Nghiên cứu ứng dụng chai nhựa phấ thải vào bê tông nhựa trong điều kiện tp hcm

Trong khi đó sự sử dụng nhựa PET trong hỗn hợp bêtông nhựa trên thế giới đã được chứng minh làm cải tiến tính chất hỗn hợp, nâng cao chất lượng làm việc của mặt đường bêtông nhựa.. Công

Trang 1

TRƯỜNG ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HCM

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

NGUYỄN VIẾT HUY

NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG CHAI NHỰA PHẾ THẢI VÀO

BÊ TÔNG NHỰA TRONG ĐIỀU KIỆN TP HCM

Chuyên ngành: Xây dựng đường ô tô và đường thành phố

Mã số: 605830

LUẬN VĂN THẠC SĨ

TP HỒ CHÍ MINH, tháng 01 năm 2015

Trang 2

Công trình được hoàn thành tại: Trường Đại học Bách Khoa – ĐHQG-HCM Cán bộ hướng dẫn khoa học: TS NGUYỄN MẠNH TUẤN

Cán bộ chấm nhận xét 1: TS LÊ ANH THẮNG

Cán bộ chấm nhận xét 2: TS LÊ ANH TUẤN

Luận văn thạc sĩ được bảo vệ tại Trường Đại học Bách Khoa, ĐHQG Tp HCM ngày 17 tháng 01 năm 2015

Thành phần Hội đồng đánh giá luận văn thạc sĩ bao gồm:

CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG TRƯỞNG KHOA

Trang 3

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HCM

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH

KHOA

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

Độc lập - Tự do - Hạnh phúc

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ

Họ và tên học viên: NGUYỄN VIẾT HUY MSHV: 12144584

Ngày, tháng, năm sinh: 09/11/1987 Nơi sinh: Hà Tĩnh

Chuyên ngành: Xây dựng đường ôtô và đường thành phố Mã số: 605830

I TÊN ĐỀ TÀI: NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG CHAI NHỰA PHẾ THẢI VÀO

BÊ TÔNG NHỰA TRONG ĐIỀU KIỆN TP HCM

Nhiệm vụ và nội dung luận văn:

- Nghiên cứu tổng quan cấp phối bê tông nhựa chặt sử dụng PET của các nước trên thế giới và ở Việt Nam

- Thiết kế cấp phối bê tông nhựa chặt 12.5 sử dụng PET

- So sánh đánh giá chất lượng các loại cấp phối bê tông nhựa chặt sử dụng PET

- Kết luận và kiến nghị, đề xuất hướng nghiên cứu tiếp cho đề tài

II NGÀY GIAO NHIỆM VỤ: 07-07-2014

III NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: 07-12-2014

IV CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: TS NGUYỄN MẠNH TUẤN

Nội dung và đề cương Luận văn thạc sĩ đã được Hội Đồng Chuyên Ngành thông qua

Tp HCM, ngày 07 tháng 07 năm 2014

CÁN BỘ HƯỚNG DẪN CHỦ NHIỆM BỘ MÔN

CẦU ĐƯỜNG

TRƯỞNG KHOA KỸ THUẬT XÂY DỰNG

Trang 4

Trong thời gian học tập tại trường Đại học Bách Khoa TP.HCM, tôi đã nhận được nhiều kiến thức quý giá từ các môn học để thực hiện luận văn và áp dụng trong công việc Trước hết, tôi muốn gởi lời cám ơn đến các Thầy Cô trong Bộ Môn Cầu Đường, đặc biệt là thầy TS Nguyễn Mạnh Tuấn, người đã trực tiếp hướng dẫn để giúp tôi hoàn thành luận văn này

Tôi xin cám ơn đến Thầy Nguyễn Đình Huân, trưởng phòng thí nghiệm Kỹ Thuật Đường Bộ, các thầy cô của Bộ Môn Cầu Đường trường Đại Học Bách Khoa TP.HCM; quý lãnh đạo CN Công ty Tư vấn thiết kế và đầu tư xây dựng – Bộ Quốc Phòng cùng các đồng nghiệp, cũng như bạn bè đã giúp tôi trong suốt thời gian thực hiện luận văn này

Tôi đặc biệt cám ơn đến những người thân trong gia đình Sự động viên, chia

sẽ và giúp đỡ của mọi người là niềm động lực lớn lao đối với tôi trong suốt thời gian học tập và nghiên cứu

Cuối cùng, xin gởi lời chúc những gì tốt đẹp nhất đến với tất cả mọi người Trân trọng!

Học viên

Nguyễn Viết Huy

Trang 5

polimer để cải thiện tính chất hỗn hợp bê tông nhựa; nhưng những nghiên cứu ứng dụng nhựa phế thải, đặc biệt là Polyethylene Terephthalate (PET) chưa được quan tâm nhiều Trong khi đó sự sử dụng nhựa PET trong hỗn hợp bêtông nhựa trên thế giới đã được chứng minh làm cải tiến tính chất hỗn hợp, nâng cao chất lượng làm việc của mặt đường bêtông nhựa Nghiên cứu này sử dụng nhựa PET từ chai nhựa được cắt, nghiền mịn ở kích thước 1.5mm phối trộn với bêtông nhựa chặt 12.5mm Kết quả thu được từ việc thiết kế cấp phối với các hàm lượng PET khác nhau 0.2, 0.4, 0.6 và 0.8% cho thấy hỗn hợp bê tông nhựa sử dụng phụ gia PET không những góp phần bảo vệ môi trường mà còn làm cải thiện đặc tính cơ học so với hỗn hợp bê tông nhựa thông thường không có PET Ngoài ra luận văn còn trình bày sự so sánh

và đánh giá chất lượng các loại cấp phối bê tông nhựa sử dụng PET bằng các thí nghiệm: thí nghiệm mô đun đàn hồi vật liệu, thí nghiệm ép chẻ và thí nghiệm xác định độ mài mòn Cantabro

Trang 6

modifiers to improve properties of the mixture nowadays; nevertheless, studies of utilizing plastic waste, especially Polyethylene Terephthalate (PET), still have not been reasonably considered Meanwhile, using PET is demonstrated to enhance features of the asphalt concrete as well as pavement performances around the world The used PET in this study from discarded drinking bottle is cut and crushedinto particles withthe maximum size of 1.5mm The results from laboratory investigation show that asphalt mixture reinforced by PET not only decrease environmental pollution but also enhance the physical and mechanical properties of asphalt mixuture in comparison with conventional asphalt concrete mixture.Moreover, this thesis showssome testing comparisons (i.e resilient modulus, splitting tensile strength, and Cantabro abrasivity testing) for asphalt concrete with PET and without PET

Trang 7

tài “Nghiên cứu ứng dụng chai nhựa phế thải vào bê tông nhựa trong điều kiện TP

HCM” là do tôi tự tiến hành thực hiện và không sao chép của các luận văn đi trước

Mọi trích dẫn trong luận văn (nếu có) từ các nguồn tải liệu sách, báo mạng, tiêu

chuẩn hiện hành đều được tôi ghi chi tiết nguồn trích dẫn và tên tác giả Nếu nhà

trường phát hiện có điều gì gian dối, tôi xin hoàn toàn chịu trách nhiệm

Học viên

Nguyễn Viết Huy

Trang 8

1.1 TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI 1

1.1.1 THỰC TRẠNG MẶT ĐƯỜNG BÊ TÔNG NHỰA Ở VIỆT NAM 1

1.1.2 THỰC TRẠNG HƯ HỎNG MẶT ĐƯỜNG BÊ TÔNG NHỰA TRÊN THẾ GIỚI 4 1.1.3 NGUYÊN NHÂN DẪN TỚI HIỆN TƯỢNG LÚN TRỒI MẶT ĐƯỜNG BÊ TÔNG NHỰA 4

1.1.4 LỰA CHỌN GIẢI PHÁP PHÙ HỢP VỚI ĐIỀU KIỆN VIỆT NAM: 7

1.2 MỤC ĐÍCH ĐỀ TÀI 9

1.3 Ý NGHĨA ĐỀ TÀI 9

1.4 GIỚI HẠN ĐỀ TÀI 9

1.5 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 10

1.6 NỘI DUNG NGHIÊN CỨU 10

CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN 12 2.1 TỔNG QUAN VỀ HƯ HỎNG MẶT ĐƯỜNG BÊ TÔNG NHỰA 12

2.1.1 HIỆN TƯỢNG XÔ DỒN 12

2.1.2 HIỆN TƯỢNG NỨT DO MỎI: 13

2.1.3 HIỆN TƯỢNG LÚN VỆT HẰN BÁNH XE 15

2.1.4 HIỆN TƯỢNG LÚN NỨT CAO SU: 17

2.2 TỔNG QUAN VỀ SỢI NÓI CHUNG 18

2.3 TỔNG QUAN VỀ SỢI CỤ THỂ 21

2.3.1 SỢI POLYPROPYLEN 21

2.3.2 SỢI POLYESTER 21

2.3.3 SỢI KHOÁNG ASBESTOS 22

2.3.4 SỢI CELLULOSE 22

Trang 9

2.4.2 QUÁ TRÌNH TỔNG HỢP PET 26

2.4.3 TỔNG QUAN NGHIÊN CỨU VỀ PET TRONG HỖN HỢP NHỰA VÀ BÊ TÔNG NHỰA 28

CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ CẤP PHỐI HỖN HỢP BTNC 12.5 31 3.1 VẬT LIỆU: 31

