Luận án tiến sĩ kỹ thuật: Nghiên cứu mối quan hệ giữa cường độ chống cắt và đặc tính biến dạng không hồi phục của hỗn hợp bê tông asphalt mặt đường

• Tác giả: Ngô Ngọc Quý
• Người hướng dẫn: PGS.TS Trần Thị Kim Đăng
• Trường học: Trường Đại Học Giao Thông Vận Tải
• Chuyên ngành: Kỹ Thuật Xây Dựng Công Trình Giao Thông
• Đề tài: Nghiên Cứu Quan Hệ Giữa Cường Độ Chống Cắt Và Đặc Tính Biến Dạng Không Hồi Phục Của Hỗn Hợp Bê Tông Asphalt Mặt Đường
• Loại tài liệu: luận án tiến sĩ
• Năm xuất bản: 2021
• Địa điểm: Hà Nội

Mục lục chi tiết

• LỜI CAM ĐOAN
• LỜI CẢM ƠN
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ ĐẶC TÍNH KHÁNG CẮT, ĐẶC TÍNH BIẾN DẠNG KHÔNG HỒI PHỤC CỦA BÊ TÔNG ASPHALT MẶT ĐƯỜNG VÀ XU THẾ NGHIÊN CỨU MỐI QUAN HỆ GIỮA CHÚNG
• 1.1. Đặc tính kháng cắt của bê tông asphalt mặt đường
• 1.1.1. Các nghiên cứu về cường độ kháng cắt và các thông số đặc trưng cho sức kháng cắt của bê tông asphalt ở Việt Nam
• 1.1.2. Một số nghiên cứu của nước ngoài về đặc tính kháng cắt của bê tông asphalt
• 1.2. Đặc tính biến dạng không hồi phục của bê tông asphalt mặt đường
• 1.2.1. Các nghiên cứu trong nước về đặc tính biến dạng không hồi phục của bê tông asphalt
• 1.2.2. Một số nghiên cứu tiêu biểu trên thế giới trong thời gian gần đây về đặc tính biến dạng không hồi phục của bê tông asphalt
• 1.3. Bản chất mối liên hệ giữa đặc tính kháng cắt và đặc tính biến dạng không hồi phục của bê tông asphalt
• 1.3.1. Cơ chế hình thành và phát triển lún vệt bánh xe trong mối liên hệ với đặc tính kháng cắt của bê tông asphalt
• 1.3.2. Các yếu tố cơ bản ảnh hưởng đến đặc tính kháng cắt và đặc tính biến dạng không hồi phục của bê tông asphalt mặt đường
• 1.4. Xu hướng nghiên cứu mối quan hệ giữa cường độ chống cắt và biến dạng không hồi phục của bê tông asphalt tại Việt Nam và trên thế giới
• 1.4.1. Tình hình nghiên cứu trong nước
• 1.4.2. Các xu hướng nghiên cứu ở nước ngoài
• 1.5. Kết luận chương 1
• 2. CHƯƠNG 2: LỰA CHỌN CHỈ TIÊU, MÔ HÌNH THÍ NGHIỆM, THIẾT KẾ LẮP DỰNG THIẾT BỊ THÍ NGHIỆM ĐẶC TÍNH KHÁNG CẮT VÀ ĐẶC TÍNH BIẾN DẠNG KHÔNG HỒI PHỤC CỦA BÊ TÔNG ASPHALT
• 2.1. Lựa chọn chỉ tiêu và mô hình thí nghiệm xác định đặc tính kháng cắt của bê tông asphalt
• 2.1.1. Các mô hình thí nghiệm xác định cường độ kháng cắt, các tham số đặc trưng đặc tính kháng cắt của bê tông asphalt
• 2.1.2. Tiêu chuẩn thí nghiệm xác định cường độ kháng cắt và các tham số cường độ kháng cắt
• 2.2. Thiết kế cải tiến thiết bị nén ba trục của đất để thí nghiệm đặc tính kháng cắt cho bê tông asphalt
• 2.3. Lựa chọn chỉ tiêu và mô hình thí nghiệm đặc tính biến dạng không hồi phục của bê tông asphalt
• 2.3.1. Các mô hình và tiêu chuẩn thí nghiệm đặc tính biến dạng không hồi phục của bê tông asphalt
• 2.4. Thiết kế lắp dựng thiết bị nén dọc trục tải trọng lặp thí nghiệm biến dạng không hồi phục của bê tông asphalt
• 2.5. Kết luận chương 2
• 3. CHƯƠNG 3: NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM TRONG PHÒNG ĐẶC TÍNH KHÁNG CẮT CỦA BÊ TÔNG ASPHALT
• 3.1. Kế hoạch thí nghiệm
• 3.2. Thiết kế thành phần hỗn hợp bê tông asphalt
• 3.2.1. Lựa chọn phương pháp thiết kế
