Nghiên cứu một số yếu tố ảnh hưởng đến độ bền mỏi bê tông asphalt làm lớp mặt đường tại Việt Nam

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI




TRẦN THIỆN LƯU



NGHIÊN CỨU MỘT SỐ YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN
ĐỘ BỀN MỎI BÊ TÔNG ASPHALT LÀM LỚP
MẶT ĐƯỜNG TẠI VIỆT NAM



LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT
(Dự thảo)








Hà Nội, 2015
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI

Trần Thiện Lưu


NGHIÊN CỨU MỘT SỐ YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG
ĐẾN ĐỘ BỀN MỎI BÊ TÔNG ASPHALT LÀM LỚP
MẶT ĐƯỜNG TẠI VIỆT NAM

Ngành : Kỹ thuật Xây dựng Công trình Giao thông
Mã số : 62.58.02.05
Chuyên ngành : Kỹ thuật Xây dựng Đường ôtô và đường thành phố

LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC
PGS. TS. Lã Văn Chăm
GS. TS. Nguyễn Xuân Đào




Hà Nội, 2015
LỜI CÁM ƠN
Sau hơn ba năm nỗ lực hết mình và được sự chỉ dẫn nhiệt tình của các thầy hướng
dẫn, sự ủng hộ của nhà trường, sự giúp đỡ của thầy cô, đồng nghiệp, bạn bè, người thân,
luận án “Nghiên cứu một số yếu tố ảnh hưởng đến độ bền mỏi bê tông asphalt làm lớp mặt
đường tại Việt Nam” của tôi đã hoàn thành.
Lời tri ân sâu sắc nhất tôi xin được dành cho hai người thầy đáng kính đã trực tiếp

hướng dẫn, giúp đỡ, khích lệ tôi là PGS.TS Lã Văn Chăm và GS.TS Nguyễn Xuân Đào.
Điều đặc biệt là PGS.TS Lã Văn Chăm - người thầy đã từng hướng dẫn tôi làm luận văn
thạc sĩ, nay lại tiếp tục nâng đỡ tôi làm luận án tiến sĩ. Dù Thầy không hay thể hiện ra
ngoài, nhưng tôi cảm nhận được sự tận tâm hiếm có. GS.TS Nguyễn Xuân Đào trong suốt
quá trình hướng dẫn đã thường xuyên điện thoại thăm hỏi tình hình, góp ý và động viên tôi
cố gắng sớm hoàn thành công trình nghiên cứu. Những lời khen của Thầy dành cho tôi (dù
tôi tự thấy mình chưa thực sự xứng đáng) là sự khích lệ quý giá, giúp tôi vượt qua những trở
ngại, khó khăn để bước tiếp trên con đường khoa học không dễ dàng này.
Xin chân thành cám ơn TS. Nguyễn Quang Phúc - người tư vấn cho tôi chọn đề tài và
có nhiều chia sẻ về vấn đề nghiên cứu. Xin chân thành cám ơn GS.TS Phạm Duy Hữu,
PGS.TS Trần Thị Kim Đăng, TS. Nguyễn Mai Lân, TS. Nguyễn Quang Tuấn đã rất quan
tâm và cho tôi nhiều góp ý chuyên môn xác đáng.
Xin cám ơn Phòng thí nghiệm Vật liệu xây dựng - Bộ môn Vật liệu xây dựng - Viện
Kỹ thuật xây dựng, Bộ môn Đường bộ trường Đại học GTVT, Phòng thí nghiệm VILAS 047,
LAS-XD 456 - Trung tâm Kiểm định chất lượng CTGT Bà Rịa Vũng Tàu, Công ty Cổ phần
CTGT Bà Rịa Vũng Tàu đã hỗ trợ tôi rất nhiều trong công tác làm mẫu và thí nghiệm.
Tôi cũng xin cám ơn Ban Giám hiệu trường Đại học GTVT TP. Hồ Chí Minh đã ủng
hộ và tạo điều kiện cho tôi làm luận án. Cám ơn anh em Phòng Đào tạo, các đồng nghiệp
trong bộ môn đã nhiệt tình hỗ trợ công việc trong thời gian tôi đi làm nghiên cứu.
Và lòng biết ơn thẳm sâu xin dành cho những người thân đã luôn ở bên và chia sẻ
cùng tôi trong suốt những chặng đường gian nan vất vả vừa qua. Thành quả của ngày hôm
nay xin ghi khắc công lao của tất cả mọi người.
Trân trọng.
Hà Nội, ngày 04 tháng 5 năm 2015
Nghiên cứu sinh


Trần Thiện Lưu
i

MỤC LỤC
MỤC LỤC i
LỜI CAM ĐOAN vii
DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT viii
DANH MỤC CÁC BẢNG x
PHẦN MỞ ĐẦU 1
1. Đặt vấn đề 1
2. Lý do chọn đề tài 2
3. Mục đích nghiên cứu 3
4. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu 4
5. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài 4
TỔNG QUAN VỀ NGHIÊN CỨU MỘT SỐ YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG Chương 1.
ĐẾN ĐỘ BỀN MỎI CỦA BÊ TÔNG ASPHALT 6
1.1 Định nghĩa mỏi 6
1.2 Các dạng nứt do mỏi được nghiên cứu 6
1.2.1 Nứt từ dưới lên (nứt dạng cá sấu) 7
1.2.2 Nứt từ trên xuống (nứt theo chiều dọc) 8
1.3 Phân tích các nghiên cứu liên quan về các yếu tố ảnh hưởng đến độ bền mỏi
của bê tông asphalt 8
1.3.1 Nhóm liên quan đến tải trọng 9
1.3.2 Nhóm liên quan đến môi trường 13
1.3.3 Nhóm liên quan đến hỗn hợp bê tông asphalt 16
1.4 Các mô hình và chế độ kiểm soát thí nghiệm mỏi bê tông asphalt 20
1.4.1 Các mô hình thí nghiệm 20
1.4.1.1 Mô hình uốn dầm 20
1.4.1.2 Mô hình kéo - nén 21
ii

