Bài viết thể hiện kết quả nghiên cứu đánh giá chọn cốt liệu trong bê tông nhựa nguội cấp phối chặt, liên tục; So sánh lựa chọn hàm lượng nước, hàm lượng nhựa gốc thích hợp; Quy hoạch thực nghiệm về mối tương quan giữa hàm lượng nhựa gốc trong nhũ tương, hàm lượng nước.
Trang 1NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO CẤP PHỐI HỖN HỢP BÊ TÔNG NHỰA NGUỘI CHẶT SỬ DỤNG NHŨ TƯƠNG PHÂN TÍCH CHẬM DÙNG TRONG CÔNG
TÁC XÂY DỰNG ĐƯỜNG Ô TÔ
RESEARCH ON MANUFACTURING COLD MIXED ASPHALT USING SLOW SETTING
EMULSIFIED ASPHAT IN THE CONTRUCTION NEW ROADS
SVTH: Nguyễn Thành Trung (1) , Nguyễn Thanh Tùng (2)
(1)Lớp 14X3A,Khoa Xây dựng Cầu đường, Trường Đại học Bách khoa Đà Nẵng;
Email: ntrung14bkdn@gmail.com (2) Lớp 14X3B,Khoa Xây dựng Cầu đường, Trường Đại học Bách khoa Đà Nẵng;
Email: thanhtungbk0991996@gmail.com
GVHD: Th.S Nguyễn Biên Cương (3) , Th.S Trần Thị Thu Thảo (4)
(3)Khoa Xây dựng Cầu đường, Trường Đại học Bách khoa Đà Nẵng; Email: nbcvna@gmail.com
(4) Khoa Xây dựng Cầu đường, Trường Đại học Bách khoa Đà Nẵng; Email: tranthaoxdcd@gmail.co
Tóm tắt – Hiện nay, vấn đề môi trường đang được cả
thế giới quan tâm, trong tất cả mọi lĩnh vực- trong đó có
ngành xây dựng đường Việc xây dựng mặt đường bằng
hỗn hợp bê tông nhựa nóng có rất nhiều ưu điểm, tuy
nhiên lại ảnh hưởng đến môi trường Vì vậy, cần có một
hỗn hợp bê tông nhựa nguội sử dụng nhũ tương phân tích
chậm trong công tác xây dựng mặt đường mới đảm bảo
được vấn đề bảo vệ môi trường khi thi công, bên cạnh đó
vẫn đảm bảo chất lượng và giá cả hợp lý
Bài viết thể hiện kết quả nghiên cứu đánh giá chọn
cốt liệu trong bê tông nhựa nguội cấp phối chặt,liên tục;
so sánh lựa chọn hàm lượng nước, hàm lượng nhựa gốc
thích hợp; quy hoạch thực nghiệm về mối tương quan
giữa hàm lượng nhựa gốc trong nhũ tương, hàm lượng
nước Đề xuất được tỷ lệ tối ưu của nhựa và hàm lượng
nước để tìm ra hàm lượng tối ưu cho bê tông nhựa nguội
Nhằm mục đích thiết lập công thức chế tạo và công nghệ
sản xuất bê tông nhựa nguội sử dụng nhũ tương phân tích
chậm trong công tác xây dựng mặt đường ô tô theo TCCS
08:2014/TCĐBVN
Từ khóa: - Bê tông nhựa nguội; nhũ tương; hàm
lượng nhựa; “hàm lượng nước; mặt đường mới; môi
trường
Abstract- Currently, environmental issues are being
taken care of by the world, in all areas - including road construction The construction of a road surface with a hot asphalt concrete mixture has many advantages, but it affects the environment Therefore, it is necessary to have cold mixed asphalt using slow setting emulsified asphalt
in the contruction new road to ensure environmental protection when construction, besides ensuring quality and reasonable price
The article presents some research results of research and evaluation of the comparison and the selection of materials used in cold mixed asphalt ;the selection of water content, proper plastic content;It planed experimentally the correlation between the original plastic content in emulsions, water content Propose the optimal rate of plastic and water content to find the optimal content for cold mixed asphalt The aim to establish the formula for manufacturing and technology of cold mixed asphalt production using emulsion analysis slowly in the construction of new road according to TCCS 08: 2014 / TCĐBVN
Keywords: - Cold mixed asphalt; emulsion; plastic
content; water content; new road; environment
1 Đặt vấn đề
Hiện nay ở Việt Nam đa số mặt đường được thi công
bằng hỗn hợp bê tông nhựa nóng Việc lựa chọn loại hỗn
hợp này có rất nhiều ưu điểm, tuy nhiên vẫn còn nhiều
nhược điểm chưa được khắc phục Như là:
- Quá trình thi công sản sinh ra lượng nhiệt lớn gây
ô nhiễm môi trường
- Việc thi công phụ thuộc nhiều vào nhiệt độ và
thời tiết
- Dễ phát sinh biến dạng dưới tác dụng của nhiệt
độ cao
- Khống chế chiều dài quãng đường từ trạm trộn
đến nơi thi công
- Ảnh hưởng đến sức khỏe của nhân công lao
động
Từ những nhược điểm nêu trên của hỗn hợp bê tông
nhựa nóng, thì yêu cầu cần thiết là cần có một loại hỗn
hợp có thể khắc phục được nhược điểm trên
Qua tìm hiểu nhóm đưa ra một giải pháp, đó là sử dụng nhũ tương nhựa đường gốc axit để thay thế cho nhựa đặc khi trộn hỗn hợp bê tông nhựa Vì nhũ tương nhựa đường gốc axit có những ưu điểm như là:
+ Sản phẩm nhũ tương nhựa đường có thể sử dụng để thi công trong điều kiện nhiệt độ thấp, vật liệu đá ẩm, khu vực nhiều sương mù hoặc tỷ lệ bột đá cao
+ Nhũ tương có thể bảo quản, vận chuyển dễ dàng và rất thuận tiện khi sử dụng
+ Hạn chế đáng kể mức ô nhiễm môi trường do khí thải của khói so với thi công bằng đốt nhựa đường đặc nóng chảy
+ Việc dùng nhũ tương nhựa đường trong xây dựng đường giúp thi công nhanh gọn và chủ động
