Nghiên cứu một số yếu tố ảnh hưởng đến biến dạng lún vệt bánh xe có xét đến đặc tính mỏi của bê tông nhựa chặt làm lớp mặt đường Việt Nam

i

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
BỘ GIAO THÔNG VẬN TẢI
VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ GIAO THÔNG VẬN TẢI

BÙI NGỌC HƯNG

NGHIÊN CỨU MỘT SỐ YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN
BIẾN DẠNG LÚN VỆT BÁNH XE CÓ XÉT ĐẾN
ĐẶC TÍNH MỎI CỦA BÊ TÔNG NHỰA CHẶT
LÀM LỚP MẶT ĐƯỜNG VIỆT NAM
Chuyên ngành : Kỹ thuật Xây dựng Công trình Giao thông
Mã số

: 62.58.02.05

TÓM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SỸ KỸ THUẬT

Hà Nội, 2016


ii

CÔNG TRÌNH NÀY ĐƯỢC HOÀN THÀNH TẠI
VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ GTVT

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:
1. PGS. TS. Vũ Đức Chính
2. GS. TS. Dương Học Hải

Phản biện 1: GS.TS. Vũ Đình Phụng
Phản biện 2: PGS.TS. Đào Văn Đông
Phản biện 3: PGS.TS. Bùi Phú Doanh

Luận án sẽ được bảo vệ trước Hội đồng chấm luận án cấp Viện
họp tại: Viện Khoa học và Công nghệ GTVT
vào hồi …. giờ …. ngày …. tháng …. năm 2016

Có thể tìm hiểu luận án tại thư viện:
1. Thư viện Quốc gia
2. Thư viện Viện Khoa học và Công nghệ GTVT


iii

Research on Impact of Essential Factors on Rutting in concern to
Fatigue Properties of Dense-graded Hot Mix Asphalt for Pavement
Construction in Vietnam
Abstract:
In recent years, rut damages have appeared in the pavements of many
national highways under high-volume and heavy traffic activities that has caused
to not only the un-safety to drivers but also the urgency by inhabitants. Multiple
experts from domestic research and development institutes, such as the Institute of
Transport Science and Technology, the University of Transport and
Communication, have made a great effort in research and providing solutions to
mitigate the development of rutting. However, this phenomena has still occurred
even right after the roads were opened for traveling.
Hot mix asphalt concrete pavements need to be designed upon how to
mitigate rut damages and fatigue cracking caused by vehicle loading and air
temperature. If the asphalt concrete mix is designed inclining to improve rutting

resistance, it will intend to increase potential fatigue cracking in the pavement.
Therefore, it is necessary and urgent to explore the substance of rutting and
essential factors impact on it in order to give the solution to diminish the
development of rutting in hot mix asphalt pavements.
The Decision No. 858/QĐ-BGTVT, dated on March 26, 2014 promulgated
by Ministry of Transport for “Guidelines on applying current technical
specifications to enhance the quality management in design and construction of hot
mix asphalt pavements exposed under high-volume and heavy traffic activities”
(hereafter referred as QĐ 858), has been widely used in Vietnam. QĐ 858 provides
the requirements for “coarse aggregate gradation” (high rate of gravel) and “fine
aggregate gradation) (low rate of gravel), how to use “coarse gradation” for hot
mix asphalt (HMA) pavements under high-volume and heavy traffic activities and
how to design the aggregate gradation meets the S curse in order to diminish rutting
damages. Actually, a large number of contractors have abused this decision’s
requirement when using “excessively” coarse gradations for asphalt concrete
mixes. Consequently, there were many pavement sections exposed the nonuniform aggregate distribution and less enough quantity of bituminous cements that
was the causes of potential damages as raveling, permeability and fatigue cracking
resulting in the attenuation of pavement service life. Therefore, it is necessary to
assess the rate of “coarse gradation” for hot mix asphalt concrete by which the
appropriate “coarse gradations” are recommended for each type of aggregates and
bitumen so as, to mitigate rutting and improve fatigue resistance, hence to lengthen
the service life of asphalt pavement. In order to get these appropriate “coarse
gradation”, we need to make rutting and fatigue tests on all set of asphalt concrete


iv

samples based on aggregates with gradations in different coarse rates.
The dense-graded hot mix asphalt concrete is the research objective.We
concentrated and assessed these causes of rutting damages occurred in some

pavement sections. A litureature review was conducted for international and
Vietnamese researches on the performance of rutting and fatigue cracking in
asphalt concrete; testing methods and equiment for empirical study.
These tests was conducted on the sets of asphalt concrete samples inculding
BTNC 12,5and BTNC 19 with different rates of “coarse aggregate gradations”
according to QĐ 858/QĐ-BGTV and types of bitumen cements (40/50, 60/70 and
PMBIII). Based on the resutls of rutting and fatigue tests and design of experiments
(DOE), the appropriate “coarse aggregate gradations” were provided.
The research results are:
- A summarization of recent related researches that can be used as a technical
reference for designers and engineers
- Recommendations based on the empirical study for the rate of “coarse
aggregate gradations” appropriate to design asphalt concrete mixes used different
types of bitumen cements (as 40/50, 60/70 and PMBIII). That is useful experience
for contractors in selecting the suitable gradation for asphalt concrete mixes in order
to simultaneously dinimish rutting damages and fatigue cracking.
- Recommendations on selecting the suitable gradation for asphalt concrete
mixes and the fatigue resistance based laboratorial testing on BTNC 12,5 used
bitumen 60/70; and modifications in the rutting depths to BTNC 12,5 and BTNC
19 designed according to QĐ 858/ QĐ-BGTVT contribute to complete the
engineering foundation for hot mix asphalt design and also to improve the
pavement quality management concerned to mitigate rutting damages and fatigue
cracking.
The dissertation including four main contents without the introduction and
conclusions as following:
- Chapter 1: Literature review on dense-graded asphalt concrete performance
concerned to rutting and fatigue properties.
- Chapter 2: Assessment of rutting causes based on field survey results.
- Chapter 3. Empirical study on typical asphalt concrete samples concernced
to rutting and fatigue properties

- Chapter 4. Solutions to disminish rutting damages and improve the fatigue
resistance for dense-graded hot mix asphalt concrete.


1

MỞ ĐẦU
Các da ̣ng hư hỏng mă ̣t đường bê tông nhựa (BTN) điể n hiǹ h phát sinh trong
quá triǹ h khai thác làm ảnh hưởng đế n công năng của mă ̣t đường đươ ̣c thế giới
tổ ng kế t bao gồm: lún vê ̣t bánh xe (LVBX); nứt do mỏi; nứt do nhiê ̣t. Do điề u kiê ̣n
khí hâ ̣u Viê ̣t Nam, nhiê ̣t đô ̣ không khí không quá thấ p vào mùa la ̣nh nên hư hỏng
đă ̣c thù của mă ̣t đường bê tông nhựa Viê ̣t Nam chủ yế u là lún vê ̣t bánh xe (LVBX)
và nứt do mỏi.
LVBX là hiện tượng tích lũy biến dạng không hồi phục của các lớp BTN mặt
đường do ảnh hưởng của phương tiê ̣n xe lưu thông và nhiê ̣t đô ̣ môi trường gây ra
trong quá trình khai thác. LVBX là da ̣ng hư hỏng điể n hình của biến dạng vĩnh cửu
(thuật ngữ tiếng Anh go ̣i là Permanent Deformation). Trong nhiề u trường hơ ̣p,
thuâ ̣t ngữ LVBX cũng đồ ng nhấ t với thuâ ̣t ngữ biế n da ̣ng viñ h cửu.
Nứt do mỏi của BTN xảy ra là do tác đô ̣ng của của tải tro ̣ng trùng phu ̣c gây
ra trong quá triǹ h khai thác. Khi ứng suất kéo uốn do tải trọng trùng phu ̣c gây ra
trong lớp vật liệu BTN lớn hơn cường đô ̣ kéo uốn của vật liệu BTN, mă ̣t đường
BTN xuấ t hiê ̣n nứt do mỏi.
2. Mục đích nghiên cứu
Nghiên cứu đánh giá mức đô ̣ thô của “cấ p phố i thô” cho BTN, qua đó khuyế n
nghi ̣“cấ p phố i thô” phù hơ ̣p ứng với loa ̣i cố t liê ̣u, loa ̣i nhựa đường nhằ m đảm bảo
lớp BTN vừa cải thiê ̣n LVBX, vừa cải thiê ̣n sức kháng mỏi để kéo dài tuổ i tho ̣. Kết
quả nghiên cứu sẽ là cơ sở cho việc thiết kế hỗn hợp bê tông nhựa chặt (BTNC)
nhằm tăng tuổi thọ và khả năng khai thác.
3. Đố i tươ ̣ng và pha ̣m vi nghiên cứu
Đố i tươ ̣ng nghiên cứu của luâ ̣n án là bê tông nhựa chă ̣t BTNC 12,5, BTNC

