CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU CHUNG 1. Tính cấp thiết đề tài Hiện nay, có nhiều lý do khiến mặt đường bị nứt, có thể kể đến như tải trọng giao thông lớn, chất lượng xây dựng kém hay thiếu hụt cốt liệu. Ngoài ra, rất nhiều hư hỏng mặt đường là do vết nứt gây ra, việc phát hiện hiện tượng nứt kịp thời là rất khó khăn, thông thường chúng ta chỉ phát hiện khi vết nứt đã quá lớn, gây ra sụt lún toàn bộ dẫn đến việc sửa chữa hư hỏng mặt đường thường rất tốn chi phí. Ngoài các hư hỏng mặt đường gây mất an toàn giao thông thì tiếng ồn và tình trạng ngập nước cũng là vấn đề mà toàn xã hội đang quan tâm.
Do đó, cần phải tìm giải pháp để hạn chế việc nứt bề mặt qua đó có thể cải thiện khả năng chống ồn, thoát nước tốt cho bê tông nhựa. Việc giảm tiếng ồn và thoát nước đã được ứng dụng bằng mặt đường nhựa rỗng, tuy nhiên mặt đường nhựa rỗng lại chỉ có thời gian sử dụng ngắn hơn đáng kể so với bê tông nhựa đặc, trong một số trường hợp nó chỉ bằng một nửa thời gian sử dụng. Nguyên nhân chính gây ra hư hỏng bề mặt bê tông nhựa rỗng là do bong tróc, sự mất mát của các hạt cốt liệu từ lớp trên cùng. Khả năng tự phục hồi của hỗn hợp bê tông nhựa (Self-healing pavament) đã được nghiên cứu vào cuối những năm 1960 và được chứng minh là ở nhiệt độ cao bê tông nhựa thông thường có khả năng tự phục hồi, tuy nhiên lúc này các cơ chế vi mô chịu trách nhiệm về khả năng tự phục hồi vẫn chưa được biết đầy đủ.
Đến khi các quá trình tự phục hồi được nghiên cứu ở nhiều quy mô khác nhau, người ta đã biết nhiều hơn về khả năng này của bê tông nhựa. Mặc dù có khả năng hàn gắn, nhưng hầu như khó thấy được đặc điểm này trong thực tế. Tuy nhiên, các nghiên cứu gần đây đã tìm cách sử dụng các yếu tố dẫn điện được thêm vào hỗn hợp nhựa đường để đẩy nhanh quá trình hàn gắn vật liệu nhựa đường. Công nghệ này đã được thử nghiệm trên một đoạn của đường cao tốc Hà Lan A58 vào tháng 12 năm 2010.
Kết quả cho thấy mẫu có khả năng chống mỏi mạnh, khả năng chống mất hạt tốt và khả năng tự phục hồi cao. Cùng với đó vẫn giữ được 2 khả năng chống ồn và thoát được nước tốt, hỗn hợp bê tông nhựa đáp ứng quá trình duy tu bảo dưỡng dễ dàng ít tốn kém hơn. Khả năng tự phục hồi cũng như là hạn chế việc hư hỏng và góp phần thoát nước tốt được xem là khuynh hướng tương lai. Mục tiêu nghiên cứu Mục tiêu chính của nghiên cứu này nhằm kiểm tra khả năng tự phục hồi vết nứt của vật liệu bê tông nhựa đường khi thêm sợi kim loại dưới áp dụng của từ trường.
Quá trình này được thực hiện bằng cách áp dụng từ trường để thúc đẩy quá trình tự phục hồi.1 minh họa sơ đồ tự phục hồi của hỗn hợp bê tông nhựa rỗng có bổ sung sợi thép. Để bê tông nhựa rỗng có thể tự hàn gắn và bịt kín các vết nứt, tiến hành tăng nhiệt độ của nhựa đường cục bộ bằng cách nung nóng sợi thép thông qua nguồn cảm ứng từ trường bên ngoài, đó sẽ làm hàn gắn bằng sự khuếch tán và dòng chảy của nhựa đường các vết nứt nhỏ được dự đoán sẽ tự phục hồi. Khi các vết nứt nhỏ được lấp đi sẽ ngăn chặn các vết nứt lớn hình thành. Nếu các vết nứt xuất hiện trở lại, có thể lặp lại quy trình gia nhiệt trên lớp nhựa đường rỗng.