Trang 28.5%-9.5% đều thỏa mãn các chỉ tiêu của bê tông nhựa
nguội sử dụng nhũ tương TCCS 08:2014/TCĐBVN, cụ
thể độ rỗng cốt liệu không nhỏ hơn 14%
Kết quả thí nghiệm độ rỗng cốt liệu VMA có tương
quan tốt với các chỉ tiêu cơ bản của hỗn hợp bê tông nhựa
nguôi Qua biểu đồ đường cong cấp phối có thể thấy được
nếu đường cấp phối cốt liệu dịch chuyển ra xa thì độ rỗng
cốt liệu càng lớn và ngược lại
Từ những kết quả thí nghệm với các chỉ tiêu kỹ thuật
trong TCCS 08:2014/TCĐBVN ta thấy được hàm lượng
nhũ tương nhựa đường tối ưu 8% - 8.5% Sự phân tích
dựa trên hỗn hợp bê tông nhựa nguội ở trong tình trạng
bất lợi nhất khi bị nước tác dụng lâu dài Vì thế chỉ tiêu
quan trọng để chọn hàm lượng nhựa tối ưu là độ ổn định
Marshall của mẫu bão hòa nước, tương ứng với hàm
lượng nhựa 8.5%
Hiện nay ở nước ta, công tác xây dựng nông thôn mới
đang được chú trọng Trong đó giao thông nông thôn
đóng vai trò chủ lực- là xương sống để phát triển nèn kinh
tế của nông nghiệp Vì vậy, việc đầu tư vào cơ sở hạ tầng
giao thông nông thôn đang được Nhà nước đặc biệt chú
tâm
Từ trước giờ, mặt đường nông thôn chủ yếu là mặt
đường cấp phối đá dăm, cấp phối thiên nhiên,láng nhựa
hay bê tông xi măng Các mặt đường đó làm cho phương
tiên lưu thông không được êm thuận Và chi phí để xây
dựng mặt đường BTXM là quá đắt Vì vậy cần có một
loại vật liệu mới có ưu thế hơn để thay thế những mặt
đường cũ
Vì những lý do đó mà nhóm đề xuất vật liệu bê tông
nhựa nguội sử dụng nhũ tương phân tích chậm để đưa vào
xây dựng đường mới ở nông thôn vì chất lượng của hỗn
hợp này đảm bảo và giá thành lại không quá cao Mặt
khác phương tiên lưu thông ở nông thôn thấp, vì vậy
không yêu cầu cường độ của BTN nguội quá cao; quá
trình thi công đơn giản, dễ thực hiện, có thể sử dụng nhân
công lao động tại địa phương để thi công
Các cơ quan chức năng cần xem xét, đánh giá và sớm
có quyết định đưa BTN nguội sử dụng nhũ tương phân
tích chậm vào thi công đại trà Bởi vì đây là loại BTN có
giá thành hợp lý vẫn đảm bảo chất lượng và không ảnh
hưởng xấu đến môi trường
5 Kết luận.
5.1 Tổng hợp kết quả:
Tất cả các giá trị của mẫu so sánh 0% cao su và ở hàm
lượng cao su tối ưu điều thỏa mãn tiêu BTN thông
thường
Bảng 5: Bảng so sánh kết quả của BTNCS và BTN
-Thiết lập công thức chế tạo và công nghệ sản xuất bê tông nhựa nguội sử dụng nhũ tương phân tích chậm trong công tác làm mới đường ô tô ta chọn đường cong cấp phối nằm giữa cận trên và cận dưới để thiết kế mẫu vớihàm lượng nước tại lúc đầm nén g= 4.933%, hàm lượng nước i= 6.635 % và hàm lượng nhũ tương nhựa đường axit CSS-1 8.5% Thỏa mãn các chỉ tiêu kĩ thuật trong TCCS 08:2014/TCĐBVN, được thể hiện các biểu đồ mối tương quan giữa hàm lượng nhũ tương nhựa đường với độ ổn định, độ ổn định còn lại, khối lượng thể tích khô, hàm lượng nước hấp thụ, độ rỗng tổng cộng, độ rỗng dư và độ rỗng cốt liệu của hỗn hợp bê tông nhựa nguội