1.4.1.3 Mô hình cắt xoay 22
1.4.2 Các chế độ kiểm soát thí nghiệm mỏi 22

1.4.2.1 Khống chế ứng suất 22
1.4.2.2 Khống chế biến dạng 22
1.5 Một số kết quả nghiên cứu và ứng dụng độ bền mỏi bê tông asphalt 23
1.5.1 Trên thế giới 23
1.5.1.1 Các trường phái thiết kế kết cấu áo đường mềm 23
1.5.1.2 Một số kết quả nghiên cứu và ứng dụng 24
1.5.2 Tại Việt Nam 28
1.6 Những vấn đề tồn tại luận án cần giải quyết 29
1.7 Mục tiêu và nội dung của đề tài nghiên cứu 30
1.7.1 Mục tiêu 30
1.7.2 Nội dung 30
1.8 Phương pháp nghiên cứu 31
1.9 Kết luận chương 1 31
NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM ĐỘ BỀN MỎI BÊ TÔNG Chương 2.
ASPHALT TRONG MỘT SỐ ĐIỀU KIỆN CỦA VIỆT NAM 33
2.1 Xác định các thông số chính cho thí nghiệm mỏi 33
2.1.1 Nhiệt độ thí nghiệm 33
2.1.2 Tần số tải thí nghiệm 35
2.1.3 Chế độ thí nghiệm 37
2.1.4 Vật liệu bê tông asphalt 39
2.1.4.1 Lựa chọn loại bê tông asphalt 39
2.1.4.2 Lựa chọn loại bột khoáng 39
2.1.5 Tổng hợp mẫu thí nghiệm 41
2.2 Chế tạo mẫu 42
2.2.1 Thiết kế hỗn hợp bê tông asphalt 43
iii

2.2.1.1 Vật liệu 43
2.2.1.2 Thiết kế thành phần hỗn hợp BTNC 12,5 46
2.2.1.3 Thiết kế thành phần hỗn hợp BTNC 19 50

2.2.2 Thi công tại hiện trường 51
2.2.2.1 Địa điểm, thời gian thi công 51
2.2.2.2 Chế tạo hỗn hợp bê tông asphalt 51
2.2.2.3 Thi công tại hiện trường 52
2.2.3 Gia công mẫu thí nghiệm 53
2.2.3.1 Cắt mẫu tại hiện trường 53
2.2.3.2 Gia công mẫu dầm tại xưởng 53
2.3 Các tính chất cơ lý của bê tông asphalt sau thi công 54
2.3.1 Bê tông asphalt loại BTNC 12,5 54
2.3.1.1 Thành phần hạt 54
2.3.1.2 Độ chặt thi công 55
2.3.1.3 Các chỉ tiêu cơ lý khác 56
2.3.2 Bê tông asphalt loại BTNC 19 57
2.3.2.1 Thành phần hạt 57
2.3.2.2 Độ chặt thi công 58
2.3.2.3 Các chỉ tiêu cơ lý khác 59
2.4 Thí nghiệm mỏi 59
2.4.1 Sấy mẫu 59
2.4.2 Lưu trữ mẫu 59
2.4.3 Mô tả thí nghiệm 60
2.4.4 Các kết quả thí nghiệm 61
2.4.4.1 Mô đun độ cứng động (S
mix
) 61
2.4.4.2 Ứng suất cực đại (
o
) 62
2.4.4.3 Biến dạng kéo cực đại (
o
) 62

iv

2.4.4.4 Góc lệch pha () 63
2.4.5 Đánh giá độ tin cậy kết quả thí nghiệm 63
2.5 Kết luận chương 2 65
PHÂN TÍCH KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM ĐỘ BỀN MỎI BÊTÔNG Chương 3.
ASPHALT 67
3.1 Kết quả thí nghiệm mỏi BTNC 12,5 (BD) 67
3.1.1 Mô đun độ cứng (S) 69
3.1.1.1 Điều kiện thí nghiệm 10 độ C, tần số 5 Hz 69
3.1.1.2 Điều kiện thí nghiệm 10 độ C, tần số 10 Hz 71
3.1.1.3 Điều kiện thí nghiệm 20 độ C, tần số 5 Hz 72
3.1.1.4 Điều kiện thí nghiệm 20 độ C, tần số 10 Hz 73
3.1.1.5 Phân tích kết quả mô đun độ cứng 74
3.1.2 Ứng suất () 81
3.1.3 Lực tác dụng (F) 84
3.1.4 Góc lệch pha () 86
3.1.5 Xây dựng biểu thức đặc trưng độ bền mỏi BTNC 12,5 89
3.2 Kết quả thí nghiệm mỏi bê tông asphalt loại BTNC 19 91
3.2.1 Tổng hợp kết quả thí nghiệm mỏi BTNC 19 91
3.2.2 Mô đun độ cứng (S) 91
3.2.3 Xây dựng biểu thức đặc trưng độ bền mỏi BTNC 19 93
3.3 Kết quả thí nghiệm mỏi loại BTNC 12,5 (CC) và BTNC 12,5 (CX) 94
3.3.1 Bê tông asphalt sử dụng bột khoáng CaCO
3
94
3.3.2 Bê tông asphalt sử dụng bột khoáng CaCO
3
+ xi măng 98
3.4 Phân tích kết quả thí nghiệm độ bền mỏi bê tông asphalt 101

3.4.1 Loại BTNC 12,5 và BTNC 19 101
3.4.2 Các loại BTNC 12,5 sử dụng loại bột khoáng khác nhau 102
v

3.5 Xây dựng phương trình độ bền mỏi cho các loại BTNC 12,5 đã thí nghiệm
108
3.5.1 Phương trình độ bền mỏi cho BTNC 12,5 (dạng 1) 108
3.5.2 Phương trình độ bền mỏi cho BTNC 12,5 (dạng 2) 109
3.6 Kết luận chương 3 110
ỨNG DỤNG KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀO THIẾT KẾ KẾT CẤU Chương 4.
ÁO ĐƯỜNG MỀM TẠI VIỆT NAM 112
4.1 Đề xuất kiểm toán mỏi lớp bê tông asphalt trong kết cấu áo đường mềm . 112
4.1.1 Cơ sở lý thuyết 112
4.1.2 Trình tự tính toán 116
4.1.3 Lựa chọn điều kiện tính toán 117
4.1.3.1 Nhiệt độ 117
4.1.3.2 Tần số tải trọng 118
4.1.4 Xác định biến dạng cho phép (
cp
) và biến dạng tính toán (
tt
) 118
4.1.4.1 Biến dạng cho phép (
cp
) 118
4.1.4.2 Biến dạng tính toán (
tt
) 118
4.2 Ứng dụng kiểm toán mỏi lớp BTNC 12,5 trong kết cấu áo đường mềm 119
4.2.1 Thông số đầu vào dùng kiểm toán mỏi 119

