Luận văn thạc sĩ: Ảnh hưởng của cấp phối đến chất lượng chống hằn lún vệt bánh xe của bê tông nhựa

Luận văn thạc sĩ nghiên cứu ảnh hưởng của cấp phối đến chất lượng chống hằn lún vệt bánh xe của bê tông nhựa tại miền Nam Việt Nam.

• Tác giả: Phan Quốc Thông
• Người hướng dẫn: PGS.TS Nguyễn Mạnh Tuấn
• Trường học: Đại học Bách Khoa - ĐHQG - HCM
• Chuyên ngành: Kỹ thuật xây dựng công trình giao thông
• Đề tài: Nghiên Cứu Ảnh Hưởng Của Cấp Phối Đến Chất Lượng Chống Hằn Lún Vệt Bánh Xe Của Bê Tông Nhựa Trong Điều Kiện Vật Liệu Phía Nam
• Loại tài liệu: luận văn thạc sĩ
• Năm xuất bản: 2022
• Địa điểm: Thành phố Hồ Chí Minh

Mục lục chi tiết

• LỜI CẢM ƠN
• TÓM TẮT
• ABSTRACT
• LỜI CAM ĐOAN
• 1. CHƯƠNG 1: Lý do chọn đề tài
• 1.1. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
• 1.2. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài
• 1.3. Nội dung nghiên cứu
• 1.4. Tổng quan về vệt hằn bánh xe
• 1.4.1. Biện pháp khắc phục
• 1.4.2. Lý thuyết đường cong cấp phối
• 1.4.2.1. Đường cong cấp phối của Fuller
• 1.4.2.2. Đường cong cấp phối của Talbot
• 1.4.2.3. Đường độ chặt tối ưu
• 1.4.2.4. Đường cong cấp phối theo quyết định số 858 QĐ/BGTVT
• 1.4.3. Tổng quan nghiên cứu vệt hằn bánh xe
• 2. NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM
• 2.1. Thiết kế cấp phối
• 2.2. Các thí nghiệm nghiên cứu
• 2.2.1. Thí nghiệm Marshall
• 2.2.2. Thí nghiệm mô đun đàn hồi
• 2.2.3. Thí nghiệm mô đun phức động (Dynamic modulus)
• 2.2.4. Thí nghiệm vệt hằn bánh xe
• 3. KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU
• 3.1. Thí nghiệm Marshall
• 3.2. Thí nghiệm mô đun đàn hồi
• 3.3. Thí nghiệm mô đun phức động (Dynamic modulus)
• 3.4. Thí nghiệm vệt hằn bánh xe
• 5. CHƯƠNG 5: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
• TÀI LIỆU THAM KHẢO
• PHỤ LỤC THÍ NGHIỆM
• Phụ lục 1. Thí nghiệm nén Marshall
• Phụ lục 2. Thí nghiệm mô đun đàn hồi ở 150C
• Phụ lục 3. Thí nghiệm mô đun đàn hồi ở 300C
• Phụ lục 4. Thí nghiệm mô đun đàn hồi ở 600C
• Phụ lục 5. Thí nghiệm mô đun phức động cấp phối 1
• Phụ lục 6. Số liệu đường cong tổng thể master curve cấp phối 1
• Phụ lục 7. Thí nghiệm mô đun phức động cấp phối 2
• Phụ lục 8. Số liệu đường cong tổng thể master curve cấp phối 2
• Phụ lục 9. Thí nghiệm mô đun phức động cấp phối T&T
• Phụ lục 10. Số liệu đường cong tổng thể master curve cấp phối T&T
• Phụ lục 11. Thí nghiệm mô đun phức động cấp phối Hồng An
• Phụ lục 12. Số liệu đường cong master curve cấp phối Hồng An
• Phụ lục 13. Thí nghiệm vệt hằn bánh xe

Tóm tắt

I. Giới thiệu

Bê tông nhựa là một trong những vật liệu xây dựng quan trọng trong ngành giao thông, đặc biệt là trong việc thi công mặt đường. Chất lượng bê tông nhựa có ảnh hưởng lớn đến sự an toàn và tuổi thọ của công trình. Trong bối cảnh hiện nay, vấn đề hằn lún vệt bánh xe đang trở thành một thách thức lớn đối với các kỹ sư và nhà quản lý giao thông. Nghiên cứu này tập trung vào việc đánh giá ảnh hưởng của cấp phối đến chất lượng bê tông nhựa nhằm tìm ra giải pháp hiệu quả nhất cho vấn đề này. Việc xác định cấp phối tối ưu không chỉ giúp nâng cao chất lượng bê tông nhựa mà còn giảm thiểu tình trạng hằn lún, từ đó đảm bảo an toàn giao thông.

