Tài liệu luận văn Nghiên Cứu Quan Hệ Giữa Cường Độ Chống Cắt Và Đặc Tính Biến

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

------------------------------

NGÔ NGỌC QUÝ

NGHIÊN CỨU QUAN HỆ GIỮA CƢỜNG ĐỘ CHỐNG CẮT
VÀ ĐẶC TÍNH BIẾN DẠNG KHƠNG HỒI PHỤC
CỦA HỖN HỢP BÊ TÔNG ASPHALT MẶT ĐƢỜNG

LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT

Hà Nội - 2021


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

------------------------------

NGÔ NGỌC QUÝ

NGHIÊN CỨU QUAN HỆ GIỮA CƢỜNG ĐỘ CHỐNG CẮT
VÀ ĐẶC TÍNH BIẾN DẠNG KHƠNG HỒI PHỤC
CỦA HỖN HỢP BÊ TÔNG ASPHALT MẶT ĐƢỜNG
Ngành : Kỹ thuật xây dựng cơng trình giao thơng
Mã số : 9.58.02.05
Chun ngành: Xây dựng đƣờng ôtô và đƣờng thành phố

LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT

Hƣớng dẫn khoa học: 1. PGS. TS. Trần Thị Kim Đăng
2. PGS. TS. Lã Văn Chăm

Hà Nội – 2021


LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan luận án tiến sĩ “Nghiên cứu quan hệ giữa cường độ chống cắt
và đặc tính biến dạng khơng hồi phục của hỗn hợp bê tơng Asphalt mặt đường” là
cơng trình nghiên cứu của riêng tơi. Các số liệu, kết quả trình bày trong luận án là
trung thực và chưa được ai công bố. Trong q trình nghiên cứu, tơi đã chú thích và
liệt kê trong phần tài liệu tham khảo kết quả nghiên cứu, các cơng thức, hình vẽ, bảng
biểu và các phần mềm ứng dụng của các tác giả khác.

Hà Nội, ngày …. tháng ... năm 2021
Tác giả của luận án

Ngô Ngọc Quý


LỜI CẢM ƠN
Sau thời gian nỗ lực nghiên cứu, luận án “Nghiên cứu quan hệ giữa cường độ
chống cắt và đặc tính biến dạng khơng hồi phục của hỗn hợp bê tơng asphalt mặt
đường” của tơi đã hồn thành.
Tơi xin được bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến thầy, cô hướng dẫn khoa học của
tôi: PGS.TS Trần Thị Kim Đăng và PGS.TS Lã Văn Chăm. Các Thầy, Cô đã định
hướng và tận tình hướng dẫn tơi trong suốt q trình thực hiện luận án này.
Trong thời gian thực hiện luận án, tôi đã nhận được sự giúp đỡ rất nhiều từ Ban
Giám hiệu Trường đại học Giao thông Vận tải, Phịng Đào tạo Sau đại học, Bộ mơn
Đường bộ, Trung tâm Khoa học công nghệ Giao thông Vận tải, Phịng thí nghiệm

Cơng trình Vilas 047, Phịng thí nghiệm trọng điểm LasXD 1256, Phịng thí nghiệm
Vật liệu xây dựng thuộc Trường Đại học Giao thông Vận tải. Tôi xin bày tỏ lịng biết
ơn chân thành về sự giúp đỡ đó.
Tơi xin chân thành cảm ơn PGS.TS Nguyễn Quang Phúc, TS. Nguyễn Quang
Tuấn, TS. Bùi Tuấn Anh, TS. Lương Xuân Chiểu, TS. Trần Danh Hợi, TS. Nguyễn
Ngọc Lân và các thầy, cô trong Bộ môn Đường bộ, các đồng nghiệp, các nhà khoa học
trong và ngoài Trường đã quan tâm, giúp đỡ, đóng góp nhiều ý kiến chun mơn xác
đáng cho luận án của tôi.
Xin cảm ơn các cán bộ, nhân viên của Phịng thí nghiệm Cơng trình Vilas 047 –
nơi tơi đang cơng tác và Phịng thí nghiệm trọng điểm LasXD1256 thuộc Trung tâm
Khoa học công nghệ GTVT đã giúp tơi thực hiện các thí nghiệm của luận án.
Lời tri ân sâu sắc xin dành cho vợ, các con và những người thân trong gia đình
đã ln ở bên tơi, chia sẻ, động viên, ủng hộ tinh thần và vật chất, giúp tơi vượt qua
các khó khăn để hồn thành luận án này.
Xin khắc ghi công lao của tất cả mọi người.
Trân trọng!
Hà Nội, ngày …. tháng …. năm 2021
Tác giả của luận án

Ngô Ngọc Quý


i

MỤC LỤC
LỜI CAM ĐOAN ...................................................................................................................... i
LỜI CẢM ƠN ........................................................................................................................... ii
MỤC LỤC .................................................................................................................................. i
DANH MỤC BẢNG BIỂU ..................................................................................................... iv
DANH MỤC HÌNH VẼ .......................................................................................................... vii

DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT ....................................................................................... xii
ĐẶT VẤN ĐỀ ........................................................................................................................... 1
1. Tính cấp thiết của đề tài.......................................................................................................... 1
2. Các mục tiêu của nghiên cứu .................................................................................................. 2
3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu .......................................................................................... 3
4. Phương pháp nghiên cứu ........................................................................................................ 4
5. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài ................................................................................ 4
6. Cấu trúc của luận án ............................................................................................................... 5
CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ ĐẶC TÍNH KHÁNG CẮT, ĐẶC TÍNH BIẾN DẠNG
KHƠNG HỒI PHỤC CỦA BÊ TƠNG ASPHALT MẶT ĐƢỜNG VÀ XU THẾ
NGHIÊN CỨU MỐI QUAN HỆ GIỮA CHÚNG ................................................................. 6
1.1- Đặc tính kháng cắt của bê tông asphalt mặt đƣờng ....................................................... 6
1.1.1 - Các nghiên cứu về cường độ kháng cắt và các thông số đặc trưng cho sức kháng cắt
của bê tông asphalt ở Việt Nam.................................................................................................. 6
1.1.2- Một số nghiên cứu của nước ngoài về đặc tính kháng cắt của bê tơng asphalt................ 9
1.2- Đặc tính biến dạng khơng hồi phục của bê tơng asphalt mặt đƣờng ......................... 20
1.2.1 - Các nghiên cứu trong nước về đặc tính biến dạng khơng hồi phục của bê tông asphalt21
1.2.2 - Một số nghiên cứu tiêu biểu trên thế giới trong thời gian gần đây về đặt tính biến dạng
không hồi phục của bê tông asphalt.......................................................................................... 23
1.3 – Bản chất mối liên hệ giữa đặc tính kháng cắt và đặc tính biến dạng khơng hồi phục
của bê tơng asphalt ................................................................................................................. 28
1.3.1 – Cơ chế hình thành và phát triển lún vệt bánh xe trong mối liên hệ với đặc tính kháng
cắt của bê tơng asphalt .............................................................................................................. 28
1.3.2 – Các yếu tố cơ bản ảnh hưởng đến đặc tính kháng cắt và đặc tính biến dạng khơng hồi
phục của bê tông asphalt mặt đường ........................................................................................ 30
1.4 – Xu hƣớng nghiên cứu mối quan hệ giữa cƣờng độ chống cắt và biến dạng không
hồi phục của bê tông asphalt tại Việt Nam và trên thế giới ................................................ 31
1.4.1 – Tình hình nghiên cứu trong nước ................................................................................. 31
1.4.2 – Các xu hướng nghiên cứu ở nước ngoài ....................................................................... 31
1.5 – Kết luận chƣơng 1.......................................................................................................... 36

CHƢƠNG 2: LỰA CHỌN CHỈ TIÊU, MÔ HÌNH THÍ NGHIỆM, THIẾT KẾ LẮP


ii
DỰNG THIẾT BỊ THÍ NGHIỆM ĐẶC TÍNH KHÁNG CẮT VÀ ĐẶC TÍNH BIẾN
DẠNG KHƠNG HỒI PHỤC CỦA BÊ TƠNG ASPHALT ................................................ 37
2.1. Lựa chọn chỉ tiêu và mơ hình thí nghiệm xác định đặc tính kháng cắt của bê tơng
asphalt ...................................................................................................................................... 37
2.1.1- Các mơ hình thí nghiệm xác định cường độ kháng cắt, các tham số đặc trưng đặc tính
kháng cắt của bê tông asphalt. .................................................................................................. 37
2.1.2 – Tiêu chuẩn thí nghiệm xác định cường độ kháng cắt và các tham số cường độ kháng
cắt ............................................................................................................................................. 42
2.2. Thiết kế cải tiến thiết bị nén ba trục của đất để thí nghiệm đặc tính kháng cắt cho bê
tơng asphalt ............................................................................................................................. 45
2.3. Lựa chọn chỉ tiêu và mơ hình thí nghiệm đặc tính biến dạng khơng hồi phục của bê
tơng asphalt ............................................................................................................................. 50
2.3.1 – Các mơ hình và tiêu chuẩn thí nghiệm đặc tính biến dạng khơng hồi phục của bê tơng
asphalt. ...................................................................................................................................... 50
2.4. Thiết kế lắp dựng thiết bị nén dọc trục tải trọng lặp thí nghiệm biến dạng khơng hồi
phục của bê tông asphalt ........................................................................................................ 54
2.5. Kết luận chƣơng 2............................................................................................................ 57
CHƢƠNG 3 NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM TRONG PHỊNG ĐẶC TÍNH KHÁNG
CẮT CỦA BÊ TƠNG ASPHALT ......................................................................................... 59
3.1. Kế hoạch thí nghiệm ........................................................................................................ 59
3.2. Thiết kế thành phần hỗn hợp bê tông asphalt .............................................................. 60
3.2.1. Lựa chọn phương pháp thiết kế ...................................................................................... 60
3.2.2. Lựa chọn vật liệu và thiết kế hỗn hợp bê tông asphalt ................................................... 60
3.2.3. Xác định các chỉ tiêu cơ lý của cốt liệu khoáng và nhựa đường .................................... 60
3.2.4. Thiết kế cấp phối hỗn hợp .............................................................................................. 63
3.2.5. Xác định hàm lượng nhựa tối ưu theo phương pháp Marshall ....................................... 65

3.2.6. Kết quả thí nghiệm các chỉ tiêu thể tích và chỉ tiêu cơ lý của mẫu Marshall các hỗn hợp
bê tơng asphalt. ......................................................................................................................... 67
3.3. Thí nghiệm nén ba trục xác định cƣờng độ kháng cắt và các tham số kháng cắt ..... 68
3.3.1. Các tham số kháng cắt và cách xác định ........................................................................ 68
3.3.2. Thiết kế thí nghiệm và trình tự phân tích thống kê xử lý số liệu .................................... 70
3.4. Kết quả thí nghiệm xác định chỉ tiêu c,  của các hỗn hợp bê tông asphalt............... 71
3.4.1. Phạm vi nghiên cứu và điều kiện thí nghiệm ................................................................. 71
3.4.2. Kết quả thí nghiệm đánh giá ảnh hưởng của màng bao mẫu.......................................... 73
3.4.3. Kết quả thí nghiệm c,  của các hỗn hợp bê tông asphalt .............................................. 77
3.5. Phân tích kết quả thí nghiệm các chỉ tiêu kháng cắt (c,) ........................................... 78
3.5.1. Ảnh hưởng loại chất kết dính đến c,  của hỗn hợp AC13_CP1 và AC13_CP2 ........... 78