4.2.1.1 Kết cấu áo đường, thông số vật liệu 119
4.2.1.2 Xác định điều kiện kiểm toán mỏi 120
4.2.2 Biến dạng cho phép ở đáy lớp BTNC 12,5 (
cp
) 120
4.2.3 Biến dạng tính toán (
tt
) đáy lớp BTNC 12,5 trong kết cấu áo đường . 122
4.2.3.1 Mô hình tải tác dụng 122
4.2.3.2 Tính biến dạng (
tt
) đáy lớp bê tông asphalt 122
4.2.4 Đánh giá 123
4.2.4.1 Kết cấu 1 123
4.2.4.2 Kết cấu 2 124
vi

4.2.4.3 Nhận xét 125
4.3 Kết luận chương 4 125
PHẦN KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 126
1. Đóng góp về mặt khoa học 126
2. Đóng góp về mặt thực tiễn 127
3. Hạn chế 127
4. Kiến nghị 128
5. Hướng nghiên cứu tiếp 128
DANH MỤC CÔNG TRÌNH CỦA TÁC GIẢ xvii
TÀI LIỆU THAM KHẢO xviii


vii

LỜI CAM ĐOAN

Tôi cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi. Các số liệu, kết
quả nêu trong luận án là trung thực và chưa được công bố.



Tác giả luận án


Trần Thiện Lưu


viii

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT
BTNC
Bê tông nhựa chặt
CPĐD
Cấp phối đá dăm
NCS
Nghiên cứu sinh
4PBT
Four Point Bending Tests (thí nghiệm uốn dầm 4 điểm)
AASHTO
American Association of State Highways and Transportation Officials

(Hiệp hội những người làm đường và vận tải toàn nước Mỹ)
AC
Asphalt concrete (Bê tông asphalt)
AI
Asphalt Institute (Viện asphalt)
ASTM
American Society of Testing Materials (Hiệp hội thí nghiệm vật liệu
Mỹ)
ITT
Indirect Tensile Test (Thí nghiệm kéo gián tiếp)
LCPC
Laboratoire Central des Ponts et Chaussées (Phòng thí nghiệm trung
tâm Đường và Cầu)
M-E
Mechanical - Empirical (Cơ - thực nghiệm)
ME PDG (DARWin-ME)
Mechanistic-Empirical Pavement Design Guide (Hướng
dẫn thiết kế mặt đường theo Cơ học thực nghiệm)
NCAT
The National Center for Asphalt Technology (Trung tâm công nghệ
Asphalt)
NCHRP
National Cooperative Highway Research Program (Chương trình hợp
tác nghiên cứu đường)
N
f

Số chu kỳ tác dụng của tải trọng lặp
N
f50

Số chu kỳ tải trọng lặp tác dụng làm suy giảm mô đun độ cứng còn lại
50% trị số ban đầu
RILEM
The International Union of Laboratories and Experts in Construction
Materials (Hiệp hội quốc tế các phòng thí nghiệm và chuyên gia trong
lĩnh vực vật liệu xây dựng)
ix

SHRP
Strategic Highway Research Program (chương trình nghiên cứu Chiến
lược đường bộ)
SPDM
Shell Pavement Design Manual (hướng dẫn thiết kế mặt đường Shell)
UCTST
Uniaxial Cyclic Tensile Stress Tests (Thí nghiệm kéo dọc trục tải trọng
lặp)
AFT
Apparent film thickness (chiều dày màng bi tum)

Biến dạng tương đối (m/m), biến dạng tương đối gọi tắt là “biến dạng”
m/m ~ microstrain, viết tắt là 
G
b

Tỷ trọng của bi tum
G
mb

Mixture bulk specific gravity (tỷ trọng khối hỗn hợp bê tông asphalt)

G
mm

Maximum specific gravity (tỷ trọng lớn nhất)
G
mm

Theoretical maximum specific gravity (tỷ trọng lớn nhất của hỗn hợp bê
tông asphalt)
G
sa

Tỷ trọng biểu kiến của hỗn hợp cốt liệu
G
sb

Average Aggregate Specific Gravity (tỷ trọng khối của hỗn hợp cốt liệu)
G
se

Tỷ trọng có hiệu của hỗn hợp cốt liệu
HMA
Hot mix asphalt (hỗn hợp bê tông nhựa nóng, gọi tắt là BTN)
P
b

Total asphalt binder content (% bi tum theo khối lượng hỗn hợp)
P
ba

Hàm lượng bi tum hấp phụ, % khối lượng của hỗn hợp cốt liệu
P
be

Hàm lượng bi tum có hiệu, % khối lượng của hỗn hợp bê tông asphalt
P
mm

% khối lượng của tổng khối lượng hỗn hợp ở trạng thái rời (P
mm
= 100)
P
s

Tỷ lệ cốt liệu theo % tổng khối lượng hỗn hợp bê tông asphalt
S
s

Aggregate Specific Surface (tỷ diện bề mặt)
Va
Volume of Air Voids (độ rỗng dư)
V
BE

Effective asphalt content, percent by volume (hàm lượng bi tum có hiệu)
VFA
Voids Filled with Asphalt (độ rỗng lấp đầy bi tum)
VMA
Voids in the Mineral Aggregate (độ rỗng cốt liệu)
x