Như vậy đối với những mặt đường có địa hình hiểm trở, lưu lượng xe ít, tải trọng thấp nên dùng hỗn hợp bê tông nguội sử dụng nhũ tương phân tích chậm để tiết kiệm đươc chi phí và giảm ô nhiễm môi trường, nhưng vẫn đạt được yêu cầu về chất lượng
5.2 Hướng nghiên cứu tiếp theo:
Cần đi Tiếp tục nghiên cứu ảnh hưởng của thành phần phụ gia tăng dính bám và xi măng đến hỗn hợp bê tông nhựa nguội sử dụng nhũ tương phân tích chậm trong công tác xây dựng mặt đường làm mới.Nghiên cứu chế tạo cấp phối hỗn hợp bê tông nhựa nguội Dmax12.5 chặt, liên tục sửa dụng nhũ tương phân tích chậm trong công tác xây đường ô tô
Tài liệu tham khảo
[1] TCCS 08:2014/TCĐBVN Hỗn hợp bê tông nhựa nguội – Yêu cầu thi công và nghiệm thu
[2] TCVN 8817:2011 Nhũ tương nhựa đường axit.
[3] TCVN 7572:2006 Cốt liệu cho bê tông và vữa – Phương pháp thử [4] TCVN 8860:2011 Bê tông nhựa – Phương pháp thử
[5] TCVN 7504:2005 Bitum – Phương pháp xác định độ bám dính với
đá [6] Production and durability of cold mix asphalt - Roger Lundberg, Torbjörn Jacobson, Per Redelius, Jenny-Ann Östlund.
[7] Shell bitumen handbook 5th Edition, Read, J., Whiteoak, D., Thomas Telford Publishing, 2003
Stt Chỉ tiêu
kỹ thuật
BTN12,5 0%CS
BTNCS12,5 1,04%CS
Yêu cầu [1], [4],[5]
(mm)
4
Độ rỗng cốt liệu
5
Độ Rỗng lấp đầy nhựa
6
Hằn lún vệt bánh xe
>1000 (lần/m m)
Trang 3NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG LÝ THUYẾT ĐỘ TIN CẬY PHÂN TÍCH TUỔI THỌ CỦA KẾT CẤU ÁO ĐƯỜNG THIẾT KẾ THEO PHƯƠNG PHÁP CƠ HỌC THỰC
NGHIỆM MEPDG
APPLICATION OF RELIABILITY THEORY TO ANALYSIS THE LIFE-SERVICE
OF FLEXIBLE PAVEMENT BASED ON MECHANISTIC EMPIRICAL PAVEMENT
DESIGN GUIDE METHOD
SVTH: Võ Văn Anh Tuấn (1) , Nguyễn Đăng Huy (2)
(1) Lớp 14X3A, Khoa Xây Dựng Cầu Đường, Trường Đại học Bách Khoa - Đại học Đà
Nẵng;Email: anhtuanltt96@gmail.com , (2) Lớp 14X3A, Khoa Xây Dựng Cầu Đường, Trường Đại học Bách Khoa - Đại học Đà Nẵng;
Email: danghuybkdn96@gmail.com
GVHD: TS Trần Trung Việt (3)
(3) Khoa Xây Dựng Cầu Đường, Trường Đại học Bách Khoa - Đại học Đà Nẵng;
Email: trung-viet.tran@hotmail.com
Tóm tắt: - Nghiên cứu tập trung phân tích các yếu
tố ảnh hưởng của điều kiện khai thác; hằn lún vệt
bánh xe (RD); Nứt (C); chỉ số độ ghồ ghề mặt
đường (IRI) đến tuổi thọ của kết cấu áo đường
(KCAĐ) thiết kế theo phương pháp cơ học thực
nghiệm (MEPDG) Lý thuyết độ tin cậy được sử
dụng để dự báo tuổi thọ của KCAĐ dưới sự thay
đổi ngẫu nhiên của các yếu tố: tính chất cơ lý của
vật liệu, điều kiện khai thác (nhiệt độ T, độ ẩm W)
và yếu tố địa lý trong phương pháp MEPDG Tuổi
thọ của KCAĐ thông qua chỉ số khả năng phục vụ
(PSI) đồng thời khả năng khán hằn lún vệt bánh xe
(HLVBX) cùng chỉ số độ gồ ghề IRI Kết quả phân
tích đã chỉ ra sự ảnh hưởng của nhiệt độ (T) và các
điều kiện khai thác đến tuổi thọ của kết cấu: giảm
từ 15 năm xuống 8 năm khi tăng T =15°C lên 55°C
Trong khi đó khi xét ảnh hưởng của các yếu tố ngẫu
nhiên, tuổi thọ của KCAD giảm đi 30-50% khi CoV
tăng từ 0.05-0.2
Từ khóa: Tuổi thọ của kết cấu áo đường; Chỉ số
phục vụ kết cấu áo đường (PSI); Phương pháp cơ
