T 322 03 xác định hệ số từ biến và cường độ bê tông nhựa trộn nóng (HMA) bằng thiết bị thí nghiệm kéo gián tiếp

Tiêu chuẩn thí nghiệm Xác định hệ số từ biến và cường độ bê tông nhựa trộn nóng HMA bằng thiết bị thí nghiệm kéo gián tiếp AASHTO T 322-03 LỜI NÓI ĐẦU  Việc dịch ấn phẩm này sang tiếng

Tiêu chuẩn thí nghiệm

Xác định hệ số từ biến và cường độ bê tông nhựa trộn nóng (HMA) bằng thiết bị thí nghiệm kéo gián tiếp

AASHTO T 322-03

LỜI NÓI ĐẦU

 Việc dịch ấn phẩm này sang tiếng Việt đã được Hiệp hội Quốc gia về đường bộ và vận tải Hoa kỳ (AASHTO) cấp phép cho Bộ GTVT Việt Nam Bản dịch này chưa được AASHTO kiểm tra về mức độ chính xác, phù hợp hoặc chấp thuận thông qua Người sử dụng bản dịch này hiểu và đồng ý rằng AASHTO sẽ không chịu trách nhiệm về bất kỳ chuẩn mức hoặc thiệt hại trực tiếp, gián tiếp, ngẫu nhiên, đặc thù phát sinh và pháp lý kèm theo, kể cả trong hợp đồng, trách nhiệm pháp lý, hoặc sai sót dân sự (kể cả sự bất cẩn hoặc các lỗi khác) liên quan tới việc sử dụng bản dịch này theo bất cứ cách nào, dù đã được khuyến cáo về khả năng phát sinh thiệt hại hay không

 Khi sử dụng ấn phẩm dịch này nếu có bất kỳ nghi vấn hoặc chưa rõ ràng nào thì cần đối chiếu kiểm tra lại so với bản tiêu chuẩn AASHTO gốc tương ứng bằng tiếng Anh

Tiêu chuẩn thí nghiệm

Xác định hệ số từ biến và cường độ bê tông nhựa trộn nóng (HMA) bằng thiết bị thí nghiệm kéo gián tiếp

AASHTO T 322-03

1.1 Phương pháp này đưa ra trình tự xác định hệ số từ biến kéo tại các thời gian chất tải

khác nhau, cường độ chịu kéo và hệ số Poisson của bê tông nhựa trộn nóng (HMA)

sử dụng kỹ thuật chất tải gián tiếp

1.2 Những quy định miêu tả trong tiêu chuẩn này cung cấp các dữ liệu cần thiết để tiến

hành phân tích nứt do nhiệt bằng phần mềm SHRP’s SuperpaveTM và phân tích nứt do mỏi (Buttlar 1994) Phương pháp này áp dụng để thí nghiệm với các mẫu bê tông nhựa có cỡ hạt lớn nhất là 38 mm hoặc nhỏ hơn Mẫu có chiều cao từ 38 đến 50 mm

và có đường kính 150 ± 9 mm

nguy hiểm Tiêu chuẩn này không nhằm mục đích giải quyết tất cả các vấn đề về an toàn, nếu có, liên quan đến việc sử dụng tiêu chuẩn này Trách nhiệm của người sử dụng tiêu chuẩn này là phải xây dựng tiêu chuẩn phù hợp về an toàn và bảo vệ sức khỏe cũng như xác định khả năng áp dụng những giới hạn điều chỉnh trước khi sử dụng.