DANH MỤC CÁC BẢNG
Bảng 1.1 Ảnh hưởng yếu tố thành phần lên khả năng làm việc của hỗn hợp [31] 17
Bảng 2.1 Nhiệt độ mặt đường bê tông asphalt ở VN [4] 34
Bảng 2.2 Xác định tần số tải thông qua vận tốc và chiều dài vùng phân bố tải 35
Bảng 2.3 Tổng hợp số lượng mẫu theo điều kiện thí nghiệm độ bền mỏi 42
Bảng 2.4 Thành phần hạt các nhóm đá dùng thiết kế hỗn hợp bê tông asphalt 43
Bảng 2.5 Chỉ tiêu cơ lý các nhóm đá dùng cho hỗn hợp asphalt 43
Bảng 2.6 Thành phần hạt cát tự nhiên dùng cho hỗn hợp asphalt 44
Bảng 2.7 Một số chỉ tiêu của cát tự nhiên dùng cho hỗn hợp asphalt 45
Bảng 2.8 Kết quả thí nghiệm các loại bột khoáng dùng cho nghiên cứu 45
Bảng 2.9 Kết quả thí nghiệm độ ẩm các loại bột khoáng 45
Bảng 2.10 Kết quả thí nghiệm xi măng PCB40 - Nghi Sơn 45
Bảng 2.11 Kết quả thí nghiệm bi tum dùng trong nghiên cứu 46
Bảng 2.12 Thành phần hỗn hợp cốt liệu BTNC 12,5 dùng cho nghiên cứu 47
Bảng 2.13 Kết quả thí nghiệm lựa chọn hàm lượng bi tum 47
Bảng 2.14 Kết quả thí nghiệm BTNC 12,5 với hàm lượng bi tum 5,38% 48
Bảng 2.15 Thành phần vật liệu cho 1 tấn hỗn hợp BTNC 12,5 50
Bảng 2.16 Thành phần hỗn hợp cốt liệu BTNC 19 dùng cho nghiên cứu 50
Bảng 2.17 Kết quả thí nghiệm BTNC 19 với hàm lượng bi tum 5,21% 51
Bảng 2.18 Thành phần vật liệu cho 1 tấn hỗn hợp BTNC 19 51
Bảng 2.19 Thành phần cấp phối hạt BTNC 12,5 sau thi công 55
Bảng 2.20 Độ chặt BTNC 12,5 sau thi công 55
Bảng 2.21 Kết quả thí nghiệm các chỉ tiêu cơ lý của BTNC 12,5 sau thi công 56
Bảng 2.22 Cường độ kéo uốn của BTNC 12,5 thí nghiệm ở 10 độ C và 20 độ C 57
Bảng 2.23 Thành phần cấp phối hạt BTNC 19 sau thi công 57
Bảng 2.24 Độ chặt BTNC 19 sau thi công 58
xi

Bảng 2.25 Các chỉ tiêu kỹ thuật của BTNC 19 sau thi công 59

Bảng 2.26 Thời gian tối thiểu ổn định nhiệt cho mẫu trước khi thí nghiệm [41] 60
Bảng 2.27 Đánh giá độ tin cậy của kết quả thí nghiệm mỏi cho loại BTNC 12,5 64
Bảng 3.1 Bảng tổng hợp kết quả thí nghiệm độ bền mỏi BTNC 12,5 (BD) 67
Bảng 3.2 Bảng so sánh mức suy giảm mô đun độ cứng ở tần số 5 Hz và 10 Hz 76
Bảng 3.3 Bảng so sánh mức độ suy giảm độ bền mỏi theo biến dạng 80
Bảng 3.4 Bảng so sánh mức độ tăng ứng suất ban đầu theo biến dạng 83
Bảng 3.5 Bảng so sánh mức độ tăng ứng suất ban đầu theo tần số 84
Bảng 3.6 Bảng so sánh mức độ giảm lực tác dụng ban đầu theo nhiệt độ 86
Bảng 3.7 Trị số góc lệch pha ban đầu (
o
) ở các điều kiện thí nghiệm 89
Bảng 3.8 Tổng hợp kết quả thí nghiệm mỏi BTNC 19 ở điều kiện 10 độ C, 10 Hz . 91
Bảng 3.9 Bảng tổng hợp kết quả thí nghiệm mỏi BTNC 12,5 (CC) 94
Bảng 3.10 Bảng tổng hợp kết quả thí nghiệm mỏi BTNC 12,5 (CX) 98
Bảng 3.11 So sánh mô đun độ cứng ban đầu các loại BTNC 12,5 thí nghiệm 103
Bảng 3.12 Tổng hợp hệ số các phương trình độ bền mỏi đã thực hiện 106
Bảng 3.13 So sánh độ bền mỏi các loại BTNC 12,5 có bột khoáng khác nhau 107
Bảng 4.1 Bảng thông số vật liệu tham khảo dùng để phân tích mỏi 119
Bảng 4.2 Bảng giá trị 
6
của BTNC 12,5 (BD) đã thí nghiệm 120
Bảng 4.3 Bảng tổng hợp kết quả tính biến dạng đáy lớp bê tông asphalt 123

xii

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ
Hình 1.1 Mô hình các dạng nứt mỏi được nghiên cứu 7
Hình 1.2 Ảnh hưởng của tần số đến độ bền mỏi [29] 10
Hình 1.3 Ảnh hưởng của tần số đến độ bền mỏi bê tông asphalt [46] 10
Hình 1.4 Ảnh hưởng của tần số đến độ bền mỏi bê tông asphalt - UCTST [29] 11

Hình 1.5 Các dạng tải kết hợp với thời gian nghỉ (rest period) 12
Hình 1.6 Ảnh hưởng của thời gian nghỉ đến độ bền mỏi vật liệu bán mềm 12
Hình 1.7 Sự phát triển mô đun theo số chu kỳ tải [I’essai E13-Auto-100-31] 13
Hình 1.8 Sự phát triển mô đun theo thời gian [I’essai E13-Auto-100-31] 13
Hình 1.9 Ảnh hưởng của nhiệt độ đến độ bền mỏi bê tông asphalt [46] 14
Hình 1.10 Đặc tính mỏi bê tông asphalt của SPDM (Shell - 1978) 15
Hình 1.11 Ảnh hưởng nhiệt độ và gradient nhiệt độ đến độ bền mỏi lớp BTN dày 8
inch [35] 15
Hình 1.12 Biểu đồ phát triển nhiệt độ tại giữa dầm khi thí nghiệm mỏi [27] 15
Hình 1.13 Ảnh hưởng của hàm lượng Ca(OH)
2
đến độ bền mỏi BTN [19] 17
Hình 1.14 Ảnh hưởng của độ rỗng dư, biến dạng đến độ bền mỏi BTN [28] 19
Hình 1.15 Ảnh hưởng của cốt liệu đến độ bền mỏi BTN [28] 19
Hình 1.16 Đường cong mỏi các loại BTN theo kích thước cốt liệu [45] 19
Hình 1.17 Đường cong mỏi các loại BTN theo hàm lượng đá dăm [45] 19
Hình 1.18 Một số dạng thí nghiệm mỏi theo mô hình uốn dầm 21
Hình 1.19 Một số dạng thí nghiệm mỏi theo mô hình kéo - nén, cắt xoay 21
Hình 1.20 Đường đặc trưng mỏi - khống chế ứng suất 22
Hình 1.21 Đường đặc trưng mỏi - khống chế biến dạng 23
Hình 1.22 Thiết bị thí nghiệm mỏi - 4PB tại trường Đại học GTVT 32
Hình 2.1 Nhiệt độ kết cấu áo đường đo trong 1 năm (Minhoto et al) [27] 33
Hình 2.2 Mô hình xác định tần số tải [34] 35
Hình 2.3 Biểu đồ dạng hình sin tải tác dụng và độ võng của dầm 36
xiii