3.1.1 CỐT LIỆU: 31

3.1.2 BỘT KHOÁNG: 35

3.1.3 NHỰA ĐƯỜNG: 36

3.1.4 PET: 37

3.2 QUÁ TRÌNH TRỘN PET VỚI HỖN HỢP 38

3.3 THIẾT KẾ CẤP PHỐI BTNC 12.5 (MẪU BTN KHÔNG TRỘN PET): 38

3.4 THIẾT KÊ CẤP PHỐI BTNC 12.5 MẪU BTN SỬ DỤNG PET: 40

3.4.1 KẾT QUẢ ĐỘ ỔN ĐỊNH; KHỐI LƯỢNG THỂ TÍCH CỦA CÁC MẪU BTN:40 3.4.2 LỰA CHỌN HÀM LƯỢNG NHỰA TỐI ƯU CỦA CÁC TỔ HỢP MẪU: 46

CHƯƠNG 4: SO SÁNH VÀ ĐÁNH GIÁ CÁC LOẠI BTNC SỬ DỤNG VÀ KHÔNG SỬ DỤNG PET 51 4.1 CÁC THÍ NGHIỆM SỬ DỤNG ĐỂ SO SÁNH: 51

4.1.1 THÍ NGHIỆM ÉP CHẺ: 51

4.1.2 THÍ NGHIỆM ĐỘ MÀI MÒN CANTABRO: 54

4.1.3 THÍ NGHIỆM MÔ ĐUN ĐÀN HỒI: 57

5.1 KẾT LUẬN 61

5.2 KIẾN NGHỊ: 62

Trang 10

Đông Tây.[35] 2

Hình 1.2 Hình ảnh về hư hỏng trên QL3 (Km 229 – Km 237) 3

Hình 1.3 Tỷ lệ các dạng hư hỏng điển hình lớp mặt trên QL3 (Km 229 – Km 237) [36] 3

Hình 1.4 Một trong những biện pháp được quan tâm là 7

quản lý trọng tải xe.[37] 7

Hình 2.1 Hiện tượng xô dồn đường dẫn lên cầu 12

Hình 2.3 Hiện tượng hư hỏng do nứt phản ánh [15] 14

Hình 2.4 Hiện tượng hư hỏng do lún vệt hằn bánh xe [39] 15

Hình 2.5 Hằn lún vệt bánh xe do nguyên nhân lớp mặt BTN yếu [41] 16

Hình 2.6 Hằn lún vệt bánh xe do nguyên nhân lớp mặt BTN yếu (chụp 09/2014) 16 Hình 2.7 Hằn lún vệt bánh xedo nguyên nhân lớp nền móng yếu [41] 17

Hình 2.8 Ký hiệu loại nhựa dạng PET [42] 24

Hình 2.9 Cấu trúc phân tử của PET [42] 24

Hình 2.4 Hiện tượng hư hỏng do lún vệt hằn bánh xe [39] 25

Hình 2.10 Cấu trúc dạng vô định hình.[42] 25

Hình 2.11 Cấu trúc dạng tinh thể.[42] 25

Hình 2.12 Quá trình phản ứng tổng hợp PET (giai đoạn 1) 26

Hình 2.13 Quá trình phản ứng tổng hợp PET (giai đoạn 2) 27

Hình 2.14 Phản ứng điều chế DMT từ TPA và Methanol 27

Hình 2.15 Phản ứng Trans ester hóa giữa DMT và EG, metanol 27

Hình 2.16 Phản ứng Terephtaloyl Diclorid và EG 28

Trang 11

Hình 3.3 Cân trong nước xác định khối lượng riêng cốt liệu (chụp 08/2014) 32

Hình 3.4 Thí nghiệm xác định khối lượng riêng cốt liệu lớn (chụp 08/2014) 33

Hình 3.5 Thí nghiệm xác định khối lượng riêng cốt liệu nhỏ (chụp 08/2014) 33

Hình 3.6 Đường cong cấp phối BTNC 12.5 35

Hình 3.7 Nhựa đường mác 60/70 cung cấp bởi công ty Petrolimex (chụp 07/2014) 37

Hình 3.8 Chai nhựa Aquafina 37

Hình 3.9 Nhựa PET kích thước 1.5x30mm 37

Hình 3.10 Máy nghiền nhựa PET 38

Hình 3.11 Nhựa PET kích thước 1.5x1.5mm (chụp 06/2014) 38

Hình 3.12 Mối quan hệ giữa hàm lượng nhựa và độ rỗng còn dư 39

Hình 3.14 Mối quan hệ giữa hàm lượng nhựa và độ rỗng cốt liệu 39

Hình 3.13 Mối quan hệ giữa hàm lượng nhựa và khối lượng riêng thể tích 39

Hình 3.15 Mối quan hệ giữa hàm lượng nhựa và độ ổn định Marshall 39

Hình 3.16 Mối quan hệ giữa hàm lượng nhựa và độ dẻo Marshall 39

Hình 3.17 Tổ hợp 30 mẫu BTN sử dụng PET hàm lượng 0.2% và 0.4% (chụp 09/2014) 40

Hình 3.18 Tổ hợp 30 mẫu BTN sử dụng PET hàm lượng 0.6% và 0.8% (chụp 09/2014) 41

Hình 3.19 Khối lượng thể tích-hàm lượng nhựa (PET 0.2%) 41

Trang 12

Hình 3.24 Độ ổn định Marshall -hàm lượng nhựa (PET 0.4%) 42

Hình 3.27 Độ ổn định Marshall-hàm lượng PET (nhựa 4.5%) 43

Hình 3.32 Độ ổn định Marshall - hàm lượng nhựa và hàm lượng PET 45

Hình 3.33 So sánh độ ổn định Marshall mẫu BTN sử dụng PET 45

(PET 0.2; 0.4; 0.6; 0.8%) và mẫu BTN thông thường (PET 0%) 45

Hình 3.35 Độ ổn định Marshall-hàm lượng nhựa (PET 0.2%) 46

Hình 3.36 Độ rỗng còn dư-hàm lượng nhựa (PET 0.2%) 47

Hình 3.39 Độ rỗng còn dư-hàm lượng nhựa (PET 0.4 %) 48

Hình 3.42 Độ rỗng còn dư-hàm lượng nhựa (PET 0.6 %) 49

Trang 13

Hình 4.1 Mẫu chế bị dùng thí nghiệm ép chẻ (chụp 10/2014) 52

Hình 4.2 Thí nghiệm ép chẻ 53

(chụp 10/2014) 53

Hình 4.3 Thí nghiệm ép chẻ (chụp 10/2014) 53

Hình 4.4 Biểu đồ kết quả thí nghiệm ép chẻ 54

Hình 4.5 Thí nghiệm xác định độ mài mòn Cantabro (chụp 10/2014) 55

Hình 4.6 Mẫu trong thùng quay (trước khi quay) (chụp 10/2014) 55

Hình 4.7 Mẫu sau khi quay (chụp 10/2014) 55

Hình 4.8 Biểu đồ kết quả thí nghiệm độ mài mòn Cantabro 57

Hình 4.9 Thiết bị chế bị mẫu mô đun đàn hồi (chụp 11/2014) 58

Hình 4.10 Thí nghiệm xác định mô đun đàn hồi (chụp 11/2014) 58

Hình 4.11 Mẫu mô đun đàn hồi (chụp 11/2014) 58

Hình 4.12 Biểu đồ kết quả thí nghiệm mô đun đàn hồi 60

Trang 14

Bảng 2.2 Độ nhớt một vài dạng PET 26

Bảng 3.1 Bảng tổng hợp kết quả khối lượng riêng hỗn hợp cốt liệu 32

Bảng 3.2 Kết quả thí nghiệm thành phần hạt 33

Bảng 3.3 Tỷ lệ phối trộn các loại cốt liệu 34

Bảng 3.4 Kết quả thiết kế thành phần cấp phối BTNC 12.5 34

Bảng 3.5 Các chỉ tiêu quy định cho bột khoáng xi măng Holcim 35

Bảng 3.6 Tiêu chuẩn kỹ thuật của vật liệu nhựa đường đặc 36

Bảng 3 7 Kết quả thí nghiệm độ ổn định Marshall 40

Bảng 3.8 Kết quả thí nghiệm độ kim lún 48

Bảng 3.9 Kết quả thí nghiệm nhiệt độ hóa mềm 50

Bảng 4.1 Kết quả thí nghiệm ép chẻ 53

Bảng 4.2 Kết quả thí nghiệm độ mài mòn Cantabro 56

Bảng 4.3 Kết quả thí nghiệm mô đun đàn hồi 60

Trang 15

CHƯƠNG MỞ ĐẦU

1.1 TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI

1.1.1 THỰC TRẠNG MẶT ĐƯỜNG BÊ TÔNG NHỰA Ở VIỆT NAM

Sự tăng trưởng nhanh của nền kinh tế trong những năm gần đây kéo theo tăng rất nhanh về lưu lượng và tải trọng trên đường Kết cấu mặt đường bê tông nhựa được sử dụng rộng rãi, chiếm trên 80% diện tích mặt đường ở Nam bộ và là sự lựa chọn hàng đầu khi thiết kế các công trình đường cao tốc và đường cấp cao khác Thời gian qua giao thông đường bộ đã có nhiều tiến bộ vượt bậc về khoa học kỹ thuật, trình độ xây dựng cầu đường của chúng ta đã đạt đến mức độ tiên tiến trong khu vực Với mục tiêu phbát triển bền vững, chính phủ Việt Nam đã tập trung đầu

tư mạnh mẽ cho cơ sở hạ tầng giao thông, nhiều công trình đã được xây dựng nâng cấp theo hướng công nghiệp hóa - hiện đại hóa với công nghệ tiên tiến