2 TÀI LIỆU VIỆN DẪN

 PP 3, Tạo mẫu bê tông nhựa trộn nóng bằng máy đầm kiểu bánh xe lăn

 T166, Tỷ trọng khối của bê tông nhựa trộn nóng đầm chặt bằng phương pháp sấy khô - bão hoà bề mặt

 T 269, Phần trăm độ rỗng trong bê tông nhựa chặt và bê tông nhựa hở đã đầm

 T 312, Chuẩn bị và xác định khối lượng thể tích của mẫu bê tông nhựa trộn nóng bằng thiết bị đầm nén SuperpaveTM Gyratory Compactor

 T 320, Xác định ứng suất cắt vĩnh cửu và độ cứng của bê tông nhựa bằng thiết bị thí nghiệm cắt Superpave (SST)

 D 3549, Chiều dầy hoặc chiều cao mẫu hỗn hợp trải mặt đường nhựa đã đầm

 D 4123, Thí nghiệm kéo gián tiếp để xác định modun đàn hồi của hỗn hợp bê tông nhựa

 D 5361, Lấy mẫu hỗn hợp nhựa đường đã đầm để thí nghiệm trong phòng

 Sổ tay hướng dẫn thiết kế hỗn hợp SuperpaveTM trong xây dựng mới và tăng cường lớp mặt

chịu xoắn, nén hoặc chịu cắt

ngang trên biến dạng dọc trục tương ứng do ứng xuất trục phân phối đều dưới tỷ lệ giới hạn của vật liệu

4 TÓM TẮT PHƯƠNG PHÁP THÍ NGHIỆM

4.1 Tiêu chuẩn này miêu tả 2 qui trình Một quy trình xác định từ biến kéo và cường độ

chịu kéo trên cùng một mẫu để phân tích nứt do nhiệt và quy trình khác xác định riêng cường độ chịu kéo để phân tích nứt do mỏi

4.2 Từ biến kéo được xác định bằng việc tác động một tĩnh lực có độ lớn cố định dọc theo

trục đường kính của mẫu Biến dạng dọc và ngang đo được ở sát tâm mẫu được dùng

để tính toán hệ số từ biến kéo như một hàm số thời gian Tải trọng được lựa chọn để giữ biến dạng ngang nằm trong giới hạn đàn hồi nhớt tuyến tính (đặc trưng dưới một biến dạng ngang 500 x 10-6 mm/mm) trong quá trình thí nghiệm từ biến Bằng việc đo biến dạng dọc và ngang ở các vùng có ứng xuất không đổi một cách tương đối, và không bị ảnh hưởng phi tuyến cục bộ do các thanh thép chiụ tải sinh ra, hệ số Poisson

có thể được xác định chính xác hơn Hệ số từ biến rất nhạy với việc đo hệ số poission 4.3 Cường độ chịu kéo được xác định ngay sau khi xác định từ biến kéo hoặc xác định

riêng rẽ bằng việc áp dụng một mức biến dạng dọc không đổi (hoặc chuyển động của piston nén) cho đến khi bị phá huỷ

5 Ý NGHĨA VÀ SỬ DỤNG

5.1 Các dữ liệu thí nghiệm từ biến và cường độ chịu kéo rất cần thiết trong thiết kế theo

Superpave với mức 2 và mức 3 và để xác định đường cong modun phục hồi chủ đạo

và các thông số nứt gẫy Thông tin này dùng để tính toán tính năng mỏi và nứt do nhiệt của bê tông nhựa trộn nóng (HMA) Đường cong modun phục hồi chủ đạo kiểm soát sự phát triển vết nứt do nhiệt trong khi các thông số nứt gẫy xác định cường độ chống nứt gẫy của bê tông nhựa

5.2 Giá trị hệ số từ biến, cường độ chịu kéo và hệ số Poisson xác định được bằng tiêu

chuẩn này có thể dùng để phân tích sự đàn hồi nhớt tuyến tính và tính toán khả năng nứt do mỏi và nứt ở nhiệt độ thấp của bê tông nhựa

5.3 Dữ liệu từ biến kéo có thể dùng để đánh giá chất lượng tương đối của vật liệu

5.4 Quy trình này có thể ứng dụng cho hỗn hợp được nung nóng lại, đầm lại, nhưng giá trị

hệ số từ biến sẽ thấp hơn so với hỗn hợp trộn mới do có sự thay đổi về độ nhớt của chất kết dính; độ nhớt của chất kết dính là yếu tố quan trọng của biến dạng từ biến, khi đo dưới điều kiện tải trọng và nhiệt độ quy định