Hình 2.4 Biểu đồ lực và độ võng dạng hình sin thí nghiệm ở tần số 5 Hz 37
Hình 2.5 Biểu đồ lực và độ võng dạng hình sin thí nghiệm ở tần số 10 Hz 37
Hình 2.6 Lỗ rỗng hình thành trong hỗn hợp bê tông asphalt 40
Hình 2.7 Tác dụng lấp đầy lỗ rỗng của bột khoáng trong bê tông asphalt 40

Hình 2.8 Các loại bột khoáng sử dụng cho nghiên cứu 41
Hình 2.9 Biểu đồ thành phần hạt cát tự nhiên dùng cho hỗn hợp asphalt 44
Hình 2.10 Biểu đồ thành phần hạt BTNC 12,5 sau khi phối trộn 47
Hình 2.11 Quan hệ giữa hàm lượng bi tum và các chỉ tiêu của BTNC 12,5 48
Hình 2.12 Biểu đồ thành phần hạt BTNC 19 sau khi phối trộn 50
Hình 2.13 Thi công lớp BTNC 12,5 và BTNC 19 tại công trường QL 51B 52
Hình 2.14 Cắt, khoan mẫu tại hiện trường 53
Hình 2.15 Tách lấy mẫu 52cm  45cm tại hiện trường 53
Hình 2.16 Gia công mẫu dầm kích thước 380mm×50mm×63mm 54
Hình 2.17 Biểu đồ thành phần hạt BTNC 12,5 thực tế sau khi thi công 55
Hình 2.18 Thí nghiệm xác định cường độ kéo uốn 57
Hình 2.19 Biểu đồ cấp phối hạt bê tông asphalt loại BTNC 19 sau thi công 58
Hình 2.20 Buồng ổn nhiệt và thiết bị thí nghiệm mỏi 60
Hình 2.21 Sơ đồ thí nghiệm mỏi 4PB [42] 60
Hình 2.22 Giao diện phần mềm thí nghiệm mỏi (4PBT Cooper) 61
Hình 2.23 Mô tả các thành phần của mô đun phức E* 62
Hình 2.24 Biểu đồ ứng suất, biến dạng theo thời gian 63
Hình 3.1 Giao diện phần mềm 4PBT - mẫu BD25 (20 độ C, 10 Hz, 200µ) 68
Hình 3.2 Giao diện phần mềm 4PBT - mẫu BD06 (20 độ C, 10 Hz, 400µ) 69
Hình 3.3 Biểu đồ giảm mô đun độ cứng theo số chu kỳ tải trọng lặp của BTNC
12,5 (BD) ở 10 độ C, 5 Hz (dạng trục logarit) 70
Hình 3.4 Biểu đồ giảm mô đun độ cứng theo số chu kỳ tải trọng lặp của BTNC
12,5 (BD) ở 10 độ C, 5 Hz 70
xiv

Hình 3.5 Quan hệ mô đun độ cứng BTNC 12,5 (BD) với số chu kỳ tải ở 10độC,
5Hz 70
Hình 3.6 Biểu đồ giảm mô đun độ cứng theo số chu kỳ tải trọng lặp của BTNC
12,5 (BD) ở 10 độ C, 10 Hz (dạng trục logarit) 71
Hình 3.7 Biểu đồ giảm mô đun độ cứng theo số chu kỳ tải trọng lặp của BTNC

12,5 (BD) ở 10 độ C, 10 Hz 71
Hình 3.8 Quan hệ mô đun độ cứng BTNC 12,5 (BD) với số chu kỳ tải ở 10 độ C,
10Hz 72
Hình 3.9 Biểu đồ giảm mô đun độ cứng theo số chu kỳ tải trọng lặp của BTNC
12,5 (BD) ở 20 độ C, 5 Hz (dạng trục logarit) 72
Hình 3.10 Quan hệ mô đun độ cứng BTNC 12,5 (BD) với số chu kỳ tải ở 20 độ C,
5Hz 73
Hình 3.11 Biểu đồ giảm mô đun độ cứng theo số chu kỳ tải trọng lặp của BTNC
12,5 (BD) ở 20 độ C, 10 Hz (dạng trục logarit) 73
Hình 3.12 Biểu đồ giảm mô đun độ cứng theo số chu kỳ tải trọng lặp của BTNC
12,5 (BD) ở 20 độ C, 10 Hz 74
Hình 3.13 Quan hệ mô đun độ cứng BTNC 12,5 (BD) với số chu kỳ tải ở 20 độ C,
10 Hz 74
Hình 3.14 Biểu đồ giảm mô đun độ cứng theo số chu kỳ tải trọng lặp của BTNC
12,5 (BD) ở 10 độ C 75
Hình 3.15 Biểu đồ giảm mô đun độ cứng theo số chu kỳ tải trọng lặp của BTNC
12,5 (BD) ở 20 độ C 75
Hình 3.16 Biểu đồ giảm mô đun độ cứng theo số chu kỳ tải trọng lặp của BTNC
12,5 (BD) ở 5 Hz 77
Hình 3.17 Biểu đồ giảm mô đun độ cứng theo số chu kỳ tải trọng lặp của BTNC
12,5 (BD) ở 10 Hz 77
Hình 3.18 Biểu đồ so sánh mô đun độ cứng ban đầu của BTNC 12,5 (BD) 78
Hình 3.19 So sánh mô đun độ cứng ban đầu của BTNC 12,5 (BD) theo tần số 79
xv

Hình 3.20 Biểu đồ so sánh độ bền mỏi BTNC 12,5 (BD) 80
Hình 3.21 Đồ thị quan hệ giữa biến dạng () với độ võng Z (mm) 81
Hình 3.22 Biểu đồ suy giảm ứng suất theo tải trọng lặp ở 10 độ C, 5Hz 81
Hình 3.23 Biểu đồ so sánh ứng suất ban đầu của BTNC 12,5 (BD) ở các biến dạng,
tần số, nhiệt độ 82

