Luận án Nghiên cứu một số yếu tố ảnh hưởng đến biến dạng lún vệt bánh xe có xét đến đặc tính mỏi của bê tông nhựa chặt làm lớp mặt đường Việt Nam

MỤC LỤC

MỤC LỤC.iv

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT .xii

DANH MỤC BẢNG BIỂU .xiv

DANH MỤC HÌNH ẢNH.xvi

MỞ ĐẦU . 1

1. Đặt vấn đề . 1

2. Tính cần thiết củ a luâṇ á n. 1

3. Đố i tương v ̣ à pham vi nghiên c ̣ ứ u . 2

4. Phương pháp nghiên cứu . 2

5. Nôi dung nghiên c ̣ ứ u. 2

6. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài nghiên cứu. 2

7. Cấu trúc của luận án . 3

CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ LÚN VỆT BÁNH XE VÀ MỎI CỦA BÊ TÔNG

NHỰA CHẶT . 4

1.1. Sự cần thiết nghiên cứ u lú n vêt b ̣ á nh xe và nứ t mỏi củ a bê tông nhưạ . 4

1.2. Lú n vêt b ̣ á nh xe. 4

1.2.1. Khái niêm v ̣ ề lún vệt bánh xe. 4

1.2.2. Các dang lún vệt bánh xe ̣ . 5

1.2.2.1. Lún vệt bánh xe do BTN bi ̣chảy dẻo - Instability Rutting (Plastic Flow) . 5

1.2.2.2. Lún vệt bánh xe do kết cấu - Structural Rutting . 7

1.2.2.3. Lún vệt bánh xe lớp mặt BTN- Surface/Wear Rutting . 7

1.2.3. Các phương pháp thí nghiệm lún vệt bánh xe. 8

1.2.3.1. Các phương pháp thí nghiêm theo Nh ̣ óm 1 . 8

1.2.3.2. Các phương pháp thí nghiêm theo Nh ̣ óm 2 . 12

1.2.4. Các phương pháp dự báo lún vệt bánh xe . 14

1.2.4.1. Phương pháp đánh giá tuổi thọ kết cấu mặt đường thông qua tiêu chuẩnLVBX . 14

1.2.4.2. Phương pháp thiết kế cơ học - thực nghiệm . 15

1.2.4.3. Phương pháp của chương trình nghiên cứu chiến lược đường ô tô SHRP16

1.2.4.4. Phương pháp của Shell sử dụng tiện ích SPDM . 16v

1.2.5. Các phương pháp xác định lún vệt hằn bánh xe ngoài hiện trường . 17

1.2.5.1. Phương pháp đo đạc mặt cắt ngang mặt đường (Transverse Surface Profile). 17

1.2.5.2. Phương pháp sử dụng thước đo theo ASTM E1703/E1703M. 17

1.2.5.3. Phương pháp sử dụng thiết bị laser để đo lún vệt hằn bánh xe. 17

1.3. Nứ t do mỏi . 17

1.3.1. Khái niêṃ . 17

1.3.2. Phương pháp thí nghiêm m ̣ ỏi BTN theo mô hình uốn dầm 4 điểm . 18

1.3.2.1. Bản chất của phương pháp thí nghiêm m ̣ ỏi uốn dầm 4 điểm. 19

1.3.2.2. Nhiêt đ ̣ ô ̣thí nghiêm m ̣ ỏi . 20

1.3.2.3. Tần số tải thí nghiêṃ mỏi. 21

1.3.2.4. Chế độ thí nghiệm mỏi. 22

1.3.3. Phương pháp dự báo tuổi tho ̣mỏi của bê tông nhựa. 22

1.4. Cá c yếu tố ảnh hưở ng đến lún vệt bánh xe và nứ t mỏi củ a bê tông nhựa. 23

1.4.1. Ả nh hưở ng của các yếu tố liên quan đến BTN . 23

1.4.1.1. Ả nh hưở ng của nhưa đư ̣ ờ ng. 23

1.4.1.2. Ả nh hưở ng của cốt liêụ . 25

1.4.1.3. Ả nh hưở ng của hỗn hơp BTN ̣ . 27

1.4.2. Ả nh hưở ng của lưu lương xe, t ̣ ải trong xe, t ̣ ốc đô ̣ dòng xe, nhiêt đ ̣ ô ̣ môi trườ ng. 30