• 3.2.2. Lựa chọn vật liệu và thiết kế hỗn hợp bê tông asphalt
• 3.2.3. Xác định các chỉ tiêu cơ lý của cốt liệu khoáng và nhựa đường
• 3.2.4. Thiết kế cấp phối hỗn hợp
• 3.2.5. Xác định hàm lượng nhựa tối ưu theo phương pháp Marshall
• 3.3. Kết quả thí nghiệm các chỉ tiêu thể tích và chỉ tiêu cơ lý của mẫu Marshall các hỗn hợp bê tông asphalt
• 3.4. Thí nghiệm nén ba trục xác định cường độ kháng cắt và các tham số kháng cắt
• 3.4.1. Các tham số kháng cắt và cách xác định
• 3.4.2. Thiết kế thí nghiệm và trình tự phân tích thống kê xử lý số liệu
• 3.4.3. Kết quả thí nghiệm xác định chỉ tiêu c, φ của các hỗn hợp bê tông asphalt
• 3.5. Phạm vi nghiên cứu và điều kiện thí nghiệm
• 3.6. Kết quả thí nghiệm đánh giá ảnh hưởng của màng bao mẫu
• 3.7. Kết quả thí nghiệm c, φ của các hỗn hợp bê tông asphalt
• 3.8. Phân tích kết quả thí nghiệm các chỉ tiêu kháng cắt (c, φ)
• 3.8.1. Ảnh hưởng loại chất kết dính đến c, φ của hỗn hợp AC13_CP1 và AC13_CP2
• 3.8.2. Ảnh hưởng của nhiệt độ đến c, φ cấp phối AC19_CP1_N1
• 3.8.3. Ảnh hưởng của tốc độ gia tải đến c, φ cấp phối AC19_CP1_N1
• 3.8.4. Phân tích kết quả thí nghiệm đánh giá ảnh hưởng đồng thời của cấp phối và loại nhựa đến c, φ của cấp phối AC13
• 3.9. Kết luận chương 3
• 4. CHƯƠNG 4: NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM TRONG PHÒNG VỀ ĐẶC TÍNH BIẾN DẠNG KHÔNG HỒI PHỤC CỦA BÊ TÔNG ASPHALT LÀM MẶT ĐƯỜNG
• 4.1. Kế hoạch thí nghiệm
• 4.2. Thí nghiệm từ biến tĩnh (thí nghiệm creep tĩnh) xác định đặc tính biến dạng của bê tông asphalt
• 4.2.1. Chuẩn bị thí nghiệm
• 4.2.2. Kết quả và phân tích kết quả thí nghiệm
• 4.3. Thí nghiệm biến dạng không hồi phục tải trọng lặp
• 4.3.1. Chuẩn bị thí nghiệm
• 4.3.2. Kết quả và phân tích kết quả thí nghiệm
• 4.4. Kết luận chương 4
• 5. CHƯƠNG 5: TƯƠNG QUAN THỰC NGHIỆM GIỮA ĐẶC TÍNH KHÁNG CẮT VÀ ĐẶC TÍNH BIẾN DẠNG KHÔNG HỒI PHỤC CỦA BÊ TÔNG ASPHALT MẶT ĐƯỜNG
• 5.1. Lựa chọn phương trình mô tả tương quan đặc tính kháng cắt và đặc tính biến dạng không hồi phục của bê tông asphalt
• 5.2. Xây dựng quan hệ giữa đặc tính kháng cắt và đặc tính biến dạng không hồi phục của hỗn hợp bê tông asphalt
• 5.3. Định hướng ứng dụng cường độ kháng cắt và mối quan hệ giữa đặc tính kháng cắt và đặc tính biến dạng không hồi phục trong thiết kế kết cấu áo đường mềm ở Việt Nam
• 5.4. Kết luận chương 5
• KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
• DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH CỦA TÁC GIẢ
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tóm tắt

I. Cường độ chống cắt của bê tông asphalt mặt đường

Cường độ chống cắt là một trong những tính chất cơ học quan trọng của bê tông asphalt, ảnh hưởng trực tiếp đến độ bền và khả năng chịu tải của mặt đường. Nghiên cứu này tập trung vào việc xác định cường độ chống cắt thông qua các thí nghiệm bê tông như nén ba trục và phân tích cường độ. Kết quả cho thấy, cường độ chống cắt phụ thuộc vào loại nhựa, nhiệt độ, và tốc độ gia tải. Các thí nghiệm được thực hiện trong phòng thí nghiệm đã xác định được các tham số lực dính đơn vị (c) và góc nội ma sát (φ), giúp đánh giá độ bền của bê tông asphalt trong các điều kiện khác nhau.