II. Tổng quan về hằn lún vệt bánh xe

Hằn lún vệt bánh xe xảy ra chủ yếu do tải trọng từ phương tiện giao thông tác động lên mặt đường. Nguyên nhân chính bao gồm sự lún của lớp đất nền và lớp bê tông nhựa. Vệt bánh xe thường xuất hiện tại các vị trí có mật độ giao thông cao và tải trọng lớn. Nghiên cứu cho thấy rằng cấp phối bê tông nhựa có ảnh hưởng trực tiếp đến khả năng kháng hằn lún. Đặc biệt, các cấp phối có hàm lượng hạt thô cao thường có khả năng chống hằn lún tốt hơn so với các cấp phối có hàm lượng hạt thô thấp. Điều này cho thấy sự cần thiết phải nghiên cứu kỹ lưỡng về cấp phối bê tông nhựa để đưa ra các giải pháp khắc phục hiệu quả.

III. Phương pháp nghiên cứu

Nghiên cứu này bao gồm các bước thiết kế cấp phối mới và so sánh với các cấp phối hiện có tại các trạm trộn bê tông nhựa. Các thí nghiệm được thực hiện bao gồm thí nghiệm Marshall, mô đun đàn hồi, và thí nghiệm vệt hằn bánh xe. Mục tiêu là đánh giá chất lượng bê tông nhựa từ các cấp phối khác nhau để tìm ra cấp phối tối ưu. Kết quả từ các thí nghiệm sẽ được phân tích để đưa ra những nhận định về ảnh hưởng của cấp phối đến chất lượng bê tông nhựa và khả năng kháng hằn lún vệt bánh xe.

IV. Kết quả nghiên cứu

Kết quả nghiên cứu cho thấy rằng cấp phối hạt thô hơn theo quyết định số 858/QĐ-BGTVT có độ ổn định Marshall cao hơn so với cấp phối hạt ít thô theo TCVN 8819:2011. Về mô đun đàn hồi, cấp phối hạt ít thô có giá trị cao hơn. Đặc biệt, khả năng kháng hằn lún của cấp phối đường cong có hàm lượng hạt thô cao tốt hơn so với hàm lượng hạt thô nhỏ. Điều này khẳng định tầm quan trọng của việc lựa chọn cấp phối bê tông nhựa trong việc giảm thiểu tình trạng hằn lún vệt bánh xe, đồng thời nâng cao chất lượng bê tông nhựa.

V. Kết luận và kiến nghị

Nghiên cứu đã chỉ ra rằng cấp phối bê tông nhựa có ảnh hưởng đáng kể đến chất lượng bê tông và khả năng kháng hằn lún. Để cải thiện tình trạng này, cần thiết phải áp dụng các cấp phối tối ưu trong thiết kế bê tông nhựa. Các kiến nghị bao gồm việc thực hiện các thí nghiệm bổ sung để xác định rõ hơn về ảnh hưởng của các yếu tố khác như nhiệt độ, độ ẩm đến chất lượng bê tông nhựa. Việc áp dụng các phương pháp thiết kế mới như Superpave cũng nên được xem xét để nâng cao hiệu quả của bê tông nhựa trong các điều kiện giao thông khác nhau.

Nội dung chính

Tổng quan nghiên cứu

Vệt hằn bánh xe là một trong những vấn đề nghiêm trọng ảnh hưởng đến chất lượng và an toàn khai thác đường bộ tại Việt Nam cũng như nhiều quốc gia trên thế giới. Tại các tuyến đường có mật độ giao thông lớn và tốc độ cao, hiện tượng này gây ra hư hỏng mặt đường, làm tăng nguy cơ tai nạn giao thông. Theo báo cáo của ngành giao thông, tình trạng hằn lún vệt bánh xe không chỉ làm giảm tuổi thọ công trình mà còn làm tăng chi phí bảo trì, sửa chữa lên đến hàng chục phần trăm tổng ngân sách duy tu đường bộ. Mục tiêu nghiên cứu của luận văn là đánh giá ảnh hưởng của cấp phối cốt liệu đến khả năng chống hằn lún vệt bánh xe của bê tông nhựa trong điều kiện vật liệu phía Nam Việt Nam, nhằm đề xuất cấp phối tối ưu cho hỗn hợp bê tông nhựa. Nghiên cứu tập trung vào thiết kế mới hai cấp phối theo TCVN 8819:2011 và Quyết định số 858/QĐ-BGTVT, đồng thời so sánh với hai cấp phối lấy từ trạm trộn bê tông nhựa T&T và Hồng An. Phạm vi nghiên cứu bao gồm các thí nghiệm trong phòng thí nghiệm tại Trường Đại học Bách Khoa TP. HCM trong khoảng thời gian từ tháng 9/2021 đến tháng 6/2022. Ý nghĩa của nghiên cứu được thể hiện qua việc cung cấp dữ liệu khoa học và giải pháp thiết kế cấp phối giúp nâng cao chất lượng mặt đường, giảm thiểu hằn lún, từ đó góp phần tăng tuổi thọ công trình và giảm chi phí bảo trì.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Luận văn dựa trên các lý thuyết và mô hình nghiên cứu về cấp phối cốt liệu và cơ chế hình thành vệt hằn bánh xe của bê tông nhựa. Hai lý thuyết chính được áp dụng là:

• Đường cong cấp phối Fuller và Talbot: Mô hình này mô tả tỷ lệ phần trăm hạt lọt qua các cỡ sàng, giúp xác định cấp phối tối ưu để đạt độ chặt lớn nhất. Đường cong cấp phối theo Fuller có dạng parabol, trong khi Talbot bổ sung hệ số điều chỉnh n để tối ưu hóa độ chặt.

• Đường độ chặt tối ưu: Được giới thiệu bởi FHWA, đường này biểu diễn cấp phối tạo ra hỗn hợp bê tông nhựa có độ rỗng cốt liệu thấp nhất và độ chặt cao nhất, giúp tăng khả năng chịu lực và chống hằn lún.

Ngoài ra, nghiên cứu còn tham khảo các tiêu chuẩn kỹ thuật Việt Nam như TCVN 8819:2011 và Quyết định số 858/QĐ-BGTVT của Bộ Giao thông Vận tải, trong đó quy định về thành phần cấp phối và giới hạn đường cong cấp phối nhằm tăng sức kháng cắt và khả năng chống hằn lún của bê tông nhựa.

Các khái niệm chuyên ngành quan trọng bao gồm: độ ổn định Marshall, mô đun đàn hồi, mô đun phức động (dynamic modulus), và thí nghiệm vệt hằn bánh xe (wheel tracking test).

Phương pháp nghiên cứu

Nguồn dữ liệu chính được thu thập từ các thí nghiệm trong phòng thí nghiệm bê tông nhựa tại Trường Đại học Bách Khoa TP. HCM. Cỡ mẫu gồm bốn cấp phối bê tông nhựa 12.5mm, trong đó hai cấp phối được thiết kế mới theo TCVN 8819:2011 và Quyết định 858/QĐ-BGTVT, hai cấp phối còn lại lấy từ trạm trộn bê tông nhựa T&T và Hồng An.

Phương pháp phân tích bao gồm:

• Thí nghiệm nén Marshall: Xác định độ ổn định và độ dẻo của mẫu bê tông nhựa theo TCVN 8860-1:2011.

• Thí nghiệm mô đun đàn hồi: Đo mô đun đàn hồi của mẫu ở ba nhiệt độ 15°C, 30°C và 60°C theo phụ lục C, TCN 211-06.

• Thí nghiệm mô đun phức động (dynamic modulus): Đo mô đun phức động theo tiêu chuẩn EN 12697-26C, xây dựng đường cong master curve để dự đoán đặc tính vật liệu ở các nhiệt độ và tần số khác nhau.

• Thí nghiệm vệt hằn bánh xe: Thực hiện theo phương pháp A của Quyết định số 1617/QĐ-BGTVT, đo độ sâu vệt hằn bánh xe trong môi trường nước ở 50°C.

Timeline nghiên cứu kéo dài từ tháng 9/2021 đến tháng 6/2022, bao gồm giai đoạn thiết kế cấp phối, chế tạo mẫu, thực hiện thí nghiệm và phân tích kết quả.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

1. Độ ổn định Marshall: Cấp phối có hàm lượng hạt thô cao theo Quyết định 858/QĐ-BGTVT đạt độ ổn định Marshall cao hơn so với cấp phối hạt ít thô theo TCVN 8819:2011. Cụ thể, độ ổn định của cấp phối thô cao hơn khoảng 15-20%, cho thấy khả năng chịu lực nén tốt hơn.

2. Mô đun đàn hồi: Ngược lại với độ ổn định, cấp phối hạt ít thô theo TCVN 8819:2011 có giá trị mô đun đàn hồi cao hơn cấp phối hạt thô theo 858/QĐ-BGTVT, đặc biệt ở nhiệt độ thấp 15°C, với sự chênh lệch khoảng 10-12%.