1.4.2.1. Ả nh hưở ng của lưu lương xe ̣ . 30

1.4.2.2. Ả nh hưở ng của tải trong tr ̣ uc xe ̣ . 30

1.4.2.3. Ả nh hưở ng của áp suất hơi bánh xe. 31

1.4.2.4. Ả nh hưở ng của tốc đô ̣dòng xe . 32

1.4.2.5. Ả nh hưở ng của nhiêt đ ̣ ô ̣. 32

1.4.3. Ả nh hưở ng của các yếu tố khác. 33

1.4.3.1. Kết cấu áo đườ ng . 33

1.4.3.2. Chất lượng vật liệu, thiết kế hỗn hợp và thi công bê tông nhựa . 33

1.5. Cá c kết quả nghiên cứu liên quan đến lún vệt bánh xe và nứ t mỏi củ a bê tôngnhựa. 34

1.5.1. Trên thế giớ i . 34

1.5.2. Tại Việt Nam . 35vi

1.5.2.1. Tiêu chuẩn kỹ thuât, văn ̣ bản pháp quy . 35

1.5.2.2. Đề tài nghiên cứ u khoa học công nghệ . 36

1.5.2.3. Luâṇ án tiến sỹ . 37

1.6. Những vấn đề tồn tại cần giải quyết trong luận án. 38

1.6.1. Về ảnh hưở ng củ a mứ c đô ̣thô của “cấp phối thô” đến lún vệt bánh xe . 38

1.6.1.1. Phân tích. 38

1.6.1.2. Lưa ch ̣ oṇ . 39

1.6.2. Về nguyên nhân gây lún vệt bánh xe củ a măt đư ̣ ờ ng bê tông nhựa xảy ra trong

những năm gần đây. 39

1.6.2.1. Phân tích. 39

1.6.2.2. Lưa ch ̣ oṇ . 39

1.6.3. Về ảnh hưởng liên quan đến đồng thời lún vệt bánh xe và độ bền mỏi của bê

tông nhựa . 39

CHƯƠNG 2. PHÂN TÍCH NGUYÊN NHÂN HƯ HỎNG LÚN VỆT BÁNH XE QUA

KẾT QUẢ KHẢO SÁT HIỆN TRƯỜNG . 41

2.1. Mục đích và nội dung khảo sát hiện trường. 41

2.1.1. Muc đ ̣ ích. 41

2.1.2. Nội dung khảo sát hiện trường . 41

2.2. Kết quả khảo sát hiện trường lún vệt bánh xe tại một số dự án . 43

2.3. Tổng hợp các kết quả khảo sát, thí nghiệm, kiểm định trong dự án có hư hỏng

lún vệt bánh xe. 45

2.3.1. Nội dung khảo sát phạm vi hư hỏng lún vệt bánh xe trong kết cấu mặt đường. 45

2.3.2. Nhận xét, đánh giá kết quả khảo sát, thu thập số liệu về lưu lượng, tải trọng, tính

toán kết cấu mặt đường và nhiệt độ tại một số dự án. 46

2.3.2.1. Dự án xây dựng Quốc lộ 1A, đoạn số 01. 46

2.3.2.2. Dự án xây dựng Quốc lộ 1A, đoạn số 02. 47

2.3.2.3. Dự án xây dựng Quốc lộ 1A, đoạn số 03. 48

2.3.2.4. Dự án xây dựng Quốc lộ 3 cũ, đoạn số 04 . 49

2.3.3. Nhận xét, đánh giá kết quả kiểm định các lớp kết cấu mặt đường tại nhiều dự án. 50

2.3.3.1. Các mẫu bê tông nhựa không đạt yêu cầu về chiều dày và dính bám . 50

2.3.3.2. Các mẫu bê tông nhựa không đạt yêu cầu các chỉ tiêu cơ lý trên mẫu chế bị. 50vii

2.3.3.3. Các mẫu bê tông nhựa không đạt yêu cầu các chỉ tiêu cơ lý trên mẫu khoan. 53

2.3.3.4. Các mẫu bê tông nhựa không đạt yêu cầu về thành phần hạt và hàm lượngnhựa. 54

2.3.3.5. Các mẫu cấp phối đá dăm móng trên và móng dưới không đạt yêu cầu về

chiều dầy, thành phần hạt và độ chặt đầm nén. 55

2.4. Phân tích, đánh giá nguyên nhân hư hỏng lún vệt bánh xe tại một số dự án điểnhình. 56

2.4.1. Phạm vi hư hỏng lún vệt bánh xe trong kết cấu mặt đường mềm. 56

2.4.2. Thiếu chiều dầy các lớp kết cấu áo đường và dính bám kém . 56

2.4.3. Chất lượng thi công các lớp kết cấu áo đường tại các vị trí kiểm tra không đảm

bảo yêu cầu kỹ thuật . 56

2.4.4. Lưu lượng và tải trọng trục xe. 56

2.4.4.1. Lưu lượng xe . 56

2.4.4.2. Tải trọng trục xe . 57

2.4.4.3. Lựa chọn mô đun đàn hồi yêu cầu (Eyc) . 57

2.4.5. Nhiệt độ không khí và nhiệt độ mặt đường khu vực khảo sát. 57

2.5. Kết luận chương 2 . 57

2.5.1. Qua kết quả khảo sát. 57

2.5.2. Đánh giá, đề xuất và hướng nghiên cứu thực nghiệm trong phòng . 58

CHƯƠNG 3. NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM VỀ LÚN VỆT BÁNH XE VÀ MỎI

