Nghiên Cứu Sử Dụng Vật Liệu Lưới Sợi Thủy Tinh và Lưới Sợi Carbon Để Cải Thiện Tính Chất Mặt Đường Bê Tông Nhựa

• Tác giả: Bùi Minh Thịnh
• Người hướng dẫn: PGS.TS Lê Văn Bách
• Trường học: Trường Đại Học Giao Thông Vận Tải
• Chuyên ngành: Kỹ thuật xây dựng công trình giao thông
• Đề tài: Nghiên Cứu Sử Dụng Vật Liệu Lưới Sợi Thủy Tinh Và Lưới Sợi Cacbon Để Cải Thiện Một Số Tính Chất Mặt Đường Bê Tông Nhựa Tại Quảng Ngãi
• Loại tài liệu: Luận Văn Thạc Sĩ Kỹ Thuật
• Năm xuất bản: 2020
• Địa điểm: Thành Phố Hồ Chí Minh

• LỜI CAM ĐOAN
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN NGHIÊN CỨU SỬ DỤNG VẬT LIỆU LƯỚI SỢI THỦY TINH VÀ LƯỚI SỢI CARBON VÀO MẶT ĐƯỜNG BÊ TÔNG NHỰA TRONG VÀ NGOÀI NƯỚC. THỰC TRẠNG KHAI THÁC MẶT ĐƯỜNG BÊ TÔNG NHỰA TRÊN ĐỊA BÀN TỈNH QUẢNG NGÃI
• 1.1. Nghiên cứu tổng quan về các phá hoại Bê Tông Nhựa(BTN) dưới tác dụng của tải trọng và tác dụng của nhiệt độ
• 1.2. Bê tông Asphalt
• 1.2.1. Tổng quan về Bê tông nhựa(BTN)
• 1.2.2. Cấu trúc của BTN và nguyên lý hình thành cường độ của mặt đường Bê tông nhựa(BTN)
• 1.2.3. Phân loại Bê tông asphalt
• 1.2.4. Các yêu cầu chung đối với Bê tông asphalt
• 1.2.5. Các tính chất của BTN
• 1.2.6. Tổng quan về các phá hoại BTN
• 1.2.6.1. Dưới tác dụng của tải trọng
• 1.2.6.2. Dưới tác dụng của nhiệt độ
• 1.2.7. Tổng quan về tình hình nghiên cứu sử dụng vật liệu lưới địa kỹ thuật cho BTN ở trong nước và ngoài nước
• 1.2.7.1. Giới thiệu về lưới địa kỹ thuật
• 1.2.7.2. Lưới địa kỹ thuật - Vai trò và ứng dụng trong công nghệ composite
• 1.2.7.3. Quá trình sản xuất lưới địa kỹ thuật
• 1.2.7.4. Phân loại sợi cacbon
• 1.2.7.5. Tại sao sợi carbon nhẹ và bền?
• 1.2.7.6. Tính chất và ứng dụng của sợi carbon PAN và sợi PITCH
• 1.2.7.7. Sợi carbon có tái chế được không?
• 1.2.8. Tình hình nghiên cứu sử dụng vật liệu lưới sợi thủy tinh và vật liệu lưới sợi cacbon cho BTN ở trong nước và ngoài nước
• 1.2.8.1. Tình hình nghiên cứu trên thế giới
• 1.2.8.2. Tình hình nghiên cứu trong nước
• 1.2.9. Đánh giá về vật liệu chế tạo BTN trên địa bàn tỉnh Quảng Ngãi
• 1.2.9.1. Cốt liệu lớn
• 1.2.9.2. Cốt liệu nhỏ: cát
• 1.2.10. Đánh giá thực trạng khai thác mặt đường BTN trên địa bàn tỉnh Quảng Ngãi
• 2. CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM SỬ DỤNG VẬT LIỆU LƯỚI SỢI THỦY TINH VÀ LƯỚI SỢI CACBON CHẾ TẠO BÊ TÔNG NHỰA TRONG PHÒNG THÍ NGHIỆM
• 2.1. Cơ sở lý thuyết nghiên cứu thực nghiệm sử dụng vật liệu lưới sợi thủy tinh và vật liệu lưới sợi cacbon chế tạo BTN trong phòng thí nghiệm
• 2.2. Hợp chất Carbophalt G (hợp chất gia cố nhựa đường có gốc tiền bitum)
• 2.3. Hợp chất Glasphalt G (hợp chất gia cố nhựa đường có gốc tiền bitum)
• 2.4. Thiết kế thành phần BTN sử dụng vật liệu lưới sợi thủy tinh và vật liệu lưới sợi cacbon và không sử dụng vật liệu lưới sợi thủy tinh và vật liệu lưới sợi cacbon
• 2.4.1. Có sử dụng vật liệu lưới sợi thủy tinh và lưới sợi Carbon