6 DỤNG CỤ VÀ THIẾT BỊ

6.1 Hệ thống thiết bị thí nghiệm kéo gián tiếp – Hệ thống thiết bị thí nghiệm kéo gián tiếp

gồm một thiết bị chất tải trục, một thiết bị đo tải trọng, các thiết bị đo biến dạng mẫu, một buồng môi trường và một hệ thống thiết bị thu thập và kiểm soát dữ liệu

6.1.1 Thiết bị chất tải trục – Thiết bị chất tải phải có khả năng cung cấp một tải trọng cố định

hoặc không đổi là 98 kN với độ phân giải ít nhất là 5 N và tốc độ chuyển vị đẩy nén không đổi trong khoảng 12 và 75 mm/phút

6.1.2 Thiết bị đo tải – Thiết bị đo tải gồm một cảm ứng điện tử đo tải, được thiết kế để đặt

giữa các tấm chất tải và pittông, với độ nhạy là 5 N, và công suất tối thiểu là 98 kN 6.1.3 Thiết bị đo biến dạng mẫu – Thiết bị đo biến dạng mẫu phải gồm 4 bộ chuyển đổi vi sai

biến đổi tuyến tính (LVDT) với phạm vi ít nhất là 0.25mm và độ phân giải tối thiểu trên toàn phạm vi là 0.125 µm

6.1.4 Buồng môi trường – Cần phải trang bị cho buồng môi trường các máy điều hoà nhiệt

độ và bộ điều khiển có khả năng tạo nhiệt độ thí nghiệm giữa -30 và 300C trong buồng

và duy trì nhiệt độ thí nghiệm mong muốn trong phạm vi ± 0.20C Kích thước bên trong buồng môi trường phải đủ rộng để giữ được tối thiểu 3 mẫu trong vòng 12 giờ trước khi thí nghiệm

6.1.5 Hệ thống thu thập và kiểm soát dữ liệu – Sự ứng xử của mẫu trong thí nghiệm hệ số

từ biến được đánh giá qua các hồ sơ về thời gian áp dụng tải trọng và sự biến dạng

của mẫu Các thông số này cần được ghi bằng kỹ thuật analog để chuyển sang thiết bị thu nhận dữ liệu kỹ thuật số

6.1.5.1 Khi xác định từ biến kéo cho mặt đường theo Superpave, thiết bị thu thập dữ liệu kỹ

thuật số phải cung cấp một tần xuất mẫu là 10 Hz cho 10 giây đầu tiên và 1 Hz cho 90 giây tiếp theo Khi định thí nghiệm cường độ chịu kéo, thiết bị thu thập dữ liệu kỹ thuật

số phải cung cấp một tần xuất mẫu là 20 Hz cho suốt toàn bộ thí nghiệm Cần có một bản mạch 16/bit A/D để đạt được độ phân giải cần có khi xác định từ biến kéo và phạm vi yêu cầu khi xác định cường độ chịu kéo

6.1.6 Các điểm gắn đầu đo– Mỗi mẫu cần có 8 điểm đo bằng đồng có đường kính 8 mm và

cao 3.2 mm

6.1.7 Dưỡng gá - Cần có một dưỡng gá để đặt và gá các điểm đo vào mỗi bên của mẫu thí

nghiệm (mỗi bên đặt 4 điểm đo) như minh hoạ ở hình 1 và 2 Hình 1 minh hoạ một dưỡng gá dùng cho mẫu có đường kính 150 mm Có thể dùng các hệ thống khác tương tự và tương thích như đã dùng ở T320

6.1.8 Khung chất tải mẫu thí nghiệm – Khung chất tải mẫu phải là khung được miêu tả ở

tiêu chuẩn ASTM D 4123 và có khả năng phân phối tải thí nghiệm trùng với mặt đứng theo đường kính của mẫu và có sức kháng ma sát nhỏ hơn 2 kg trong bộ phận dẫn hướng và/ hoặc ổ đỡ Thông thường một khung dẫn hướng nhỏ hơn với khả năng định hướng đặc biệt được sử dụng cùng với một khung chất tải lớn để hoàn thiện thiết

bị này (xem hình 2)