iii
3.5.2. Ảnh hưởng của nhiệt độ đến c,  cấp phối AC19_CP1_N1 ......................................... 82
3.5.3. Ảnh hưởng của tốc độ gia tải đến c,  cấp phối AC19_CP1_N1 .................................. 85
3.5.4. Phân tích kết quả thí nghiệm đánh giá ảnh hưởng đồng thời của cấp phối và loại nhựa
đến c,  của cấp phối AC13 ..................................................................................................... 88
3.6. Kết luận chƣơng 3............................................................................................................ 92
CHƢƠNG 4: NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM TRONG PHỊNG VỀ ĐẶC TÍNH BIẾN
DẠNG KHÔNG HỒI PHỤC CỦA BÊ TÔNG ASPHALT LÀM MẶT ĐƢỜNG ........... 94
4.1. Kế hoạch thí nghiệm ........................................................................................................ 94
4.2 – Thí nghiệm từ biến tĩnh (thí nghiệm creep tĩnh) xác định đặc tính biến dạng của bê
tơng asphalt. ............................................................................................................................ 95
4.2.1. Chuẩn bị thí nghiệm: ...................................................................................................... 95
4.2.2. Kết quả và phân tích kết quả thí nghiệm ........................................................................ 97
4.3 – Thí nghiệm biến dạng không hồi phục tải trọng lặp ................................................ 102
4.3.1. Chuẩn bị thí nghiệm ..................................................................................................... 103
4.3.2. Kết quả và phân tích kết quả thí nghiệm ...................................................................... 103
4.4 – Kết luận chƣơng 4........................................................................................................ 110

CHƢƠNG 5: TƢƠNG QUAN THỰC NGHIỆM GIỮA ĐẶC TÍNH KHÁNG CẮT VÀ
ĐẶC TÍNH BIẾN DẠNG KHƠNG HỒI PHỤC CỦA BÊ TÔNG ASPHALT MẶT
ĐƢỜNG ................................................................................................................................. 112
5.1 – Lựa chọn phƣơng trình mơ tả tƣơng quan đặc tính kháng cắt và đặc tính biến dạng
khơng hồi phục của bê tơng asphalt. ................................................................................... 112
5.2 – Xây dựng quan hệ giữa đặc tính kháng cắt và đặc tính biến dạng khơng hồi phục
của hỗn hợp bê tông asphalt. ............................................................................................... 120
5.3 – Định hƣớng ứng dụng cƣờng độ kháng cắt và mối quan hệ giữa đặc tính kháng cắt
và đặc tính biến dạng không hồi phục trong thiết kế kết cấu áo đƣờng mềm ở Việt
Nam ........................................................................................................................................ 133
5.4 – Kết luận chƣơng 5........................................................................................................ 135
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ .............................................................................................. 137
1. Những đóng góp của luận án về mặt khoa học................................................................... 137
2. Những đóng góp của luận án về mặt thực tiễn ................................................................... 137
3. Các nội dung và kết quả nghiên cứu chính mang tính mới ................................................ 138
4. Những tồn tại, hạn chế ........................................................................................................ 138
5. Hướng nghiên cứu tiếp ....................................................................................................... 139
DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH CỦA TÁC GIẢ ......................................................... 141

TÀI LIỆU THAM KHẢO......................................................................................... 142


iv

DANH MỤC BẢNG BIỂU
Bảng 1. 1 - Tổng hợp kết quả nghiên cứu thực nghiệm [10] ..........................................7
Bảng 1. 2 - Lực nén phá hoại mẫu của các hỗn hợp bê tông asphalt, kN [51] ................8
Bảng 1. 3 - Giá trị trung bình tg và c của mẫu BTA thử nghiệm [6] ............................ 8
Bảng 1. 4 - Lực dính đơn vị và góc nội ma sát của các cấp phối khác nhau [65] .........12
Bảng 1. 5 - Lực dính đơn vị và góc nội ma sát của hỗn hợp SMA13 có cấp phối thô

(coarse) và cấp phối mịn (fine) trong nghiên cứu [65] .............................. 13
Bảng 1. 6 - Kết quả c,  của các loại hỗn hợp thí nghiệm, trường hợp cường độ kháng
cắt có mối quan hệ tuyến tính (b =1 và =tan ) [33] ............................... 15
Bảng 1. 7 - Các kết quả thí nghiệm tham số kháng cắt c và  [45] ............................... 16
Bảng 1. 8 – Sự thay đổi lực dính đơn vị (trái) và góc nội ma sát (phải) phụ thuộc nhiệt
độ của các loại hỗn hợp thí nghiệm [28] ....................................................16
Bảng 1. 9 - Mơ đun đàn hồi của các hỗn hợp BTA ở các nhiệt độ và các mức áp lực
hông [28] ....................................................................................................17
Bảng 1. 10 - Bảng tổng hợp các kết quả thí nghiệm lún vệt bánh xe trong nghiên cứu
[7] ...............................................................................................................22
Bảng 1. 11 - Mô đun từ biến tối thiếu theo nghiên cứu [42] ........................................27
Bảng 1. 12 - Mơ đun từ biến có thể chấp nhận theo nghiên cứu [37] ........................... 27
Bảng 1. 13 - Ảnh hưởng của các yếu tố thành phần đến đặc tính kháng cắt và đặc tính
biến dạng khơng hồi phục của bê tông asphalt mặt đường ........................30
Bảng 2. 1 - u cầu thơng số thiết bị thí nghiệm nén ba trục cho bê tông asphalt .......47
Bảng 3. 1 - Các chỉ tiêu cơ lý của đá dăm và bột khoáng CP1 (Đá mỏ Đồng Ao) .......61
Bảng 3. 2 - Các chỉ tiêu cơ lý của đá dăm và bột khoáng CP2 (Đá mỏ Tân Đông Hiệp)
....................................................................................................................61
Bảng 3. 3 - Cấp phối cốt liệu của đá dăm các loại và bột khoáng.................................62
Bảng 3. 4 - Các chỉ tiêu cơ bản của 3 loại nhựa đường nghiên cứu .............................. 62
Bảng 3. 5 - Tỷ lệ phối trộn hỗn hợp cốt liệu hỗn hợp BTAC Dmax=12.5mm .............63
Bảng 3. 6 - Tỷ lệ phối trộn hỗn hợp cốt liệu hỗn hợp BTAC Dmax=19mm ................64
Bảng 3.7 - Yêu cầu kỹ thuật của BTAC theo Quyết định 858/QĐ-BGTVT [2] và
22TCN356-06 [1]. ......................................................................................65
Bảng 3.8 - Số lượng mẫu xác định hàm lượng nhựa tối ưu ..........................................66
Bảng 3.9 - Hàm lượng nhựa tối ưu của các hỗn hợp .....................................................66
Bảng 3.10 - Kết quả thí nghiệm các chỉ tiêu cơ lý mẫu Marshall của các hỗn hợp ......67