• 2.4.2. Không sử dụng vật liệu lưới sợi thủy tinh và lưới sợi Carbon
• 2.5. Nguyên tắc thiết kế hỗn hợp BTN theo phương pháp Marshall
• 2.5.1. Căn cứ thiết kế hỗn hợp BTN theo phương pháp Marshall
• 2.5.2. Các giai đoạn và nội dung thiết kế hỗn hợp BTN
• 3. CHƯƠNG 3: NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM ĐÁNH GIÁ HIỆU QUẢ SỬ DỤNG VẬT LIỆU LƯỚI SỢI THỦY TINH VÀ LƯỚI SỢI CACBON ĐỂ CẢI THIỆN MỘT SỐ TÍNH CHẤT MẶT ĐƯỜNG BÊ TÔNG NHỰA KHU VỰC, TỈNH QUẢNG NGÃI
• 3.1. Thí nghiệm cường độ của bê tông nhựa sử dụng vật liệu lưới sợi thủy tinh và vật liệu lưới sợi cacbon
• 3.1.1. Giới thiệu vật liệu thí nghiệm
• 3.1.1.1. Lưới địa kỹ thuật
• 3.1.1.2. Bê tông asphalt
• 3.1.2. Hướng dẫn thi công
• 3.1.3. Thí nghiệm trong phòng xác định cường độ kéo uốn cho mẫu bê tông asphalt có sử dụng lưới địa kỹ thuật (lưới sợi Carbon)
• 3.1.3.1. Chuẩn bị mẫu thử
• 3.1.3.2. Kết quả thí nghiệm
• 3.1.4. Thí nghiệm hiện trường xác định cường độ kéo uốn cho mẫu bê tông asphalt có sử dụng lưới địa kỹ thuật (lưới sợi Carbon và sợi thủy tinh)
• 3.1.4.1. Giới thiệu về vật liệu
• 3.1.4.2. Chuẩn bị mẫu thử
• 3.1.4.3. Kết quả thí nghiệm
• 3.1.5. Đánh giá khả năng kháng lún vệt bánh xe của bê tông nhựa sử dụng vật liệu lưới sợi thủy tinh và vật liệu lưới sợi cacbon
• 3.1.5.1. Đề cương thí nghiệm trong phòng độ lún vệt bánh xe bằng thiết bị HWTD (Hamburg Wheel Tracking Device) theo "Số 1617/QĐ-BGTVT ngày 29/4/2014"
• 3.1.5.2. Mô tả thí nghiệm
• 3.1.5.3. Mục đích yêu cầu
• 3.1.5.4. Thời gian thực hiện
• 3.1.5.5. Nội dung công tác thí nghiệm
• 3.1.6. Áp dụng lưới địa kỹ thuật gia cường sợi thủy tinh vào sửa chữa mặt đường BTN trên địa bàn Tỉnh Quảng Ngãi
• 3.1.6.1. Tổng quan về công trình
• 3.1.6.2. Quy mô công trình-giải pháp thiết kế
• 3.1.6.3. Yêu cầu kỹ thuật
• 3.1.6.3.1. Yêu cầu về vật liệu
• 3.1.6.3.2. Thông số kỹ thuật
• 3.1.6.3.3. Yêu cầu về vận chuyển bảo quản lưu kho
• 3.1.6.4. Tổ chức thi công
• KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

I. Tổng Quan Vật Liệu Lưới Sợi Thủy Tinh Carbon Quảng Ngãi

Bài viết này cung cấp cái nhìn tổng quan về việc sử dụng vật liệu lưới sợi thủy tinh và vật liệu lưới sợi carbon trong mặt đường bê tông nhựa tại Quảng Ngãi. Chúng ta sẽ khám phá các nghiên cứu hiện có, cả trong và ngoài nước, về ứng dụng của các vật liệu này để cải thiện tính chất mặt đường. Đồng thời, bài viết cũng đánh giá thực trạng khai thác mặt đường bê tông nhựa hiện tại ở Quảng Ngãi, xác định các vấn đề và thách thức cần giải quyết. Mục tiêu là cung cấp cơ sở thông tin vững chắc cho việc áp dụng các giải pháp mới nhằm nâng cao chất lượng và tuổi thọ của hạ tầng giao thông địa phương. Theo nghiên cứu của Bùi Minh Thịnh năm 2020, việc sử dụng cốt sợi thủy tinh và cốt sợi carbon có thể tạo ra loại bê tông nhựa cốt sợi có cường độ và độ ổn định cao hơn, làm tăng tuổi thọ của bê tông nhựa.