19 (qui định theo QĐ 858/QĐ-BGTVT [1]) rải nóng; nghiên cứu đánh giá nguyên
nhân gây LVBX của BTN trên mô ̣t số tuyế n đường có hư hỏng LVBX; nghiên cứu
đề xuấ t “cấ p phố i thô” phù hơ ̣p cho BTN sử du ̣ng các loa ̣i nhựa đường khác nhau
nhằ m giảm thiể u LVBX và nứt mỏi mă ̣t đường BTN.
4. Phương pháp nghiên cứu
Kết hợp giữa phương pháp nghiên cứu lý thuyết và thực nghiệm
5. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài nghiên cứu
Đưa ra kết quả nghiên cứu lý thuyế t về LVBX, nứt mỏi của BTN; các nhân
tố ảnh hưởng đế n LVBX, nứt mỏi; các giải pháp giảm thiể u LVBX, nứt mỏi trên
cơ sở tổ ng kế t các kế t quả nghiên cứu của thế giới trong những năm gầ n đây là tài
liê ̣u tham khảo cho các kỹ sư đường bô ̣, nâng cao kiế n thức áp du ̣ng trong thực tiễn
nhằ m giảm thiể u hư hỏng LVBX và nứt mỏi.
Kế t quả nghiên cứu thực nghiê ̣m đưa ra khuyế n nghi ̣về “cấ p phố i thô” phù


2

hơ ̣p cho BTN sử du ̣ng các loa ̣i nhựa đường khác nhau ta ̣o điề u kiê ̣n cho các nhà
thầ u xây dựng trong viê ̣c lựa cho ̣n cấ p phố i cho BTN ha ̣n chế cả LVBX cũng như
nứt mỏi.
6. Kết cấu luận án
Luận án trình bày trong 122 trang A4 gồm mở đầu, nội dung nghiên cứu
gồm 4 chương, kết luận và kiến nghị, tài liệu tham khảo và danh mục các công trình
đã công bố của tác giả.
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ LÚN VỆT BÁNH XE VÀ MỎI CỦA
BÊ TÔNG NHỰA CHẶT
Sư ̣ cầ n thiế t nghiên cứu lún vêṭ bánh xe và nứt mỏi của BTN
Quyết định số 858/QĐ–BGTVT [1] ngày 26/3/2014 của Bộ GTVT đang
đươ ̣c áp du ̣ng phổ biế n ở nước ta. QĐ 858/QĐ-BGTVT đã đưa ra quy đinh
̣ rõ về

“cấ p phố i thô” (nhiề u đá dăm), “cấ p phố i min”
̣ (it́ đá dăm) và áp du ̣ng “cấ p phố i
thô” cho mặt đường bê tông nhựa (BTN) có quy mô giao thông lớn; quy đinh
̣ về
thiết kế cấ p phố i cố t liê ̣u theo đường cong chữ S nhằ m giảm thiể u LVBX. Tuy
nhiên không it́ nhà thầ u xây dựng la ̣m du ̣ng quy đinh
̣ này, sử du ̣ng cấ p phố i quá
“thô” cho BTN dẫn đế n không ít đoa ̣n đường BTN có hiê ̣n tươ ̣ng phân bố cố t liê ̣u
không đồ ng đề u, quá it́ nhựa đường, dẫn đế n mă ̣t đường dễ bi,̣ bong tróc, thấ m
nước, nứt mỏi làm suy giảm tuổ i tho ̣. Vì vâ ̣y, viê ̣c nghiên cứu đánh giá mức đô ̣ thô
của “cấ p phố i thô” cho BTN, qua đó khuyế n nghi ̣“cấ p phố i thô” phù hơ ̣p ứng với
loa ̣i cố t liê ̣u, loa ̣i nhựa đường là cầ n thiế t nhằ m đảm bảo lớp BTN vừa cải thiê ̣n
LVBX, vừa cải thiê ̣n sức kháng mỏi để kéo dài tuổ i tho ̣. Để có cơ sở đưa ra “cấ p
phố i thô” phù hơ ̣p, cầ n thiế t phải thí nghiê ̣m LVBX kế t hơ ̣p với thí nghiê ̣m mỏi
trên các tâ ̣p mẫu BTN với cấ p phố i cố t liê ̣u có mức đô ̣ “thô” khác nhau để đưa ra
các khuyến nghị, đề xuất nhằm giảm thiể u hư hỏng LVBX và nứt mỏi mă ̣t đường
BTN nước ta.
1.2. Lún vêṭ bánh xe
1.2.1. Các dạng lún vệt bánh xe
Có 3 dạng LVBX phổ biến đó là: LVBX do BTN bi ̣ chảy dẻo (Instability
Rutting - Plastic Flow); LVBX do kết cấu (Structural Rutting); và LVBX ta ̣i lớp
mặt BTN (Surface/Wear Rutting) [27]. Trong đó LVBX do BTN bi chảy
dẻo là hư
̣
hỏng chủ yế u của mă ̣t đường BTN và đươ ̣c thế giới tâ ̣p trung nghiên cứu nhằ m đưa
ra các giải pháp khắ c phu ̣c.
1.1.


3

LVBX do BTN bi ̣chảy dẻo

LVBX do kết cấu

LVBX ta ̣i lớp mặt BTN

Hình 1-1. Các dạng hư hỏng lún vệt bánh xe [27]
1.2.2. Các phương pháp thí nghiệm lún vệt bánh xe
Có nhiề u phương pháp thí nghiê ̣m LVBX cho BTN đươ ̣c nghiên cứu áp du ̣ng
trên thế giới. Có thể phân loa ̣i các phương pháp thí nghiê ̣m này theo các nhóm sau:
- Nhóm 1: xác đinh
̣ trực tiế p chiề u sâu LVBX trên mă ̣t đường BTN hoă ̣c trên
mẫu BTN dưới tác đô ̣ng của tải tro ̣ng lă ̣p của bánh xe thí nghiê ̣m và nhiê ̣t đô ̣ của
mẫu. Điể n hiǹ h là các phương pháp thí nghiê ̣m xác đinh:
̣ LVBX loa ̣i lớn (full scale)
là Accelerated Load Testing (ALT); LVBX loa ̣i nhỏ (small scale) bao gồ m,
Hamburg Wheel-Tracking (HWTD); French Pavement Rutting (FRT) và Asphalt
Pavement Analyzer (APA).
- Nhóm 2: xác đinh
̣ LVBX (biế n da ̣ng viñ h cửu) thông qua xác đinh
̣ sức
kháng cắ t trươ ̣t của mẫu BTN. Điể n hình các phương pháp thí nghiê ̣m: của
Superpave (My)̃ ; của trường đa ̣i ho ̣c Nottingham (vương quố c Anh); của CHLB
Nga.
1.2.3. Các phương pháp dự báo lún vệt bánh xe
Có một số phương pháp dự báo LVBX điển hình như sau:
- Phương pháp đánh giá tuổi thọ kết cấu mặt đường trên cơ sở tiêu chuẩn
LVBX;
- Phương pháp thiế t kế cơ học - thực nghiệm;

- Phương pháp của chương trình nghiên cứu chiến lược đường ô tô SHRP;
- Phương pháp của Shell sử dụng tiện ích SPDM.
1.2.4. Các phương pháp xác định lún vệt hằn bánh xe ngoài hiện trường
- Phương pháp đo đạc mặt cắt ngang mặt đường (Transverse Surface Profile);
- Phương pháp sử dụng thước đo theo ASTM E1703/E1703M;
- Phương pháp sử dụng thiết bị laser để đo lún vệt hằn bánh xe.
1.3. Nứt do mỏi
Nứt do mỏi thường xảy ra vào mùa có nhiê ̣t đô ̣ môi trường trung bình (nhiê ̣t
đô ̣ trung gian giữa nhiê ̣t đô ̣ cao nhấ t và thấ p nhấ t xảy ra trong năm). Ta ̣i nhiê ̣t đô ̣
trung gian, BTN có xu hướng cứng hơn và giòn hơn so với khi nhiê ̣t đô ̣ cao nên
dưới tác đô ̣ng của tải tro ̣ng lă ̣p, BTN có xu hướng bi nư
̣ ́ t do mỏi. Hình ảnh nứt mỏi
điể n hình thường có da ̣ng "da cá sấu".