Quá trình hàn gắn bằng nhiệt cảm ứng trong bê tông nhựa rỗng [1]. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu 1. Đối tượng nghiên cứu: Đặc trưng cơ lý của hỗn hợp bê tông nhựa rỗng có sử dụng sợi len thép. Phạm vi nghiên cứu Nghiên cứu hàm lượng sợi len thép tối ưu để phối trộn với hỗn hợp bê tông nhựa rỗng và thời gian gia nhiệt tối ưu bằng lò vi sóng.
3 Việc đánh giá hiệu quả của sợi len thép trong hỗn hợp được thực hiện thông qua các thí nghiệm uốn 3 điểm, kéo gián tiếp, độ ổn định Marshall và mô đun đàn hồi trong phòng và đánh giá so sánh. Nội dung nghiên cứu Tìm hàm lượng sợi thép có trong hỗn hợp nhựa rỗng thích hợp xung quanh các giá trị 0%, 2%, 4% và 6% để có khả năng tự phục hồi tốt nhất tốt nhất. Đánh giá chỉ tiêu kỹ thuật của hỗn hợp bê tông nhựa rỗng có sử dụng len thép vừa tìm được bằng các thí nghiệm trong phòng như thí nghiệm độ ổn định Marshall, thí nghiệm kéo gián tiếp, thí nghiệm mô đun đàn hồi 1. Phương pháp nghiên cứu Phương pháp nghiên cứu được sử dụng là phương pháp nghiên cứu tài liệu kết hợp với thực nghiệm (đánh giá thông qua các thí nghiệm trong phòng).
- Dựa trên việc tổng hợp các nghiên cứu về ứng dụng của sợi len thép trong hỗn hợp bê tông nhựa, tác giả tiến hành chọn hàm lượng sợi len thép, loại nhựa và bê tông nhựa rỗng 12.5 phù hợp với điều kiện ở Việt Nam. - Thực hiện thí nghiệm để đánh giá các chỉ tiêu cơ lý của hỗn hợp bê tông nhựa rỗng và sợi len thép với từng hàm lượng khác nhau, so sánh với mẫu bê tông nhựa rỗng thông thường. Kết quả được tổng hợp, vẽ biểu đồ và nhận xét, từ đó tìm ra hàm lượng tối ưu 1. Ý nghĩa khoa học và ý nghĩa thực tiễn của đề tài 1.
Ý nghĩa khoa học Nghiên cứu thực hiện thêm việc các đánh giá chỉ tiêu kỹ thuật hỗn hợp bê tông nhựa rỗng có sử dụng sợi len thép. Ý nghĩa thực tiễn Nghiên cứu này mang lại lợi ích thiết thực: giảm đáng kể hoạt động bảo trì và nâng cao giá trị xây dựng đường bộ. Mặc dù bê tông nhựa rỗng tự phục hồi có chi phí ban đầu cao hơn so với loại tiêu chuẩn, nhưng nó được dự đoán sẽ có tuổi thọ lâu hơn tới 4 50%, qua đó giảm thiểu chi phí bảo dưỡng trong dài hạn. Việc sử dụng loại nhựa đường này không chỉ kéo dài tuổi thọ của mặt đường mà còn giảm lượng năng lượng tiêu thụ trong quá trình sản xuất và thi công, từ đó góp phần giảm lượng khí thải CO2, hướng tới một tương lai bền vững hơn cho môi trường.
5 CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN 2. Tổng quan về cơ chế tự phục hồi Khả năng tự phục hồi là cơ chế tự phục hồi mặt bê tông nhựa khi tiếp xúc với nhiệt, cơ học, hoặc các phương tiện khác có thể tự chữa lành và phục hồi hay khôi phục lại mặt đường. Là khả năng chữa lành các hư hỏng của vật liệu một cách tự động và độc lập mà không cần bất kỳ sự can thiệp hoặc năng lượng bên ngoài nào. Vật liệu nhựa đường được biết đến là vật liệu có khả năng tự phục hồi [2].