1.1. Nghiên Cứu Tổng Quan Về Phá Hoại Bê Tông Nhựa BTN

Phần này tập trung vào các cơ chế phá hoại chính của bê tông nhựa dưới tác động của tải trọng và nhiệt độ. Các yếu tố như lún vệt bánh xe, nứt nẻ, và biến dạng dẻo sẽ được phân tích chi tiết. Việc hiểu rõ các nguyên nhân gây hư hỏng là rất quan trọng để phát triển các giải pháp gia cường mặt đường hiệu quả. Ứng suất mặt đường và biến dạng mặt đường là hai yếu tố then chốt cần xem xét. Bê tông Asphalt là vật liệu khoáng-bitum xây dựng đường, nhận được khi làm đặc hỗn hợp bê tông Asphalt. Hỗn hợp bê tông Asphalt bao gồm đá dăm (hoặc sỏi), cát, bột khoáng, bitum dầu mỏ, phụ gia. Hỗn hợp được thiết kế hợp lý và gia nhiệt từ 120-160°C.

1.2. Tình Hình Nghiên Cứu Lưới Sợi Thủy Tinh Carbon Trên Thế Giới

Phần này trình bày tổng quan về các nghiên cứu và ứng dụng vật liệu lưới sợi thủy tinh và vật liệu lưới sợi carbon trong gia cường mặt đường trên toàn thế giới. Các công nghệ tiên tiến, kết quả thử nghiệm, và kinh nghiệm thực tiễn từ các quốc gia khác nhau sẽ được xem xét. Mục tiêu là học hỏi và áp dụng những giải pháp phù hợp với điều kiện của Quảng Ngãi. Việc sử dụng vật liệu mới và công nghệ mới là xu hướng tất yếu trong ngành xây dựng đường giao thông hiện nay.

II. Thách Thức Giải Pháp Cho Mặt Đường Bê Tông Nhựa Tại Quảng Ngãi

Phần này xác định các vấn đề chính liên quan đến mặt đường bê tông nhựa tại Quảng Ngãi, bao gồm tình trạng xuống cấp, hư hỏng do tải trọng và thời tiết, và các yếu tố ảnh hưởng đến tuổi thọ mặt đường. Đồng thời, các giải pháp tiềm năng sử dụng vật liệu lưới sợi thủy tinh và vật liệu lưới sợi carbon sẽ được đề xuất để giải quyết những thách thức này. Chi phí xây dựng mặt đường và hiệu quả kinh tế là những yếu tố quan trọng cần cân nhắc khi lựa chọn giải pháp. Theo Bùi Minh Thịnh (2020), việc nghiên cứu cụ thể ở Việt Nam về việc sử dụng cốt sợi thủy tinh và cốt sợi cacbon để cải thiện chất lượng của bê tông nhựa, hạn chế các hư hỏng của loại mặt đường này, tiết kiệm chi phí bảo dưỡng, sửa chữa cho các tuyến đường, hạn chế tai nạn giao thông, lại chưa được nghiên cứu đầy đủ và thấu đáo.

2.1. Đánh Giá Thực Trạng Khai Thác Mặt Đường BTN Tại Quảng Ngãi

Phần này đi sâu vào phân tích tình trạng hiện tại của mặt đường bê tông nhựa trên địa bàn tỉnh Quảng Ngãi. Các yếu tố như lưu lượng giao thông, loại xe, điều kiện thời tiết, và chất lượng vật liệu xây dựng sẽ được xem xét để đánh giá mức độ hư hỏng và nguyên nhân gây ra. Việc bảo trì đường bộ và sửa chữa đường bộ đóng vai trò quan trọng trong việc duy trì chất lượng hạ tầng giao thông.