4

1.3.1. Phương pháp thí nghiê ̣m mỏi BTN theo mô hình uố n dầ m 4 điểm
Mă ̣c dù có nhiề u mô hiǹ h nghiê ̣m mỏi BTN đươ ̣c phát triể n trên thế giới như:
- Mô hình uố n dầ m, bao gồ m các phương pháp: thí nghiê ̣m uốn dầm 2 điểm,
uốn dầm 3 điểm, uốn dầm 4 điểm, uốn dầm 5 điểm và uốn dầm trên nền đàn hồi.
- Mô hiǹ h kéo (nén), bao gồ m các phương pháp: kéo (nén) mẫu đúng tâm
do ̣c tru ̣c, ép chẻ (kéo gián tiếp), kéo (nén) lê ̣ch tâm.
Tuy nhiên hiê ̣n nay, phương pháp thí nghiê ̣m mỏi BTN theo mô hình uố n
dầ m 4 điểm được sử dụng rộng rãi nhất trên thế giới. Vì vâ ̣y, luâ ̣n án chỉ tâ ̣p trung
phân tích thí nghiê ̣m mỏi theo mô hình uố n dầ m 4 điểm.
Các thông số quan trọng ảnh hưởng tới thí nghiệm mỏi gồm:
- Nhiê ̣t đô ̣ thí nghiê ̣m mỏi: Trong tiêu chuẩn ASTM D7460-10 [41] có
khuyến cáo, nhiệt độ thí nghiệm độ bền mỏi thường được lấy là 20 0C (đây là nhiệt
độ cực hạn được lựa chọn cho hầu hết các vùng của nước Mỹ, trong đó có các bang

khu vực phía Nam nước Mỹ như: Arkansas, Louisiana, Mississippi, Oklahoma và
Texas có khí hậu khá tương đồng với khí hậu Việt Nam).
- Tầ n số tải thí nghiê ̣m mỏi: Theo khuyến cáo trong tiêu chuẩn ASTM
D7460-10 [41] tần số tải thí nghiệm thường được đặt trong phạm vi từ 5 Hz đến 10
Hz và thông thường lấy với tần số 10 Hz.
- Chế độ thí nghiệm mỏi: Thí nghiệm mỏi thường được thực hiện theo các
chế độ khống chế ứng suất (ứng suất không đổi) và khống chế biến dạng (biến dạng
không đổi) dưới tác dụng của tải trọng.
1.3.2. Phương pháp dự báo tuổ i thọ mỏi của bê tông nhựa
Các kết quả nghiên cứu về mỏi BTN trên thế giới đều chỉ ra được mối
tương quan giữa biến dạng/ứng suất với số lần tác dụng của tải trọng làm phá hoại
vật liệu. Những kết quả đó được ứng dụng để lựa chọn kết cấu áo đường có lớp
BTN đảm bảo tuổi thọ mỏi.
1.4. Các yếu tố ảnh hưởng đế n lún vệt bánh xe và nứt mỏi của bê tông nhựa
Các yế u tố ảnh hưởng đế n LVBX và nứt mỏi của BTN đươ ̣c thế giới tổ ng
kế t phân thành hai nhóm:
- Nhóm liên quan đế n BTN bao gồ m: cố t liê ̣u (cố t liê ̣u thô – đá dăm, cố t liê ̣u
miṇ – cát); nhựa đường; thiế t kế thành phầ n BTN; thi công lớp BTN.
- Nhóm liên quan đế n lưu lươ ̣ng xe, tải tro ̣ng xe, nhiê ̣t đô ̣ môi trường.


5

Bảng 1-1. Các yếu tố ảnh hưởng đến LVBX và mỏi của của BTN [31]

1.5. Các kết quả nghiên cứu liên quan đế n LVBX và nứt mỏi của BTN
1.5.1. Trên thế giới
Để giảm thiể u tác đô ̣ng bấ t lơ ̣i của LVBX, nứt mỏi gây ra trên mă ̣t đường
BTN, thế giới triể n khai đồ ng bô ̣ các nhóm giải pháp sau: (1). Nhóm giải pháp về
thiế t kế kế t cấ u; (2). Nhóm giải pháp về BTN; (3). Nhóm giải pháp về thi công; (4).

Nhóm giải pháp về kiể m soát tải tro ̣ng xe.
1.5.2. Tại Việt Nam
1.5.2.1. Tiêu chuẩn kỹ thuật, văn bản pháp quy
(1). TCVN 8819:2011 - Tiêu chuẩ n thi công và nghiê ̣m thu mă ̣t đường BTN [8].
(2). Quyết định số 858/QĐ–BGTVT ngày 26/3/2014 của Bộ GTVT [1] “Hướng


6

dẫn áp dụng hệ thống các tiêu chuẩn kỹ thuật hiện hành nhằm tăng cường quản lý
chất lượng thiết kế và thi công mặt đường BTN nóng đối với các tuyến đường ô tô
có quy mô giao thông lớn”.
(3). Quyết định số 1617/QĐ-BGTVT ngày 29/4/2014 “Quy định kỹ thuật về
phương pháp thử độ sâu vệt hằn bánh xe của BTN xác định bằng thiết bị Wheel
tracking" [4].
(4). 22 TCN 319 - 04 - Yêu cầ u kỹ thuâ ̣t, phương pháp thử nhựa đường polime [10].
1.5.2.2. Đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ
(1). Đề tài nghiên cứu cấp Bộ GTVT 2009 “Nghiên cứu biến dạng kéo dài của mặt
đường BTN và đề xuất phương pháp xử lý” [6] do ThS.Bùi Ngo ̣c Hưng làm chủ
nhiệm đề tài..
(2). Đề tài nghiên cứu cấp Bộ GTVT 2014 “Nghiên cứu lựa cho ̣n kế t cấ u và vâ ̣t
liê ̣u cho kế t cấ u áo đường mề m trên các tuyế n đường có xe tải tro ̣ng nă ̣ng phù hơ ̣p
với điề u kiê ̣n nhiê ̣t ẩ m” [23] do PGS.TS. Vũ Đức Chính làm chủ nhiệm đề tài.
1.5.2.3. Luận án tiế n sỹ
(1). Luận án tiến sỹ “Nghiên cứu một số yếu tố ảnh hưởng đến độ bền mỏi bê tông
asphalt làm lớp mặt đường tại Việt Nam” của tác giả Trần Thiện Lưu (luâ ̣n án bảo
vê ̣ thành công vào tháng 5/2015 ta ̣i Trường Đa ̣i ho ̣c Giao thông vâ ̣n tải) [7].
(2). Luận án tiến sỹ “Nghiên cứu ảnh hưởng cốt sợi thủy tinh phân tán đến khả năng
chống mỏi và chống lún vệt bánh xe của bê tông asphalt trong điều kiện Việt Nam”
của tác giả Vũ Phương Thảo (luâ ̣n án bảo vê ̣ thành công vào tháng 5/2015 ta ̣i

Trường Đa ̣i ho ̣c Giao thông vâ ̣n tải) [13].
1.6. Những vấn đề tồn tại cần giải quyết trong luận án
1.6.1. Về ảnh hưởng của mức độ thô của “cấ p phố i thô” đế n LVBX
“Cấ p phố i thô” áp du ̣ng cho BTN thường tỷ lê ̣ thuâ ̣n với khả năng kháng
LVBX, do đó, để đánh giá ảnh hưởng của mức đô ̣ “thô” của “cấ p phố i thô” đế n
chấ t lươ ̣ng mă ̣t đường BTN phải xem xét đế n ảnh hưởng kháng mỏi của BTN, theo
kế t quả phân tić h ta ̣i mu ̣c 1.2 và mu ̣c 1.3 thì ảnh hưởng của BTN đế n LVBX và
nứt mỏi là hai chỉ tiêu có xu thế ngươ ̣c nhau.
Vì vâ ̣y, luâ ̣n án lựa cho ̣n nô ̣i dung chiń h để nghiên cứu là ảnh hưởng của mức
đô ̣ thô của “cấ p phố i thô” của BTN đế n LVBX có xem xét đế n đô ̣ bề n mỏi của BTN
để đưa ra những khuyế n nghi ̣về mức đô ̣ thô của “cấ p phố i thô” phù hơ ̣p cho BTN
theo qui định tại QĐ 858/QĐ-BGTVT (BTNC 12,5; BTNC 19) với các loa ̣i nhựa
đường khác nhau, các loa ̣i cố t liê ̣u đá dăm điể n hiǹ h cho khu vực Miề n Bắ c..
1.6.2. Về nguyên nhân gây lún vệt bánh xe của mă ̣t đường bê tông nhựa xảy ra
trong những năm gầ n đây
Luâ ̣n án lựa cho ̣n nô ̣i dung đánh giá nguyên nhân gây LVBX trên mô ̣t số
tuyế n Quố c lô ̣ tại Viê ̣t Nam để nghiên cứu. Trên cơ sở kế t quả nghiên cứu trên thế
giới về những nguyên nhân gây ra LVBX, luâ ̣n án sử du ̣ng kế t quả kiể m đinh
̣ của


7

Viê ̣n Khoa ho ̣c và Công nghê ̣ GTVT để phân tích, đưa ra nguyên nhân.
1.6.3. Về ảnh hưởng liên quan đến đồng thời lún vệt bánh xe và độ bền mỏi của
bê tông nhựa
Để có thể phân tić h đánh giá nguyên nhân hư hỏng LVBX trên mô ̣t số tuyế n
đường trong nước gầ n đây cũng như đánh giá đươ ̣c ảnh hưởng của mức đô ̣ “thô”
của cấ p phố i cố t liê ̣u BTN theo QĐ 858/QĐ-BGTVT [1] cầ n thiế t phải nghiên cứu
các ảnh hưởng liên quan đế n đồ ng thởi cả LVBX và đô ̣ bề n mỏi của BTN trên cơ

sở tổ ng kế t các kế t quả nghiên cứu của thế giới trong những năm gầ n đây .
CHƯƠNG 2. PHÂN TÍCH NGUYÊN NHÂN HƯ HỎNG
LÚN VỆT BÁNH XE QUA KẾT QUẢ KHẢO SÁT HIỆN TRƯỜNG
2.1. Khảo sát hiện trường lún vệt bánh xe tại một số dự án
Trên cơ sở kết quả báo cáo kiểm định xác định nguyên nhân hư hỏng mặt
đường các dự án nâng cấp cải tạo Quốc lộ 1 đoạn qua địa phận tỉnh Ninh Bình,
Thanh Hóa, tuyến tránh Vinh (cầu Bến Thủy II), Quốc lộ 3 cũ [20].
Bảng 2-1: Kết quả khảo sát thực trạng hư hỏng LVBX tại một số dự án [20]
Tên dự án

Thời gian
khai thác

Chiều dài
kiểm định

Tháng
1/2011

Thời gian
kiểm
định
Tháng
7/2013

Dự án xây dựng
Quốc lộ 1A,
đoạn số 01

Dự án xây dựng

Quốc lộ 1A,
đoạn số 02

Tháng
12/2012

Tháng
7/2013

36,4 km

13,4 km

Tỷ lệ % chiều
dài hư hỏng
LVBX
Đoạn
1:
hướng
Hà
Nội–Ninh
Bình 63,2%;
hướng Ninh
Bình – Hà Nội
50%.
Đoạn
2:
hướng
Hà
Nội–Ninh

Bình 14,5%;
hướng Ninh
Bình–Hà Nội
67,8%.

