đường bê tông asphalt mới [83] Bitum quánh được làm nóng và tưới ở nhiệt độ cao hơn so với nhũ tương, nhưng nó có xu hướng

bị nguội đi một cách nhanh chóng, do vậy đòi hỏi phải được sử dụng ngay sau khi tưới [78]

Một nghiên cứu đánh giá được thực hiện bởi Paul và Scherocman (1998) cho rằng, nhũ tương phân tách chậm được sử dụng phổ biến nhất [45] Phổ biến trong số đó

là các loại SS-1, SS-1h, CSS-1, và CSS-1h với các tỷ lệ thay đổi tùy theo điều kiện

bề mặt từ 0.06-0.26 l/m2 Uzan và các cộng sự (1978) cho rằng, tỷ lệ chất tưới dính bám cao dẫn đến tăng chiều dầy màng dính bám, điều này dẫn đến giảm khả năng chèn móc các hạt cốt liệu với nhau [68] Sholar và các cộng sự (2004) đã tiến hành đánh giá ảnh hưởng của tỷ lệ chất tưới dính bám đến cường độ cắt trực tiếp với những mẫu khoan hiện trường Thí nghiệm được thực hiện ở 25oC và tốc độ cắt 50.8 mm/phút Có ba tỷ lệ được lựa chọn đánh giá theo chỉ dẫn kỹ thuật của Bang Florida là: 0.091, 0.226 và 0.362 l/m2 Kết quả nghiên cứu đánh giá cho thấy, cường độ kháng cắt có giá trị cao hơn ở tỷ lệ chất tưới dính bám cao

Cross và Shrestha (2005) đã tiến hành nghiên cứu khảo sát về ứng dụng của vật liệu tưới dính bám trong việc thi công các lớp bê tông asphalt [21] Mười ba tiểu Bang đã tham gia trong cuộc khảo sát này Mười hai trong tổng số mười ba Bang

đã đưa ra kết luận sử dụng nhũ tương phân tách chậm làm vật liệu tưới dính bám Các loại được sử dụng gồm: SS-1, SS-1h, CSS-1, và CSS-1h Chỉ có duy nhất bang Kanas sử dụng bitum lỏng Bitum lỏng được sử dụng khi thời tiết lạnh và khi thi công lớp phủ bê tông asphalt trên mặt bê tông xi măng

Theo khuyến cáo của Sổ tay thi công mặt đường hỗn hợp bê tông asphalt rải nóng [78], tỷ lệ chất tưới dính bám sử dụng trong khoảng từ 0.18 l/m2 đến 0.27 l/m2 Với kết cấu lớp mặt là hỗn hợp bê tông asphalt có cấp phối hở, yêu cầu tỷ lệ chất tưới dính bám cao hơn hỗn hợp bê tông asphalt có cấp phối chặt Bề mặt khô và bị hóa già yêu cầu tỷ lệ chất tưới dính bám cao hơn bề mặt chảy nhựa [15] Bề mặt được tạo nhám cũng yêu cầu hàm lượng cao hơn bề mặt không tạo nhám khoảng 0.36 l/m2 Chỉ một tỷ lệ chất dính bám còn lại 0.09 l/m2 thường được yêu cầu cho những lớp bê tông asphalt làm mới, [USACE, 2001] Sổ tay hướng dẫn sử dụng cốt liệu

đề nghị tỷ lệ áp dụng nên trong khoảng 0.23 l/m2 đến 0.67 l/m2 để ngăn chặn sự

bôi trơn các hạt cốt liệu, điều này có thể dẫn đến sự trượt giữa các lớp bê tông asphalt [85]

Lavin (2003) khuyến cáo tỷ lệ áp dụng 0.3 l/m2 cho lớp dính bám đối với những mặt đường bê tông asphalt rải nóng làm mới, và khoảng 1.0 l/m2 hay có thể cao hơn cho bề mặt được tạo nhám [34] Kent Hansen (2004) đã đưa ra kiến nghị đối với bề mặt lớp bê tông asphalt có cấp phối hở hay bề mặt bị hóa già yêu cầu tỷ lệ

áp dụng cao hơn [29] Cũng trong nghiên cứu tác giả Kent Hansen đã đề nghị tỷ lệ

áp dụng từ 0.09 l/m2 đến 0.23 l/m2 cho bề mặt mặt đường làm mới, và từ 0.23 l/m2đến 0.36 l/m2 cho bề mặt được tạo nhám Kết quả nghiên cứu của Cross và Shrestha (2005) lại đưa ra tỷ lệ áp dụng từ 0.15 l/m2 đến 0.70 l/m2 [21]