Hình 3.24 Biểu đồ so sánh ứng suất ban đầu ở các tần số, biến dạng tại 10 độ C 82
Hình 3.25 Biểu đồ so sánh ứng suất ban đầu ở các tần số, biến dạng tại 20 độ C 83
Hình 3.26 Biểu đồ giảm lực tác dụng - thí nghiệm BTNC 12,5 (BD) ở 10 độ C, 5Hz
85
Hình 3.27 Quan hệ giữa lực tác dụng ban đầu với biến dạng và tần số ở 10 độ C . 85
Hình 3.28 Quan hệ giữa lực tác dụng ban đầu với biến dạng và tần số ở 20 độ C . 85
Hình 3.29 Biểu đồ quan hệ giữa góc lệch pha với mô đun độ cứng BTNC 12,5
(BD) ở 10 độ C 87
Hình 3.30 Biểu đồ quan hệ giữa góc lệch pha với mô đun độ cứng BTNC 12,5
(BD) ở 20 độ C 87
Hình 3.31 Đồ thị biểu diễn góc lệch pha ban đầu (
o
) với lực tác dụng 88
Hình 3.32 Đường đặc trưng mỏi bê tông asphalt loại BTNC 12,5 (BD) 90
Hình 3.33 Biểu đồ giảm mô đun độ cứng theo số chu kỳ tải trọng lặp của BTNC 19
ở 10 độ C, 10 Hz 91
Hình 3.34 Quan hệ mô đun độ cứng BTNC 19 với số chu kỳ tải ở 10 độ C, 10 Hz92
Hình 3.35 So sánh mô đun độ cứng ban đầu BTNC 19 ở 10 độ C, 10 Hz 92
Hình 3.36 Biểu đồ suy giảm ứng suất theo tải trọng lặp của BTNC 19 ở 10 độ C,
10Hz 93
Hình 3.37 Đường đặc trưng mỏi BTNC 19 ở 10 độ C, 10 Hz 94
Hình 3.38 Giao diện phần mềm 4PBT - mẫu CC31 (20 độ C, 10 Hz, 200µ) 95
Hình 3.39 Giao diện phần mềm 4PBT - mẫu CC12 (10 độ C, 10 Hz, 400µ) 96
xvi

Hình 3.40 Biểu đồ giảm mô đun độ cứng theo số chu kỳ tải trọng lặp của BTNC
12,5 (CC) ở 10 độ C, 5 Hz 96
Hình 3.41 Biểu đồ so sánh mô đun độ cứng ban đầu của BTNC 12,5 (CC) 97
Hình 3.42 Đường đặc trưng mỏi bê tông asphalt loại BTNC 12,5 (CC) 97
Hình 3.43 Giao diện phần mềm 4PBT - mẫu CX36 (10 độ C, 5 Hz, 400µ) 99

Hình 3.44 Giao diện phần mềm 4PBT - mẫu CX37 (20 độ C, 10 Hz, 100µ) 99
Hình 3.45 Biểu đồ giảm mô đun độ cứng theo số chu kỳ tải trọng lặp của BTNC
12,5 (CX) ở 10 độ C, 5 Hz 100
Hình 3.46 Biểu đồ so sánh mô đun độ cứng ban đầu của BTNC 12,5 (CX) 100
Hình 3.47 Đường đặc trưng mỏi bê tông asphalt loại BTNC 12,5 (CX) 101
Hình 3.48 Biểu đồ so sánh mô đun độ cứng ban đầu của BTNC 12,5 (BD) 102
Hình 3.49 Biểu đồ so sánh mô đun độ cứng ban đầu của BTNC 12,5 (CC) 103
Hình 3.50 Biểu đồ so sánh mô đun độ cứng ban đầu của BTNC 12,5 (CX) 103
Hình 3.51 Tổng hợp đường đặc trưng mỏi 3 loại BTNC 12,5 ở 10 độ C 105
Hình 3.52 Tổng hợp đường đặc trưng mỏi 3 loại BTNC 12,5 ở 20 độ C 105
Hình 3.53 Đường đặc trưng mỏi BTNC 12,5 108
Hình 4.1 Toán đồ xác định giá trị R
o
tại điểm C bất kỳ (theo Odemark) 114
Hình 4.2 Sơ đồ trình tự kiểm toán độ bền mỏi trong kết cấu áo đường mềm 117
Hình 4.3 Đường đặc trưng mỏi của bê tông asphalt các loại đã thí nghiệm 121
Hình 4.4 Mô hình tải trọng khai báo khi tính biến dạng 122
Hình 4.5 Kết quả tính kết cấu áo đường 1 bằng phần mềm Alizé 122
Hình 4.6 Kết quả tính kết cấu áo đường 2 bằng phần mềm Alizé 123


1


PHẦN MỞ ĐẦU

1. Đặt vấn đề
Bê tông asphalt là hỗn hợp bao gồm cốt liệu khoáng và chất kết dính (nhựa
đường/bi tum/asphalt). Cốt liệu thường chiếm khoảng 95% khối lượng hỗn hợp bê
tông asphalt, bi tum chiếm khoảng 5% còn lại. Về thể tích, một hỗn hợp bê tông

asphalt điển hình có khoảng 85% cốt liệu, 10% bi tum, và khoảng 5% lỗ rỗng. Một
lượng nhỏ chất độn và phụ gia được thêm vào hỗn hợp bê tông asphalt để tăng
cường chất lượng hoặc dễ thi công [31]. Chất lượng khai thác mặt đường bê tông
asphalt phụ thuộc vào tính chất của bi tum, cốt liệu, thành phần hỗn hợp, chất lượng
thi công và cả các yếu tố tác động bên ngoài như xe, môi trường.
Bi tum là sản phẩm còn lại sau dầu hỏa, xăng, dầu diesel, dầu mỡ,… được
tinh chế từ dầu thô. Bi tum có tác dụng tạo tính công tác cho hỗn hợp và liên kết cốt
liệu trong bê tông asphalt. Thành phần bi tum chủ yếu là carbon và hydro, với một
lượng nhỏ oxy, lưu huỳnh và một số phi kim loại khác. Chất kết dính bi tum là loại
vật liệu đàn hồi nhớt. Tính chất vật lý của bi tum khác nhau rất nhiều khi nhiệt độ
thay đổi. Bi tum mềm trong môi trường nhiệt độ cao; dễ nứt gãy, giòn khi nhiệt độ
xuống thấp. Bê tông asphalt cũng có những tính chất khác nhau theo nhiệt độ xuất
phát từ đặc điểm này của bi tum.
Tất cả hỗn hợp bê tông asphalt chứa một lượng nhỏ các lỗ rỗng không khí.
Trong phòng thí nghiệm, bê tông asphalt thường được thiết kế khoảng 4% lỗ rỗng,
với một phạm vi 3% ÷ 5%, tùy thuộc vào loại hỗn hợp được thiết kế và sử dụng. Với
mặt đường bê tông asphalt được xây dựng đúng, thường lỗ rỗng vào khoảng 6% ÷
8%. Độ rỗng dư sau khi xây dựng - dưới tác dụng của bánh xe, thông thường sẽ dần
dần nhỏ lại đạt mức giá trị thiết kế từ 3% ÷ 5%. Tuy nhiên, nếu lớp bê tông asphalt
không được đầm chặt đầy đủ trong quá trình xây dựng, tác dụng của bánh xe khai
thác sẽ không làm giảm độ rỗng đạt tới giá trị thiết kế. Kết quả là mặt đường sẽ bị
rỗng và thấm nước, dẫn đến hư hỏng.
2