Mức độ hư
hỏng
LVBX
Đoạn
1:
chiều sâu
LVBX lớn
nhất đạt 50
mm.
Đoạn
2:
chiều sâu
LVBX lớn
nhất
đạt
105 mm.

Hướng
Hà
Nội–Thanh
Hóa: 5,8%.

Chiều sâu
LVBX lớn
nhất đạt 44

mm.


8
Tên dự án

Thời gian
khai thác

Thời gian
kiểm
định

Chiều dài
kiểm định

Dự án xây dựng
Quốc lộ 1A,
đoạn số 03

Tháng
11/2012

Tháng
8/2013

0,9963 km

Dự án xây dựng
Quốc lộ 3 cũ,

đoạn số 04

Tháng
2/2013

Tháng
7/2013

12,2 km

Tỷ lệ % chiều
dài hư hỏng
LVBX
Hướng Thanh
Hóa–Hà Nội:
8,2%
Hướng
từ
Vinh-Hà
Tĩnh: 95,35%.
Hướng từ Hà
Tĩnh-Vinh:
95,35%.
Tỷ lệ đoạn
LVBX
làn
trong: 30,7%

Mức độ hư
hỏng

LVBX

Chiều sâu
LVBX lớn
nhất đạt 51
mm.

Chiều sâu
LVBX lớn
nhất đạt 55
mm.

2.2. Phân tích, đánh giá nguyên nhân hư hỏng lún vệt bánh xe tại một số dự
án điển hình
2.2.1. Phạm vi hư hỏng lún vệt bánh xe trong kết cấu mặt đường mềm
Phạm vi hư hỏng LVBX tại các dự án đường bộ được khảo sát chủ yếu xảy
ra tại 2 lớp BTN trong kết cấu mặt đường. Da ̣ng hư hỏng LVBX xảy ra là hằ n lún
do chảy dẻo BTN.
2.2.2. Thiếu chiều dầy các lớp kết cấu áo đường và dính bám kém
Với tỷ lệ không đạt yêu cầu cao về chiều dầy thiết kế của BTN lớp trên, BTN
lớp dưới, lớp móng cấp phối đá dăm lớp trên và lớp móng cấp phối đá dăm lớp
dưới, kết hợp với khả năng dính bám kém của các lớp BTN dẫn đến nguy cơ xuất
hiện nhanh hư hỏng LVBX.
2.2.3. Chất lượng thi công các lớp kết cấu áo đường tại các vị trí kiểm tra không
đảm bảo yêu cầu kỹ thuật
1) Chấ t lươ ̣ng thi công các lớp BTN của các đoa ̣n có hư hỏng nhìn chung
chưa đáp ứng yêu cầ u quy đinh
̣ nêu ta ̣i TCVN 8819:2011 [8] và theo QĐ 858/QĐBGTVT [1].
2) Những khiế m khuyế t trong thi công các lớp BTN chủ yế u liên quan đế n
thành phầ n ha ̣t và hàm lươ ̣ng nhựa.

3) Chấ t lươ ̣ng thi công các lớp móng CPĐD của các đoa ̣n có hư hỏng (và cả
các đoa ̣n chưa xuấ t hiê ̣n hư hỏng) nhin
̣ trong
̀ chung chưa đáp ứng yêu cầ u quy đinh,
đó vi pha ̣m chủ yế u liên quan đế n đô ̣ chă ̣t lu lèn và thành phầ n ha ̣t.
2.2.4. Lưu lượng và tải trọng trục xe


9

2.2.4.1. Lưu lượng xe
Từ kết quả khảo sát lưu lượng xe tính được lưu lượng xe con quy đổi/ngày
đêm thực tế trên tuyến lớn hơn dự báo trong hồ sơ thiết kế rất nhiều. Thành phần
xe khách, xe tải chở hàng hóa, vật liệu xây dựng và xe container... chiếm trên 47%57% thành phần dòng xe.
2.2.4.2. Tải trọng trục xe
Tải trọng trục xe trên các tuyến là rất lớn, tải trọng trục lớn nhất lên đến 27,23
tấn. Tải trọng trục lớn hơn 10 tấn chiếm từ 20,11% đến 25,71%; tải trọng trục lớn
hơn 12 tấn chiếm trên 15% đến 50,87% (tại các dự án này, tải trọng trục tiêu chuẩn
thiết kế là 10 tấn). Mức độ vượt tải so với quy định của [21] và [22] là rất lớn.
2.2.4.3. Lựa chọn mô đun đàn hồi yêu cầu (Eyc)
Khi thiết kế kết cấu áo đường, trong hồ sơ thiết kế chỉ khảo sát lưu lượng xe,
không khảo sát tải trọng trục xe và sử dụng tải trọng trục tiêu chuẩn 10 tấn để thiết
kế, kiểm toán kết cấu áo đường. Trên cơ sở lưu lượng và tải trọng xe thực tế khảo
sát, đã kiểm toán lại các kết cấu mặt đường tại các dự án nêu trên đều cho thấy Eyc
thực tế rất lớn so với giá trị thiết kế với Eyc = 140 MPa đến 160 MPa.
2.2.5. Nhiệt độ không khí và nhiệt độ mặt đường khu vực khảo sát
Qua điều tra, khảo sát khu vực các dự án, thời tiết nóng nhất trong năm tập
trung vào từ tháng 5 đến tháng 8 với nhiệt độ không khí cao nhất từ 38 0C đến 41,1
0
C, khi đó nhiệt độ bề mặt mặt đường BTN có thể đạt cao nhất từ 54,7 0C đến 68,5

0
C. Đây là tác nhân không nhỏ làm tăng nhanh LVBX mặt đường.
CHƯƠNG 3. NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM VỀ LÚN VỆT BÁNH XE
VÀ MỎI CỦA BÊ TÔNG NHỰA CHẶT ĐIỂN HÌNH
3.1. Mục đích và nội dung nghiên cứu thực nghiệm trong phòng
3.1.1. Mục đích
(1). Đánh giá hưởng của mức đô ̣ ”thô” của cấp phối cốt liệu BTN, với các
loa ̣i đá dăm phổ biế n ta ̣i khu vực phiá Bắ c, với loa ̣i nhựa đường khác nhau (60/70;
40/50; PMB III) đến khả năng kháng LVBX của mẫu BTN và kiểm chứng độ bền
mỏi của mẫu; (2). Lập tương quan thực nghiệm giữa chỉ tiêu LVBX và độ bền mỏi
của BTN tương ứng với từng nguồn gốc đá dăm, mức đô ̣ ”thô” của cấp phối cốt
liệu và loại nhựa đường; (3). Rút ra đươ ̣c những khuyế n nghi liên
quan đế n mức đô ̣
̣
”thô” của cấp phối cốt liệu BTN ứng với các loa ̣i nhựa đường.
3.1.2. Các nội dung nghiên cứu thực nghiệm
(1). Cho ̣n loa ̣i BTNC 12,5 và BTN 19 với 3 loa ̣i cấ p phố i có mức đô ̣ ”thô”
khác nhau (it́ thô, thô vừa, rấ t thô), sử du ̣ng 03 loa ̣i nhựa đường khác nhau (nhựa
60/70; nhựa 40/50; nhựa PMB III), sử du ̣ng 02 loa ̣i đá phổ biế n (đá bazan và đá
vôi) để thiế t kế hỗn hơ ̣p BTN, xác đinh
̣ hàm lươ ̣ng nhựa tố i ưu; (2). Sử du ̣ng số liê ̣u


10

thiế t kế của các loa ̣i BTN để chế ta ̣o các mẫu BTN da ̣ng tấ m. Thí nghiệm LVBX
của các mẫu BTN bằ ng thiết bị Hamburg Wheel Tracker theo phương pháp A, phù
hợp với Quyết định số QĐ 1617 [4]; (3). Chế ta ̣o các mẫu dầm BTN từ các mẫu
BTN dạng tấm. Thí nghiệm độ bền mỏi theo tiêu chuẩn ASTM D7460-10 [39] trên
thiết bị kiểu uốn dầm 4 điểm –4BPT. Stand Alone Four Point Bending Machine.