Theo tiêu chuẩn TCVN 8819 [2011], một số loại vật liệu tưới dính bám có thể được sử dụng tưới dính bám khi thi công các lớp bê tông asphalt như: nhũ tương CRS-1, CSS-1, bitum lỏng RC-70, với tỷ lệ thay đổi từ 0.3-0.8 l/m2

1.4.8 Điều kiện bề mặt

Các điều kiện bề mặt của lớp dưới ảnh hưởng đến cường độ dính bám giữa các lớp bao gồm: độ nhám, độ sạch và độ ẩm Sổ tay hướng dẫn thi công mặt đường hỗn hợp bê tông asphalt rải nóng của Mỹ quy định về điều kiện bề mặt trong quá trình thi công các lớp bê tông asphalt đến việc lựa chọn ứng dụng vật liệu dính bám [78] Lớp dính bám nên được thi công khi bề mặt lớp dưới sạch và khô Viện Asphalt Mỹ đã đưa ra tóm tắt về các điều kiện thời tiết và sự chuẩn bị bề mặt cho mức độ áp dụng lớp dính bám phù hợp Một trong hai sổ tay hướng dẫn được xuất bản bởi Viện Asphalt, “thi công các mặt đường asphalt hỗn hợp nóng”, Manual Series No 22 (MS-22 (Construction of Hot Mix Asphalt Pavements, Manual Series No 22 (MS-22)) đề nghị một lớp phủ dính bám được áp dụng dưới cùng điều kiện thời tiết như mặt đường bê tông asphalt rải nóng và bề mặt phải sạch và khô Một sổ tay hướng dẫn khác đã đưa ra gợi ý về cường độ dính bám mặt tiếp xúc tốt nhất nhận được khi các lớp phủ dính bám được thi công ở bề mặt mặt đường khô ráo với nhiệt độ trên 25oC [79]

Một số nghiên cứu trong phòng đã đánh giá về ảnh hưởng của các điều kiện bề mặt đến cường độ dính bám giữa các lớp bê tông asphalt Một trong những nghiên cứu được thực hiện bởi Hachiya và Sato (1997) đã báo cáo bụi mặt tiếp xúc ảnh hưởng không đáng kể đến sự dính kết mặt tiếp xúc nếu lớp phủ dính bám được bảo dưỡng phù hợp [24] Theo tác giả Sholar và các cộng sự (2004) đã đưa ra sự ảnh hưởng của độ ẩm ở mặt tiếp xúc làm giảm đáng kể cường độ cắt trượt ở mặt tiếp xúc khi

so sánh với các mặt cắt tương tự không có độ ẩm [61] Các tác giả đã kiểm tra ảnh hưởng của kết cấu bề mặt đến cường độ dính bám mặt tiếp xúc, và đã báo cáo về

sự tăng độ nhám bề mặt để đạt được cường độ cắt trượt cao hơn

Ngoài ra, độ ẩm của bề mặt lớp dưới cũng ảnh hưởng đáng kể đến mức độ dính bám với lớp bê tông asphalt mặt trên Raab và Partl (2004), Sholar và các cộng sự (2004) đã có những nghiên cứu và đi đến kết luận rằng nước ở lớp bề mặt lớp dưới khi rải lớp trên làm giảm cường độ cắt bề mặt tiếp xúc giữa hai lớp bê tông asphalt [51], [61] Raab và Partl (2004) đã có những nghiên cứu thực nghiệm đánh giá ảnh hưởng của nước tới cường độ dính bám bằng cách tạo ra một áp lực nước thấm tới lớp dính bám sau đó thí nghiệm cắt Kết quả cho thấy rằng, nước ở lớp dính bám làm giảm cường độ kháng cắt bề mặt từ 15-27%

Độ nhám bề mặt của lớp dưới ảnh hưởng đáng kể đến cường độ dính bám giữa các lớp Các tác giả Sholar và các cộng sự (2004), West và các cộng sự (2005) đã chỉ

ra rằng cấu tạo bề mặt của lớp dưới ảnh hưởng đáng kể đến dính bám bề mặt [61], [69] Hỗn hợp bê tông asphalt trên lớp mặt tạo nhám làm tăng đáng kể cường độ cắt bề mặt giữa các lớp Một nghiên cứu được thực hiện bởi Partl và các cộng sự (2005) nhằm đánh giá ảnh hưởng của độ nhám bề mặt tiếp xúc đã cho thấy cường