1.1. Phương pháp thí nghiệm nén ba trục

Phương pháp nén ba trục được sử dụng để xác định cường độ chống cắt của bê tông asphalt. Thiết bị nén ba trục được cải tiến để phù hợp với vật liệu xây dựng như bê tông asphalt. Các thí nghiệm được thực hiện ở các nhiệt độ khác nhau (30°C, 45°C, 60°C) và tốc độ gia tải khác nhau (0.5 mm/phút, 7.5 mm/phút). Kết quả cho thấy, cường độ chống cắt giảm khi nhiệt độ tăng và tăng khi tốc độ gia tải tăng. Điều này khẳng định tầm quan trọng của việc kiểm soát nhiệt độ và tốc độ gia tải trong thiết kế kết cấu mặt đường.

1.2. Ảnh hưởng của loại nhựa đến cường độ chống cắt

Nghiên cứu cũng chỉ ra rằng loại nhựa sử dụng trong bê tông asphalt có ảnh hưởng đáng kể đến cường độ chống cắt. Các loại nhựa như nhựa 60/70, nhựa 40/50, và nhựa PMB III được thử nghiệm. Kết quả cho thấy, nhựa PMB III có cường độ chống cắt cao hơn so với các loại nhựa khác. Điều này cho thấy việc lựa chọn loại nhựa phù hợp là yếu tố quan trọng trong thiết kế kết cấu mặt đường, đặc biệt là trong các công trình giao thông chịu tải trọng lớn.

II. Biến dạng không hồi phục của bê tông asphalt

Biến dạng không hồi phục là hiện tượng biến dạng vật liệu xảy ra khi bê tông asphalt chịu tải trọng lặp đi lặp lại, dẫn đến lún vệt bánh xe và giảm độ bền của mặt đường. Nghiên cứu này tập trung vào việc đánh giá biến dạng không hồi phục thông qua các thí nghiệm từ biến tĩnh và thí nghiệm tải trọng lặp. Kết quả cho thấy, biến dạng không hồi phục phụ thuộc vào nhiệt độ, áp lực, và loại nhựa sử dụng.

2.1. Thí nghiệm từ biến tĩnh

Thí nghiệm từ biến tĩnh được thực hiện để đánh giá biến dạng không hồi phục của bê tông asphalt trong điều kiện tải trọng tĩnh. Các mẫu thử nghiệm được đặt dưới áp lực và nhiệt độ khác nhau. Kết quả cho thấy, biến dạng không hồi phục tăng khi nhiệt độ và áp lực tăng. Điều này cho thấy, bê tông asphalt dễ bị biến dạng hơn trong điều kiện nhiệt độ cao và tải trọng lớn.

2.2. Thí nghiệm tải trọng lặp

Thí nghiệm tải trọng lặp được thực hiện để mô phỏng điều kiện thực tế khi mặt đường chịu tải trọng lặp đi lặp lại từ các phương tiện giao thông. Kết quả cho thấy, biến dạng không hồi phục tăng theo số chu kỳ tải trọng. Điều này khẳng định tầm quan trọng của việc thiết kế kết cấu mặt đường có khả năng chịu được tải trọng lặp để giảm thiểu biến dạng không hồi phục và kéo dài tuổi thọ của công trình giao thông.

III. Ứng dụng thực tiễn trong kỹ thuật xây dựng

Nghiên cứu này có giá trị thực tiễn cao trong kỹ thuật xây dựng, đặc biệt là trong thiết kế kết cấu mặt đường. Kết quả nghiên cứu về cường độ chống cắt và biến dạng không hồi phục của bê tông asphalt có thể được áp dụng để cải thiện độ bền và tuổi thọ của mặt đường. Các phương pháp thí nghiệm và phân tích cường độ được đề xuất trong nghiên cứu có thể được sử dụng làm cơ sở cho các tiêu chuẩn thiết kế kết cấu trong tương lai.

3.1. Thiết kế kết cấu mặt đường

Kết quả nghiên cứu về cường độ chống cắt và biến dạng không hồi phục có thể được sử dụng để thiết kế kết cấu mặt đường hiệu quả hơn. Việc lựa chọn loại nhựa phù hợp, kiểm soát nhiệt độ và tốc độ gia tải trong quá trình thi công là những yếu tố quan trọng để đảm bảo độ bền của mặt đường.

3.2. Cải thiện tuổi thọ công trình giao thông

Nghiên cứu cũng đề xuất các biện pháp để cải thiện tuổi thọ của công trình giao thông bằng cách giảm thiểu biến dạng không hồi phục và tăng cường độ chống cắt của bê tông asphalt. Các biện pháp này bao gồm sử dụng vật liệu xây dựng chất lượng cao, áp dụng kỹ thuật xây dựng tiên tiến, và thực hiện thí nghiệm bê tông định kỳ để đánh giá độ bền của mặt đường.