Chú thích: 1 Tất cả các kích thước đo bằng mm trừ lưu ý khác

2 Sai số ± 0.2 mm

3 Không tỉ lệ

Hình 1 -100 mm Dưỡng đỡ các điểm đo

Tấm đỡ

Tấm đỡ

Mặt trên

Khe

Mặt bên

Thay đổi (tối thiểu 25)

8 lỗ vuông (Typ.)

7 MỐI NGUY HIỂM

7.1 Khi chuẩn bị và tiến hành thí nghiệm mẫu bê tông nhựa trộn nóng (HMA) cần tuân thủ

mọi qui định về an toàn của phòng thí nghiệm tiêu chuẩn

8.1 Hệ thống thiết bị thí nghiệm phải được hiệu chỉnh trước khi sử dụng lần đầu và sau đó

mỗi năm ít nhất 1 lần

8.1.1 Xác định lại khả năng của bộ phận kiểm soát môi trường để duy trì nhiệt độ cần thiết

trong phạm vi độ chính xác đã xác định

8.1.2 Xác định lại sự hiệu chỉnh của các thiết bị đo đạc (Ví dụ đầu cảm ứng đo tải và

LVDTs) của hệ thống thí nghiệm

8.1.3 Nếu có bất kỳ dữ liêu thu được qua kiểm tra lại không phù hợp với độ chính xác đã qui

định, phải hiệu chỉnh vấn đề đó trước khi tiếp tục thí nghiệm Các công việc phù hợp

có thể bao gồm: hiệu chỉnh menu đầu vào, bảo dưỡng các bộ phận của hệ thống, hiệu

Hình 2 – Khung chất tải mẫu

chỉnh các thiết bị của hệ thống (bằng cách thuê một công ty hiệu chỉnh độc lập hoặc dịch vụ của nhà sản xuất thiết bị, hoặc các nguồn lực tự có), hoặc thay thế các thiết bị của hệ thống

9.1 Mẫu đúc trong phòng thí nghiệm – Chuẩn bị 3 mẫu đúc thí nghiệm trong phòng giống

nhua, đó là số lượng tối thiểu cho mỗi nhiệt độ thí nghiệm phù hợp với tiêu chuẩn T312 hoặc PP 3 Nếu sử dụng tiêu chuẩn PP 3, dùng một mũi khoan lõi phù hợp để cắt lấy mẫu sau khi đã đầm

9.2 Lấy mẫu trên mặt đường – Lấy mẫu thí nghiệm trên mặt đường xe chạy theo tiêu

chuẩn ASTM D 3561 Chuẩn bị mẫu khoan lõi để có các bề mặt bằng phẳng và song song phù hợp với yêu cầu về chiều cao và đường kính đã quy định trong mục 10.2 Chuẩn bị 3 lõi mẫu giống nhau cho mỗi nhiệt độ thí nghiệm

10 CHUẨN BỊ MẪU VÀ XÁC ĐỊNH SƠ BỘ

10.1 Cưa cách 2 đầu mẫu ít nhất 6 mm ở mỗi mẫu để tạo ra các mặt bằng phẳng, song

song (cưa, cắt) để gá các điểm đo

Chú thích 1 – Việc đo đạc được tiến hành trên các mặt cắt để thu được các kết quả

đồng đều hơn, có thể gắn chặt các điểm đo bằng epoxy

10.2 Kích thước mẫu - Đối với hỗn hợp có cỡ hạt lớn nhất là 38 mm hoặc nhỏ hơn thì phải

chuẩn bị mẫu có chiều cao từ 38 ữ 50 mm và đường kính 150 ± 9 mm

10.3 Xác định chiều cao và đường kính mẫu - Đo và ghi lại đường kính và chiều cao (chiều

dầy) của mỗi mẫu theo tiêu chuẩn ASTM 3549, và xác định số đo tới 1 mm

10.4 Xác định tỷ trọng khối – Xác định tỷ trọng khối của mỗi mẫu theo tiêu chuẩn T166, trừ

khi lượng nước thấm trong mẫu vượt quá 2%, phải bọc mẫu bằng màng bọc plastic thay vì phủ bằng paraffin

