Mở đầu: Trình bày lý do chọn đề tài, mục đích đối tượng và ý nghĩa khoa học, thực tiễn của đề tài; - Chương 2: Tổng Quan + Tổng quan về Superpave; 9 + Tổng quan về vùng giới hạn trong Superpave; + Tổng quan về phương pháp Bailey; - Chương 3: Cơ sở khoa học của luận văn + Các yêu cầu về nguyên liệu chế tạo bê tông nhựa; + Các thí nghiệm được thực hiện để so sánh 3 loại bê tông nhựa - Chương 4: Chế tạo mẫu trong phòng thí nghiệm và thực hiện các thí nghiệm đánh giá chất lượng của 3 loại bê tông nhựa. - Chương 5: Kết luận và kiến nghị Luận văn có các nội dung chính thể hiện trong toán đồ Hình 1.5 sau: ThiÕt kÕ 3 cÊp phèi cèt liÖu + 2 cÊp phèi thiÕt kÕ theo tcvn 8819:2011 + 1 cÊp phèi thiÕt kÕ theo ph-¬ng ph¸p bailey kiÓm tra chØ tiªu kiÓm tra chØ tiªu kiÓm tra chØ tiªu c¬ lý ®¸ d¨m c¬ lý bét kho¸ng c¬ lý nhùa ®-êng x¸c ®Þnh hµm l-îng nhùa tèi -u cña 3 cÊp phèi chÕ t¹o mÉu thÝ nghiÖm so s¸nh 3 lo¹i bª t«ng nhùa øng víi 3 cÊp phèi kh¸c nhau. c¸c chØ tiªu so sanh gåm: + thÝ nghiÖm ®é æn ®Þnh marshall; + thÝ nghiÖm c-êng ®é Ðp chÎ; + thÝ nghiÖm x¸c ®Þnh ®é mµi mßn cantabro; + ThÝ nghiÖm m« ®un ®µn håi vËt liÖu; + sù s¾p xÕp c¸c h¹t cèt liÖu trong btn Hình 1.5 Nội dung luận văn nghiên cứu 10 CHƢƠNG 2 TỔNG QUAN 2.1 TỔNG QUAN VỀ SUPERPAVE 2.1 Lịch sử hình thành Superpave Năm 1987, Quốc hội Hoa Kì quyết định thành lập Chương trình nghiên cứu chiến lược đường cao tốc - The Strategic Highway Research Progam (SHRP), chương trình này kéo dài năm năm, 150 triệu đô la Mỹ đã được sử dụng để đầu tư nghiên cứu với mục đích cải thiện năng suất và độ bền của các con đường ở Hoa Kì, đồng thời làm cho các con đường trở nên an toàn hơn với người đi xe mô tô và nhân viên đường cao tốc. SHRP được phát triển bởi sự hợp tác của nhiều bang, tổ chức: American Association of State Highway and Transportaion Officials (AASHTO), Transportation Research Board (TRB), Industry, and Federal Hightway Administration (FHWA).
SHRP nghiên cứu về nhựa đường (độ quánh và thành phần của nhựa đường), BTN và thành phần cấp phối của nó, hệ thống đường cao tốc, và thời gian khai thác của mặt đường BTN [9]. Superpave là sản phầm sau cùng của chương trình nghiên cứu về BTN thuộc SHRP. Superpave là cụm từ viết tắc của: Superior Performing Asphalt Pavements. Superpave đặt ra các yêu cầu cho nhựa đường và cấp phối cốt liệu dùng sản xuất BTN [9].
Hệ thống Superpave kết hợp các đặc điểm kỹ thuật của vật liệu BTN với các điều kiện môi trường để cải thiện chất lượng của các con đường bằng cách khống chế hiện tượng lún trồi, nứt do nhiệt độ thấp và nứt do mỏi. Ba nội dung quan trọng của Superpave là yêu cầu kỹ thuật của nhựa; thiết kế và phân tích cấp phối; một hệ thống phần mềm máy tính [10]. Superpave được đánh giá là phương pháp thiết kế cấp phối cốt liệu BTN tối ưu nhất hiện nay và được nhiều nước trên thế giới sử dụng.2 Thiết kế bê tông nhựa theo Superpave Tiêu chuẩn Superpave có đưa ra các căn cứ để chọn cốt liệu, phối trộn và phân tích tỉ lệ giữa các loại cốt liệu, phân tích độ ẩm. Thiết kế BTN theo Superpave bao gồm 4 bước : 11 1.