học thực nghiệm (MEPDG); Hằn lún vệt bánh xe
(RD); Chỉ số độ ghồ ghề mặt đường (IRI)
Abstract: This study focused on analyzing the
impact of factors following the executive conditions: rutting depth (RD); cracking (C); international roughness index (IRI) to pavement structure based on the Mechanistic empirical pavement design guide method (MEPDG) The reliability theory is used to evaluate a life-service of flexible pavement considerated the variability of materials properties, of executive conditions (temperature T, humidity W) and geographic in MEPDG method The life-service of flexible pavement evaluate based on present serviceability index (PSI), rutting depth (RD) and International roughness index (IRI) Result of this study show that impact of temperature (T) and executive conditions on life-service of flexible pavement are very important: T increase from 15°C to 55°C, this life-service decrease from 15 to 8 years Moreover, this life-service decreases 30-50% within CoV variable from 0.05 to 0.2 in the case of incertain consideration
Key words: Life of pavement structures; Present
serviceability index (PSI); Mechanistic empirical pavement design guide (MEPDG); Rutting Depth (RD); International roughness index (IRI).
1 Đặt vấn đề:
Hình 1: Hư hỏng KCAĐ tại Việt Nam
Khảo sát và đánh giá tuổi thọ của kết cấu áo đường
(KCAĐ) là một trong những nhiệm vụ quan trọng để đưa
ra được lịch trình và giải pháp bảo trì, vận hành để giữ
cho KCAĐ hoạt động trong điều kiện tốt nhất Ở Việt
Nam với sự phát triển không ngừng của khoa học và kỹ
thuật, đời sống và mức sống của nhân dân ngày càng phát
triển kéo theo nhu cầu đi lại của người dân ngày càng cao
Do đó, việc thiết kế, đánh giá đúng tuổi thọ của KCAĐ ngày càng cấp thiết, đảm bảo sự lưu thông hàng hóa, giao thông đi lại một cách tốt nhất cho người dân Phần lớn các công trình nghiên cứu trước đây đã không hợp với xu thế hiện tại như: sử dụng các phương pháp đơn lẻ,thủ công, thiết bị đơn giản, không nhất quán, độ chính xác không cao…vv Để đánh giá trạng thái mặt đường, dự đoán tuổi thọ của kết cấu áo đường, các nghiên cứu trên Thế Giới đều sử dụng một chỉ số dựa trên các giá trị gây hư hỏng mặt đường: độ ghồ ghề, hằn lún vệt bánh xe, nứt, ổ gà
Đó là chỉ số phục vụ mặt đường PSI Đề tài nghiên cứu này đưa ra một phương pháp đánh giá hoàn toàn mới, phù hơp với các điều kiện tại Việt Nam đó là phương pháp ứng dụng mô hình xác suất phân tích độ tin cậy trong dự báo tuổi thọ KCAĐ trên phương pháp cơ học thực nghiệm
MEPDG
Trong nước, việc nghiên cứu này đã từng được thực
Trang 4tuổi thọ của KCAD
Hình 10: Ảnh hưởng yếu tố ngẫu nhiên đến tuổi thọ
của KCAD ( CoV=0.2)
Hình 11: Ảnh hưởng CoV các tính chất vật liệu đến
tuoir thọ KCAD
Hình 12 cho ta thấy khi số trục xe tích lũy tăng lên thì
tuổi thọ của KCAD cũng giảm đi: khi N0=110 thì T=12
năm trong khi N0=180 thì T=9 năm
Hình 12: Ảnh hưởng lưu lượng xe N đến tuổi thọ
KCAD (CoV=0.2)