Mỏi là hiện tượng nứt gãy dưới tác dụng của tải trọng lặp mà ở đó trị số lớn
nhất của ứng suất nhỏ hơn cường độ chịu kéo của vật liệu. Theo đó các vết nứt vi
mô trong bê tông asphalt bắt đầu xuất hiện. Các vết nứt này phát triển dần và liên kết
lại với nhau hình thành vết nứt lớn làm suy giảm cường độ, phá hoại lớp bê tông
asphalt. Lỗ rỗng trong hỗn hợp bê asphalt là tác nhân hình thành, phát triển các vết
nứt vi mô. Phá hoại mỏi là một trong những dạng phá hoại phổ biến của bê tông

asphalt.
Trong số những dạng phá hoại cơ bản của bê tông asphalt, lún vệt bánh xe
(rutting) chưa được áp dụng cụ thể trong phần lớn các phương pháp thiết kế kết cấu
áo đường mềm mà mới chỉ dừng lại ở mức áp dụng kiểm tra cường độ chống lún vệt
bánh trên mẫu vật liệu bê tông asphalt.
Phá hoại dạng nứt thì ở mức kém hơn, chưa có tiêu chuẩn chung cho cường
độ chống nứt của bê tông asphalt. Cũng đã có nhiều loại thí nghiệm nứt khác nhau
được thực hiện trên thế giới, tuy nhiên chưa có những nghiên cứu cụ thể để tìm ra
quy luật của nó.
Trượt là một dạng phá hoại phức tạp. Nó vừa liên quan đến nứt ở lớp liên kết
(nứt dạng 2 - dạng cắt) do vượt quá ứng suất giới hạn, vừa liên quan đến mỏi. Chưa
kể dạng phá hoại này chịu ảnh hưởng nhiều bởi các yếu tố phi tải trọng như: nước,
thay đổi nhiệt độ,
Trong các nghiên cứu nói chung về nứt vật liệu bê tông asphalt (cracking in
asphalt material) thì nứt mỏi (fatigue cracking) là một dạng nứt vi mô (micro-
cracking). Mỏi là dạng phá hoại được nghiên cứu khá nhiều. Nó đã trở thành dạng
thí nghiệm cơ bản cho vật liệu bê tông asphalt. Trên thế giới, nghiên cứu mỏi bê
tông asphalt phổ biến hơn so với nghiên cứu các dạng phá hoại khác cũng như ứng
dụng của chúng.
Để xây dựng chiến lược phát triển hệ thống giao thông đường bộ với kết cấu
áo đường mềm được sử dụng phổ biến thì việc nắm rõ các tính chất cơ học của loại
bê tông asphalt là hết sức cần thiết, nhất là những yếu tố liên quan đến độ bền mỏi.
2. Lý do chọn đề tài
3

Trong 4 mức độ xem xét khi đánh giá chất lượng một loại bê tông asphalt thì
mỏi là cấp độ cao nhất (1-độ chặt, 2-khả năng chống lún, 3-mô đun, 4-mỏi). Với 3
cấp độ 1, 2, 3 việc nghiên cứu ứng dụng vào thực tế đã rất phổ biến. Trên thế giới,
nứt mỏi là dạng phá hoại được định tính và định lượng một cách rõ ràng nhất thông
qua nhiều mô hình và thí nghiệm khác nhau. Nhiều nơi đã áp dụng kết quả nghiên

cứu mỏi vào khâu thiết kế hỗn hợp bê tông asphalt, thiết kế kết cấu áo đường mềm
với lớp bê tông asphalt đảm bảo điều kiện chịu mỏi. Qua đó chất lượng khai thác của
kết cấu áo đường mềm được kiểm soát, đảm bảo đạt yêu cầu cả về mặt cường độ lẫn
độ bền.
Trong khi đó, tại Việt Nam (VN), cho đến nay mỏi bê tông asphalt vẫn chưa
được triển khai nghiên cứu về mặt thực nghiệm một cách cụ thể. Các nghiên cứu về
độ bền mỏi bê tông asphalt còn hạn chế, hiện chỉ dừng ở mức tập hợp lý thuyết. Đây
là một lĩnh vực cần tiếp tục nghiên cứu hoàn thiện. Và vấn đề ứng dụng kết quả
nghiên cứu mỏi bê tông asphalt của thế giới vào VN cũng chưa thực sự được quan
tâm. Phương pháp thiết kế hỗn hợp bê tông asphalt (Marshall) và thiết kế kết cấu áo
đường mềm theo 22TCN 211-06 [9], 22TCN 274-01 [10] ở VN chưa xét đến yếu tố
mỏi bê tông asphalt một cách rõ ràng. Cụ thể chúng ta chưa có định lượng trong việc
thiết kế hỗn hợp bê tông asphalt đạt yêu cầu về khả năng chịu mỏi, cách kiểm toán
mỏi trong thiết kế kết cấu áo đường cần xem xét nghiên cứu thêm. Hơn nữa trong
nghiên cứu của tư vấn BCEOM năm 2006 cho thấy lượng xe quá tải hiện nay trên
các tuyến quốc lộ ở VN tăng cao (được nêu tại [3]), là nguyên nhân của những hư
hỏng. Do đó yếu tố độ bền cần phải được xem xét cho kết cấu và vật liệu, trong đó
có mỏi vật liệu bê tông asphalt.
Xuất phát từ thực tế đó, nghiên cứu sinh (NCS) thực hiện đề tài “Nghiên cứu
một số yếu tố ảnh hưởng đến độ bền mỏi bê tông asphalt làm lớp mặt đường tại Việt
Nam”.
3. Mục đích nghiên cứu
Đề tài nghiên cứu đặc tính nứt mỏi của vật liệu bê tông asphalt và tìm ra quy
luật cho phá hoại mỏi của nó ở các điều kiện thí nghiệm khác nhau. Từ đó tìm ra
4