2.2. Các Loại Hư Hỏng Thường Gặp Nguyên Nhân

Phần này liệt kê và mô tả chi tiết các loại hư hỏng phổ biến trên mặt đường bê tông nhựa tại Quảng Ngãi, như lún vệt bánh xe, nứt nẻ, ổ gà, và bong tróc. Nguyên nhân gây ra từng loại hư hỏng sẽ được phân tích, bao gồm tác động của tải trọng, nhiệt độ, độ ẩm, và chất lượng vật liệu. Việc xác định rõ nguyên nhân là cơ sở để lựa chọn giải pháp gia cường mặt đường phù hợp.

2.3. Ưu Điểm Nhược Điểm Của Vật Liệu Truyền Thống

Phần này đánh giá các vật liệu xây dựng truyền thống được sử dụng trong mặt đường bê tông nhựa, như đá dăm, cát, và nhựa đường. Ưu điểm vật liệu và nhược điểm vật liệu của từng loại sẽ được phân tích, đặc biệt là khả năng chịu tải, độ bền, và khả năng chống chịu thời tiết. So sánh với vật liệu mới như lưới sợi thủy tinh và lưới sợi carbon sẽ làm nổi bật những lợi ích tiềm năng.

III. Phương Pháp Nghiên Cứu Vật Liệu Lưới Sợi Cải Thiện BTN QN

Chương này trình bày cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu thực nghiệm sử dụng vật liệu lưới sợi thủy tinh và vật liệu lưới sợi carbon để chế tạo bê tông nhựa trong phòng thí nghiệm. Các nguyên tắc thiết kế hỗn hợp bê tông nhựa theo phương pháp Marshall sẽ được áp dụng. Mục tiêu là xác định thành phần hỗn hợp tối ưu và đánh giá tính chất cơ lý của bê tông nhựa được gia cường. Theo Bùi Minh Thịnh (2020), việc sử dụng lưới sợi Thủy tinh và lưới sợi Cacbon sẽ làm tăng độ bền của bê tông nhựa, giảm thiểu đáng kể sự phá hoại mặt đường bê tông nhựa.

3.1. Cơ Sở Lý Thuyết Nghiên Cứu Thực Nghiệm

Phần này trình bày các khái niệm cơ bản và lý thuyết liên quan đến vật liệu lưới sợi thủy tinh và vật liệu lưới sợi carbon, bao gồm cấu trúc, tính chất, và cơ chế gia cường. Các mô hình toán học và phương pháp phân tích sẽ được sử dụng để dự đoán hiệu quả của việc sử dụng các vật liệu này trong bê tông nhựa. Tính chất hóa học và khả năng chống thấm của vật liệu cũng được xem xét.

3.2. Thiết Kế Thành Phần BTN Với Lưới Sợi Thủy Tinh Carbon

Phần này mô tả quy trình thiết kế thành phần bê tông nhựa sử dụng vật liệu lưới sợi thủy tinh và vật liệu lưới sợi carbon. Các yếu tố như tỷ lệ cốt liệu, hàm lượng nhựa, và loại lưới sợi sẽ được điều chỉnh để đạt được các tính chất cơ lý mong muốn. Mô hình thí nghiệm và phân tích kết quả sẽ được sử dụng để tối ưu hóa thành phần hỗn hợp.

3.3. Nguyên Tắc Thiết Kế Hỗn Hợp BTN Theo Phương Pháp Marshall

Phần này trình bày chi tiết các nguyên tắc và quy trình thiết kế hỗn hợp bê tông nhựa theo phương pháp Marshall, một phương pháp phổ biến trong ngành xây dựng đường giao thông. Các chỉ tiêu như độ ổn định, độ dẻo, và độ rỗng sẽ được kiểm tra để đảm bảo chất lượng của bê tông nhựa. Tiêu chuẩn kỹ thuật và quy trình thi công sẽ được tuân thủ nghiêm ngặt.

IV. Thí Nghiệm Đánh Giá Hiệu Quả Lưới Sợi Trên Mặt Đường BTN

Chương này trình bày kết quả nghiên cứu thực nghiệm đánh giá hiệu quả sử dụng vật liệu lưới sợi thủy tinh và vật liệu lưới sợi carbon để cải thiện tính chất mặt đường bê tông nhựa tại Quảng Ngãi. Các thí nghiệm trong phòng và ngoài hiện trường sẽ được thực hiện để so sánh khả năng chịu tải mặt đường, độ bền mặt đường, và khả năng kháng lún của bê tông nhựa được gia cường. Theo Bùi Minh Thịnh (2020), mục đích của đề tài là nghiên cứu, áp dụng để tăng hiệu quả làm việc của mặt đường bê tông nhựa trong địa bàn thành phố tỉnh Quảng Ngãi.