3.1.3. Phân tích lựa chọn thông số đầu vào
3.1.3.1. Lựa chọn cấ p phố i theo mức độ”thô” và thiế t kế cấ p phố i theo đường cong
chữ S
(1). Về tiêu chuẩ n áp du ̣ng: Theo hướng dẫn ta ̣i QĐ 858/QĐ-BGTVT [1] và
có xem xét đế n TCVN 8819:2011 [8]; (2) Về cấ p phố i thô: Theo hướng dẫn ta ̣i QĐ
858/QĐ-BGTVT; (3). Về thiế t kế thành phần hạt theo dạng đường cong chữ S.
3.1.3.2. Lựa chọn vật liê ̣u
(1). Đá dăm: Đá vôi ta ̣i Mỏ Kinh Môn – Thống Nhất – Hải Dương; đá bazan
tại Mỏ Sunway - Hòa Thạch - Quốc Oai - Hà Nội; (2). Cát: lựa chọn loa ̣i cát nghiề n
lấy từ đá mạt của mỏ đá Sunway và mỏ Thống nhất tương ứng với các đá dăm
tương ứng để chế tạo mẫu thí nghiệm; (3). Bô ̣t đá: lựa cho ̣n bô ̣t đá vôi từ cơ sở sản
xuấ t ta ̣i Hà Nam, có trữ lươ ̣ng lớn và đang đươ ̣c sử du ̣ng ta ̣i nhiề u dự án; (4). Nhựa
đường: nhựa 60/70 (ADCo); nhựa 40/50(ADCo); nhựa Polime PMBIII
(Pertrolimex).
3.1.3.3. Lựa chọn độ rỗng dư bê tông nhựa để thí nghiệm lún vệt bánh xe và độ bền
mỏi
(1). Đô ̣ rỗng dư khi thí nghiê ̣m LVBX: nghiên cứu sinh cho ̣n đô ̣ rỗng dư 7%
để chế ta ̣o mẫu; (2). Đô ̣ rỗng dư khi thí nghiê ̣m độ bền mỏi: để có cơ sở đánh giá
khả năng mỏi có liên quan đế n LVBX, lựa cho ̣n đô ̣ rỗng dư 7%.
3.2. Lựa chọn thiết bị và các thông số thí nghiệm
3.2.1. Thí nghiệm lún vệt bánh xe
3.2.1.1. Thiết bị sử dụng
Là loại Hamburg Wheel Tracker do hãng Cooper Technology (Anh Quốc)
sản xuất, thí nghiệm LVBX theo tiêu chuẩn AASHTO-T324 [30], BS EN 1269722:2003 [48] và QĐ 1617/QĐ-BGTVT [4].
3.2.1.2. Thông số thí nghiệm
Thí nghiệm và tiêu chuẩn đánh giá theo phương pháp A trong môi trường
ngâm nước tại nhiệt độ thí nghiệm 50 0C theo QĐ 1617/QĐ-BGTVT [4]; Mẫu thí
nghiệm có dạng tấm hình chữ nhật được chế bị bằng cách sử dụng đầm lăn theo
phụ lục C của QĐ 1617/QĐ-BGTVT.
3.2.2. Thí nghiệm độ bền mỏi

3.2.2.1. Thiết bị sử dụng
Là thiết bị kiểu uốn dầm 4 điểm – 4PBT (Stand Alone Four Point Bending


11

Machine) do hãng Cooper Technology (Anh Quốc) sản xuất, thí nghiệm theo tiêu
chuẩn ASTM D7460-10 [41].
3.2.2.2. Luận chứng lựa chọn các thông số thí nghiệm
(1). Kích thước mẫu dầm: Mẫu được chế tạo từ mẫu bê tông nhựa đầm nén
theo phương pháp đầm lăn và được gia công để có kích thước theo qui định của
ASTM D7460-10 [41]; (2). Nhiệt độ thí nghiệm: lựa chọn một nhiệt độ thí nghiệm
độ bền mỏi tại 20 0C tương ứng với nhiệt độ dại diện cho nhiều vùng trong cả nước
và tần suất xuất hiện nhiều trong năm; (3). Tần số tải thí nghiệm: kiến nghị sử dụng
tải tác dụng dạng hình sin liên tục với 01 tần số tải thí nghiệm là 10 Hz; (4). Chế
độ thí nghiệm: kiến nghị lựa chọn chế độ thí nghiệm là khống chế biến dạng (phù
hợp khi mặt đường có chiều dầy lớp BTN nhỏ hơn 125mm); (5). Lựa chọn mức
biến dạng: Qua kết quả phân tích, tính toán, kiến nghị mức biến dạng được đề xuất
là 400 µ. Ký hiệu: µ, microstrain = strain ×10-6.
3.3. Thiết kế thực nghiệm
Sử dụng một số phép kiểm chứng thống kê trên cơ sở số liệu thí nghiệm để
chứng minh mối tương quan các yếu tố tác động đến chiều sâu LVBX.
Y = F (X)
(1.1)
Trong đó: Y là biến phụ thuộc; X là biến độc lập.
Biến phụ thuộc Y là chiều sâu LVBX (mm) tại số lần tác dụng tải {15000;
20000; 40000}.
Các biến độc lập ảnh hưởng tới các biến phụ thuộc Y bao gồm:
X1: Nguồn gốc đá dăm, X1={đá bazan; đá vôi}.
X2: Loại BTN, X2={BTNC19; BTNC12,5}.

X3: Cấp phối cốt liệu, X3={ Thô ít, Thô vừa, Rất thô,}.
X4: Loại nhựa, X4 = {40/50; 60/70; PMBIII}.
Kết quả kiểm chứng các giả thuyết tương quan giữa biến độc lập và biến phụ
thuộc thông qua phân tích phương sai (ANOVA) được thể hiện chi tiết tại mục 3.8.
3.4. Thí nghiệm các chỉ tiêu cơ lý của vật liệu phục vụ công tác thiết kế bê
tông nhựa
- Cốt liệu (đá): thỏa mãn yêu cầu kỹ thuật của TCVN 8819:2011 và QĐ
858/QĐ-BGTVT;
- Cát nghiền (cốt liệu mịn): thỏa mãn yêu cầu kỹ thuật của TCVN 8819:2011
và QĐ 858/QĐ-BGTVT;
- Bột khoáng: thỏa mãn yêu cầu kỹ thuật của TCVN 8819:2011 và QĐ
858/QĐ-BGTVT;
- Nhựa đường: thỏa mãn yêu cầu kỹ thuật của TCVN 7493:2005 [12] và 22
TCN 319-04 [10];
3.5. Thiết kế thành phần hỗn hợp bê tông nhựa


12

3.5.1. Lựa chọn cấ p phố i
Cấp phối BTN được thiết kế với 03 loại cấp phối có thành phần hạt dạng
đường cong chữ S trong vùng thô theo QĐ 858/QĐ-BGTVT:
- BTNC 12,5: Cấp phối (1) – (Cấp phối ít thô); Cấp phối (2) – (Cấp phối thô
vừa); Cấp phối (3) – (Cấp phối rất thô). Chi tiết xem Hình 3-1.
-BTNC 19: Tương tự như phương pháp luâ ̣n thiế t kế BTNC 12,5, cấp phối
cốt liệu được thiết kế với 03 loại cấp phối có thành phần hạt dạng đường cong chữ
S: Cấp phối (4) – (Cấp phối ít thô); Cấp phối (5) – (Cấp phối thô vừa); Cấp phối
(6) – (Cấp phối rất thô). Chi tiết xem Hình 3-1.
3.5.2. Thiế t kế thành phầ n hỗn hợp
Quá trình lựa chọn hàm lượng nhựa cho mỗi cấp phối BTNC 12,5 và BTNC

19 được thực hiện theo qui định của TCVN 8820:2011 [10]. Các chỉ tiêu thiết kế
của hỗn hợp bê tông nhựa được thể hiện trong Bảng 3-1 và Bảng 3-2

Hình 3-1: Thành phần hạt của 03 loại cấp phối thí nghiệm BTNC 12,5 và BTC 19
Bảng 3-1: Các chỉ tiêu thiết kế của hỗn hợp BTNC 12,5
Loại BTNC 12,5
Các chỉ tiêu
Cấp phối ít
Cấp phối thô
Cấp phối thô
T
thiết kế hỗn
Loại
thô (1)
vừa (2)
nhiều (3)
T
hợp bê tông
nhựa
Đá
Đá
Đá
Đá
Đá
Đá
nhựa
bazan
vôi
bazan
vôi

bazan
vôi
60/70
5.0
4.6
4.9
4.5
4.75
4.3
Hàm
lượng
1
40/50
5.1
4.7
5.0
4.6
4.85
4.4
nhựa, %
PMIII
5.2
4.8
5.1
4.7
4.95
4.5
60/70 2.520 2.420 2.525 2.424 2.527 2.430
Khối lượng thể
2

40/50 2.525 2.426 2.531 2.429 2.534 2.440
tích, g/cm3
PMIII 2.565 2.444 2.570 2.450 2.573 2.453
60/70 4.05
3.90
4.11
4.02
4.15
4.07
Độ rỗng dư Va,
3
40/50 4.10
3.99
4.15
4.06
4.10
4.13
%
PMIII 4.17
4.05
4.13
4.10
4.20
4.14