Lựa chọn nguồn nguyên liệu; 2. Thiết kế cấp phối; 3. Xác định hàm lượn nhựa tối ưu; 4. Đánh giá BTN.
Căn cứ để lựa chọn nguyên liệu sản xuất BTN và loại đầm nén dựa vào: a. Yếu tố môi trường; b. Lưu lượng và tải trọng xe; c. Kết cấu của mặt đường.
Chọn nhựa đường phải dựa vào dữ liệu về môi trường, lưu lượng giao thông và tốc độ thiết kế. Chọn cốt liệu phải căn cứ vào BTN dùng cho lớp mặt trên hay lớp dưới, lưu lượng và tốc độ giao thông. Thiết kế cấp phối là việc xác định tỷ lệ phần trăm của mỗi loại cốt liệu trong hỗn hợp. Mỗi cấp phối có một hàm lượng nhựa tối ưu riêng, giới hạn của cấp phối và giá trị hàm lượng nhựa tối ưu phải đảm bảo theo tiêu chuẩn.
Lựa chọn hàm lượng nhựa tối ưu là việc thực hiện thay đổi nhiều hàm lượng nhựa khác nhau với cùng một cấp phối để tìm ra được hàm lượng nhựa làm cho BTN ứng với cấp phối đó đạt chất lượng cao nhất và đảm bảo các yêu cầu trong tiêu chuẩn. Đánh giá BTN bao gồm thực hiện các thí nghiệm theo quy định của hệ thống Superpave hoặc các tiêu chuẩn khác có liên quan để xác định hỗn hợp BTN có đạt yêu cầu hay không [11].3 Vùng giới hạn trong Superpave 2.1 Khái niệm vùng giới hạn Vùng giới hạn không phải là một khái niệm mới đối với người trong nghành BTN. Từ lâu, các chuyên gia trong nghành đã nhận ra rằng nếu cấp phối cốt liệu đi vào một vùng đặc biệt giới hạn bởi các sàng trung bình thì hỗn hợp BTN có khả năng bị mềm và xảy ra lún trồi khi khai thác. Tuy vậy, cho đến khi nó được nhóm nghiên cứu thực hiện Chương trình nghiên cứu chiến lược đường cao tốc đặt tên là “The restricted zone” – Vùng giới hạn, trong quyển sách Superpave – SP2 thì nó được phổ biến hơn.
Vùng giới hạn được Superpave định nghĩa như sau [12]: 12 Vùng giới hạn là vùng nằm trên đường độ chặt tối ưu kéo dài từ sàng 300µm (số 50) đến sàng 2.36mm (số 8), đường cong cấp phối không nên đi qua vùng này. VGH của BTN 12,5mm được thể hiện như Hình 4[12].2 Sự hình thành vùng giới hạn trong Superpave Lý do hình thành vùng giới hạn trong Superpave nằm trong một báo cáo của SHRP (SHRP-A-408). Báo cáo này tổng kết các nghiên cứu được thực hiện trong SHRP. Chương đầu tiên của báo cáo này trình bày một phương pháp nhằm xác định các yếu tố gây ảnh hưởng đến cách thiết kế cấp phối cốt liệu và sản xuất hỗn hợp BTN, phương pháp này được gọi là Delphi.
Phương pháp Delphi bao gồm một nhóm các bảng câu hỏi đặt sẵn sẽ được trả lời. Theo phương pháp này thì các câu hỏi xuất hiện sau thì sẽ khó hơn và quan trọng hơn so với các câu hỏi trước. Với phương pháp Delphi thông thường, các thành viên trả lời bảng câu hỏi không được thảo luận với nhau; tuy nhiên các chuyên gia SHRP được trao đổi với nhau để trả lời các câu hỏi được đặt ra [12]. Các chuyên gia SHRP đã phải trả lời lần lượt 5 bảng câu hỏi để xác định các yếu tố liên quan đến đường cong cấp phối có ảnh hưởng đến chất lượng của BTN.
Tổng kết kết quả như sau: - Biểu đồ lũy thừa 0,45 cỡ sàng được dùng để thể hiện đường cong cấp phối; - Một số định nghĩa được đưa ra: Kích thước hạt lớn nhất danh định, kích thước cốt liệu lớn nhất, vùng giới hạn và đường độ chặt tối ưu[12]. Tuy nhiên, báo cáo chỉ đề nghị rằng cấp phối cốt liệu BTN không nên xâm phạm vào VGH. Không có đề cập nào cho rằng cấp phối phải tuyệt đối đi bên ngoài VGH.3 Vùng giới hạn đối với mỗi loại bê tông nhựa Theo yêu cầu thiết kết của Superpave thì đường cong cấp phối phải nằm giữa các điểm khống chế, và không nên đi qua vùng giới hạn. Với mỗi loại BTN theo cỡ hạt lớn nhất danh định khác nhau thì có các điểm khống chế và vùng giới hạn khác nhau.