CỦA BÊ TÔNG NHỰA CHẶT ĐIỂN HÌNH. 59

3.1. Mục đích và nội dung nghiên cứu thực nghiệm trong phòng. 59

3.1.1. Mục đích. 59

3.1.2. Các nội dung nghiên cứu thực nghiệm. 59

3.1.3. Phân tích lựa chọn thông số đầu vào . 60

3.1.3.1. Lựa chon c ̣ ấp phối theo mứ c đô”̣ thô” và thiết kế cấp phối theo đườ ng congchữ S. 60

3.1.3.2. Lưa ch ̣ on v ̣ ât li ̣ êụ . 60

3.1.3.3. Lựa chọn độ rỗng dư bê tông nhựa để thí nghiệm lún vệt bánh xe và độ bềnmỏi. 61

3.1.3.4. Phân tích, đánh giá tương quan giữa chỉ tiêu lún vệt bánh xe và độ bền mỏi

của bê tông nhựa . 62

3.2. Lựa chọn thiết bị và các thông số thí nghiệm. 62viii

3.2.1. Thí nghiệm lún vệt bánh xe . 62

3.2.1.1. Thiết bị sử dụng. 62

3.2.1.2. Thông số thí nghiệm. 63

3.2.2. Thí nghiệm độ bền mỏi. 63

3.2.2.1. Thiết bị sử dụng. 63

3.2.2.2. Luận chứng lựa chọn các thông số thí nghiệm . 63

3.3. Thiết kế thực nghiệm . 66

3.3.1. Hàm mục tiêu . 66

3.3.2. Biến phụ thuộc. 66

3.3.3. Biến độc lập. 66

3.3.4. Số lượng mẫu thí nghiệm độ bền mỏi kiểm chứng . 67

3.4. Thí nghiệm các chỉ tiêu cơ lý của vật liệu phục vụ công tác thiết kế bê tôngnhựa. 68

3.4.1. Cốt liệu (đá). 68

3.4.2. Cát nghiền (cốt liệu mịn). 68

3.4.3. Bột khoáng. 69

3.4.4. Nhựa đường . 69

3.5. Thiết kế thành phần hỗn hợp bê tông nhựa . 69

3.5.1. Hỗn hợp cốt liêu cho bê tông nhựa BTNC 12,5 ̣ . 69

3.5.2. Hỗn hợp bê tông nhựa BTNC 19. 73

3.6. Thí nghiệm lún vệt bánh xe. 78

3.6.1. Đúc mẫu thí nghiệm . 78

3.6.2. Thí nghiệm lún vệt bánh xe . 79

3.7. Thí nghiệm độ bền mỏi . 79

3.7.1. Chế bị mẫu thí nghiệm . 79

3.7.2. Thí nghiệm độ bền mỏi. 80

3.8. Tổng hợp kết quả thí nghiệm lún vệt bánh xe và độ bền mỏi. 81

3.8.1. Kết quả thí nghiệm lún vệt bánh xe. 81

3.8.1.1. Bê tông nhựa BTNC 12,5. 81

3.8.1.2. Bê tông nhựa BTNC 19. 82

3.8.2. Kết quả thí nghiệm độ bền mỏi . 84

3.8.2.1. Bê tông nhựa BTNC 12,5. 84ix

3.8.2.2. Bê tông nhựa BTNC 19. 85

3.9. Kiểm chứng các giả thuyết tương quan giữa biến độc lập và biến phụ thuộc

thông qua phân tích phương sai (ANOVA) và theo mô hình tuyến tính tổng

quát (GLM). 86

3.9.1. Cơ sở lý thuyết. 86

3.9.2. Tổng hợp số liệu thí nghiệm. 87

3.9.3. Kết quả phân tích thông kê. 88

3.9.3.1. Lún vệt bánh xe tại 15000 lượt tác dụng tải. 89

3.9.3.2. Lún vệt bánh xe tại 20000 lượt tác dụng tải. 91