13

T
T

Các chỉ tiêu
thiết kế hỗn
hợp bê tông
nhựa

4

Độ rỗng cốt
liệu, VMA, %

5

6
7

T
T

1

2

3

4

5

Loại

nhựa

60/70
40/50
PMIII
60/70
Độ rỗng lấp đầy
40/50
nhựa VFA, %
PMIII
60/70
Độ ổn định,
40/50
600C, kN
PMIII
Độ dẻo, 600C, 60/70
mm
40/50

Cấp phối ít
thô (1)
Đá
Đá
bazan
vôi
15.5
14.2
16.2
15.1
16.5

15.3
73.9
72.5
74.7
73.6
74.7
73.5
12.03 10.14
12.33 11.05
15.60 12.45
2.67
2.90
3.03
3.14

Loại BTNC 12,5
Cấp phối thô
vừa (2)
Đá
Đá
bazan
vôi
16.3
14.7
16.8
15.5
16.9
16.0
74.8
72.7

75.3
73.8
75.6
74.4
12.35 10.64
12.67 11.34
15.80 12.89
2.80
2.70
3.12
3.33

Cấp phối thô
nhiều (3)
Đá
Đá
bazan
vôi
16.7
15.5
16.9
15.9
16.9
16.3
75.1
73.7
75.7
74.0
75.1
74.6

12.68 10.84
13.01 11.61
15.94 12.77
2.50
2.72
3.05
3.34

Bảng 3-2: Các chỉ tiêu thiết kế của hỗn hợp BTNC 19
Loại BTNC 19
Các chỉ tiêu
Cấp phối ít thô Cấp phối thô
Cấp phối thô
thiết kế hỗn
Loại
(4)
vừa (5)
nhiều (6)
hợp bê tông
nhựa
Đá
Đá
Đá
Đá
Đá
Đá
nhựa
bazan
vôi
bazan

vôi
bazan
vôi
60/70
4.65
4.25
4.5
4.15
4.45
4.1
Hàm
lượng
40/50
4.75
4.35
4.6
4.25
4.55
4.2
nhựa, %
PMIII 4.85
4.45
4.7
4.35
4.65
4.3
60/70 2.523 2.424 2.529 2.433 2.535 2.436
Khối lượng thể
40/50 2.529 2.431 2.536 2.440 2.541 2.445
tích, g/cm3

PMIII 2.570 2.449 2.575 2.457 2.577 2.459
60/70
4.08
3.95
4.16
4.05
4.11
4.02
Độ rỗng dư Va,
40/50
4.11
3.92
4.10
4.01
4.16
4.18
%
PMIII 4.19
4.09
4.11
4.17
4.25
4.10
60/70
15.8
14.8
16.8
15.2
16.9
15.9

Độ rỗng cốt
40/50
16.6
15.7
16.9
15.9
17.3
16.3
liệu, VMA, %
PMIII 16.8
15.6
17.1
16.5
17.4
16.6
74.2
73.3
75.2
73.4
75.7
74.7
Độ rỗng lấp 60/70
đầy nhựa VFA, 40/50
75.2
75.0
75.7
74.8
76.0
74.4
%

PMIII 75.1
73.8
76.0
74.7
75.6
75.3


14

6

Độ ổn định,
600C, kN

7

Độ dẻo, 600C,
mm

60/70
40/50
PMIII
60/70
40/50
PMIII

12.34
12.52
15.76

2.61
3.08
3.66

10.32
11.22
12.61
2.97
3.10
3.89

12.15
12.42
15.61
2.66
3.32
3.41

10.77
11.64
12.69
2.75
3.39
3.85

12.81
13.15
15.44
2.44
3.21

3.55

10.41
11.80
12.97
2.78
3.39
3.42

3.6. Thí nghiệm lún vệt bánh xe
3.6.1. Đúc mẫu thí nghiệm
Sau khi thiết kế từng loại BTN theo qui định TCVN 8820:2011 [25] lựa chọn
hàm lượng nhựa thiết kế từ kết quả thiết kế hỗn hợp BTN để tiến hành đúc mẫu thí
nghiệm LVBX. Các mẫu thí nghiệm LVBX được đúc trên thiết bị đầm lăn theo phụ
lục C của QĐ 1617/QĐ-BGTVT [4].
3.6.2. Thí nghiệm lún vệt bánh xe
Tổng số lượng mẫu thí nghiệm LVBX: 36 tổ mẫu x 2 = 72 mẫu: BTNC 12,5:
36 mẫu ; BTNC 19: 36 mẫu .

Hình 3-2: Thực hiện thí nghiệm LVBX tại Viện KH&CN GTVT
Kết quả thí nghiệm LVBX của 03 loại BTNC 12,5 sử dụng đá dăm gốc bazan
và đá vôi với 03 loại nhựa khác nhau được thể hiện tại Hình 3-3.


15
Kết quả thí nghiệm LVBX của BTNC 12,5 và BTNC 19 tại 20000 lượt tác dụng với nhựa
đường 60/70, 40/50 và 40000 lượt tác dụng với nhựa đường PMBIII

Kết quả thí nghiệm LVBX của BTNC 12,5 và BTNC 19 tại 15000 lượt tác dụng với nhựa
đường 60/70, 40/50 và 40000 lượt tác dụng với nhựa đường PMBIII

14

14

12,5mm

12,5mm
12

12

BTNC 12,5

BTNC 19

BTNC 12,5

10

Độ sâu LVBX (mm)

Độ sâu LVBX (mm)

10

BTNC 19

8

6

8

6

4

4

2

2

0

0
CP1

CP2

Đá Bazan

CP3

CP1

CP2

Đá Vôi

CP3

CP4

CP5

Đá Bazan

CP6

CP4

CP5

CP6

Đá Vôi

CP1

CP2

Đá Bazan

CP3

CP1

CP2

Đá Vôi

CP3

CP4

CP5

Đá Bazan

CP6

CP4

CP5

CP6

Đá Vôi

Tại 15000 lần tác dụng tải cho nhựa 60/70, 40/50 và 40000

Tại 20000 lần tác dụng tải cho nhựa 60/70, 40/50 và

lần tác dụng tải cho nhựa PMBIII

40000 lần tác dụng tải cho nhựa PMBIII

Hình 3-3: Kết quả thí nghiệm LVBX của BTNC 12,5 và BTNC 19 với 3 loại nhựa
60/70, 40/50 và PMBIII cho loại đá dăm gốc bazan và đá vôi

3.7. Thí nghiệm độ bền mỏi
3.7.1. Chế bị mẫu thí nghiệm
Mẫu BTN cho thí nghiệm độ bền mỏi được chế tạo từ mẫu BTN đầm nén
theo phương pháp đầm lăn theo phụ lục C của QĐ 1617/QĐ-BGTVT [4] tại hàm
lượng nhựa thiết kế và độ rỗng dư 7%. Sau đó mẫu được gia công để có kích thước
(Chiều dài) x (Chiều rộng) x (Chiều dầy) = (380 mm x (63mm) x (50 mm) theo qui
định của ASTM D7460-10.
3.7.2. Thí nghiệm độ bền mỏi
Tổng số lượng mẫu thí nghiệm độ bền mỏi: 36 mẫu: BTNC 12,5: 18 mẫu;
BTNC 19: 18 mẫu.

Hình 3-4: Thực hiện thí nghiệm độ bền mỏi tại Trường Đại học GTVT
Kết quả thí nghiệm độ bền mỏi của 03 loại BTNC 12,5 sử dụng đá dăm gốc
bazan và đá vôi với 03 loại nhựa khác nhau được thể hiện tại Hình 3-5.


16
Kết quả thí nghiệm độ bền mỏi BTNC 12,5 và BTNC 19
250000
60/70-CP1
40/50-CP1
PMBIII-CP1
60/70-CP2
40/50-CP2
PMBIII-CP2
60/70-CP3
40/50-CP3
PMBIII-CP3
60/70-CP4
40/50-CP4

PMBIII-CP4
60/70-CP5
40/50-CP5
PMBIII-CP5
60/70-CP6
40/50-CP6
PMBIII-CP6

200000

Độ bền mỏi (chu kỳ)

BTNC12.5

BTNC19

BTNC12.5

BTNC19

150000

100000

50000

0
CP1

CP2

CP3

CP4

Đá Bazan

CP5

CP6

CP1

CP2

CP3

CP4

CP5

CP6

Đá Vôi

Hình 3-3: Kết quả thí nghiệm độ bền mỏi của BTNC 12,5 và BTNC 19 với 3 loại
nhựa 60/70, 40/50 và PMBIII cho loại đá dăm gốc bazan và đá vôi
3.8. Kiểm chứng các giả thuyết tương quan giữa biến độc lập và biến phụ
thuộc thông qua phân tích phương sai (ANOVA) và theo mô hình tuyến tính
tổng quát (GLM)