v

Bảng 3. 11 - Các hỗn hợp và các điều kiện nghiên cứu chỉ tiêu c,  của bê tông asphalt
....................................................................................................................71
Bảng 3. 12 - Số lượng mẫu thí nghiệm đánh giá ảnh hưởng của màng bao mẫu..........74
Bảng 3. 13 - Số lượng mẫu thí nghiệm xác định đặc tính kháng cắt của bê tông asphalt
....................................................................................................................77
Bảng 3. 14 - Tổng hợp kết quả thí nghiệm chỉ tiêu c,  cấp phối AC19_CP1_N1 ở các
điều kiện nhiệt độ, tốc độ gia tải ................................................................ 78
Bảng 3. 15 - Tổng hợp kết quả thí nghiệm chỉ tiêu c,  các cấp phối bê tông asphalt ở
nhiệt độ 60oC và tốc độ gia tải 7,5 mm/phút ..............................................78
Bảng 3. 16 - Kết quả thí nghiệm c,  cấp phối AC13_CP1 nhựa 60/70 và PMB III ....79
Bảng 3. 17 - Kết quả thí nghiệm c,  cấp phối AC13_CP2 nhựa 60/70, 40/50, PMB III
....................................................................................................................79
Bảng 3.18 - Tổng hợp phân tích phương sai kết quả thí nghiệm c,  cấp phối
AC13_CP1 sử dụng nhựa 60/70, PMB III và AC13_CP2 sử dụng nhựa
60/70, 40/50, PMB III ................................................................................80
Bảng 3. 19 - Phân tích Tukey kết quả thí nghiệm c,  cấp phối AC13_CP1 sử dụng
nhựa 60/70, PMB III và AC13_CP2 sử dụng nhựa 60/70, 40/50, PMB III
....................................................................................................................81
Bảng 3. 20 - Tổng hợp kết quả thí nghiệm c,  cấp phối AC19_CP1_N1 ở các nhiệt độ
30, 45 và 60oC............................................................................................. 83
Bảng 3. 21 - Tổng hợp phân tích phương sai kết quả thí nghiệm c,  cấp phối
AC19_CP1_N1 ở các nhiệt độ 30, 45 và 60oC ..........................................84
Bảng 3. 22 - Phân tích Tukey kết quả thí nghiệm c,  cấp phối AC19_CP1_N1 ở các
nhiệt độ 30, 45 và 60 oC .............................................................................84
Bảng 3. 23 - Tổng hợp kết quả thí nghiệm c,  cấp phối AC19_CP1_N1 ở tốc độ 0.75;
2.5 và 7.5mm/phút ......................................................................................86
Bảng 3.24 - Tổng hợp phân tích ANOVA kết quả thí nghiệm c,  cấp phối
AC19_CP1_N1 ở các tốc độ 0.75; 2.5 và 7.5 mm/phút ............................. 87
Bảng 3.25 - Phân tích Tukey kết quả thí nghiệm c,  cấp phối AC19_CP1_N1 ở các

tốc độ 0.75; 2.5 và 7.5 mm/phút .................................................................87
Bảng 3.26 - Bảng kết quả thí nghiệm c,  .....................................................................89
Bảng 4. 1 - Khối lượng mẫu thí nghiệm từ biến tĩnh ....................................................97
Bảng 4. 2 – Khối lượng mẫu thí nghiệm 3 trục tải trọng lặp ......................................105