Hiện nay, rất nhiều tuyến đường bê tông nhựa ở nước ta nói chung và khu vực Nam Bộ nói riêng sau thời gian ngắn đưa vào sử dụng đã xuất hiện những hiện tượng phổ biến như: Xô dồn, nứt trượt lớp mặt bê tông nhựa, hằn lún vệt bánh xe, rạn nứt bong bật, lún nứt cao su, gây hư hỏng nghiêm trọng mặt đường cũng như an toàn giao thông Đây là mối quan tâm hàng đầu của các nhà quản lý giao thông và nhà xây dựng công trình

Theo báo cáo của bộ GTVT tại Hội thảo “Tiến độ và chất lượng công trình giao thông” do Báo Giao thông tổ chức ngày 15/11/2013, hiện tượng lún vệt bánh xe gần như xảy ra trên tất cả các trục đường chính, những tuyến cao tốc hiện đại mới xây dựng có lượng giao thông lớn như QL1, QL5, xa lộ Đông - Tây, đường vành đai 2 của Hà Nội, QL3 Hà Nội- Thái Nguyên, cao tốc Nội Bài- Lào Cai Hiện tượng hư hỏng này cũng liên tục xảy ra đối với cả mặt đường trên cầu như cầu Bến Thủy, cầu Thanh Trì, cầu đường Vành đai 3 trên cao… Hiện tượng này xảy ra kể cả khi công trình được thiết kế và thi công hoặc thi công lại một cách thận trọng, sử dụng vật liệu có cải tiến

Trang 16

Hình 1.1 Hình ảnh về sự lún trồi dưới tác dụng vệt hằn bánh xe trên đường

Đại lộ Đông Tây.[35]

Ngoài hiện tượng hư hỏng do lún vệt hằn bánh xe, những phá hoại kết cấu áo đường do xô dồn, và nứt trượt cũng phổ biến Xô dồn và nứt trượt là các dạng hư hỏng điển hình xảy ra khi chất lượng dính bám giữa 2 lớp bê tông nhựa không được đảm bảo Điều này là do ứng suất trượt của áp lực bánh xe gây ra lớn hơn cường độ chống trượt giữa các lớp bê tông nhựa trong kết cấu mặt đường Theo tiêu chuẩn ASTM D6433-07: Xô dồn là biến dạng không hồi phục, có dạng những gợn sóng nhỏ vuông góc với hướng di chuyển của các phương tiện giao thông Hiện tượng hư hỏng này thường xảy ra khi lớp tưới dính bám (bitum lỏng hoặc nhũ tương) giữa các lớp bê tông nhựa mất ổn định Nứt trượt được mô tả bởi những vết nứt có dạng lưỡi liềm hay dạng parabol Dạng hư hỏng này thường là nguyên nhân của cường

độ kháng cắt hoặc cường độ dính bám kém giữa các lớp bê tông nhựa, lớp mặt có chiều dầy không hợp lý, ứng suất cắt cao do lực đẩy ngang gây ra Tùy thuộc vào chiều rộng vết nứt, mức độ hư hỏng được chia thành 3 cấp: cấp thấp khi chiều rộng vết nứt < 10 mm, cấp trung bình khi chiều rộng vết nứt 10mm - 40mm, cấp cao khi chiều rộng vết nứt > 40 mm

Để tiến hành nghiên cứu đánh giá hư hỏng mặt đường bê tông nhựa nguyên nhân do xô dồn và nứt trượt, ba tuyến QL có điều kiện địa hình và điều kiện khai thác khác nhau đã được lựa chọn bao gồm: QL3 (Km 229 - Km 237); QL1A (Km

223 - Km 232 và Km 387+100 - Km 709+400) QL3 đoạn từ Km 229 - Km

Trang 17

237: Đoạn tuyến được thi công vào năm 2010, với quy mô cấp hạng kỹ thuật như sau: Đường cấp IV miền núi, bề rộng mặt cắt ngang 5.5m, độ dốc ngang 1.5-2.5 %, độ dốc dọc trung bình 6% Kết cấu lớp mặt gồm 2 lớp: Lớp mặt trên

là asphalt hạt trung dày 7cm, lớp mặt dưới là bê tông asphalt hạt trung cũ dày 5cm, giữa 2 lớp mặt được tưới dính bám bằng nhũ tương phân tách chậm loại CSS-1 với

tỷ lệ 0.5 l/m2 Sau khi đưa vào khai thác một thời gian, đến năm 2011 ở lớp mặt trên đã xuất hiện các hiện tượng hư hỏng cục bộ điển hình như: Lớp mặt bị xô dồn,

bị nứt trượt, lún vệt hằn bánh xe, ổ gà [36] Theo 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, thực trạng hư hỏng điển hình lớp mặt bê tông nhựa được thể hiện như Hình 1.2 Tỷ lệ các dạng hư hỏng điển hình trên đoạn tuyến được thể hiện

Trang 18

toán các chỉ tiêu về cường độ theo tiêu chuẩn 22TCN 211-06 [46] mà chưa chú ý đến mặt cấu tạo của kết cấu áo đường (mác của nhựa, các loại vật liệu sử dụng làm lớp mặt, lớp móng); độ bền mỏi; độ bền lún vệt bánh xe; đặc điểm khí hậu tuyến đường khai thác; ảnh hưởng của xe tải nặng…dẫn đến tuổi thọ kết cấu áo đường không cao, đường mới đưa vào khai thác đã nhanh chóng xuống cấp

1.1.2 THỰC TRẠNG HƯ HỎNG MẶT ĐƯỜNG BÊ TÔNG NHỰA TRÊN THẾ

GIỚI

Lún trồi là một hiện tượng phổ biến trên thế giới trong những năm gần đây, hiện tượng này được mô tả như là một sự dịch chuyển các vật liệu làm mặt đường tạo ra các vệt lún hằn sâu theo hướng tác dụng của bánh xe Những vết nứt nghiêm trọng giữ nước bên trong, nó làm nên sự khiếm khuyết của một hay nhiều lớp trong kết cấu áo đường

Hiện tượng lún trồi được xem là một sự cố chính trong kết cấu áo đường mềm,

là kết quả của sự tăng áp lực bánh xe và tải trọng bánh xe Lún trồi là kết quả của việc tích lũy biến dạng của một vài lớp trong kết cấu áo đường hoặc toàn bộ kết cấu.Sự tích lũy biến dạng trong phần mặt của kết cấu được xem là nguyên nhân chính gây ra lún cho toàn bộ kết cấu áo đường Hiện tượng này đã được ghi nhận ở

cả các quốc gia có nền khoa học kỹ thuật phát triển

1.1.3 NGUYÊN NHÂN DẪN TỚI HIỆN TƯỢNG LÚN TRỒI MẶT ĐƯỜNG BÊ

TÔNG NHỰA

Lún trồi mặt đường BTN không phải là vấn đề mới, ngay từ khi loại mặt đường BTN được sử dụng, thì dạng hư hỏng này luôn được xem là vấn đề cần phải xem xét tới trong quá trình thiết kế sơ bộ Vấn đề này đã được nhiều nhà khoa học trên thế giới phân tích và đánh giá, dựa vào kết luận từ những nghiên cứu khoa học đã được công bố thì các nguyên nhân chính dẫn tới hiện tượng lún trồi đó là:

+ Công tác lu lèn không đảm bảo yêu cầu;

+ Hiện tượng lún trồi do lớp vật liệu không đảm bảo về cường độ, độ bền;

Trang 19

+ Sự liên kết giữa cốt liệu và nhựa trong hỗn hợp không đảm bảo;

+ Quá trình sản xuất không đảm bảo chất lượng;

+ Sự gia tăng về giao thông cả về lưu lượng và tải trọng;