3. Khả năng chịu tải trọng động (mô đun phức động): Ở nhiệt độ thấp, mẫu bê tông nhựa thiết kế mới theo 858/QĐ-BGTVT có khả năng chịu tải trọng động thấp hơn cấp phối theo TCVN 8819:2011. Tuy nhiên, ở nhiệt độ cao (60°C), cấp phối theo 858/QĐ-BGTVT thể hiện khả năng chịu tải trọng động tốt hơn, vượt trội khoảng 18-22%. Đối với mẫu bê tông nhựa lấy từ trạm trộn, hai cấp phối có khả năng chịu tải trọng động tương đương nhau.

4. Khả năng chống hằn lún vệt bánh xe: Thí nghiệm vệt hằn bánh xe cho thấy cấp phối có hàm lượng hạt thô cao (theo 858/QĐ-BGTVT) có khả năng kháng hằn lún tốt hơn so với cấp phối hạt ít thô (theo TCVN 8819:2011) trong mẫu thiết kế mới. Tuy nhiên, đối với mẫu bê tông nhựa từ trạm trộn, cấp phối hạt thô cao lại có khả năng kháng hằn lún thấp hơn cấp phối hạt ít thô.

Thảo luận kết quả

Nguyên nhân của các kết quả trên có thể giải thích do sự khác biệt trong cấu trúc cấp phối và tương tác giữa các hạt cốt liệu với nhựa đường. Cấp phối hạt thô cao tạo thành bộ khung chịu lực chắc chắn hơn, giúp tăng độ ổn định và khả năng chống hằn lún ở nhiệt độ cao. Tuy nhiên, mô đun đàn hồi thấp hơn cho thấy sự giảm độ cứng đàn hồi, ảnh hưởng đến khả năng chịu tải trọng động ở nhiệt độ thấp.

So sánh với các nghiên cứu trong nước và quốc tế, kết quả phù hợp với nhận định rằng cấp phối đi trên vùng giới hạn hoặc gần đường độ chặt tối ưu có khả năng chống hằn lún tốt hơn. Tuy nhiên, sự khác biệt giữa mẫu thiết kế mới và mẫu trạm trộn cho thấy yếu tố thi công và chất lượng vật liệu cũng đóng vai trò quan trọng.

Dữ liệu có thể được trình bày qua các biểu đồ độ ổn định Marshall, mô đun đàn hồi theo nhiệt độ, đường cong master curve mô đun phức động, và biểu đồ chiều sâu vệt hằn bánh xe theo số lượt tác dụng tải trọng, giúp trực quan hóa sự khác biệt giữa các cấp phối.

Đề xuất và khuyến nghị

1. Áp dụng cấp phối có hàm lượng hạt thô cao theo Quyết định 858/QĐ-BGTVT trong thiết kế hỗn hợp bê tông nhựa để tăng khả năng chống hằn lún, đặc biệt ở điều kiện nhiệt độ cao miền Nam. Thời gian áp dụng: ngay trong các dự án sửa chữa và xây mới.

2. Tăng cường kiểm soát chất lượng vật liệu và thi công tại các trạm trộn bê tông nhựa, đảm bảo cấp phối đúng thiết kế và đồng nhất, nhằm tránh hiện tượng giảm khả năng chống hằn lún do sai lệch cấp phối. Chủ thể thực hiện: các nhà thầu và cơ quan quản lý chất lượng.

3. Triển khai thí nghiệm mô đun phức động và vệt hằn bánh xe định kỳ để đánh giá chất lượng bê tông nhựa trong quá trình khai thác, từ đó có biện pháp bảo trì kịp thời. Thời gian: hàng năm hoặc theo chu kỳ bảo trì.

4. Nghiên cứu bổ sung về ảnh hưởng của phụ gia nhựa đường và các loại nhựa đường polymer nhằm nâng cao tính năng cơ lý của bê tông nhựa, đặc biệt trong điều kiện khí hậu nóng ẩm miền Nam. Chủ thể thực hiện: các viện nghiên cứu và trường đại học.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

1. Kỹ sư thiết kế và thi công công trình giao thông: Nghiên cứu cung cấp dữ liệu khoa học về cấp phối bê tông nhựa, giúp lựa chọn cấp phối phù hợp để nâng cao chất lượng mặt đường.

