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

Header Page 1 of 148.

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
Footer Page 1 of 148.


Header Page 2 of 148.

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 Cơng trình Giao thơng

Mã số

: 62.58.02.05

Chun 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
Footer Page 2 of 148.


Header Page 3 of 148.

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 tơi đã hồn 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 tơi 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
ngồi, nhưng tơi cảm nhận được sự tận tâm hiếm có. GS.TS Nguyễn Xn Đào trong suốt
q trình hướng dẫn đã thường xuyên điện thoại thăm hỏi tình hình, góp ý và động viên tơi

cố gắng sớm hồn thành cơng trình nghiên cứu. Những lời khen của Thầy dành cho tơi (dù
tơi tự thấy mình chưa thực sự xứng đáng) là sự khích lệ q giá, giúp tơi 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 tơi 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 chun mơn xác đáng.
Xin cám ơn Phịng thí nghiệm Vật liệu xây dựng - Bộ mơn Vật liệu xây dựng - Viện
Kỹ thuật xây dựng, Bộ môn Đường bộ trường Đại học GTVT, Phịng 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.
Tơi 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 mơn đã nhiệt tình hỗ trợ cơng việc trong thời gian tơi đi làm nghiên cứu.
Và lịng 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

Footer Page 3 of 148.

Trần Thiện Lưu


Header Page 4 of 148.

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

Chương 1.

TỔNG QUAN VỀ NGHIÊN CỨU MỘT SỐ YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG
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 tơng asphalt.......................................................................................... 8
1.3.1 Nhóm liên quan đến tải trọng ................................................................... 9
1.3.2 Nhóm liên quan đến mơi trường ............................................................ 13
1.3.3 Nhóm liên quan đến hỗn hợp bê tơng asphalt ........................................ 16
1.4 Các mơ hình và chế độ kiểm sốt thí nghiệm mỏi bê tơng asphalt .............. 20
1.4.1 Các mơ hình thí nghiệm ......................................................................... 20
1.4.1.1 Mơ hình uốn dầm.............................................................................. 20
1.4.1.2 Mơ hình kéo - nén............................................................................. 21
Footer Page 4 of 148.


Header Page 5 of 148.

ii

1.4.1.3 Mơ hình cắt xoay .............................................................................. 22
1.4.2 Các chế độ kiểm sốt 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
Chương 2.

NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM ĐỘ BỀN MỎI BÊ TÔNG
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 tơng 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
Footer Page 5 of 148.


Header Page 6 of 148.

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 cơng 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 tơng 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 Mơ tả thí nghiệm .................................................................................... 60
2.4.4 Các kết quả thí nghiệm ........................................................................... 61
2.4.4.1 Mơ đun độ cứng động (Smix)............................................................. 61
2.4.4.2 Ứng suất cực đại (o)........................................................................ 62
2.4.4.3 Biến dạng kéo cực đại (o)................................................................ 62
Footer Page 6 of 148.

Header Page 7 of 148.

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
Chương 3.

PHÂN TÍCH KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM ĐỘ BỀN MỎI BÊTƠNG
ASPHALT .......................................................................................... 67

3.1 Kết quả thí nghiệm mỏi BTNC 12,5 (BD) ................................................... 67
3.1.1 Mơ 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 mơ 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 tơng 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 khống CaCO3 .......................................... 94

3.3.2 Bê tơng asphalt sử dụng bột khoáng CaCO3 + 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

Footer Page 7 of 148.


Header Page 8 of 148.

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
Chương 4.

ỨNG DỤNG KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀO THIẾT KẾ KẾT CẤU
ÁO ĐƯỜNG MỀM TẠI VIỆT NAM.............................................. 112

4.1 Đề xuất kiểm tốn mỏi lớp bê tơng asphalt trong kết cấu áo đường mềm . 112
4.1.1 Cơ sở lý thuyết...................................................................................... 112
4.1.2 Trình tự tính tốn .................................................................................. 116
4.1.3 Lựa chọn điều kiện tính tốn ................................................................ 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 tốn (tt)............ 118
4.1.4.1 Biến dạng cho phép (cp) ................................................................ 118

4.1.4.2 Biến dạng tính tốn (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 tốn (tt) đáy lớp BTNC 12,5 trong kết cấu áo đường . 122
4.2.3.1 Mơ hình tải tác dụng ....................................................................... 122
4.2.3.2 Tính biến dạng (tt) đáy lớp bê tơng asphalt................................... 122
4.2.4 Đánh giá................................................................................................ 123
4.2.4.1 Kết cấu 1 ......................................................................................... 123
4.2.4.2 Kết cấu 2 ......................................................................................... 124
Footer Page 8 of 148.