4.1. Thí Nghiệm Cường Độ Của Bê Tông Nhựa Sử Dụng Lưới Sợi

Phần này mô tả các thí nghiệm được thực hiện để xác định cường độ của bê tông nhựa sử dụng vật liệu lưới sợi thủy tinh và vật liệu lưới sợi carbon. Các chỉ tiêu như cường độ chịu nén, cường độ chịu kéo, và cường độ chịu uốn sẽ được đo đạc và so sánh với bê tông nhựa thông thường. Phân tích kết quả sẽ cho thấy mức độ cải thiện cường độ do việc sử dụng lưới sợi.

4.2. Đánh Giá Khả Năng Kháng Lún Vệt Bánh Xe Của BTN

Phần này trình bày kết quả đánh giá khả năng kháng lún vệt bánh xe của bê tông nhựa sử dụng vật liệu lưới sợi thủy tinh và vật liệu lưới sợi carbon. Thí nghiệm lún vệt bánh xe sẽ được thực hiện để mô phỏng tác động của tải trọng xe cộ lên mặt đường. Độ lún mặt đường sẽ được đo đạc và so sánh để đánh giá hiệu quả của việc sử dụng lưới sợi.

4.3. Ứng Dụng Lưới Địa Kỹ Thuật Gia Cường Sửa Chữa Mặt Đường BTN

Phần này mô tả một ứng dụng thực tế của lưới địa kỹ thuật gia cường trong việc sửa chữa mặt đường bê tông nhựa trên địa bàn tỉnh Quảng Ngãi. Quy trình thi công, yêu cầu kỹ thuật, và kết quả đánh giá hiệu quả sau sửa chữa sẽ được trình bày. Giải pháp thi công và giải pháp kinh tế sẽ được xem xét để đảm bảo tính khả thi của ứng dụng.

V. Kết Luận Kiến Nghị Về Vật Liệu Lưới Sợi Tại Quảng Ngãi

Phần này tóm tắt các kết quả nghiên cứu chính và đưa ra kết luận về hiệu quả sử dụng vật liệu lưới sợi thủy tinh và vật liệu lưới sợi carbon để cải thiện tính chất mặt đường bê tông nhựa tại Quảng Ngãi. Các kiến nghị về việc áp dụng rộng rãi các vật liệu này trong xây dựng và bảo trì hạ tầng giao thông địa phương sẽ được đề xuất. Tính bền vững và thân thiện môi trường là những yếu tố quan trọng cần xem xét trong tương lai. Theo Bùi Minh Thịnh (2020), việc sử dụng lưới sợi Thủy tinh và lưới sợi Cacbon có thể tạo ra loại bê tông nhựa cốt sợi có cường độ cũng như độ ổn định cao hơn, làm tăng được tuổi thọ của bê tông nhựa.

5.1. Tóm Tắt Kết Quả Nghiên Cứu Đánh Giá Hiệu Quả

Phần này tóm tắt các kết quả thí nghiệm và phân tích, đánh giá mức độ cải thiện tính chất cơ lý của bê tông nhựa nhờ việc sử dụng vật liệu lưới sợi thủy tinh và vật liệu lưới sợi carbon. Các chỉ số như cường độ, độ bền, và khả năng kháng lún sẽ được so sánh và đánh giá một cách khách quan.

5.2. Đề Xuất Giải Pháp Ứng Dụng Thực Tế Tại Quảng Ngãi

Phần này đề xuất các giải pháp cụ thể và ứng dụng thực tế của vật liệu lưới sợi thủy tinh và vật liệu lưới sợi carbon trong xây dựng và bảo trì mặt đường bê tông nhựa tại Quảng Ngãi. Các yếu tố như điều kiện địa phương, nguồn lực, và chi phí sẽ được cân nhắc để đảm bảo tính khả thi và hiệu quả của các giải pháp.

5.3. Hướng Nghiên Cứu Tiếp Theo Phát Triển Bền Vững

Phần này đề xuất các hướng nghiên cứu tiếp theo để khám phá thêm tiềm năng của vật liệu lưới sợi thủy tinh và vật liệu lưới sợi carbon trong cải thiện tính chất mặt đường bê tông nhựa. Các yếu tố như tính bền vững, thân thiện môi trường, và giảm thiểu chi phí sẽ được ưu tiên trong các nghiên cứu tương lai. Đảm bảo an toàn giao thông cũng là một mục tiêu quan trọng.