3.8.1. Cơ sở lý thuyết
Nghiên cứu sinh sử dụng phân tích sai phương ANOVA để đánh giá. Phương
pháp phân tích phương sai thực chất là bài toán kiểm định sự bằng nhau của nhiều
giá trị trung bình tổng thể.
3.8.2. Kết quả phân tích thông kê
Trên cơ sở các số liệu đầu vào, nghiên cứu sinh sử dụng phần mềm thống kê
MINITAB ứng với các số liệu chiều sâu LVBX tại 15000 lượt tác dụng tải, 20000
lượt tác dụng tải và 40000 lượt tác dụng tải. Mô tả chi tiết thống kê tập mẫu xem
Phụ lục 6. Từ kết quả phân tích thống kế, nhận xét:
- Có sử ảnh hưởng của cấp phối (thô ít, thô vừa và rất thô); nguồn gốc đá (đá
vôi và đá bazan); loại nhựa sử dụng (nhựa 60/70, 40/50, PMBIII) đến khả năng
kháng LVBX của BTNC (chiều sâu LVBX) tại 15000 lượt tác dụng tải, 20000 lượt
tác dụng tải và 40000 lượt tác dụng tải.
- Khả năng kháng LVBX của BTNC 12,5 và BTNC 19 phụ thuộc vào số lần
tải trọng lặp tích lũy, khi tải trọng tích lũy tăng, khả năng kháng LVBX của BTNC
12,5 và BTNC 19 có sự khác nhau.
3.9. Phân tích, đánh giá kết quả thí nghiệm
Trên cơ sở các kết quả thí nghiệm LVBX, độ bền mỏi nêu trên, có các đánh
giá, nhận xét sau:
(1). Về chỉ tiêu LVBX:
- Hỗn hợp BTNC 12,5 và BTNC 19 được thiết kế với cốt liệu đá dăm nguồn
gốc đá bazan (khu vực Quốc Oai – Hà Nội) và đá vôi (khu vực Kinh Môn – Hải


17

Dương), cát nghiền, cấp phối thô dạng đường cong chữ S (có độ góc cạnh của cốt
liệu thô đảm bảo yêu cầu), nhựa đường 60/70, nhựa đường 40/50, nhựa đường
PMBIII thỏa mãn chỉ tiêu qui định về độ sâu LVBX theo QĐ 1617/QĐ-BGTVT
[4].

- Khả năng kháng LVBX của BTNC 12,5 sử dụng đá dăm gốc bazan và gốc
đá vôi cơ bản là như nhau. Khả năng kháng LVBX đối với BTNC 19 sử dụng đá
dăm gốc đá vôi kém hơn so với đá gốc bazan (kém hơn từ 15%-50%).
- Các loa ̣i BTNC 12,5; BTNC 19 với cấ p phố i có mức đô ̣ thô khác nhau (ít
thô, thô vừa, rất thô) sử dụng nhựa đường 40/50; 60/70; PMBIII đề u thỏa mañ chỉ
tiêu LVBX theo quy đinh
̣ (nhỏ hơn 12,5 mm, 15000 lượt tác dụng tải ứng với
BTNC sử du ̣ng nhựa 60/70 và 40/50; nhỏ hơn 12,5 mm, 40000 lượt tác dụng tải tải
ứng với BTNC sử du ̣ng nhựa PMB III).
- Khả năng kháng LVBX của BTN giảm dần từ cấp phối rất thô, cấp phối
thô vừa và cấp phối ít thô.
- Khả năng kháng LVBX của BTNC 12,5; BTN 19 sử du ̣ng nhựa đường
40/50 cao hơn so với BTNC 12,5; BTN 19 sử du ̣ng nhựa đường 60/70 từ 1,5 lần
đến 2 lần.
(2). Xác lập được tương quan giữa chỉ tiêu LVBX và độ bền mỏi cho BTNC
12,5 sử dụng nhựa đường 60/70 cho đá dăm gốc bazan và đá vôi theo công thức:
- Với BTNC 12,5 đá dăm gốc bazan:
RDw = 0,0003*F – 5,1938 (R2 = 0,9348)
(3.5)
Với F > 17313
- Với BTNC 12,5 đá dăm gốc đá vôi:
RDw = 0,0004*F + 0,3269 (R2 = 0,9641)
(3.6)
- Với BTNC 19 đá dăm gốc bazan, nhựa đường 60/70:
RDw = 0,0004*F – 1,5041 (R2 = 0,9962)
(3.7)
Với F > 3761
- Với BTNC 19 đá dăm gốc đá vôi, nhựa 60/70:
RDw = 0,0008*F + 1,6017 (R2 = 0,8156)
(3.8)

(3). Về chỉ tiêu đô ̣ bề n mỏi:
- Trong cùng một loại BTNC (BTNC 12,5 và BTNC 19), độ bền mỏi của
BTNC có sử dụng đá dăm gốc Bazan (khu vực Quốc Oai – Hà Nội) cao hơn so với
đá vôi (khu vực Kinh Môn – Hải Dương) từ 30% đến 50%.
- Trong cùng các điều kiện thí nghiệm, khả năng kháng mỏi của BTNC 12,5;
BTNC 19 sử du ̣ng nhựa đường 60/70; 40/50; PMB III giảm theo mức đô ̣ thô của
cấ p phố i cố t liê ̣u.
- Trong cùng các điều kiện thí nghiệm, khả năng kháng mỏi của LVBX của
BTNC 12,5; BTN 19 sử du ̣ng nhựa đường 60/70 cao hơn so với BTNC 12,5; BTN
19 sử du ̣ng nhựa đường 40/50; Khả năng kháng mỏi của BTNC 12,5, BTNC 19 sử


18

dụng nhựa PMBIII có khả năng chịu mỏi cao hơn nhiều so với BTNC 12,5, BTNC
19 sử dụng nhựa 60/70 và 40/50.
CHƯƠNG 4. ĐỀ XUẤT CÁC GIẢI PHÁP NHẰM GIẢM THIỂU
LÚN VỆT BÁNH XE VÀ TĂNG ĐỘ BỀN MỎI CỦA BTN CHẶT
4.1. Đề xuất các giải pháp trong thiết kế hỗn hợp bê tông nhựa nhằm giảm
thiểu lún vệt bánh xe và tăng độ bền mỏi
4.1.1. Cấp phối cốt liệu
(1). Theo phân tích nêu trên, giá trị độ sâu LVBX của các mẫu thí nghiệm
BTNC 12,5 và BTNC 19 (đá dăm gốc bazan và đá vôi) có cấp phối qui định theo
QĐ 858/QĐ-BGTVT đều đạt yêu cầu (≤12,5mm) về tiêu chuẩn độ sâu LVBX theo
QĐ 1617/QĐ-BGTVT. Như vậy khi thiết kế BTNC 12,5 và BTNC 19 nhằm giảm
thiểu LVBX trên các tuyến đường có qui mô giao thông lớn, cần tuân thủ các qui
định sau:
- Lựa chọn cấp phối cốt liệu theo qui định của QĐ 858/QĐ-BGTVT ;
- Đường cong cấp phối thiết kế dạng chữ S để tạo ra được BTNC thô theo
qui định tại bảng 2 của QĐ 858/QĐ-BGTVT ;

- Sử dụng cát nghiền trong thành phần hỗn hợp BTN;
(2). Qua phân tích về khả năng kháng LVBX và độ bền mỏi nêu trên và đảm
bảo khả năng chống thấm nước, đề xuất chỉ sử dụng BTNC 12,5 làm lớp mặt trên
và BTNC 19 làm lớp dưới trong kết cấu mặt đường BTN.
(3). Theo các kết quả nghiên cứu trên thế giới và thực tế quan sát, hư hỏng
LVBX thường xuất hiện sớm hơn so với hư hỏng do mỏi trên mặt đường. Vì vậy
xét về yếu tố ưu tiên, cần thiết phải lựa chọn cấp phối, loại nhựa đường, loại hỗn
hợp BTN đảm bảo khả năng kháng LVBX, sau đó cân nhắc với khả năng kháng
mỏi để lựa chọn hỗn hợp BTN tối ưu.
(4). Đề xuất lựa chọn cấp phối thiết kế đảm bảo khả năng kháng LVBX và
độ bền mỏi cho BTNC 12,5 và BTNC 19 như sau:
- BTNC 12,5 có đá dăm gốc đá bazan:
Nhìn chung có thể lựa chọn cấp phối cho cả 3 loại nhựa đường 60/70, nhựa
đường 40/50 và nhựa đường PMB III cho các cấp phối theo qui định của QĐ
858/QĐ-BGTVT .
- BTNC 12,5 có đá dăm gốc đá vôi:
 Với nhựa đường 60/70: không nên lựa chọn cấp phối thiết kế đi phía
dưới đường “cấp phối rất thô" với cỡ sàng khống chế 2,36 mm theo qui
định của QĐ 858/QĐ-BGTVT .
 Với nhựa đường 40/50: nên lựa chọn cấp phối thiết kế đi gần xung quanh
đường "cấp phối ít thô" với cỡ sàng khống chế 2,36 mm theo qui định
của QĐ 858/QĐ-BGTVT .


19



Với nhựa đường PMBIII: có thể chọn cấp phối thiết kế đáp ứng với mọi
đường cong cấp phối theo QĐ 858/QĐ-BGTVT .