+ Ảnh hưởng của nhiệt độ cao đối với sự làm việc của hỗn hợp BTN

+ Thiết kế cấu tạo kết cấu áo đường chưa hợp lý

Ở Việt Nam, hiện tượng vệt lún hằn bánh xe đang được sự quan tâm đặc biệt,

đã có nhiều cuộc hội thảo cấp cao để tìm ra giải pháp khắc phục hiện tượng này Hội Cầu Đường Cảng Tp.HCM phối hợp với Viện khoa học GTVT đã tổ chức hội

thảo khoa học “Đánh giá tổng quan về những nguyên nhân hư hỏng mặt đường

bê tông nhựa trên các tuyến chính khu vực phía Nam và đề xuất giải pháp khắc phục” ngày 20/06/2013, các khuyến cáo của hội thảo đưa ra đó là:

+ Về công tác khảo sát thiết kế: Đối với các tuyến đường ô tô cấp cao có nhiều

xe tải trọng nặng lưu thông, nếu chỉ tính theo các chỉ tiêu về cường độ như hiện nay

là chưa hợp lý Cần lưu ý khi thiết kế kết cấu áo đường tại các nút giao nhau và tại đoạn đường ra vào nút Đối với tuyến đường có lưu lượng xe và tải trọng lớn, cần phải khảo sát chi tiết dòng xe Đối với các tuyến đường có nhiều tải nặng lưu thông

ở khu vực phía Nam trong điều kiện nhiệt độ của lớp BTN có thể lên tới 70o÷72oC nên sử dụng nhựa đường có tính ổn định cao, phải kiểm tra khả năng chịu vệt hằn bánh xe

+ Đối với đơn vị thi công: Tuân thủ các bước trong thiết kế hỗn hợp BTN (tham khảo TCVN 8819:2011); chất lượng của cốt liệu (đá dăm, cát) và bột khoáng ảnh hưởng đáng kể đến chất lượng mặt đường BTN; việc thay thế cát tự nhiên bằng cát xay trong hỗn hợp BTN làm cho khả năng kháng vệt hằn lún bánh xe được cải thiện

từ 10 - 15% Trong quá trình thi công mặt đường BTN phải có quy trình quản lý chất lượng để đảm bảo vật liệu đưa ra ngoài hiện trường có chất lượng như vật liệu

đã thiết kế tại trạm trộn (tham khảo TCVN 8819:2011) Để hạn chế vệt hằn lún

Trang 20

bánh xe, cần đặc biệt lưu ý đảm bảo chất lượng nền đường, móng đường và kết cấu lớp BTN phù hợp với thiết kế được duyệt[23]

+ Đối với các đơn vị quản lý và khai thác: Lựa chọn các đơn vị tư vấn nói chung, tư vấn giám sát (TVGS) nói riêng có đủ năng lực, uy tín để nâng cao chất lượng công tác TVGS TVGS phải nâng cao trách nhiệm trong công tác kiểm tra giám sát chặt chẽ về vật liệu, về hỗn hợp BTN, về các công đoạn thi công lớp BTN tại hiện trường Khi có hiện tượng trồi nhựa, vệt hằn lún bánh xe cần chủ động khẩn trương xử lý ngay không để kéo dài, vì thời gian xử lý kéo dài sẽ làm ảnh hưởng đến chất lượng công trình Tăng cường kiểm tra chất lượng nhựa đường ngay từ khâu nhập khẩu nhựa đường bao gồm cả xuất xứ nhựa (nguồn gốc của sản phẩm), bởi chất lượng nhựa đường quyết định rất lớn đến chất lượng BTN

Vấn đề vệt hằn lún bánh xe cũng được sự quan tâm đặc biệt từ Bộ GTVT Thực hiện sự chỉ đạo của Bộ về việc yêu cầu các cơ quan chức năng khẩn trương đề xuất giải pháp tổng thể nâng cao chất lượng công trình giao thông nói chung và xử lý tình trạng lún mặt đường và đường đầu cầu nói riêng, tạp chí Giao Thông Vận Tải

đã tổ chức buổi tọa đàm và giao lưu trực tuyến trên báo điện tử với chủ đề “Giải pháp chống lún mặt đường và đường đầu cầu” ngày 15 tháng 7 năm 2013 Buổi

tọa đàm đã tập trung vào các vấn đều sau:

+ Tình trạng lún mặt đường và đầu cầu ở các công trình giao thông nước ta hiện nay;

+ Các nguyên nhân cơ bản dẫn tới hiện tượng lún mặt đường và đầu cầu;

+ Các giải pháp tổng thể nhằm nâng cao chất lượng công trình giao thông nói chung và khắc phục hiện tượng lún trồi nói riêng;

+ Một số khuyến nghị của buổi hội thảo: Theo kết quả của cuộc hội nghị này thì một số biện pháp được đưa ra đó là: kiểm soát chất lượng nguyên vật liệu đầu vào; kiểm tra quá trình khảo sát thiết kế, nhất là đối với những đoạn tuyến của tải trọng giao thông lớn; kiểm soát tải trọng và lưu lượng xe; giám sát chặt chẽ quá

Trang 21

m soát quá

ới trước khkhả năng đàn

ều kiện kiểm

h 1.4 Một tCHỌN GIẢ

êu ở mục 1nhóm Tuy

về lưu lượ

àm ảnh hưởn

á trình thi cước khi thi ckhuyến nghợng lún hằn : Kiểm soáttrình thiết

hi thi công

n hồi và sự

m tra kết cấu

trong nhữnquản lý trọ

ẢI PHÁP PH.1.3 thì cácnhiên, nhómchi phí vận

ực hạ giá thtrọng hàng

c xe tác dụn

g trong giaiđặc khu kinợng lẫn tải t

ng không n

ông mặt đưcông lớp ph

hị ở trên đãvệt bánh x

t chặt chẽ n

kế sơ bộ, qlớp mặt B

ự ổn định nh

u áo đường

g biện phápọng tải xe.[3

HÙ HỢP VỚ

c giải pháp l

m giải pháp

n tải cao, nhhành vận chhóa so với

ng xuống m

i đoạn phát

nh tế đang ltrọng Vì vậ

hỏ tới sự ph

ường; đảm bhía trên

ã nêu ở trên

e được chianguyên liệuquá trình sảBTN; (4): Shiệt của mặ theo tiêu c

p được quan37]

ỚI ĐIỀU Klàm hạn ch

p (1) khó th

hà vận chuyhuyển Lốp thiết kế, chmặt đường t

t triển kinh

à nguyên nh

ậy giải pháhát triển chu

bảo thi công

n tâm là KIỆN VIỆT

ế hiện tượnhực hiện vớyển cần tăn

xe phải chhính nguyênăng lên mộ

tế, nhu cầuhân phát sin

áp hạn chế tung của nền

g lớp nền m

n thấy rằng nhóm sau:

ồm nhựa và

TN, kiểm trhựa có phụTN; (5): Cầ

n kinh tế

móng

giải (1):

y dẫn

g kể ương rọng

à lưu

Trang 22

Nhóm giải pháp (2) và (3) là nhóm giải pháp tương đối hợp lý.Hai nhóm giải pháp này nhằm kiểm soát nguyên vật liệu đầu vào cũng như đảm bảo quá trình thi công đúng kỹ thuật Mặc dù đã áp dụng tốt nhóm giải pháp trên nhưng những công trình tuy mới đưa vào khai thác như quốc lộ 5, quốc lộ 3, đại lộ Đông - Tây đều đang xảy ra hiện tình trạng lún vệt bánh xe Hiện tượng lún trồi còn xuất hiện ở ngay cả các công trình có vốn đầu tư nước ngoài, được nhà thầu giám sát và kiểm tra gắt gao nguyên vật liệu đầu vào cũng như quá trình thi công như quốc lộ 1A thuộc dự án WB, ADB

Vậy nhóm giải pháp (4) với việc sử dụng phụ gia polime để làm tăng hiệu quả

về mặt nâng cao các chỉ tiêu cơ lý của nhựa đường, cũng như các đặc tính kỹ thuật của hỗn hợp BTN là một giải pháp được xem là tối ưu ở nước ta hiện nay Ngoài ra loại nhựa đường polime này rất thích hợp với điều kiện khí hậu khắc nghiệt của Việt Nam do nó có tính ổn định nhiệt cao hơn so với nhựa thông thường Khả năng tái chế của nhựa đường polime là rất cao, trên thế giới nó được coi là loại vật liệu thân thiện với môi trường, kéo dài tuổi thọ khai thác của mặt đường BTN