10.5 Sấy khô mẫu thí nghiệm– Nếu mẫu thí nghiệm được ngâm trực tiếp trong nước, sau

khi xác định tỷ trọng khối, cho phép sấy khô mẫu ở nhiệt độ trong phòng cho đến khi khối lượng không đổi

10.6 Gá LVDTs – Gắn 4 điểm đo bằng Epoxy lên mỗi mặt phẳng của mẫu (4 mặt) Trên mỗi

mặt phẳng của mẫu, đặt hai điểm đo dọc theo trục ngang và hai điểm theo trục dọc với khoảng cách từ tâm tới tâm là 30.0 ± 0.2 mm đối với mẫu có đường kính 150 ± 9 mm Chỗ đặt và vị trí của điểm đo ở mỗi mặt phải tạo ra hình ảnh của mỗi điểm đo khác Gắn LVDTs lên các điểm đo sao cho đường tâm của bộ chuyển đổi ở phía trên mẫu là 6.4 mm (xem Hình 3)

Chú thích: 1 Tất cả các kính thước đo bằng mm trừ lưu ý khác

2 Sai số ± 0.2mm

3 Không theo tỉ lệ

Hình 3 – Mặt cắt ngang của hệ thống gá đỡ LVDT cho mẫu có đường kính 150 mm

11 THÍ NGHIỆM TỪ BIẾN KÉO/ CƯỜNG ĐỘ CHỊU KÉO (ĐỂ PHÂN TÍCH NỨT DO

NHIỆT)

11.1 Xác định thí nghiệm từ biến kéo/ cường độ chịu kéo ở nhiệt độ thí nghiệm 00C hoặc

thấp hơn Tối thiểu phải dùng 3 nhiệt độ thí nghiệm

Chú thích 2 – Quy trình phân tích hỗn hợp theo Superpave quy định nhiệt độ thí

nghiệm là 00C, -10 và -200C

11.2 Hạ nhiệt độ của buồng môi trường xuống nhiệt độ thí nghiệm và khi đã đạt được nhiệt

độ thí nghiệm ± 0.20C, cho phép duy trì mỗi mẫu ở nhiệt độ thí nghiệm khoảng 3 ± 1 giờ trước khi thí nghiệm Trong mọi trường hợp mẫu phải giữ mẫu tại nhiệt độ 00C hoặc thấp hơn trên 24 giờ

11.3 Đưa hệ thống đo đạc điện tử về số đọc 0 hoặc tái cân bằng và áp dụng một tĩnh lực có

độ lớn cố định (± 2%) mà không tác động tời mẫu trong thời gian100 ± 2 giây Quãng thời gian này tương ứng với nhu cầu đầu vào cho phần mềm Superpave Nếu yêu cầu phân tích tổng thể, quãng thời gian từ 1000 đến ± 2 giây được coi là thích hợp Đối với mẫu có đường kính 150 mm, sử dụng một tải trọng cố định để gây ra một biến dạng ngang từ 0.00125 mm đến 0.0190 mm Nếu vi phạm cả hai giới hạn, phải dừng thí nghiệm, cho phép phục hồi 5 phút trước khi bắt đầu lại với một tải trọng đã điều chỉnh Phải tuân thủ các giới hạn để ngăn ngừa hiệu ứng phi tuyến, được đặc trưng bởi vượt giới hạn trên, và các vấn đề quan trọng liên quan đến tiếng ồn và độ trôi lệch trong cảm ứng khi vi phạm giới hạn biến dạng dưới