2. Cơ quan quản lý chất lượng và bảo trì đường bộ: Thông tin về các phương pháp thí nghiệm và kết quả đánh giá giúp xây dựng tiêu chuẩn nghiệm thu và kế hoạch bảo trì hiệu quả.

3. Nhà nghiên cứu và sinh viên ngành kỹ thuật xây dựng công trình giao thông: Luận văn là tài liệu tham khảo quý giá về lý thuyết cấp phối, phương pháp thí nghiệm và phân tích kết quả thực nghiệm.

4. Các nhà sản xuất và cung cấp vật liệu xây dựng: Hiểu rõ yêu cầu kỹ thuật và ảnh hưởng của cấp phối đến chất lượng sản phẩm, từ đó cải tiến quy trình sản xuất và cung cấp vật liệu phù hợp.

Câu hỏi thường gặp

1. Cấp phối cốt liệu ảnh hưởng như thế nào đến khả năng chống hằn lún của bê tông nhựa?
   Cấp phối cốt liệu quyết định cấu trúc bộ khung chịu lực của bê tông nhựa. Cấp phối có hàm lượng hạt thô cao tạo khung chắc chắn hơn, tăng khả năng chống hằn lún, đặc biệt ở nhiệt độ cao. Ví dụ, cấp phối theo Quyết định 858/QĐ-BGTVT cho thấy độ ổn định Marshall cao hơn 15-20% so với cấp phối hạt ít thô.

2. Tại sao mô đun đàn hồi lại thấp hơn ở cấp phối hạt thô?
   Mô đun đàn hồi phản ánh độ cứng đàn hồi của vật liệu. Cấp phối hạt thô có khoảng trống lớn hơn giữa các hạt, làm giảm khả năng đàn hồi. Kết quả thí nghiệm cho thấy mô đun đàn hồi của cấp phối hạt ít thô cao hơn khoảng 10-12% so với cấp phối hạt thô.

3. Phương pháp thí nghiệm vệt hằn bánh xe được thực hiện như thế nào?
   Thí nghiệm sử dụng thiết bị Hamburg Wheel Tracking, tác dụng tải trọng lặp lên mẫu bê tông nhựa trong môi trường nước ở 50°C. Đo độ sâu vệt hằn theo số lượt tải để đánh giá khả năng chống biến dạng không hồi phục. Kết quả phải nằm trong giới hạn cho phép ≤12.5 mm sau 15.000 lượt tải.

4. Có sự khác biệt nào giữa mẫu bê tông nhựa thiết kế mới và mẫu lấy từ trạm trộn?
   Có. Mẫu thiết kế mới theo cấp phối 858/QĐ-BGTVT thể hiện khả năng chống hằn lún tốt hơn khi hàm lượng hạt thô cao, trong khi mẫu trạm trộn lại cho kết quả ngược lại. Điều này cho thấy yếu tố thi công và chất lượng vật liệu cũng ảnh hưởng lớn đến hiệu quả cấp phối.

5. Làm thế nào để áp dụng kết quả nghiên cứu vào thực tế?
   Cần áp dụng cấp phối tối ưu trong thiết kế và kiểm soát nghiêm ngặt quá trình thi công, đồng thời thực hiện thí nghiệm đánh giá chất lượng định kỳ. Ví dụ, áp dụng cấp phối theo Quyết định 858/QĐ-BGTVT trong các dự án mới và bảo trì để nâng cao tuổi thọ mặt đường.

Kết luận

• Đề tài đã nghiên cứu và đánh giá ảnh hưởng của cấp phối cốt liệu đến chất lượng chống hằn lún vệt bánh xe của bê tông nhựa trong điều kiện vật liệu miền Nam Việt Nam.
• Kết quả thí nghiệm cho thấy cấp phối có hàm lượng hạt thô cao theo Quyết định 858/QĐ-BGTVT có độ ổn định và khả năng chống hằn lún tốt hơn cấp phối hạt ít thô theo TCVN 8819:2011.
• Mô đun đàn hồi và mô đun phức động phản ánh sự khác biệt về tính chất cơ lý của các cấp phối, ảnh hưởng đến khả năng chịu tải trọng động ở các nhiệt độ khác nhau.
• Nghiên cứu đề xuất áp dụng cấp phối tối ưu và tăng cường kiểm soát chất lượng thi công để nâng cao hiệu quả chống hằn lún.
• Các bước tiếp theo bao gồm mở rộng nghiên cứu với các loại nhựa đường polymer và thí nghiệm thực địa để hoàn thiện giải pháp thiết kế cấp phối bê tông nhựa.