Tại Việt Nam hiện nay có nhiều nghiên cứu ứng dụng nhựa đường có chứa phụ gia để cải thiện tính chất hỗn hợp bê tông nhựa Gần đây một nghiên cứu sử dụng Styrene-Butadiene-Styrene (SBS) (từ nhóm tác giả Nguyễn Mạnh Tuấn và Trần Phong Thái ở ĐHBK TP.HCM) [40] trong hỗn hợp nhựa đường 60/70 được chứng minh là đã cải tiến các đặc tính kỹ thuật của nhựa đường hơn nhựa đường thông thường Công ty cổ phần và đầu tư xây dựng BMT cũng bước đầu ngiên cứu

sử dụng ATR trong hỗn hợp bê tông nhựa và bước đầu cũng đã cho một số kết quả khả quan trong việc chống lại hiện tượng lún trồi mặt đường trên công trình tỉnh lộ 25B và xa lộ Hà Nội Ngoài ra còn những nghiên cứu ứng dụng nhựa đường polime PMB vào bê tông nhựa cũng đưa lại một số hiệu quả nhất định Tuy nhiên, hỗn hợp

bê tông nhựa khi sử dụng những phụ gia này lại cho giá thành khá cao Chính vì vậy, việc nghiên cứu tìm ra loại vật liệu mới với chi phí thấp, tận dụng phế thải có sẵn từ quá trình sinh hoạt và bảo vệ môi trường đang là một vấn đề cấp thiết hiện nay

Trang 23

1.2 MỤC ĐÍCH ĐỀ TÀI

Đề tài tập trung vào ba vấn đề chính trong hỗn hợp BTN sử dụng nhựa phế thải PET Vấn đề thứ nhất là nghiên cứu cấp phối BTNC 12.5 sử dụng nguồn nguyên liệu có sẵn tại Miền Nam Việt Nam, sự tương thích của nhựa trộn với vật liệu đá và PET được xem như là vấn đề quan trọng hàng đầu khi lựa chọn PET trong hỗn hợp BTN, từ đó đánh giá hiệu quả của PET đến các tính chất kỹ thuật của hỗn hợp mặt đường BTN nhờ sự so sánh các kết quả thí nghiệm giữa mẫu bê tông nhựa sử dụng PET và mẫu BTN không sử dụng PET

Thứ hai là nghiên cứu lựa chọn kích thước PET phù hợp mang lại hiệu quả cao cũng như cách để tạo ra kích thước sợi PET đó

Thứ ba là nghiên cứu ảnh hưởng của PET đến các chỉ tiêu cơ lý của nhựa đường 60/70, tìm hiểu quá trình pha trộn PET với nhựa 60/70 để đưa ra hỗn hợp nhựa đường có tính đàn hồi và ổn định nhiệt cao hơn với nhựa thông thường cũng

là một mục tiêu của nghiên cứu

Từ những kết quả nghiên cứu thực nghiệm, khẳng định được tính thực tiễn của

đề tài ở khả năng giảm tác động ô nhiễm mỗi trường, sự ứng dụng vật liệu phế thải cũng làm tiết kiệm chi phí xây dựng công trình giao thông

1.3 Ý NGHĨA ĐỀ TÀI

Nghiên cứu xây dựng được biểu đồ quan hệ giữa sự thay đổi các hàm lượng PET và các đặc tính, các chỉ tiêu cơ lý của hỗn hợp BTN qua đó tìm ra hàm lượng nhựa tối ưu Điều này khá quan trọng bởi nó quyết định chi phí xây dựng tuyến đường nhờ sự thay đổi hàm lượng nhựa tối ưu này Qua đó nghiên cứu cũng khẳng định tính ứng dụng và tiền đề tạo ra sự phát triển bền vững trong sự phát triển của

xã hội bởi sự ứng dụng nhựa phế thải cũng là một cách để bảo vệ môi trường hiện nay

1.4 GIỚI HẠN ĐỀ TÀI

Nghiên cứu sử dụng những kết quả phân tích trong phòng thí nghiệm để đánh

Trang 24

giá sự làm việc của bê tông nhựa sau khi sử dụng nhựa phế thải làm chất thêm vào

Do những hạn chế về mặt công nghệ, quy trình cắt nghiền sợi PET chưa thực sự được kiểm soát tốt, quy trình thực hiện bằng thủ công nên kích cỡ có thể chưa đồng đều, chưa đạt đủ độ mịn trong kích thước Ngoài ra, đề tài chưa có sự phân tích cụ thể về phương diện hóa học của vật liệu PET

1.5 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

Trên cơ sở tìm hiều, ứng dụng những nghiên cứu đã có sẵn về việc sử dụng vật liệu PET trong hỗn hợp bê tông nhựa và việc sử dụng các loại sợi khác như đã trình bày trong phần tổng quan khoa học Trên những cơ sở đó kết hợp với nghiên cứu lý thuyết về sự làm việc của hỗn hợp cấp phối đá, bột khoáng thiết kế chế tạo các tổ hợp mẫu sau đó sử dụng các thí nghiệm xác định độ ổn định Marshall, mô đun đàn hồi, thí nghiệm ép chẻ, xác định độ mài mòn Cantabro Tổng hợp các số liệu vẽ nên các biểu đồ mối quan hệ giữa hàm lượng nhựa và PET với độ rỗng còn dư, dung trọng lớn nhất đê tìm được hàm lượng nhựa và PET tối ưu, trong quá trình thiết kế bằng những nghiên cứu lý thuyết kết hợp với quan sát thực tể có thể điều chỉnh cấp phối đá bột khoáng để tìm ra những ảnh hưởng tốt hơn

1.6 NỘI DUNG NGHIÊN CỨU

Toàn bộ quá trình của nghiên cứu được tóm tắt trong sơ đồ dưới đây:

Trang 25

KIỂM TRA VẬT LIỆU ĐẦU VÀO

BỘT KHOÁNG

NHỰA ĐƯỜNG

PET CỐT LIỆU

NGHIÊN CỨU BƯỚC ĐẦU

PET SỢI PET MỊN

THIẾT KẾ CẤP PHỐI BTN PET

PET 0.2%

PET 0.6%

PET 0.8%

PET 0.4%

Trang 26

CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN

2.1 TỔNG QUAN VỀ HƯ HỎNG MẶT ĐƯỜNG BÊ TÔNG NHỰA

Sự tăng trưởng nhanh của nền kinh tế trong những năm gần đây kéo theo tăng rất nhanh về lưu lượng và tải trọng trên đường Kết cấu mặt đường bê tông nhựa được sử dụng rộng rãi, chiếm trên 80% diện tích mặt đường ở Nam bộ và là sự lựa chọn hàng đầu khi thiết kế các công trình đường cao tốc và đường cấp cao khác Trong thực tế, xây dựng đường ở nước ta còn một số tồn tại cần được nghiên cứu giải quyết Trong đó, vấn đề vượt tải và nhiệt độ mặt đường là hai vấn đề cần quan tâm nhằm hạn chế nguyên nhân gây hư hỏng mặt đường ở khu vực Nam bộ

2.1.1 HIỆN TƯỢNG XÔ DỒN

Về cơ bản hư hỏng mặt đường BTN ở nước ta bao gồm:

- Lớp mặt BTN đặt trực tiếp trên lớp móng đá dăm cấp phối (CPDD) cơ sở, dưới lớp móng CPDD trên là lớp móng dưới cũng bằng CPDD có chỉ tiêu chất lượng thấp hơn lớp trên; giữa lớp mặt BTN và lớp móng CPDD được liên kết với nhau bởi một lớp nhựa thấm bám bằng nhựa nhũ tương a-xít hoặc bằng nhựa lỏng với tiêu chuẩn 0,5-1,3 l/m2 (Theo TCVN 8819:2011)

Hình 2.1 Hiện tượng xô dồn đường dẫn lên cầu

(a) Tại cầu Niệm (b) Tại cầu Thuận Phước [38]

(a) (b

Trang 27

2.1.2 HIỆN TƯỢNG NỨT DO MỎI:

Theo hướng phát triển của đường nứt, các vết nứt xuất hiện trên mặt đường thường bao gồm 4 loại sau: vết nứt ngang, vết nứt dọc, vết nứt mai rùa (nứt mạng lưới) hoặc vết nứt phản ánh Theo chiều rộng vết nứt thì có vết nứt hẹp, vết nứt trung bình và vết nứt rộng

Hình 2.2 Vết nứt mặt đường

(a) Nứt dọc ngang (b) Nứt mai rùa (chụp 07/2014)

Nứt dạng mai rùa rồi bong bật thường xảy ra ở mép đường diện tích thường từ vài chục đến vài trăm mét vuông Nguyên nhân thì có nhiều nhưng tổng hợp lại trong một số nội dung chính sau:

- Mặt đường BTN bị nứt rạn mai rùa cục bộ nhỏ vài chục mét vuông đến vài trăm mét vuông thì có thể là do khi chế tạo BTN tại trạm trộn có sự cố về nhiệt độ,

về chất lượng vật liệu đầu vào mà chưa phát hiện ra để xử lý, làm BTN có chất lượng kém cục bộ

- Do thi công để chiều dầy cục lớp BTN không bảo đảm do trục trặc nào đó của máy rải mà không phát hiện kịp thời hoặc do lu lèn không thực hiện đúng sơ đồ

lu, làm độ chặt mép đường không bảo đảm yêu cầu

- Do bảo trì không thoát nước tốt, để tình trạng nước đọng mép đường

- Tuy nhiên nếu biến dạng nứt rạn bong bật kéo dài, không có ý nghĩa cục bộ nữa thì vấn đề lại khác, có thể mô đuyn đàn hồi chung (Ec) của tổng thể nền mặt đường đoạn đường đó không phù hợp với mô đuyn đàn hồi yêu cầu nữa (Eyc), do (a) (b)