một vài giải pháp về mặt vật liệu cho hỗn hợp bê tông asphalt đảm bảo khả năng
kháng mỏi tốt hơn.
Mong muốn kết quả nghiên cứu sẽ là cơ sở cho việc thiết kế hỗn hợp bê tông
asphalt và thiết kế kết cấu áo đường mềm có xét đến đặc tính mỏi của vật liệu bê

tông asphalt nhằm mục đích đảm bảo chất lượng khai thác cho kết cấu áo đường
mềm ở VN.
4. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
Với đề tài này, chúng ta sẽ tiến hành phân tích và thực hiện một số thí nghiệm
đánh giá bước đầu về độ bền mỏi của bê tông asphalt chặt loại hạt vừa (BTNC 12,5)
và loại hạt lớn (BTNC 19). Nghiên cứu chú trọng đến bê tông asphalt loại BTNC
12,5 - loại vật liệu phổ biến nhất làm lớp mặt kết cấu áo đường mềm (vật liệu này sẽ
được thực hiện trong điều kiện chế tạo, thi công và khai thác tại VN); đồng thời
nghiên cứu ảnh hưởng của một số loại bột khoáng (bột đá Andesit, bột CaCO
3
, bột
CaCO
3
+ xi măng) đến đặc tính chịu mỏi của bê tông asphalt.
Nghiên cứu về mỏi đòi hỏi phải có một chương trình thí nghiệm chi tiết, công
phu và tốn kém. Do vậy, các trung tâm nghiên cứu lớn trên thế giới hiện nay cũng
chưa thể thực hiện hết các kiểu thí nghiệm và đáp ứng mọi yêu cầu mong muốn.
Tiến hành nghiên cứu độ bền mỏi bê tông asphalt trong điều kiện còn nhiều
hạn chế của VN chắc chắn sẽ gặp không ít khó khăn. Đây là lĩnh vực mới mẻ, không
kế thừa nhiều từ các nghiên cứu trước. Vậy nên công trình nghiên cứu này chỉ tập
trung đánh giá đặc tính mỏi của bê tông asphalt loại thông thường với một số điều
kiện thí nghiệm nhất định.
5. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài
Các nhóm nghiên cứu trên thế giới đặc biệt quan tâm đến những chương trình
thí nghiệm mỏi mới đang được thực hiện. Nghiên cứu độ bền mỏi bê tông asphalt ở
VN là cần thiết và có ý nghĩa, bởi nó không chỉ phù hợp với xu hướng chung của thế
giới, mà còn phù hợp với thực tế VN là ngày càng xuất hiện nhiều các biến dạng, hư
hỏng trên mặt đường bê tông asphalt trong đó có nứt do mỏi.
5

Công trình nghiên cứu này bước đầu sẽ góp phần xây dựng hệ thống lý luận
về mỏi bê tông asphalt, giúp cho các nhà nghiên cứu, kỹ sư thiết kế công trình cũng
như các nhà quản lý xây dựng giao thông có thêm tài liệu tham khảo.
Kết quả nghiên cứu độ bền mỏi bê tông asphalt có thể được áp dụng vào trong
khâu thiết kế hỗn hợp bê tông asphalt, thiết kế kết cấu áo đường mềm ở VN. Cụ thể
kết quả này có thể áp dụng trong các lĩnh vực liên quan đến việc đảm bảo độ bền
mỏi và tuổi thọ khai thác cho kết cấu áo đường mềm, như:
- Thiết kế hỗn hợp bê tông asphalt, so sánh các loại bê tông asphalt khác nhau
theo tiêu chí độ bền mỏi, làm cơ sở lựa chọn vật liệu cho hỗn hợp bê tông asphalt
phát huy tốt khả năng chịu mỏi;
- Kiểm toán điều kiện mỏi cho lớp bê tông asphalt trong tính toán thiết kế kết
cấu áo đường mềm;
- Ứng dụng độ bền mỏi không chỉ cho phép xác định được tải trọng và lưu
lượng xe nặng cho phép, mà còn xác định được thời gian khai thác của kết cấu áo
đường;
- Đánh giá tuổi thọ mỏi lớp bê tông asphalt, từ đó xây dựng kế hoạch bảo
dưỡng sửa chữa kết cấu áo đường mềm.



6


TỔNG QUAN VỀ NGHIÊN CỨU MỘT SỐ YẾU TỐ Chương 1.
ẢNH HƯỞNG ĐẾN ĐỘ BỀN MỎI CỦA BÊ TÔNG ASPHALT

Khái niệm về phá hoại mỏi lần đầu tiên được giới thiệu trong thiết kế mặt
đường mềm tại Mỹ vào năm 1948 bởi Hveem và Carmany [34]. Hai nhà nghiên cứu
này đã nhận ra sự suy giảm khả năng làm việc của kết cấu áo đường mềm khi chịu
uốn lặp. Năm 1953, tại châu Âu, Nijboer và Van der Poel tiên phong trong các

nghiên cứu mỏi bê tông asphalt với thiết bị rung mặt đường [34]. Kể từ đó, phá hoại
mỏi chính thức được nghiên cứu và đưa vào ứng dụng trong thiết kế kết cấu áo
đường mềm.
1.1 Định nghĩa mỏi
Mỏi có thể được định nghĩa như là hiện tượng nứt gãy của vật liệu dưới tác
dụng của tải trọng trùng phục hoặc ứng suất thay đổi trong điều kiện giá trị cực đại
của ứng suất này nhỏ hơn cường độ chịu kéo của vật liệu.
Nguyên nhân mỏi có thể được xem xét bởi nội bộ vật liệu tồn tại các khiếm
khuyết, lỗ rỗng hoặc không đồng nhất gây ra các ứng suất tập trung, tiếp theo là xuất
hiện các chỗ nứt nhỏ dưới tác dụng của tải trọng lặp và dần dần các vết nứt nhỏ này
mở rộng ra. Vật liệu sẽ không ngừng bị giảm nhỏ phần diện tích hữu hiệu chịu ứng
suất, tạo nên sự giảm nhỏ từng bước mô đun độ cứng và cường độ. Kết quả là sự phá
hoại sau một số lần tác dụng của tải trọng lặp. Khả năng chống lại phá hoại mỏi của
vật liệu có thể biểu thị bằng giá trị của ứng suất lặp với số lần tác dụng của tải trọng
(độ bền mỏi) mà vật liệu có thể thu nhận được đến khi đạt đến phá hoại mỏi (N
f
).
1.2 Các dạng nứt do mỏi được nghiên cứu
Sự phá hoại do mỏi theo phương pháp cơ học - thực nghiệm có thể được tính
toán theo qui luật Miner (1959) như phương trình (1.1):