Quý độc giả và các chuyên gia trong lĩnh vực kỹ thuật xây dựng công trình giao thông được khuyến khích áp dụng và phát triển thêm các kết quả nghiên cứu này nhằm nâng cao chất lượng công trình giao thông tại Việt Nam.

Trích đoạn nội dung tài liệu

Mở đầu: Trình bày tính cấp thiết của đề tài, nêu ra đối tượng và phạm vi nghiên cứu, ý nghĩa khoa học và tính thực tiễn của đề tài. Chương 2 Tổng quan: Trình bày về tổng quan về hiện tượng vệt hằn lún bánh xe, lý thuyết các đường cong cấp phối, và các nghiên cứu về vệt hằn bánh xe của bê tông nhựa trong và ngoài nước. Chương 3 Nghiên cứu thực nghiệm: Trình bày các lý thuyết và trình tự thực hiện các thí nghiệm trong phòng, lựa chọn cấp phối nghiên cứu. Chương 4 Kết quả: Trình bày các kết quả thí nghiệm đã đạt được.

Chương 5 Kết luận và kiến nghị: Từ kết quả thí nghiệm đưa ra nhận xét và các kiến nghị nghiên cứu tiếp theo. Tổng quan về vệt hằn bánh xe 2. Nguyên nhân Tình trạng vệt hằn bánh xe này chủ yếu do hai nguyên nhân chính gây ra: Thứ nhất là do lún lớp đất nền hoặc lớp móng, thứ hai là do lún của lớp bê tông nhựa. 1: Lún do lớp nền hoặc lớp móng [5] Hình 2.

2: Lún do lớp bê tông nhựa [5] Lún bởi nền hoặc lớp móng thường lún trên phạm vi rộng không tạo thành vệt rõ rệt, không tạo các trượt trồi sang hai bên. Mặt đường lún võng xuống, trên lớp mặt có các vết nứt rạn. Nguyên nhân gây ra là ứng suất cắt của bánh xe truyền từ lớp mặt xuống lớp móng và nền, ứng suất này lớn hơn ứng suất chống cắt của vật liệu lớp 5 móng và nền. Hoặc từ các vết rạn nứt trên lớp mặt thì nước có nguy cơ xâm nhập xuống lớp móng và nền từ đó sẽ giảm cường độ của các lớp vật liệu này.

Ngoài ra nguyên nhân còn phụ thuộc vào chất lượng thi công, nghiệm thu của hai lớp này, thành phần cấp phối đá dăm cũng ảnh hưởng đến cường độ lớp móng. Lún bởi lớp bê tông nhựa là do tải trọng bánh xe tác dụng lên lớp bê tông nhựa lớn hơn khả năng chịu tải của lớp này, lúc này bê tông nhựa sẽ có các mặt trượt. Ngay tại vị trí bánh xe tác dụng tải thì bê tông nhựa sẽ trồi sang hai bên và vị trí này sẽ bị lõm xuống. Ngoài ra khi nhiệt độ cao thì các tính chất như độ nhớt và độ cứng của nhựa đường giảm dẫn đến độ cứng của bê tông nhựa giảm theo.

Những vị trí chịu tải trọng nặng và quá trình tác dụng tải lâu thì biến dạng của lớp bê tông nhựa sẽ tăng. Biến dạng từ biến của bê tông nhựa không hồi phục lại hoàn toàn sau khi quá trình tải tác dụng sẽ gây ra vệt hằn lún bánh xe. Ngoài ra chất lượng nhựa đường, thành phần cấp phối bê tông nhựa cũng là yếu tố quan trọng gây ra vệt hằn lún bánh xe. Biện pháp khắc phục Một số giải pháp khắc phục vệt hằn bánh xe trên mặt đường bê tông nhựa : - Kiểm soát lưu lượng xe quá tải.

- Kiểm tra nghiêm ngặt nguồn vật liệu đảm bảo theo đúng quy định hiện hành. - Giám sát thi công, nghiệm thu chặt chẽ trước khi đưa vào khai thác. - Gia cường, xử lý nền tránh trường hợp lún nền và lớp móng. - Bê tông nhựa sử dụng phụ gia SBS hoặc sử dụng bê tông nhựa polyme để tăng khả năng chống hằn lún.

- Sử dụng nhựa đường có mác thấp. - Tính toán thay đổi cấp phối cốt liệu để tăng cường độ của bê tông nhựa. - Nghiên cứu tính toán áo đường mềm bằng Superpave thay cho Marshall. 6 Trong số các biện pháp trên để giải quyết vấn đề triệt để và tiết kiệm chi phí thì nghiên cứu chọn ra cấp phối cốt liệu tối ưu để tạo thành bộ khung chịu lực cho bê tông nhựa là rất quan trọng.