- BTNC 19 có đá dăm gốc đá bazan:
 Với nhựa đường 60/70: không nên lựa chọn cấp phối thiết kế đi phía
dưới đường “cấp phối rất thô" với cỡ sàng khống chế 2,36 mm theo qui
định của QĐ 858/QĐ-BGTVT.
 Với nhựa 40/50: cần cân nhắc lựa chọn "cấp phối thô" phù hợp nhằm
đảm bảo đồng thời điều kiện về giới hạn độ sâu LVBX và độ bền mỏi.
 Với nhựa PMBIII: có thể chọn cấp phối thiết kế đáp ứng với mọi đường
cong cấp phối theo QĐ 858/QĐ-BGTVT .
- BTNC 19 có đá dăm gốc đá vôi:
 Với nhựa 60/70: nên lựa chọn cấp phối thiết kế đi sát cận trên theo qui
định của QĐ 858/QĐ-BGTVT .
 Với nhựa 40/50: cần cân nhắc lựa chọn "cấp phối thô" thiết kế đảm bảo
đồng thời điều kiện về giới hạn độ sâu LVBX và độ bền mỏi. Trong từng
trường hợp cụ thể, có thể lựa chọn cấp phối phù hợp và điều chỉnh hàm
lượng nhựa, độ rỗng dư nhằm đảm bảo khả năng kháng mỏi của hỗn hợp
BTN.
 Với nhựa PMBIII: có thể chọn cấp phối thiết kế đáp ứng với mọi đường
cong cấp phối theo QĐ 858/QĐ-BGTVT .
4.1.2. Kết cấu mặt đường
Để kết cấu mặt đường đảm bảo đồng thời khả năng kháng LVBX và kháng
mỏi, đề xuất xem xét bổ sung vào tiêu chuẩn thiết kế mặt đường mềm Việt Nam
qui định khi thiết kế kết cấu mặt đường mềm đồng thời phải thiết kế hỗn hợp BTN
nhằm lựa chọn các thông số cho phù hợp với điều kiện tải trọng, nhiệt độ và khu
vực dự án.
4.1.3. Nhựa đường (bitum)
Đối với tuyến đường có qui mô giao thông lớn với mục đích giảm thiểu
LVBX, ngoài nhựa polime (PMBII, PMBIII) theo các khuyến cáo trước đây, có thể
lựa chọn nhựa 40/50 để sản xuất BTN. Tuy nhiên cần lưu ý đến độ bền mỏi của
BTN khi sử dụng nhựa đường 40/50 để thiết kế và lựa chọn cho phù hợp với từng
điều kiện cụ thể.

4.1.4. Chỉ tiêu độ bền mỏi
Như đã phân tích ở trên, độ bền mỏi là chỉ tiêu quan trọng cần được bổ sung
vào tiêu chuẩn về BTN (đây là chỉ tiêu quan trọng cùng với độ sâu LVBX đã được
nhiều nước trên thế giới qui định – chỉ tiêu Performance Test). Trước mắt từ kết
quả nghiên cứu của luận án, đề xuất chỉ tiêu độ bền mỏi như sau:
(1). Phương pháp thí nghiệm: uốn dầm 4 điểm theo ASTM D7460 – 10 [41]
(2). Thông số thí nghiệm độ bền mỏi:
- Nhiệt độ thí nghiệm: 20 0C;


20

- Tần số tải thí nghiệm: 10 Hz;
- Chế độ thí nghiệm: khống chế biến dạng, với mức biến dạng 400 .
(3). Để đánh giá khả năng kháng mỏi của kết cấu mặt đường mềm, cần thực
hiện đồng thời giữa thiết kế kết cấu mặt đường và thiết kế hỗn hợp BTN. Trong đó
xem xét đánh giá tuổi thọ mỏi thực tế của BTN kết hợp với kết quả thí nghiệm độ
bền mỏi trong phòng để xác định giá trị giới hạn độ bền mỏi trong phòng cho phù
hợp với điều kiện thực tế.
4.1.5. Tương quan giữa lún vệt bánh xe và độ bền mỏi
Trong khuôn khổ nghiên cứu của luận án, bước đầu đã đưa ra quan hệ giữa
chỉ tiêu LVBX và độ bền mỏi của BTN sử dụng nhựa đường 60/70 như công thức
(3.5), (3.6), (3.7), (3.8). Trên cơ sở tương quan này, có thể tham khảo để lựa chọn
hỗn hợp BTNC 12,5 và BTNC 19 cho phù hợp.
4.1.6. Hoàn thiện và bổ sung một số chỉ tiêu thí nghiệm khi thiết kế bê tông nhựa
Mặc dù phương pháp thiết kế BTN theo Marshall còn một số nhược điểm,
nhưng trước mắt với điều kiện của Việt Nam hiện nay, phương pháp thiết kế BTN
theo Marshall vẫn là lựa chọn để áp dụng. Tuy nhiên để bổ sung và khắc phục một
số khiếm khuyết của phương pháp Marshall khi thiết kế hỗn hợp BTN cho những
tuyến đường có qui mô giao thông lớn, xem xét một số nội dung sau:

- Hoàn thiện phương pháp thí nghiệm và chỉ tiêu qui định về LVBX khi thiết
kế BTN theo QĐ 1617/QĐ-BGTVT phù hợp với loại BTN, loại nhựa đường và qui
mô dự án. Trong đó bổ sung thí nghiệm LVBX cần phải thực hiện trong giai đoạn
thiết kế sơ bộ và giai đoạn thi công đại trà ngoài hiện trường.
- Thí nghiệm độ bền mỏi theo phương pháp uốn dầm 4 điểm (ASTM D7460–
10 [41]). Trong đó xem xét đánh giá tuổi thọ mỏi thực tế của BTN kết hợp với kết
quả thí nghiệm độ bền mỏi trong phòng để xác định giá trị giới hạn độ bền mỏi
trong phòng cho phù hợp với điều kiện thực tế.
- Hoàn thiện phương pháp thí nghiệm và chỉ tiêu qui định về độ bền mỏi phù
hợp theo từng vùng khí hậu và qui mô dự án.
4.2. Đề xuất điều chỉnh chỉ tiêu qui định thí nghiệm trong phòng về độ sâu
lún vệt bánh xe của bê tông nhựa
Trên cơ sở số liệu thống kê 568 kết quả thí nghiệm LVBX cho BTNC 12,5
và BTNC 19 (BTN được thiết kế theo QĐ 858/QĐ-BGTVT chiếm 85%) tại Viện
KH&CN GTVT của 18 dự án xây dựng đường bộ (Quốc lộ 1 đoạn Bình Định –
Phú Yên; Quốc lộ 1 đoạn Quảng Bình; Quốc lộ 1 đoạn Thừa Thiên Huế; Quốc lộ
20; Quốc lộ 6; Dự án đường cao tốc Hà Nôi – Lào Cai; Quốc lộ 25;…) thực hiện
từ đầu năm 2014 đến nay, xác định các thông số liên quan như Hình 4-1.


21

Hình 4-1: Biểu đồ tích lũy độ sâu LVBX
Nhận xét:
- Qua Hình 4-2, nhận thấy số mẫu có tích lũy xác suất 85% tương ứng với
độ sâu LVBX là 10 mm.
- Theo phương pháp luâ ̣n của tiêu chuẩn châu Âu (EN 13108-4) [32], tiêu
chuẩn của Pháp (NF EN 13108-1:2010) [34], viê ̣c quy đinh
̣ ngưỡng chiề u sâu
LVBX không quy đinh

̣ “cứng” như qui định của Mỹ (Bảng 1-1) mà quy đinh
̣
“đô ̣ng” theo các ngưỡng để có thể lựa cho ̣n các cấ p đô ̣ sâu LVBX giới ha ̣n để thiế t
kế , nhằ m nâng cao chấ t lươ ̣ng BTN kháng LVBX.
- Thực tế hiện nay tại nhiề u dự án, các nhà thầ u đã nhận thức đươ ̣c trách
nhiê ̣m của mình, vì vậy đã tuyể n cho ̣n vâ ̣t liê ̣u tố t để thiế t kế BTN đảm bảo chỉ tiêu
LVBX thấ p hơn so với quy đinh
̣ ta ̣i QĐ 1617/QĐ-BGTVT.
Vì vậy đối với BTN áp dụng cho tuyến đường có qui mô giao thông lớn được
thiết kế theo theo hướng dẫn của QĐ 858/QĐ-BGTVT, nghiên cứu sinh đề xuất
điều chỉnh (giảm) qui định chiều sâu LVBX của BTNC 12, 5 và BTNC 19 thiết kế
theo hướng dẫn của QĐ 858/QĐ-BGTVT với phương pháp A trong QĐ 1617 (mẫu
ngâm nước ta ̣i 50 0C) như sau (Bảng 4-1):
Bảng 4-1: Đề xuất quy định độ sâu LVBX thử nghiệm theo phương pháp A
Loại BTN

Độ sâu LVBX
(RDW), mm

BTNC 12,5 và BTNC19 sử dụng nhựa đường 60/70
(thiết kế theo QĐ 858/QĐ-BGTVT), sau 15.000 lần
≤ 10
tác dụng tải.
Đề xuấ t này là cầ n thiế t đố i với đường có qui mô giao thông lớn nhằ m giảm
thiể u khả năng LVBX do tác đô ̣ng của xe có tải trong nă ̣ng. Nhà thầ u cầ n phải
quản lý chất lượng thi công BTN chă ̣t chẽ hơn, từ khâu tuyể n cho ̣n vâ ̣t liê ̣u, thiết