11.4 Sau khi tải trọng cố định được áp dụng hoặc tái áp dụng, phải xác định cường độ chịu

kéo bằng việc tác động một tải lên mẫu với tốc độ đẩy nén12,5 mm/phút (dịch chuyển dọc) Ghi lại biến dạng dọc và ngang ở hai đầu mẫu và tải trọng, cho đến khi tải trọng bắt đầu giảm

Chú thích 3 – Trong một số trường hợp, có thể chấp thuận việc không chất tải lên

mẫu trong khoảng thời gian giữa thí nghiệm hệ số từ biến và thí nghiệm cường độ Điều này sẽ tạo điều kiện để kiểm tra một số máy móc thiết bị thí nghiệm nhất định

12 THÍ NGHIỆM CƯỜNG ĐỘ CHỊU KÉO (PHÂN TÍCH NỨT MỎI)

12.1 Sử dụng nhiệt độ thí nghiệm 200C hoặc thấp hơn hơn cho việc phân tích nứt do mỏi

Phải áp dụng Chú thích 2 nếu việc phân tích được dùng cho Superpave mức 2 và mức 3

12.2 Hạ nhiệt độ của buồng môi trường xuống nhiệt độ thí nghiệm và, một khi đã đạt được

nhiệt độ thí nghiệm ± 0.20C, cho phép mỗi mẫu được giữ tại nhiệt độ thí nghiệm trong thời gian 3 ± 1 giờ trước khi thí nghiệm

12.3 Đưa hệ thống đo đạc điện tử về số đọc 0 hoặc tái cân bằng và tác động một tải trọng

lên mẫu với tốc độ đẩy nén là 50 mm/ phút (chuyển động dọc) Ghi lại độ chuyển dịch dọc, ngang và tải trọng cho đến khi tải trọng bắt đầu giảm Dừng thí nghiệm ngay khi tải trọng bắt đầu giảm để phòng ngừa thiết bị LVDTs bị hư hại do mẫu bị phá huỷ đột ngột

13.1 Tính toán độ rỗng bê tông nhựa ở mỗi mẫu thí nghiệm theo tiêu chuẩn T269

13.2.1 Phần mềm Superpave tạo ra một tập hợp gồm 6 biến dạng dọc và ngang cần thiết

trong việc phân tích hỗn hợp Thông số đầu ra cũng cho biết cường độ chịu kéo của

hỗn hợp Chương trình phần mềm được xây dung từ những quan hệ đã cho trong các mục sau

13.3.1 3 mẫu tham chiếu được phân tích cùng một lúc để giảm độ khác biệt trong việc xác

định hệ số Poisson và như vậy cũng xác định được hệ số từ biến

13.3.2 Xác định độ dày và kích thước trung bình bằng mm và tải trọng từ biến bằng kN cho

3 mẫu giống nhau

3

3 1

∑

−

= n

n avg

b

b (1)

3

3 1

∑

−

= n

n avg

D

D (2)

3

3 1

∑

−

= n

n avg

P

P (3)

Trong đó:

∑ = Tổng giá trị 3 mẫu có chiều dầy, đường kính, tải trọng từ biến; tính bằng kN

avg avg

b = Chiều dày trung bình, đường kính và tải trọng từ biến của 3 mẫu giống

nhau, và

n n

b = Chiều dày, đường kính và tải trọng từ biến của mẫu n (n = 1 đến 3)

13.3.3 Tính toán chuỗi biến dạng ngang và dọc đã được chuẩn hoá cho một trong số 6 mặt

mẫu (3 mẫu, mỗi mẫu 2 mặt)

n

avg

avg

n avg

n

P

P D

D b

b

T I t

n

avg

avg

n avg

n

P

P D

D b

b

T I t

Trong đó:

t

n ,,

∆Χ = Biến dạng ngang đã chuẩn hoá của mặt i (i = 1 đến 6) tại thời điểm t (t = 0 đến

tfinal trong đó tfinal là tổng thời gian từ biến);

t

n ,,

∆Υ = Biến dạng dọc đã chuẩn hoá của mặt i tại thời điểm t;