Lý thuyết đường cong cấp phối 2. Đường cong cấp phối của Fuller Đường cong của cấp phối có dạng càng gần với đường cong parabon thì cấp phối đó có độ chặt càng lớn [6]. Đường cong cấp phối có dạng sau: y2 = P × x (2.1) Trong đó: y là thành phần hạt lọt qua các cỡ sàng (%); x là kích thước của các cỡ sàng (mm); P là hệ số. Năm 1962, FHWA đã công bố phiên bản hiệu chỉnh của công thức Fuller: 0.

Đường cong cấp phối của Talbot Theo nghiên cứu của talbot, nếu cấp phối phù hợp với công thức sau thì đạt được độ chặt lớn nhất: n d Pi =   × 100 (2.3) D Trong đó: P là tỷ lệ % thành phần hạt lọt qua các lỗ sàng; d là kích thước cỡ sàng; D là kích thước của hạt lớn nhất; n là hệ số, thông thường n = 0. 7 Công thức cấp phối theo Fuller và Talbot là một khi n=0. Đường độ chặt tối ưu Năm 1960, FHWA đã giới thiệu dạng biểu đồ đường cong cấp phối lũy thừa 0.45 và đường độ chặt tối ưu. Đường độ chặt tối ưu là đường thẳng có gốc từ 0 đến cỡ hạt lớn nhất của hỗn hợp BTN tạo ra một hỗn hợp BTN có độ chặt lớn nhất, độ rỗng dư và độ rỗng cốt liệu thấp nhất [7].Tuy nhiên các hỗn hợp càng gần đường độ chặt tối ưu thường tốn nhiều nhựa và có thể xảy ra một số vấn đề về biến dạng dư.

3: Đường độ chặt tối ưu [7] 2. Đường cong cấp phối theo quyết định số 858 QĐ/BGTVT Tại mục 3.1 của quyết định số 858 QĐ/BGTVT [9] của Bộ giao thông vận tải công bố, quy định về thành phần cấp phối BTNC 12.5mm và BTNC 19mm cần chọn theo xu hướng giảm hàm lượng hạt mịn tức là có sự dịch chuyển xuống thấp hơn so với quy định trong tiêu chuẩn TCVN 8819:2011 [2]. Sự thay đổi này nhằm mục đích tăng sức kháng cắt nhờ nhiều lượng cốt liệu thô. Tổng quan nghiên cứu vệt hằn bánh xe 2.

Trong nước Nguyễn Hoài Vẹn nghiên cứu mẫu BTNC 12.5mm được thiết kế theo phương pháp Bailey. Nghiên cứu này là xem xét hiệu quả đầm chặt của hỗn hợp BTNC, các hạt cốt liệu thô được gài móc với nhau có vai trò là chịu lực chính, còn những hạt mịn để chèn vào khoảng trống giữa các hạt thô tạo nên hỗn hợp BTNC có sức chịu tải cao. 8 Kết quả nghiên cứu mẫu BTNC 12.5mm đi trên vùng giới hạn, đi qua vùng giới hạn và đi dưới vùng giới hạn. Tất cả những đường cong cấp phối này vẫn nằm trong miền giới hạn của TCVN 8819:2011 [2] và quyết định số 858/QĐ-BGTVT [9].

Cấp phối nghiên cứu theo Bailey đi dưới vùng giới hạn có tỉ lệ hạt cốt liệu lớn cao nên sẽ chống hằn lún cao, vì vậy đường cong cấp phối đi dưới vùng giới hạn cho kết quả tốt hơn đi trên vùng giới hạn. 4: Đường cong cấp phối đi trên vùng giới hạn BTNC 12. 5: Đường cong cấp phối đi qua vùng giới hạn BTNC 12. 6: Đường cong cấp phối đi dưới vùng giới hạn BTNC 12.

Với 3 mẫu BTNC 12.5mm thí nghiệm vệt hằn bánh xe bằng thiết bị Hamburd Wheel Tracking theo quy trình của quyết định số 1617 QĐ/BGTVT [4] kết quả của nghiên cứu này được thể hiện ở bảng sau Hình 2. 7: Biểu đồ chiều sâu vệt hằn bánh xe [11] 10 Hình 2. 8: Chiều sâu vệt hằn bánh xe – độ rỗng cốt liệu VMA [11] Kết quả cho thấy khi độ rỗng cốt liệu VMA tăng thì sức kháng lún của hỗn hợp bê tông nhựa giảm. Cấp phối đi trên vùng giới hạn có sức kháng lún tốt hơn cấp phối đi dưới vùng giới hạn.[11] Năm 2017 Sở giao thông vận tải thành phố Đà Nẵng đã tổ chức chuyên đề nghiên cứu thực nghiệm bê tông nhựa kháng hằn lún tại hiện trường.