Trang 28

đoạn đường bị ảnh hưởng của thoát nước không tốt (nước mặt hay nước ngầm), làm đất nền yếu đi trong quá trình bảo trì khai thác Cần thiết có một biện pháp khảo sát thăm dò chất lượng của nền đường và mặt đường để có nhận định nguyên nhân đúng

- Ngoài ra, hiện tượng nứt rạn bong bật không có tính chất cục bộ còn do nguyên nhân lưu lượng và xe nặng tăng vượt quá mức dự báo của thiết kế Những vị trí nứt rạn này nếu không vá chữa kịp thời sẽ phát sinh ổ gà và nhanh chóng trở thành ổ trâu, ổ voi

Từ những nguyên nhân trên cho thấy giải pháp cơ bản cho vấn đề này là nâng cao năng lực của toàn hệ thống từ thiết kế đến thi công, bảo trì; đặc biệt là nhà thầu thi công phải có kinh nghiệm, nhạy bén với sự cố bất thường về chất lượng BTN xảy ra và có giải pháp xử lý kịp thời ngay

Vết nứt phản ảnh là dạng hư hỏng phổ biến nhất của mặt đường nửa cứng, thường xuất hiện sớm trong quá trình khai thác, do đó làm giảm tuổi thọ của các lớp phủ (AASHTO 1993) Vết nứt bắt đầu từ mặt tiếp xúc giữa lớp BTXM và BTN và phát triển lên phía trên Các vết nứt xuất hiện do sự dịch chuyển của các khe và các vết nứt của lớp BTXM phía dưới do nhiệt độ khác nhau và tính không liên tục của

hệ thống mặt đường Ngoài ra, tải trọng giao thông có thể gây ra các dịch chuyển thẳng đứng không đều (Roberts et al 1996) Các dịch chuyển này gây ra biến dạng trong lớp BTN và dẫn đến sự hình thành của vết nứt Các vết nứt tạo ra đường thấm nước, dẫn đến các hư hỏng do nước như phùi nhựa và bong bật lớp nhựa [15]

Hình 2.3 Hiện tượng hư hỏng do nứt phản ánh [15]

Trang 29

2.1.3 HIỆN TƯỢNG LÚN VỆT HẰN BÁNH XE

Hằn lún vệt bánh xe (HLVBX) là một hiện tượng mà bề mặt đường bị lún xuống theo phương dọc vệt bánh xe trên mặt đường HLVBX có thể làm hư hỏng kết cấu mặt đường và gây trơn trượt khi xe chạy đặc biệt trong thời tiết trời mưa hoặc chạy xe vào ban đêm

Trên thế giới, hiện tượng HLVBX mặt đường BTN khá phổ biến trên thế giới

và đã được thế giới quan tâm nghiên cứu, đưa ra các giải pháp khắc phục, bao gồm

từ việc lựa chọn giải pháp thiết kế kết cấu mặt đường, thiết kế hỗn hợp BTN phù hợp; kiểm soát và nâng cao chất lượng vật liệu (đá dăm, cát, bột khoáng, nhựa đường) cho BTN; kiểm soát chất lượng lớp mặt đường BTN trong thi công

Tại Việt Nam, ngoài những hư hỏng mặt đường BTN như biến dạng, xô, trượt, đẩy trồi; chảy nhựa; nứt vỡ, ổ gà…, những năm gần đây hiện tượng hằn lún vệ bánh

xe (Rut depth) xuất hiện khá phổ biến, dẫn tới sự suy giảm chất lượng khai thác mặt đường, gây nguy hiểm cho xe chạy và gây bức xúc trong xã hội Trước năm 2008 hầu như chưa có công trình nghiên cứu cụ thể nào về HLVBX do HLVBX hầu như không đáng kể Hiện nay, mặc dù HLVBX xuất hiện nhiều, tuy nhiên việc nghiên cứu về HLVBX mới chỉ là bước đầu Vì vậy việc nghiên cứu sâu về bản chất, nguyên nhân, giải pháp khắc phục HLVBX là cần thiết, dựa trên những những kết quả nghiên cứu HLVBX của thế giới cũng như những kết quả nghiên cứu, khảo sát trong phòng và hiện trường trên các công trình đường trong nước có HLVBX để đưa ra các giải pháp khắc phục phù hợp

Hình 2.4 Hiện tượng hư hỏng do lún vệt hằn bánh xe [39]

Trang 30

Cụ thể: hiện tượng HLVBX xảy ra phổ biến trên phạm vi cả ba vùng miền : miền Bắc (QL5; QL3; QL1A đoạn Phủ Lý, Thanh Hóa…), miền Trung (QL1A; QL7; QL8…) và miền Nam (QL1A; Đại Lộ Đông Tây…) [16]

Các hình thức nhận dạng chính của hư hỏng kết cấu áo đường do HLVBX có thể được phân thành như sau:

2.1.3.1 HẰN LÚN VỆT BÁNH XE DO LỚP MẶT BTN YẾU:

Hiện tượng này xảy ra do lớp BTN nhựa lớp trên chịu cắt quá yếu, không có khả năng chịu được tải trọng trùng phục và các tải trọng xe nặng trong khi lớp móng phía dưới làm việc vẫn tốt nên hiện tượng LVHBX hầu như chỉ xảy ra ở lớp mặt

Hình 2.5 Hằn lún vệt bánh xe do nguyên nhân lớp mặt BTN yếu [41]

Hình 2.6 Hằn lún vệt bánh xe do nguyên nhân lớp mặt BTN yếu (chụp 09/2014)

Trang 31

2.1.3.2 HẰN LÚN VỆT BÁNH XE DO MÓNG, NỀN ĐẤT YẾU

Khi chịu tải trọng xe nặng, lớp mặt BTN chịu tải đầu tiên sau đó truyền tải trọng lên lớp móng phía dưới Do lớp móng làm việc không hiệu quả bị ảnh hưởng lún xuống trong khi lớp mặt BTN vẫn còn khả năng chịu lực Đây có thể là do trong quá trình thiết kế mô đun đàn hồi của lớp mặt cao nhưng lớp móng yếu, khâu thiết

kế bố trí các lớp kết cấu áo đường để mô đun đàn hồi từ lớp dưới lên lớp trên không theo chỉ dẫn của tiêu chuẩn ngành nên trong quá trình làm việc không phát huy được khả năng của các lớp vật liệu khác nhau

Hình 2.7 Hằn lún vệt bánh xedo nguyên nhân lớp nền móng yếu [41]

2.1.3.3 DO CẢ MÓNG NỀN ĐẤT YẾU VÀ LỚP MẶT BTN YẾU

Khi lớp mặt BTN và lớp móng đỡ phía dưới không được thiết kế tính toán đủ khả năng chịu lực thì cả lớp móng và lớp mặt đều bị lún khi chịu tải trọng tác dụng, quá trình này xảy ra liên tục dưới tải trọng trùng phục tải trọng nặng nên lâu ngày

sẽ hình thành hư hỏng LVHBX trên mặt đường

2.1.4 HIỆN TƯỢNG LÚN NỨT CAO SU:

Mặt đường bị lún cục bộ bao giờ cũng kèm theo nứt , mặt đường bị lún thường

có liên quan từ kết cấu nền đến kết cấu mặt đường Các nước phát triển, trên đường cao tốc và đường ô-tô cấp cao rất hiếm gặp biến dạng này, có thể xảy ra lún nứt nhưng không lớn, dẫn đến mức độ lún nứt kèm theo hiện tượng cao su thì hình như không có, chỉ xảy ra ít nhiều ở đường cấp thấp hơn

Khi có biến dạng cao su là do nguyên nhân đất nền bị ngậm nước đạt đến mức hạn độ dẻo (Lp hoặc Wp) mà không có lối thoát ra ngang (tạo thành như một túi chứa nước) Khi có tải trọng ô tô tác dụng thì nước này chỉ còn cách phụt theo khe

Trang 32

nứt lên mặt đường

Do đó, cho thấy nguyên nhân chính là thoát nước mặt đường không tốt, nước mặt có điều kiện theo kẽ nứt thâm nhập vào đất nền lâu ngày mà hình thành cao su

Kỹ thuật xử lý cao su sẽ tốn kém hơn xử lý nứt

Giải pháp chính là cần xử lý vết nứt ngay bằng biện pháp tình huống để ngăn chặn không cho nước có thời gian thấm sâu vào nền đường trước khi có giải pháp khắc phục cơ bản Biện pháp xử lý tình huống có thể kể đến như phun nhựa lỏng vào kẽ nứt, nếu độ mở rộng kẽ nứt lớn hơn 3mm thì có thể trét thủ công kẽ nứt bằng hỗn hợp “nhựa – cát mịn”