vi

Bảng 4. 3 - Tổng hợp kết quả thí nghiệm 3 trục tải trọng lặp .....................................107
Bảng 5. 1 - Các mơ hình và phương trình biến dạng khơng hồi phục được sử dụng bởi
một số tác giả ............................................................................................113
Bảng 5. 2 - Tiêu chuẩn đánh giá mức độ phù hợp của mơ hình hồi qui xây dựng được
thơng qua các chỉ tiêu thống kê [66] ........................................................120
Bảng 5. 3 – Các thông số đặc trưng đặc tính kháng cắt sử dụng xây dựng phương trình
hồi quy ......................................................................................................121
Bảng 5. 4 - Tổng hợp kết quả thí nghiệm biến dạng khơng hồi phục của các hỗn hợp bê
tông asphalt...............................................................................................122
Bảng 5. 5 – Kiểm chứng mơ hình hồi qui theo phương trình (5.10) với các số liệu thí
nghiệm p của hỗn hợp AC13_CP1_N3 ở mức tải trọng thấp (/f = 0.175;
0.269; 0.362).............................................................................................123
Bảng 5. 6 – Kiểm chứng mơ hình hồi qui theo phương trình (5.10) với các số liệu thí
nghiệm p của hỗn hợp AC19_CP1_N1 ở mức tải trọng thấp (/f = 0.187;
0.308) ........................................................................................................124
Bảng 5. 7 – Kiểm chứng mơ hình hồi qui theo phương trình (5.11) với các số liệu thí
nghiệm p của hỗn hợp AC13_CP1_N3 ở mức tải trọng thấp (/f = 0.175;
0.269; 0.362).............................................................................................126
Bảng 5.8 – Kiểm chứng mơ hình hồi qui theo phương trình (5.11) với các số liệu thí
nghiệm p của hỗn hợp AC19_CP1_N1 ở mức tải trọng thấp (/f = 0.187;
0.308) ........................................................................................................127
Bảng 5. 9 – Kiểm chứng mơ hình hồi qui theo phương trình (5.12) với các số liệu thí

nghiệm p của hỗn hợp AC13_CP1_N3 (/f = 0.425) và hỗn hợp
AC19_CP1_N1 (/f = 0.388; 0.469) .....................................................129
Bảng 5. 10 – Kiểm chứng mơ hình hồi qui theo phương trình (5.13) với các số liệu thí
nghiệm p của hỗn hợp AC13_CP1_N3 (/f

= 0.425) và hỗn hợp

AC19_CP1_N1 (/f = 0.388; 0.469) .....................................................131


vii

DANH MỤC HÌNH VẼ
Hình 1.1 - Giới hạn Smith và thiết kế hỗn hợp theo mơ hình c – ϕ [29] ......................11
Hình 1.2 - Phân chia lưới PTHH kết cấu mặt đường [29].............................................11
Hình 1.3 - Ví dụ kết quả tính toán độ võng lớn nhất trên bề mặt đường [29] ...............12
Hình 1.4 - Ảnh hưởng của hàm lượng nhựa đến c và  [65].........................................13
Hình 1.5 - Ảnh hưởng của độ nhớt nhựa đường đến c,  [65] ......................................14
Hình 1.6 - Ảnh hưởng của nhiệt độ thí nghiệm đến c,  [65] .......................................14
Hình 1.7 - Thay đổi của c và  theo nhiệt độ của AC-13M và SMA-13U ở các tốc độ
gia tải khác nhau [30] .................................................................................17
Hình 1.8 - Thay đổi của c và  theo nhiệt độ của hỗn hợp AC-20U và AC-20M ở các
tốc độ gia tải khác nhau [30] ......................................................................18
Hình 1.9 - Khả năng sử dụng cường độ kháng cắt để lựa chọn hàm lượng nhựa tối ưu
[59]..............................................................................................................19
Hình 1.10 - Ảnh hưởng của tốc độ gia tải (trái) và ảnh hưởng nhiệt độ (phải) đến các
tham số đặc trưng cường độ kháng cắt của các hỗn hợp asphalt [59] ........19
Hình 1.11 - Khả năng sử dụng tham số cường độ kháng cắt để lựa chọn hàm lượng
nhựa tối ưu [39] .......................................................................................... 19
Hình 1.12 - Ảnh hưởng của nhiệt độ đến c,  [40] ........................................................20

Hình 1.13 - Các giai đoạn biến dạng của đường cong từ biến (khi thí nghiệm
SCT)/đường biến dạng khơng hồi phục (khi thí nghiệm RLPD) ...............21
Hình 1.14 - Cơ chế lún vệt bánh xe ...............................................................................29
Hình 1.15 - Quan hệ giữa lực dính (trái); góc nội ma sát (phải) và chiều sâu lún vệt
bánh [65] .....................................................................................................31
Hình 1.16 - Biến dạng không hồi phục của các hỗn hợp bê tơng asphalt [39] .............32
Hình 1.17 - Quan hệ giữa tỉ lệ giữa /f và hàm lượng nhựa [39] ................................ 32
Hình 1.18 - Quan hệ giữa tỉ lệ /f và biến dạng khơng hồi phục [39] .........................32
Hình 1.19 - Kiểm chuẩn phương trình đã xây dựng với các tổ hợp mẫu nghiên cứu ...34
Hình 2.1 - Thí nghiệm cắt Leutner ................................................................................37
Hình 2.2 - Mơ hình cắt phẳng của Romanoschi ............................................................ 38
Hình 2.3 - Mơ hình thí nghiệm cắt trực tiếp của NCAT [60]........................................38
Hình 2.4 - Vịng trịn Mohr mơ tả kết quả thí nghiệm nén dọc trục và ép chẻ..............39
Hình 2.5 - Mơ hình thí nghiệm xun dọc trục ............................................................. 40
Hình 2.6 – Sơ đồ thiết bị nén ba trục .............................................................................40


viii

Hình 2.7 - Mơ hình thí nghiệm mơ men xoắn xác định cường độ dính bám giữa hai lớp
....................................................................................................................41
Hình 2.8 - Sơ đồ phương pháp thí nghiệm cắt xoay......................................................42
Hình 2.9 - Thiết bị thí nghiệm cắt xoay.........................................................................42
Hình 2.10 - Mơ hình nén theo đường sinh tương tự nén Marshall ................................ 43
Hình 2.11 - Mơ hình thí nghiệm cường độ kháng cắt – phương pháp B ......................43
Hình 2.12 - Thiết bị nén ba trục của đất ........................................................................46
Hình 2.13 - Thiết bị thí nghiệm nén ba trục cho bê tơng asphalt ..................................48
Hình 2.14 - Hiệu chuẩn Load cell .................................................................................48
Hình 2.15 - Hiệu chuẩn chuyển vị điện CDP-25 ........................................................... 49
Hình 2.16 - Thí nghiệm tải trọng lặp – mơ hình nén một trục hạn chế nở hơng ...........51