Header Page 9 of 148.

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 CƠNG TRÌNH CỦA TÁC GIẢ ....................................................... xvii
TÀI LIỆU THAM KHẢO ...................................................................................... xviii

Footer Page 9 of 148.


Header Page 10 of 148.

vii

LỜI CAM ĐOAN

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

Tác giả luận án

Trần Thiện Lưu

Footer Page 10 of 148.


Header Page 11 of 148.

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 tồn nước Mỹ)

AC

Asphalt concrete (Bê tơng 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 (Phịng 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 cơng nghệ
Asphalt)

NCHRP

National Cooperative Highway Research Program (Chương trình hợp
tác nghiên cứu đường)

Nf

Số chu kỳ tác dụng của tải trọng lặp

Nf50

Số chu kỳ tải trọng lặp tác dụng làm suy giảm mơ đun độ cứng cịn lại
50% trị số ban đầu

RILEM

The International Union of Laboratories and Experts in Construction
Materials (Hiệp hội quốc tế các phịng thí nghiệm và chun gia trong
lĩnh vực vật liệu xây dựng)

Footer Page 11 of 148.


Header Page 12 of 148.

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 

Gb

Tỷ trọng của bi tum

Gmb

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

Gmm

Maximum specific gravity (tỷ trọng lớn nhất)

Gmm

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

Gsa

Tỷ trọng biểu kiến của hỗn hợp cốt liệu

Gsb

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

Gse

Tỷ trọng có hiệu của hỗn hợp cốt liệu

HMA

Hot mix asphalt (hỗn hợp bê tơng nhựa nóng, gọi tắt là BTN)

Pb

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

Pba

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

Pbe

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

Pmm

% khối lượng của tổng khối lượng hỗn hợp ở trạng thái rời (Pmm= 100)

Ps

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

Ss

Aggregate Specific Surface (tỷ diện bề mặt)

Va

Volume of Air Voids (độ rỗng dư)

VBE

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)

Footer Page 12 of 148.


Header Page 13 of 148.

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 khống ......................................... 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

Footer Page 13 of 148.


Header Page 14 of 148.

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 khống khác nhau ...... 107
Bảng 4.1 Bảng thơng 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 tơng asphalt ............... 123

Footer Page 14 of 148.


Header Page 15 of 148.

xii

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ
Hình 1.1

Mơ 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 tơng 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 mơ đun theo số chu kỳ tải [I’essai E13-Auto-100-31] ..... 13

Hình 1.8

Sự phát triển mơ đun theo thời gian [I’essai E13-Auto-100-31] ........... 13

Hình 1.9

Ảnh hưởng của nhiệt độ đến độ bền mỏi bê tơng asphalt [46] .............. 14

Hình 1.10 Đặc tính mỏi bê tơng 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 mơ hình uốn dầm ............................. 21
Hình 1.19 Một số dạng thí nghiệm mỏi theo mơ 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

Mơ 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

Footer Page 15 of 148.


Header Page 16 of 148.

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 tơng asphalt ................................ 40

Hình 2.7

Tác dụng lấp đầy lỗ rỗng của bột khống trong bê tơng asphalt............ 40

Hình 2.8

Các loại bột khống 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 cơng 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 cơng mẫu dầm kích thước 380mm×50mm×63mm ......................... 54
Hình 2.17 Biểu đồ thành phần hạt BTNC 12,5 thực tế sau khi thi cơng................. 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 cơng ......... 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 Mơ 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 mơ 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 mơ đun độ cứng theo số chu kỳ tải trọng lặp của BTNC
12,5 (BD) ở 10 độ C, 5 Hz ..................................................................... 70

Footer Page 16 of 148.