2.2 TỔNG QUAN VỀ SỢI NÓI CHUNG

Zube đã công bố sớm nhất những nghiên cứu của mình về việc cải tiến hỗn hợp bê tông nhựa [13] Những nghiên cứu này đã tìm ra những ảnh hưởng của việc đặt những tấm lưới thép dưới lớp phủ bê tông nhựa trong thử nghiệm ngăn chặn việc nhân rộng vết nứt lớp mặt đường Nghiên cứu kết luận rằng áo đường nhựa với

hệ lưới thép đã làm giảm, kiềm chế việc nhân rộng những vết nứt dọc đường theo chiều dài tuyến Zube đề nghị rằng, sự sử dụng lưới thép gia cường có thể được dùng cho những lớp phủ dày để làm giảm nứt và vẫn đạt được những tính năng làm việc tương tự

Những nghiên cứu gần đây, Serfass và Samanos đã trình bày những kết quả tới

tổ chức Association of Asphalt Paving Technologist, nghiên cứu đánh giá sự làm việc của sợi asbestos, sợi bông khoáng, sợi len thủy tinh và sơi cellulose [11] Đã thu được những kết quả từ thí nghiệm về mô đun đàn hồi, ứng suất chính ở nhiệt độ thấp, khả năng chống lại lún trồi dưới tác động của tải trọng bánh xe và khả năng chống mỏi Ba nghiên cứu áp dụng trên một tuyến đường ở Nantes, Pháp Nghiên cứu thứ nhất kết luận hỗn hợp bê tông nhựa sử dụng sợi cho độ rỗng cốt liệu cao nhất dưới 1.1 triệu lượt tải trọng trục 13 tấn so với hỗn hợp không dùng sợi và hai hỗn hợp sử dụng phụ gia mang tính chất độn đàn hồi Nhóm tác giả kết luận rằng

Trang 33

điều đó làm tăng khả năng thoát nước và làm giảm sự hư hỏng liên quan tới việc hút ẩm của bê tông nhựa rỗng

Trong nghiên cứu thứ hai,hai triệu lượt tải trọng trục 13 tấn tác dụng để đánh giá sự làm việc của lớp phủ mặt đường sử dụng sợi, đã đánh giá được nhữnghư hỏng do mỏi trong quá trình làm việc của áo đường Dưới tác động của tải trọng này,áo đường có khả năng sửa chửa cấu trúc vĩ mô tốt hơn, thực tế là đã không xuất hiện bất cứ vết nứt nào và bề mặt đường hoàn thiện có độ bằng phẳng tốt hơn [11]

Sự sửa chửa cấu trúc áo đường làm cho khả năng chống trượt bánh xe tốt hơn, đã làm giảm hiện tượng nứt do mỏi điều đó chỉ ra rằng chu trình mỏi của vật liệutăng lên hơn so với mặt đường không sử dụng sợi

Lớp phủ sử dụng sợi cũng đã được áp dụng trên những mặt đường bị hư hỏng

do mỏi trong báo cáo của nghiên cứu thứ ba bởi Serfass và Samanos, dưới tác động của 1.2 triệu lượt tải trọng tác dụng thì tất cả các loại lớp phủ sử dụng sợi không để lại hư hỏng dưới dạng mỏi và hư hỏng do lún trồi dưới tác dụng của tải trọng bánh

xe Điều này được so sánh với hỗn hợp mẫu không sử dụng sợi, hỗn hợp mà không cải thiện được những tính chất hư hỏng nói trên Serfass và Samanos đã kết luận rằng tất cả ba nghiên cứu sử dụng sợi trong hỗn hợp bê tông nhựa làm tăng khả năng bám dính của nhựa với cấp phối đá [11] Điều này làm giảm hiện tượng chảy nhựa và cải tiến khả năng chống trượt bánh xe hơn so với những mẫu không sử dụng sợi trong những thiết kế tương tự Sử dụng sợi cũng làm giảm việc hóa già của nhựa, cải tiến tính bám dính của nhựa và làm giảm nhiệt độ của hỗn hợp Sự sử dụng sợi thêm vào đồng nghĩa với việc làm tăng hàm lượng nhựa, Nên hỗn hợp bê tông nhựa làm tăng khả năng chống lại tác động của các nguồn ẩm, chống hóa già, mỏi và chống hiện tượng nứt

Trong một nghiên cứu riêng rẽ bởi Jenq, lý thuyết cơ học đứt gãy được sử dụng để đánh giá ảnh hưởng của việc sử dụng sợi gia cường trong khả năng chống nứt [24] Sợi polyester và sợi polypropylene được sử dụng thêm vào trong hỗn hợp, sau đó mẫu được đem thí nghiệm để xác định thông số mô đun đàn hồi, năng lượng

va chạm và cường độ chịu kéo Giá trị năng lượng va chạm trong mẫu sử dụng sợi

Trang 34

này tăng từ 50 đến 100%, điều đó cho thấy nó làm tăng khả năng dính bám với mặt đường Còn các trị số mô đun đàn hồi và cường độ chịu kéo không thay đổi

Simpson và cộng sự thực hiện nghiên cứu hỗn hợp nhựa với sợi tại Someset Kentucky [12] Sợi polypropylene (PP) và sợi polyester và các polime khác được sử dụng làm phụ gia thêm vào trong hỗn hợp bê tông nhựa Hai cách thức trộn khác nhau cũng được xem xét.Một hỗn hợp không sử dụng sợi cũng được tạo ra Thí nghiệm bao gồm việc xác định độ ổn định Marshall, cường độ chịu kéo gián tiếp (IDT), tính mỏi do tác động của hơi ẩm, sự đóng rắn, mô đun đàn hồi và biến dạng

do tải trọng trùng phục Hỗn hợp sử dụng sợi polypropylene tạo ra mẫu có cường

độ chịu kéo lớn nhất, khả năng chống nứt tốt nhất Không một mẫu nào cải thiện tính năng chống tác động của hơi ẩm, mỏi do đóng rắn Không một hỗn hợp nào cải thiện tính năng lún trồi Kết quả về thí nghiệm xác định cường độ chịu kéo cho thấy rằng mẫu không sử dụng sợi và mẫu sử dụng sợi PP không có vấn đề gì về việc nứt

do nhiệt, nhưng mẫu sử dụng sợi polyester và mẫu dùng phụ gia polyme lại xuất hiện điều đó Kết quả mô đun đàn hồi trong khoảng nhiệt độ trung bình chỉ ra rằng mẫu sử dụng sợi PP cho kết quả độ cứng lớn hơn Trong khi đó ở nhiệt độ cao, so với những mẫu không sử dụng sợi thì những mẫu sử dụng sợi cũng cho kết quả về

độ cứng lớn hơn Hiện tượng lún trồi dưới tác động của tải trọng trùng phục giảm xuống chỉ xảy ra đối với mẫu sử dụng sợi PP [12]

Sự phân phối đồng đều của sợi trong hỗn hợp là nhân tố chủ yếu tạo ra sự khác biệt trong ứng xử của bê tông nhựa Trong nghiên cứu về việc sử dụng sợi carbon trong bê tông xi măng Portland, Chen và cộng sự [6] kết luận rằng việc phân tán một cách đồng đều của sợi trong thành phần hỗn hợp là nguyên nhân làm cải tiến tính chất hỗn hợp bê tông nhựa Ba chất tăng tính lưu động của hỗn hợp được sử dụng và hỗn hợp bê tông nhựa được đem thí nghiệm xác định cường độ chịu uốn với những hàm lượng sợi khác nhau Tất cả những hỗn hợp sử dụng những chất trộn làm tăng lưu động tạo ra mẫu có giá trị cường độ chịu uốn tốt hơn và khả năng bám mặt đường tốt hơn nhưng mẫu không sử dụng chất trộn làm tăng tính lưu động

Trang 35

Nhưng một điều cần chú ý trong những nghiên cứu này là sợi đem trộn vào hỗn hợp

có chiều dài trung bình là 51mm

2.3 TỔNG QUAN VỀ SỢI CỤ THỂ

2.3.1 SỢI POLYPROPYLEN

Sợi Polypropylen (PP) được sử dụng trong một nghiên cứu vào năm 1993 bởi Jiang và cộng sự [25] trong việc thử nghiệm để làm giảm hiện tượng nhân rộng vết nứt đối với lớp phủ mặt đường bằng bê tông nhựa Mặc dù mật độ những vết nứt giảm trên những phạm vi mặt đường sử dụng sợi gia cường, nhưng mức độ giảm hiện tượng nhân rộng vết nứt đó đã không được nghiên cứu một cách cụ thể Huang và cộng sự [26] cũng thực hiện nghiên cứu về lớp phủ mặt đường bằng

bê tông nhựa sử dụng sợi PP Hỗn hợp bê tông nhựa sử dụng sợi và không sử dụng sợi được đúc tạo mẫu và được khoan lấy mẫu đem vào phòng thí nghiệm để phân tích Điều có thể kết luận từ những kết quả phân tích từ phòng thí nghiệm cho thấy những hỗn hợp sử dụng sợi cho mẫu ít cứng hơn và cải tiến được chu trình mỏi tốt hơn Tuy nhiên, nhiệt độ nóng chảy của sợi PP khá thấp, thấp hơn nhiệt độ của chất kết dính khi trộn làm cháy sợi Chính vì thế làm giảm khả năng gia cường của sợi khi trộn vào trong hỗn hợp bê tông nhựa Huang cũng gợi ý rằng nên có những nghiên cứu sâu và xa hơn nữa để hiểu thêm về tính đàn nhớt của hỗn hợp bê tông nhựa sử dụng sợi