Hình 2.17 - Áp lực thẳng đứng và biến dạng – phương pháp A1 .................................51
Hình 2.18 - Tải trọng tác dụng theo phương pháp A2 ..................................................51
Hình 2.19 - Mơ hình và dạng tải trọng theo phương pháp B tiêu chuẩn BS EN 1269725 ................................................................................................................52
Hình 2.20- Thiết bị thí nghiệm Hamburg Wheel-Tracking...........................................53
Hình 2.21 - Thiết bị APT (Accelerated Pavement Testers) sử dụng trong thí nghiệm
biến dạng vĩnh cửu .....................................................................................53
Hình 2.22 - Sơ đồ thiết bị thí nghiệm xác định đặc tính biến dạng của bê tơng asphalt
....................................................................................................................55
Hình 2.23 - Thiết bị thí nghiệm xác định đặc tính biến dạng khơng hồi phục BTA .....55
Hình 2.24 - Tải trọng lặp tác dụng lên mẫu ...................................................................57
Hình 2.25 - Kết quả thí nghiệm nén ba trục tải trọng lặp ..............................................57
Hình 3.1 - Đường cong cấp phối hỗn hợp cốt liệu BTAC Dmax=12.5mm ..................64
Hình 3.2 - Đường cong cấp phối hỗn hợp cốt liệu BTAC Dmax=19mm .....................64
Hình 3.3 - Đồ thị các vòng tròn Mohr xác định cường độ kháng cắt của bê tơng
asphalt .........................................................................................................70
Hình 3.4 - Biểu đồ kết quả ứng suất chính 1 với khoảng tin cậy 95% các mẫu BTA ở
các khoảng độ rỗng dư, áp lực hông khác nhau và điều kiện có và khơng
có màng bao mẫu. .......................................................................................74
Hình 3.5 - Biểu đồ kết quả biến dạng dọc trục  với khoảng tin cậy 95% các BTA ở
các khoảng độ rỗng dư, áp lực hông khác nhau và điều kiện có và khơng
có màng bao mẫu. .......................................................................................75


ix

Hình 3.6 - Trung bình hiệu kết quả 1 (khoảng tin cậy 95%) giữa các nhóm có sử dụng
và khơng sử dụng màng bao mẫu ............................................................... 75
Hình 3.7 - Trung bình hiệu kết quả  (khoảng tin cậy 95%) giữa các nhóm có sử dụng
và khơng sử dụng màng bao mẫu ............................................................... 76
Hình 3.8 – Kết quả thí nghiệm c (a),  (b) (khoảng tin cậy 95%) của hỗn hợp

AC13_CP1 sử dụng nhựa 60/70, PMB III .................................................79
Hình 3.9 – Kết quả thí nghiệm c (a),  (b) (khoảng tin cậy 95%) của hỗn hợp
AC13_CP2 sử dụng nhựa 60/70, 40/50, PMB III ......................................80
Hình 3.10 - Trung bình hiệu kết quả của c (a),  (b) (95% CI) của hỗn hợp AC13_CP1
sử dụng nhựa 60/70, PMB III .....................................................................81
Hình 3.11 - Trung bình hiệu kết quả của c (a),  (b) (95% CI) của hỗn hợp AC13_CP2
sử dụng nhựa 60/70, 40/50, PMB III .......................................................... 82
Hình 3.12 – Kết quả thí nghiệm c (a),  (b) (khoảng tin cậy 95%) của hỗn hợp
AC19_CP1_N1 ở nhiệt độ 30, 45, 60 oC ....................................................83
Hình 3.13 - Trung bình hiệu kết quả của c (a),  (b) (95% CI) của hỗn hợp
AC19_CP1_N1 ở các nhiệt độ 30, 45 và 60oC...........................................85
Hình 3.14 – Kết quả thí nghiệm c (a),  (b) (khoảng tin cậy 95%) của hỗn hợp
AC19_CP1_N1 ở tốc độ gia tải 0.75; 2.5 và 7.5mm/phút .........................86
Hình 3.15 - Trung bình hiệu kết quả của c (a),  (b) (95% CI) của hỗn hợp
AC19_CP1_N1 ở các tốc độ tải 0.75; 2.5 và 7.5 mm/phút ........................88
Hình 3.16 - Biểu đồ Pareto các yếu tố ảnh hưởng ......................................................90
Hình 3.17 - Ảnh hưởng các yếu tố Cấp phối, Loại nhựa đến .....................................90
Hình 3.18 - Ảnh hưởng tương tác các yếu tố đến  ......................................................91
Hình 3.19 - Biểu đồ tổng hợp kết quả  của các hỗn hợp AC13_CP1 và AC13_CP2 .91
Hình 3.20 - Biểu đồ Pareto các yếu tố ảnh hưởng c ......................................................91
Hình 3.21 - Ảnh hưởng các yếu tố Cấp phối, Loại nhựa đến c .....................................92
Hình 3.22 - Biểu đồ tổng hợp c của các hỗn hợp AC13_CP1 và AC13_CP2 ..............92
Hình 4. 1 - Sơ đồ bố trí dụng cụ đo biến dạng mẫu ......................................................95
Hình 4. 2 - Quan hệ biến dạng - thời gian của BTA trong thí nghiệm creep tĩnh .........96
Hình 4. 3 - Kết quả thí nghiệm creep tĩnh hỗn hợp AC19_CP1_N1 ở nhiệt độ 30oC ..97
Hình 4. 4 - Kết quả thí nghiệm creep tĩnh hỗn hợp AC19_CP1_N1 ở nhiệt độ 45oC ..97
Hình 4. 5 - Kết quả thí nghiệm creep tĩnh hỗn hợp AC19_CP1_N1 ở nhiệt độ 60oC ..98
Hình 4. 6 - Ảnh hưởng các yếu tố Nhiệt độ, Áp lực đến max .......................................98