Chất kết dính nhựa đường nóng chảy có thể sửa chữa hư hỏng và phục hồi một phần tính toàn vẹn bên trong. Các nguồn nhiệt cảm ứng, chẳng hạn như cuộn dây (từ tính) và lò vi sóng (điện từ), có thể được sử dụng để cung cấp đủ năng lượng nhiệt và làm cho chất kết dính chảy ra và tạo điều kiện thuận lợi cho quá trình hàn gắn cảm ứng. Bên cạnh yêu cầu về năng lượng bên ngoài để tạo ra sự hàn gắn, người ta đã chứng minh rằng bê tông nhựa thông thường có hiệu suất tỏa nhiệt thấp [3]. Để tăng độ nhạy cảm và đặc tính hàn nhiệt của bê tông nhựa dưới tác dụng của năng lượng điện từ, các chất phụ gia dẫn điện được thêm vào để cải thiện khả năng hấp thụ năng lượng bên ngoài của bê tông nhựa.
Nhiều nghiên cứu đã chỉ ra rằng khi thêm sợi thép vào hỗn hợp bê tông nhựa cũng làm tăng khả năng tự phục hồi cũng như là các tính chất cơ lý khác của hỗn hợp [4]. Tổng quan của bê tông nhựa rỗng Bê tông nhựa rỗng ban đầu được sản xuất để chống trượt trên bề mặt ẩm ướt vào khoảng năm 1930 tại Mỹ, thường được áp dụng trên đường cao tốc và sân bay vào những năm 1970. Ngày nay, mặt đường nhựa rỗng được sử dụng rộng rãi để giảm tiếng ồn giao thông, đặc biệt vô cùng hữu ích ở các vùng đô thị gần các đường cao tốc lớn. Tại Hà Lan, Chính phủ quyết định áp dụng mặt đường nhựa rỗng cho toàn bộ mạng lưới cao tốc chính của họ (gần 3.
Hiện nay, gần như 90% các tuyến đường cao tốc chính tại Hà Lan đã sử dụng mặt đường trải bằng bê tông nhựa rỗng. Tại Việt Nam, hiện tại đã ban hành QĐ 431 QĐ/BGTVT về chỉ dẫn tạm thời thiết kế đường bê tông nhựa rỗng sử dụng phụ gia TPS [5], các nghiên cứu khác đã được thực 6 hiện nhằm tăng khả năng chịu tải và tránh mất hạt bề mặt - một vấn đề lớn trong việc sử dụng bê tông nhựa rỗng. Ưu điểm của việc sử dụng bê tông nhựa rỗng Hỗn hợp bê tông nhựa rỗng có cấp phối khe hở 2/7 dẫn đến hàm lượng lỗ rỗng cao (>20%). Lớp phủ nhựa đường rỗng mang lại lợi ích cho môi trường về mặt giảm tiếng ồn.
Các nghiên cứu đã chỉ ra rằng, khi sử dụng mặt đường nhựa rỗng tiếng ồn thấp hơn 3 hoặc 5dB so với mặt đường nhựa đặc [6], [7]. Việc giảm được tiếng ồn từ 3- 5dB là thật sự đáng kể, nó tương đương với việc giảm một nữa tiếng ồn so với mặt đường nhựa đặc [8]. Bê tông nhựa rỗng giảm được tiếng ồn là do không khí bị đẩy ra giữa các khối cao su của lốp xe và mặt đường (tác dụng bơm không khí) và giảm sự lan truyền tiếng ồn từ động cơ và hệ thống truyền động của xe (âm thanh không bị phản xạ mà bị hấp thụ bởi lớp xốp). Mặt đường nhựa rỗng cũng cải thiện khả năng lái xe, đặc biệt trong điều kiện ẩm ướt [7], [9].
Loại nhựa này giúp cải thiện khả năng chống trượt nước rất quan trọng với việc lái xe vì khi đường bị ngập sẽ xuất hiện 1 lớp nước giữa lốp xe và mặt đường, điều này đặc biệt nguy hiểm vì nó dẫn đến mất kiểm soát khi phanh và đánh lái (hiện tượng hydroplaning). Khi sử dụng mặt đường nhựa rỗng khả năng ngăn cản được hiện tượng hydroplaning là rất tốt bởi vì nước thấm qua lớp nhựa đường và thoát ra ngoài nhanh, sẽ không xuất hiện màng nước để phá vỡ liên kết giữa lốp xe và mặt đường.