5 Kết luận.
Từ kết quả phân tích trên mô hình xác suất, nghiên
cứu đã chỉ ra vai trò quan trọng của 3 yếu tố chính đó là
điều kiện khí hậu (nhiệt độ), điều kiện vật liệu (modun
đàn hồi các lớp), điều kiện khai thác (tải trọng trục tích
lũy) ảnh hưởng trực tiếp đến tuổi thọ của công trình Ngoài ra khi xét hệ số thực nghiệm của các lớp vật liệu lớn, xác suất hư hỏng mặt đường do hằn lún vệt bánh xe
có khả năng xảy ra lớn hơn
Dựa trên các biểu đồ, ta có thể thấy được tổ hợp nhiệt
độ cao, mô đun vật liệu thấp, tải trọng trục tích lũy lớn và
hệ số thực nghiệm của các lớp vật liệu lớn ảnh hưởng lớn đến chỉ số phục vụ PSI của kết cấu áo đường, dễ gây
hư hỏng mặt đường trước tuổi thọ thiết kế được dự đoán, tính toán Từ đó cần có biện pháp xử lý, cải thiện thích hợp để hạn chế vấn đề này
Xây dựng mô hình xác suất kết hợp mô hình thí nghiệm xác định các thông số đầu vào, các hệ số thực nghiệm theo phương pháp cơ học thực nghiệm (MEPDG)
áp dụng cho điều kiện Việt Nam để dự báo chính xác tuổi thọ KCAĐ là một trong những việc làm cần thiết và có tính ứng dụng cao trong thực tiễn Bởi thực tế hiện nay có rất nhiều tuyến đường mới chỉ đưa vào khai thác trong thời gian không lâu đã xảy ra hiện tượng hư hỏng do nhiều nguyên nhân khác nhau gây lãng phí, thất thoát kinh tế
Cuối cùng, để cho nghiên cứu được hoàn thiện và ứng dụng rộng rãi, cần có nhiều số liệu so sánh giữa kết quả của mô hình và quan trắc thực tế của các công trình khác nhau
Tài Liệu tham khảo
[1] Nguyen Hoang Long, “Application of Hawkeye in surveying, quality assessment of highway pavement in Vietnam” Transport Journal, 2016
[2] Al-Omari, B and M.I Darter, 1994, Relationship between International Roughness Index and Present Serviceability Rating
[3] W D 0 PATERSON, International Roughness Index: Relationship to Other Measures of Roughness and Riding Quality, Transportation Research Record 1084 [4] Hall, K.T., C.E.C Munoz, 1999, Estimation of Present Serviceability Index From International Roughness Index, Transportation Research Record 1655, Transportation research Board
[5] Christopher R Bennett, Alondra Chamorro, Chen Chen, Hernan de Solminihac, Gerardo W Flintsch, (2007) “Data Collection Technologies for Road Management”
[6] AASHTO 08 Mechanistic Empirical Pavement Design Guide
[7] Guide for M-E Design of New and Rehabilitated Pavement Structures, NCHRP, 2004
[8] Estimation of Present Serviceability Index from International Roughness Index KATHLEEN T.HALL AND CARLOS E.CORREA MUNOZ
[9] Calibration of MEPDG performance models for flexible pavement distresses to local conditions of ontario
2016
[10] Modulus Values for Bituminous Materials by flexible pavement design
[11] Permanent deformation prediction modeling of asphalt concrete layers based on Accelerated Pavement Testing
0
0.05
0.1
0.15
0.2
0.25
Trục xe tích lũy (trục xe/làn.ng.đ)
CoV=0.05 CoV=0.1 CoV=0.15 CoV=0.2