x

Hình 4. 7 - Ảnh hưởng tương tác các yếu tố đến max ...................................................99
Hình 4. 8 - Biểu đồ tổng hợp biến dạng tổng max .........................................................99
Hình 4. 9 - Ảnh hưởng các yếu tố Nhiệt độ, Áp lực đến R ........................................100
Hình 4. 10 - Ảnh hưởng tương tác các yếu tố đến R..................................................100
Hình 4. 11 - Biểu đồ tổng hợp R ................................................................................101
Hình 4. 12 - Ảnh hưởng các yếu tố Nhiệt độ, Áp lực đến Estiff ...................................101
Hình 4. 13 - Ảnh hưởng tương tác các yếu tố Nhiệt độ, Áp lực đến mơ đun độ cứng
Estiff............................................................................................................102
Hình 4. 14 - Biểu đồ tổng hợp Estiff .............................................................................102
Hình 4. 15 - Miêu tả Mohr–Coulomb về cường độ kháng cắt và trạng thái ứng suất
[20] [31] [48] [53].....................................................................................104
Hình 4. 16 - Biểu diễn trạng thái ứng suất bằng lý thuyết phá hoại Mohr – Coulomb
[39]............................................................................................................104
Hình 4.17 - Kết quả thí nghiệm RLPD hỗn hợp AC19_CP1_N1 ...............................106
Hình 4.18 - Kết quả thí nghiệm RLPD hỗn hợp AC13_CP1_N3 ...............................106
Hình 4. 19 – Tương quan p và /f ở các chu kỳ tải của các hỗn hợp bê tơng asphalt
..................................................................................................................108
Hình 4. 20 - Ảnh hưởng các yếu tố /f, N đến p của hỗn hợp AC19-CP1-N1 .........109
Hình 4. 21 - Ảnh hưởng các yếu tố /f, N đến p của hỗn hợp AC13-CP1-N3 .........109
Hình 4. 22 - Ảnh hưởng tương tác các yếu tố đến p của hỗn hợp AC19-CP1-N1.....109
Hình 4. 23 - Ảnh hưởng tương tác các yếu tố đến p của hỗn hợp AC13-CP1-N3.....109
Hình 4. 24 - Tổng hợp biến dạng không hồi phục p của hỗn hợp AC19-CP1-N1 .....110
Hình 4. 25 - Tổng hợp biến dạng không hồi phục p của hỗn hợp AC13-CP1-N3 .....110
Hình 5. 1- Mơ phỏng tương quan p - N mẫu AC13_CP1_N3 mức tải /f =0.269 theo
phương trình (5.1) .....................................................................................117
Hình 5. 2 - Mô phỏng tương quan p-N mẫu AC13_CP1_N3 mức tải /f =0.175 theo
phương trình (5.3) .....................................................................................117
Hình 5. 3 - Mô phỏng tương quan p - N mẫu AC13_CP1_N3 mức tải /f =0.425 dạng

phương trình (5.2) ....................................................................................118
Hình 5.4 - Mô phỏng tương quan p – N mẫu AC13_CP1_N3, mức tải /f
=0.425 dạng phương trình (5.3) ................................................................118
Hình 5. 5 – Kết quả kiểm chứng mơ hình hồi qui theo phương trình (5.10) tương quan
p-N mức tải trọng thấp ............................................................................125


xi

Hình 5. 6 – Kết quả kiểm chứng mơ hình hồi qui theo phương trình (5.11) tương quan
p-N mức tải trọng thấp ............................................................................128
Hình 5. 7 – Kết quả kiểm chứng mơ hình hồi qui theo phương trình (5.12) tương quan
p-N mức tải trọng cao ..............................................................................130
Hình 5.8 –Kết quả kiểm chứng mơ hình hồi qui theo phương trình (5.13) tương quan
p-N mức tải trọng cao ..............................................................................132