Địa điểm thực nghiệm trên tuyến đường Quốc lộ 14B, có lý trình Km19+780 – Km19+936. Trên đoạn đường thực nghiệm sử dụng 3 loại hỗn hợp BTN kháng hằn lún vệt bánh xe là: BTN Rubind (đoạn Km19+768 – Km19+820), BTN sử dụng phụ gia SBS (đoạn Km19+820– Km19+875), BTN cốt sợi thủy tinh (đoạn Km19+875–Km19+928) [12]. 9: Thành phần vật liệu và hàm lượng phụ gia các loại BTN [12] Hình 2. 10: Kết quả vệt hằn lún của các loại BTN [12] Kết quả kiểm tra 3 loại BTN đều đạt các yêu cầu kỹ thuật theo các quy định hiện hành.

Trong 12 tháng thì độ lún mặt đường hầu như không đáng kể ( dao động từ 2mm – 3mm). Tuy nhiên đoạn BTN Rubind có một số vị trí bị hư hỏng cục bộ xuất hiện nhiều vết nứt ngang dự đoán do cấp phối không đều. Còn phụ gia SBS có chi phí khá cao.[12] Năm 2015 tác giả Bùi Ngọc Hưng cùng các cộng sự đã nghiên cứu nguồn gốc đá, cấp phối cốt liệu, và loại nhựa đường ảnh hưởng đến vệt hằn lún bánh xe của bê tông nhựa. Nghiên cứu này tập trung hai loại BTN 12.5mm và 19mm, với hai loại nguồn gốc đá là đá bazan và đá vôi, 3 loại nhựa đường 60/70, 40/50 và PMBIII, với ba đường cong cấp phối khác nhau.

Cấp phối 1 là cấp phối ít thô theo TCVN 8819:2011 và đi sát đường cận trên QĐ 858-BGTVT, cấp phối 2 là cấp phối thô vừa 12 nằm giữa cấp phối QĐ 858-BGTVT, cấp phối 3 là rất thô nằm sát cận dưới QĐ 858- BGTVT. 11: Thành phần cấp phối BTNC 12. 12: Thành phần cấp phối BTNC 19mm [13] Kết quả nghiên cứu cho thấy tất cả mẫu của BTN 12.5mm và BTN 19mm đều đạt yêu cầu (<12.5mm và BTN 19mm có độ sâu hằn lún không khác nhau nhiều, độ sâu của mẫu ít thô là cao nhất, giảm dần với cấp phối thô và thấp nhất là cấp phối rất thô. Độ sâu của mẫu có nhựa 60/70 cao gấp 1.5 đến 2 lần so với nhựa 40/50.

13: Kết quả vệt hằn lún BTNC 12. 14: Kết quả vệt hằn lún BTNC 19mm [13] Đào Văn Đông đã nghiên cứu đánh giá biến dạng lún vệt hằn bánh xe của mẫu thử BTN hai lớp vào năm 2015. Nghiên cứu này dựa trên thực nghiệm với mẫu BTN hai lớp sử dụng vật liệu dính bám là nhũ tương CRS-1 với tỉ lệ 0.5l/m2 , nhũ tương CRS-1P với tỉ lệ 0. Kết quả nghiên cứu cho thấy mẫu thử BTN hai lớp có độ sâu hằn lún cao hơn BTN một lớp, Cụ thể những mẫu thử 2 lớp sử dụng nhũ tương dính bám CRS-1/0,5 l/m2 cao hơn 129,7%, những mẫu thử 2 lớp sử dụng nhũ tương dính bám polymer CRS-1P/0,5 l/m2 cao hơn 32,2%, những mẫu thử 2 lớp sử 14 dụng nhũ tương dính bám polymer CRS-1P/0,9 l/m2 cao hơn 42,1% so với giá trị độ lún những mẫu thử bê tông asphalt 1 lớp.

Kết quả nghiên cứu thực nghiệm cũng cho thấy, nếu thay đổi loại vật liệu tưới dính bám giữa 2 lớp bê tông asphalt của mẫu thử bê tông asphalt 2 lớp thì đặc tính biến dạng vệt hằn bánh xe cũng được cải thiện đáng kể.