Header Page 17 of 148.

xiv

Hình 3.5

Quan hệ mơ đun độ cứng BTNC 12,5 (BD) với số chu kỳ tải ở 10độC,
5Hz.......................................................................................................... 70

Hình 3.6

Biểu đồ giảm mơ 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 mơ đun độ cứng BTNC 12,5 (BD) với số chu kỳ tải ở 10 độ C,
10Hz ....................................................................................................... 72

Hình 3.9

Biểu đồ giảm mơ 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 mơ đun độ cứng BTNC 12,5 (BD) với số chu kỳ tải ở 20 độ C,
5Hz.......................................................................................................... 73
Hình 3.11 Biểu đồ giảm mơ 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 mơ 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 mơ 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 mơ 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 mơ đun độ cứng ban đầu của BTNC 12,5 (BD) .......... 78
Hình 3.19 So sánh mơ đun độ cứng ban đầu của BTNC 12,5 (BD) theo tần số ..... 79
Footer Page 17 of 148.


Header Page 18 of 148.

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 mơ đun độ cứng BTNC 12,5

(BD) ở 10 độ C ....................................................................................... 87
Hình 3.30 Biểu đồ quan hệ giữa góc lệch pha với mơ 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 mơ 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 mơ đun độ cứng BTNC 19 với số chu kỳ tải ở 10 độ C, 10 Hz92
Hình 3.35 So sánh mơ 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

Footer Page 18 of 148.


Header Page 19 of 148.

xvi

Hình 3.40 Biểu đồ giảm mơ 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 mơ 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 mơ 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 mơ 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

Tốn đồ xác định giá trị Ro tại điểm C bất kỳ (theo Odemark) ........... 114

Hình 4.2

Sơ đồ trình tự kiểm tốn 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

Mơ 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

Footer Page 19 of 148.


Header Page 20 of 148.

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% cịn lại. Về thể tích, một hỗn hợp bê tơng
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 ngồi như xe, mơi 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 cơng 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 mơi trường nhiệt độ cao; dễ nứt gãy, giịn khi nhiệt độ
xuống thấp. Bê tơng 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 khơng khí.
Trong phịng thí nghiệm, bê tơng 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.
Footer Page 20 of 148.


Header Page 21 of 148.

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 tơng asphalt.
Phá hoại dạng nứt thì ở mức kém hơn, chưa có tiêu chuẩn chung cho cường
độ chống nứt của bê tơng 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 tơng asphalt (cracking in
asphalt material) thì nứt mỏi (fatigue cracking) là một dạng nứt vi mô (microcracking). 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

Footer Page 21 of 148.


Header Page 22 of 148.

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 thơng
qua nhiều mơ 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 tơng asphalt cịn 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 tơng 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 tơng asphalt và tìm ra quy

luật cho phá hoại mỏi của nó ở các điều kiện thí nghiệm khác nhau. Từ đó tìm ra
Footer Page 22 of 148.

Header Page 23 of 148.

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
tơng 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 CaCO3, bột
CaCO3 + xi măng) đến đặc tính chịu mỏi của bê tơng asphalt.
Nghiên cứu về mỏi địi hỏi phải có một chương trình thí nghiệm chi tiết, cơng
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 khơng ít khó khăn. Đây là lĩnh vực mới mẻ, không
kế thừa nhiều từ các nghiên cứu trước. Vậy nên cơng trình nghiên cứu này chỉ tập
trung đánh giá đặc tính mỏi của bê tơng asphalt loại thơng 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 khơng 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 tơng asphalt trong đó có nứt do mỏi.
Footer Page 23 of 148.


Header Page 24 of 148.

5

Cơng 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 cơng trình cũng
như các nhà quản lý xây dựng giao thơng 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 tơng asphalt trong tính tốn 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 tơng asphalt, từ đó xây dựng kế hoạch bảo

dưỡng sửa chữa kết cấu áo đường mềm.

Footer Page 24 of 148.


Header Page 25 of 148.

6

Chương 1.

TỔNG QUAN VỀ NGHIÊN CỨU MỘT SỐ YẾU TỐ

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 (Nf).
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

tốn theo qui luật Miner (1959) như phương trình (1.1):

Footer Page 25 of 148.