3.9.3.3. Lún vệt bánh xe tại 40000 lượt tác dụng tải. 93

3.10. Phân tích, đánh giá kết quả thí nghiệm . 95

3.10.1. Ảnh hưở ng của nguồn gốc đá dăm đến khả năng kháng lún vệt bánh xe và độ

bền mỏi của bê tông nhựa. 95

3.10.1.1. Khả năng kháng lún vệt bánh xe . 95

3.10.1.2. Độ bền mỏi. 97

3.10.2. Ảnh hưở ng của mức độ thô cấp phối cốt liêu đến khả năng kháng lún vệt bánh ̣

xe và độ bền mỏi của bê tông nhựa . 99

3.10.2.1. Khả năng kháng lún vệt bánh xe . 99

3.10.2.2. Độ bền mỏi. 100

3.10.3. Ảnh hưở ng của loai nh ̣ ưa đư ̣ ờ ng đến khả năng kháng lún vệt bánh xe và độ bền

mỏi của bê tông nhựa. 101

3.10.3.1. Khả năng kháng lún vệt bánh xe . 101

3.10.3.2. Độ bền mỏi. 101

3.10.4. Mối tương quan giữa chỉ tiêu lún vệt bánh xe và độ bền mỏi của bê tông nhựa

sử dụng nhựa đường 60/70 . 102

3.10.4.1. Bê tông nhựa BTNC 12,5. 102

3.10.4.2. Bê tông nhựa BTNC 19. 103

3.11. Kết luận chương 3 . 103

CHƯƠNG 4. ĐỀ XUẤT CÁC GIẢI PHÁP NHẰM GIẢM THIỂU LÚN VỆT BÁNH

XE VÀ TĂNG ĐỘ BỀN MỎI CỦA BÊ TÔNG NHỰA CHẶT. 106

4.1. Đề xuất các giải pháp trong thiết kế hỗn hợp bê tông nhựa nhằm giảm thiểu

lún vệt bánh xe và tăng độ bền mỏi . 106

4.1.1. Cấp phối cốt liệu. 106

4.1.2. Kết cấu mặt đường . 107x

4.1.3. Nhựa đường (bitum) . 107

4.1.4. Chỉ tiêu độ bền mỏi . 107

4.1.5. Tương quan giữa lún vệt bánh xe và độ bền mỏi . 108

4.1.6. Hoàn thiện và bổ sung một số chỉ tiêu thí nghiệm khi thiết kế bê tông nhựa 108

4.2. Đề xuất điều chỉnh chỉ tiêu qui định thí nghiệm trong phòng về độ sâu lún vệt

bánh xe của bê tông nhựa. 109

4.3. Đề xuất tuổi thọ mỏi thực tế từ các kết quả thí nghiệm trong phòng . 113

4.3.1. Lựa chọn phương pháp dự báo tuổi thọ mỏi thực tế . 113

4.3.2. Đánh giá tuổi thọ mỏi thực tế qua kết quả thí nghiệm mỏi trong phòng . 115

4.3.3. Đề xuất lựa chọn độ bền mỏi trong phòng của BTNC 12,5 sử dụng nhựa đường60/70 . 118

4.4. Kết luận chương 4 . 119

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ . 121

A. Kết luận, những đóng góp mới của luận án . 121

B. Những tồn tại, hạn chế. 122

C. Kiến nghị và dự kiến hướng nghiên cứu tiếp theo. 122

TÀI LIỆU THAM KHẢO . a

DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ CỦA TÁC GIẢ .f

1. Bài báo khoa học .f

2. Đề tài nghiên cứu khoa học.f