Giá trị của các điểm khống chế và vùng giới hạn của các loại BTN được thể hiện trong Bảng 2.1 Điểm khống chế và vùng giới hạn cấp phối theo Superpave [13] Cỡ sàng Loại BTN theo cỡ hạt lớn nhất danh dịnh (mm) 9,5mm 12,5mm 19mm 25mm 37,5mm 50,0 100 37,5 100 90-100 25,0 100 90-100 19,0 100 90-100 12,0 100 90-100 9,5 90-100 2,36 32-67 28-58 23-49 19-45 15-41 0,075 2-10 2-10 2-8 1-7 0-6 Cỡ sàng Vùng giới hạn (mm) 4,75 39,5 34,7 2,36 47,2 39,1 34,6 26,8-30,8 23,3-27,3 1,18 31,6-37,6 25,6-31,6 22,3-28,3 18,1-24,1 15,5-21,5 0,60 23,5-27,5 19,1-23,1 16,7-20,7 13,6-17,6 11,7-15,7 0,30 18,7 15,5 13,7 11,4 10,0 2.2 CÁC NGHIÊN CỨU VỀ VÙNG GIỚI HẠN 2.1 Các nghiên cứu về vùng giới hạn trong nƣớc Tính đến thời điểm hiện nay, chưa có nghiên cứu nào về vùng giới hạn của cấp phối cốt liệu BTN được công bố trong nước.2 Các nghiên cứu về vùng giới hạn trên thế giới 2.1 Các nghiên cứu cho thấy đường cong cấp phối trên vùng giới hạn làm việc tốt Từ khi sự có mặt của phương pháp thiết kế BTN Superpave, các nhà máy BTN và nhiều tổ chức đã nhận ra các cấp phối BTN không đáp ứng đủ tất cả các yêu cầu theo Superpave nhưng vẫn làm việc bình thường. Những cấp phối đi trên VGH, qua VGH, dưới VGH vẫn cho thấy khả năng làm việc tốt. Anderson et al. [14] đã phân tích cơ sở dữ liệu nhiều cấp phối Superpave.
Trong nghiên cứu này, 128 mẫu BTN đã được sử dụng trong thời kỳ từ 1992-1996 được chọn để phân tích. Mục tiêu của nhóm nghiên cứu là để thiết lập một sổ tay hướng dẫn cho người thực hiện việc thiết kế, đặc biệt hơn việc tìm hiểu này nhằm xác định thành phần cấp phối hoặc các đặc trưng của cấp phối để tạo ra độ rỗng cốt liệu 14 (VMA) vừa đủ cho hỗn hợp BTN. Nhóm nghiên cứu cố gắng để tìm ra sự tương quan giữa VMA và khoảng cách từ đường độ chặt tối ưu đến đường cong cấp phối hoặc từ đường cong cấp phối đến vùng giới hạn. Kết quả là họ không tìm thấy được mối liên hệ nào.
Trong một nghiên cứu khác, nhóm nghiên cứu đã thiết kế và tiến hành đánh giá 4 cấp phối BTN khác nhau có cùng một nguồn cốt liệu. Một cấp phối có biểu đồ hình chữ S, một cấp phối hạt mịn đi phía trên vùng giới hạn, cấp phối các hạt trung bình đi qua vùng giới hạn, và cấp phối hạt thô đi dưới VGH có một cái “gù” trên biểu đồ. Các hỗn hợp BTN được được đánh giá bằng thí nghiệm Simple shear at constant height và Repeated shear at constant. Nhóm nghiên cứu cho rằng BTN có cấp phối trên VGH làm việc tốt nhất và BTN có cấp phối dưới VGH làm việt kém nhất.
EL-Basyouny et al. [15] đã nghiên cứu về sự ảnh hưởng của cấp phối cốt liệu, cỡ hạt lớn nhất danh định và hàm lượng nhựa đến sức kháng lún trồi, các đặc trưng thể tích của BTN. Trong nghiên cứu này các hỗn hợp BTN làm thí nghiệm được tạo từ các cấp phối khác nhau (trên VGH, qua VGH và dưới VGH). Sử dụng kết quả của thí nghiệm nén nở hông tự do, phần mềm dự báo khả năng lún trồi VESYS- 3AM.