2.3.2 SỢI POLYESTER

Maurer và cộng sự [27] cũng nghiên cứu tính chất ép nén chặt của lớp phủ mặt đường sử dụng sợi xốp.Sợi polyester được chọn hơn sợi PP bởi điểm nóng chảy cao hơn sợi polyester Việc sử dụng sợi polyester được so sánh với một vài dạng sợi khác và trường hợp không sử dụng sợi Người ta xem xét vấn đề về thời gian tạo mẫu, chi phí và khả năng chống lại việc nhân rộng vết nứt Sợi xốp cho kết quả tốt nhất về những điểm trên trong tất cả các nghiên cứu

Trang 36

2.3.3 SỢI KHOÁNG ASBESTOS

Huet và cộng sự [28] công bố kết quả về nghiên cứu về độ rỗng và tính chất chảy nhựa của hỗn hợp không sử dụng sợi và hỗn hợp sử dụng sợi trong thí nghiệm xác định tính mỏi từ mẫu khoan của tuyến đường Nantes Pháp Hai hỗn hợp sử dụng phụ gia polyme (SBS) và ba hỗn hợp sử dụng sợi asbestos khoáng Hỗn hợp không sử dụng phụ gia và hỗn hợp sử dụng phụ gia SBS cho những kết quả tương

tự nhau về sự làm giảm độ rỗng và tính chất chảy nhựa dưới sự tác dụng của 1.1 triệu lượt tải trọng trục Trái lại Huet đã kết luận rằng hỗn hợp sử dụng phụ gia sợi không làm giảm độ rỗng, và thực tế là tính chất chảy nhựa không thay đổi và lún trồi dưới tác động của bánh xe là nhỏ nhất dưới sự tác động của những lượt tải tương tự nhau

2.3.4 SỢI CELLULOSE

Decoene và cộng sự [29] đã nghiên cứu ảnh hưởng của sợi cellulose trong hỗn hợp bê tông nhựa ở tính chất chảy nhựa, giảm độ rỗng, sự hao mòn và khả năng thoát nước của bê tông nhựa rỗng Sợi cellulose trong hỗn hợp làm tăng hàm lượng nhựa trong khi đó làm giảm sự chảy nhựa của chất kết dính Một nghiên cứu tổng quát về sự thoát nước được thực hiện trên một tuyến đường ở Belgian trong khoảng thời gian 6 tháng.Kết quả cho thấy là khả năng thoát nước tốt hơn đối với những vị trí sử dụng sợi và mất một khoảng thời gian gấp đôi đối với những mẫu không sử dụng sợi

Stuart và cộng sự [30] đã đánh giá trên hai loại sợi xốp, một loại sợi dạng cục

và 2 loại sợi polimer Đánh giá hỗn hợp ở tính chất chảy nhựa và khả năng chống lại lún trồi dưới tác dụng của tải trọng bánh xe, nứt ở nhiệt độ thấp, sự hóa già và mỏi do ẩm Kết quả thí nghiệm cho thấy những hỗn hợp sử dụng sợi cho khả năng chảy nhựa thấp hơn những mẫu sử dụng phụ gia polimer và những mẫu không sử dụng phụ gia Kết quả thu được về ứng xử của hỗn hợp bê tông nhựa về nứt ở nhiệt

độ thấp và mỏi do ẩm đã không được xác định một cách cụ thể Hỗn hợp sử dụng phụ gia polime cho khả năng chống hóa già tốt hơn

Trang 37

Partl và cộng sự trong nghiên cứu của mình đã sử dụng những hàm lượng sợi cellulose khác nhau trong một hỗn hợp bê tông nhựa SMA còn được gọi là hỗn hợp

đá vữa nhựa [8] Hỗn hợp được đem thí nghiệm để đánh giá trạng thái ứng suất nhiệt và cường độ chịu kéo gián tiếp.Những vấn đề đã xảy ra với hỗn hợp như việc các sợi trộn phân phối không đều tạo ra sự vón hạt, vón cục lại.Sự phân phối đồng đều của sợi trong hỗn hợp được cải tiến bằng việc trộn sợi ở nhiệt độ cao và khoảng thời gian trộn được kéo dài thêm nhưng một vài vị trí vẫn xuất hiện hiện tượng vón cục.Nghiên cứu đưa ra kết luận rằng việc sử dụng cả hai phương thức trộn này không làm cải tiến được chất lượng khi dùng sợi trong hỗn hợp SMA Tác giả đưa

ra giả thiết rằng nguyên nhân của việc không cải tiến được tính chất của bê tông nhựa SMA này là do việc sợi không phân phối đều tới các vị trí trong hỗn hợp nhưng nên có những sự nghiên cứu xa hơn nữa để xác nhận giả thiết này [8]

Sợi cellulose cũng được sử dụng trong một hỗn hợp bê tông nhựa SMA khác bởi Selim và cộng sự [10] , kết quả thu được trong các thí nghiệm ở tính chất chảy nhựa, xâm nhập hơi ẩm, mô đun từ biến và khả năng phục hồi Sợi được thêm vào trong hỗn hợp với một lượng theo tiêu chuẩn và chất kết dính phụ gia polime Sự chảy của nhựa đã được cải tiến trong tất cả các hỗn hợp sử dụng sợi cellulose Hỗn hợp bê tông nhựa hạt thô với sợi đã đưa ra hiệu quả với độ bền kéo gián tiếp lớn nhất, tỉ số độ bền kéo so với mẫu sử dụng phụ gia polime, mẫu sử dụng phụ gia polime cho kết quả độ bền kéo và khả năng chống hơi ẩm gây mỏi nhỏ nhất Dựa trên những kết quả phân tích xác suất thống kê đã chứng tỏ rằng mô đun từ biến và khả năng phục hồi đã được cải tiến hơn khi sử dụng phụ gia sợi trong hỗn hợp và chất kết dính thô là tốt hơn so với sử dụng sợi và phụ gia polime

2.4 TỔNG QUAN VỀ PET

2.4.1 CƠ SỞ KHOA HỌC CỦA PET

BTN sử dụng PET phế thải mặc dù chưa được áp dụng rộng rãi trên thế giới nhưng những nghiên cứu gần đây nhất cho thấy nó khá khả quan bởi nhiệt độ hóa mềm của PET cao

Polyethylene Terephathalate (PET) là một dạng nhựa nhiệt dẻo, thuộc loại

Trang 38

nhựa polyester và được dùng trong tổng hợp xơ sợi, vật liệu đựng đồ uống thức ăn

và các loại chất lỏng…PET là một trong những nguyên vật liệu sản xuất sợi thủ công Ký hiệu loại nhựa PET trong sản xuất đời sống, cấu trúc phân tử của PET như Hình 2.8 và Hình 2.9:

Hình 2.8 Ký hiệu loại nhựa dạng PET [42]

Hình 2.9 Cấu trúc phân tử của PET [42]

Các đặc tính của PET được quyết định do quá trình xử lý nhiệt, nó có thể tồn tại ở cả hai dạng vô định hình và dạng kết tinh Monomer của PET có thể được tổng hợp bởi phản ứng ester hóa giữa các acid terepthalic và ethylene glycol tạo ra nước hoặc phản ứng transester hóa giữa ethylene glycol và dimethyl terephthalate, methanol là sản phẩm Sự polymer hóa được tiến hành bởi một quá trình đa trùng ngưng của các monomer với ethylene glycol là sản phẩm

Khi gia nhiệt đến 200ºC hoặc làm lạnh đến -90ºC cấu trúc hóa học của PET vẫn được giữ nguyên, tính chống thấm khí hơi vẫn không thay đổi khi nhiệt độ ở 100ºC

Trang 39

Hình 2.4 Hiện tượng hư hỏng do lún vệt hằn bánh xe [39]

Khối lượng riêng (dạng vô định hình) 1.370 (g/cm3)

Khối lượng riêng(dạng kết tinh) 1.455 (g/cm3)

Trang 40

Độ nhớt cũng là một đặc tính quan trong của PET, phụ thuộc vào độ dài mạch polymer, độ dài mạch polymer càng dài thì độ rắn càng cao nên độ nhớt càng cao

Độ dài của mạch polymer có thể được điều chỉnh thông qua quá trình polymer hóa

- Giai đoạn 1: Hỗn hợp TPA và EG được gia nhiệt, phản ứng trùng ngưng xảy

ra tạo bis – (hydroxyletyl terephtalat) và các oligome có phân tử lượng thấp

Hình 2.12 Quá trình phản ứng tổng hợp PET (giai đoạn 1)

- Giai đoạn 2:

Định dạng
Số trang	83
Dung lượng	3,06 MB