độ cắt bề mặt tăng lên khi độ nhám bề mặt tăng [48]

thấy cường độ kháng cắt giữa hai lớp bê tông asphalt giảm khi nhiệt độ thí nghiệm tăng lên [43] Các nghiên cứu của một số tác giả đã chỉ ra rằng, các giá trị cường

độ cắt rất thấp khi thí nghiệm ở nhiệt độ lớn hơn 30oC Mặt khác, trị số cường độ cắt ở nhiệt độ nhỏ 15oC cao hơn trị số giới hạn quy định trong một số tiêu chuẩn [16], [18], [24], [44], [61], [68], [69]

Francesco Canestrari và các cộng sự (2012) đã đã tiến hành thí nghiệm ở 10oC,

20oC, 25oC, 30oC và 40oC trên những mẫu khoan hiện trường có đường kính 101.6

mm và 150 mm và tốc độ thí nghiệm cắt phẳng 50.8 mm/phút Kết quả nghiên cứu cho thấy cường độ dính bám giảm trung bình khoảng 80 % khi nhiệt độ thí nghiệm thay đổi từ 10oC lên 40oC [16] Cũng trong nghiên cứu này, tác giả Francesco Canestrari và các cộng sự (2012) đã đưa ra công thức thực nghiệm quan hệ giữa cường độ chống cắt (Tx) với nhiệt độ (Tx)

trong đó: a, b là các hệ số thực nghiệm được xác định theo Bảng 1-1

Tx - nhiệt độ thí nghiệm, oC;

 - cường độ dính bám giữa hai lớp bê tông asphalt, MPa

Bảng 1-1 Hệ số a, b ứng với các kết cấu mặt đường lựa chọn [16]

1.4.10 Thời gian khai thác

Một số nghiên cứu cho thấy, dính bám ở lớp bề mặt tiếp xúc giữa hai lớp bê tông asphalt tăng theo thời gian [16], [49] Tác giả Stockert (2001) tiến hành nghiên

cứu đánh giá cường độ cắt giữa hai lớp bê tông asphalt trong kết cấu mặt đường sau một năm phục vụ và thấy rằng cường độ cắt được cải thiện khoảng 50 % khi cường độ cắt ban đầu khoảng 1.1 MPa [63] Những vị trí có cường độ cắt ban đầu cao (khoảng 1.7 MPa) đã cho thấy cải thiện một chút và những vị trí có cường độ cắt ban đầu thấp (khoảng 0.55 MPa) không thể hiện việc cải thiện, lúc này lớp mặt

sẽ xẩy ra các dạng phá hủy trượt liên quan đến chất lượng dính bám kém Các tác giả Raab và Partl (1999) đã báo cáo rằng, kết cấu áo đường mềm sau khoảng 3-5 năm phục vụ, cường độ chống cắt giữa các lớp chỉ là sự phối hợp của những cốt liệu giữa các lớp với nhau [44]

Tổng hợp các yếu tố ảnh hưởng đến cường độ dính bám giữa các lớp bê tông asphalt được thể hiện ở Bảng 1-2

Bảng 1-2 Bảng tổng hợp các yếu tố ảnh hưởng đến cường độ dính bám giữa các lớp bê tông asphalt

STT Yếu tố Đặc điểm Mức độ

ảnh hưởng

Mô hình thí nghiệm

Phạm vi giá trị cường độ dính bám

Phương hướng giải quyết

Giới hạn nghiên cứu

nén

Đầm xoay lớp mặt trên 50 vòng và 204 vòng

nghiệm cắt phẳng không có lực dọc trục (Leutner)

lớp trên

Nghiên cứu tổng quan

lớp mặt trên

Độ rỗng dư tăng dẫn đến giảm diện tích tiếp xúc, chèn móc

Độ rỗng dư lớp mặt tăng dẫn đến giảm dính bám

nghiệm cắt phẳng

có lực dọc trục (NCAT 2011)

trên

Nghiên cứu tổng quan

nghiệm

Mẫu chế bị trong phòng;

Mẫu khoan về

từ hiện trường

Mẫu chế bị trong phòng có cường

độ dính bám cao hơn mẫu khoan hiện trường

nghiệm cắt phẳng

có lực dọc trục (NCAT 2011)

Thí nghiệm cả mẫu khoan hiện trường và mẫu chế bị trong phòng

Nghiên cứu tổng quan

Và Nghiên cứu thực nghiệm

nghiệm cắt phẳng không có lực dọc trục (Leutner)

phòng:1.16- 2.68 MPa

Mẫu hiện trường:

0.90-1.67 MPa