xii

DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT
AASHTO

Hiệp hội xây dựng mặt đường và vận tải Mỹ

ADC

Chuyển đổi tương tự - số

ANOVA

Phân tích đánh giá phương sai

APT

Thí nghiệm tăng tốc phá hoại mặt đường

ASTM

Hiệp hội thử nghiệm vật liệu Mỹ

BTA

Bê tông asphalt

BTAC

Bê tơng asphalt chặt

BTAP

Bê tơng asphalt polime

c

Lực dính đơn vị

CP

Cấp phối

EN

Tiêu chuẩn châu Âu

FN

Chu kỳ chảy

FT

Thời gian chảy

JTG

Tiêu chuẩn Trung Quốc

LVDT

Cảm biến vi sai tuyến tính

NCS

Nghiên cứu sinh

PTHH

Phần tử hữu hạn

RLPD

Thí nghiệm biến dạng khơng hồi phục tải trọng lặp

SCT

Thí nghiệm từ biến tĩnh

SHRP

Chương trình nghiên cứu chiến lược đường bộ

SMA

Hỗn hợp đá - vữa nhựa

SSR

Tỷ số ứng suất cắt so với cường độ kháng cắt

TCN

Tiêu chuẩn ngành

TCVN

Tiêu chuẩn Việt Nam

VA

Độ rỗng dư



Góc nội ma sát


1

ĐẶT VẤN ĐỀ
1. Tính cấp thiết của đề tài
Bê tơng asphalt là loại vật liệu được lựa chọn nhiều trong xây dựng mặt đường ôtô
cấp cao ở Việt Nam cũng như trên thế giới. Tuy nhiên, với việc gia tăng mạnh mẽ của
lưu lượng xe chạy, tải trọng trục và nhiệt độ khai thác, mặt đường bê tông asphalt thông
thường đã xuất hiện các hư hỏng gây ảnh hưởng đến chất lượng khai thác và tuổi thọ
của kết cấu đường. Các hư hỏng phổ biến là lún vệt bánh xe, nứt do mỏi và nứt ở nhiệt
độ thấp.
Trên thế giới, nhiều quốc gia phát triển cũng đã từng phải đối mặt với hiện tượng
hư hỏng dạng lún vệt bánh xe. Các nghiên cứu của các nhà khoa học trên thế giới liên
quan đến lún vệt bánh xe được triển khai theo hai hướng: thứ nhất, nghiên cứu về các
phương pháp cải thiện hỗn hợp, bao gồm cải thiện thành phần hỗn hợp và cải thiện vật
liệu; thứ hai là cải thiện kết cấu với việc cải thiện khả năng chống lại sự hình thành vệt
lún chung cho các lớp hỗn hợp asphalt và xây dựng phương pháp tính tốn thiết kế kết
cấu áo đường xét đến trạng thái giới hạn hư hỏng lún vệt bánh. Phân loại nhựa đường
theo tiêu chuẩn PG, thiết kế thành phần hỗn hợp theo Superpave, các loại nhựa đường
cải tiến có tính năng tốt, các loại hỗn hợp bê tông asphalt cải tiến là các kết quả của
hướng nghiên cứu thứ nhất. Thiết kế kết cấu áo đường theo cơ học – thực nghiệm,
phương pháp M-E, với các phương trình kiểm sốt lún là kết quả của hướng nghiên cứu
thứ hai. Ngoài ra, nhiều chỉ tiêu kiểm sốt chất lượng và phương pháp thí nghiệm cũng
được song hành nghiên cứu xây dựng để kiểm soát loại hình hư hỏng lún vệt bánh xe.
Ở Việt Nam, trong thời gian gần đây lún vệt bánh xe là loại hình hư hỏng phổ
biến và ngày một nghiêm trọng của mặt đường bê tông asphalt và là chủ đề nóng được

các nhà khoa học trong ngành giao thơng đưa ra bàn luận, phân tích và tìm giải pháp để
giải quyết. Đã có một số hội nghị chuyên ngành được tổ chức để thảo luận riêng về vấn
đề lún vệt bánh xe trên mặt đường bê tông asphalt. Trong các hội nghị này, các nhà
quản lý đã thông báo một số số liệu ban đầu về tình hình hư hỏng dạng lún vệt bánh trên
mạng lưới đường, các thông tin cơ bản liên quan đến nguyên nhân hư hỏng lún vệt
bánh, đánh giá các yếu tố ảnh hưởng đến lún vệt bánh và các nghiên cứu về vấn đề này.
Hướng nghiên cứu đã và vẫn đang được các nhà chuyên môn lựa chọn là: 1/ Nghiên cứu
để nâng cao khả năng chống biến dạng không hồi phục của bê tông asphalt bằng cách
cải thiện vật liệu nhựa đường, thay đổi thành phần cấp phối và lựa chọn cốt liệu có chất
lượng tốt. Đã có một số kết quả nghiên cứu để tăng khả năng kháng lún vệt bánh của bê
tông asphalt mặt đường, tập trung vào hướng nghiên cứu này: Tiêu chuẩn phân loại
nhựa đường PG đã được nghiên cứu và đang trong quá trình xét duyệt để ban hành; Các


2

loại nhựa đường cải thiện đã có tiêu chuẩn ngành và đang được sử dụng; Nhiều loại hỗn
hợp cải thiện đã có hướng dẫn tạm thời; Các tiêu chuẩn thí nghiệm tương ứng cũng lần
lượt đã và đang tiếp tục xây dựng; Tiêu chuẩn thi công và nghiệm thu mặt đường bê
tông asphalt (TCVN8819-2011) đề cập đến yêu cầu kiểm tra khả năng kháng lún vệt
bánh của hỗn hợp và được hỗ trợ bằng hướng dẫn theo Quyết định 858/QĐ-BGTVT của
Bộ Giao thông Vận tải. 2/ Nghiên cứu về bản chất của hiện tượng hư hỏng lún vệt bánh
xe và thiết kế kết cấu mặt đường có kiểm sốt lún hiện nay còn chưa được đề cập đến
trong điều kiện của Việt Nam. Về bản chất, hỗn hợp bê tông asphalt thông thường khi
được thiết kế thành phần hợp lý, hiện tượng lún vệt bánh xe hình thành chủ yếu do nhiệt
độ cao làm giảm cường độ chống cắt của bê tông asphalt và/hoặc do tải trọng xe lớn gây
ứng suất cắt vượt quá giới hạn làm xuất hiện biến dạng dẻo trong lớp bê tông asphalt,
tức là bê tông asphalt bị hư hỏng dạng cắt trượt.
Giữa cường độ kháng cắt và đặc tính chống biến dạng khơng hồi phục của bê tông
asphalt tồn tại mối quan hệ nhất định. Bê tơng asphalt có cường độ chống cắt cao sẽ có

khả năng kháng lún vệt bánh xe tốt. Mối quan hệ này nếu xây dựng được sẽ là cơ sở ban
đầu cho việc xây dựng phương trình dự báo lún và kiểm soát lún từ giai đoạn thiết kế.
Nghiên cứu theo hướng này hiện nay là hoàn toàn mới ở Việt Nam. Đề tài "Nghiên cứu
quan hệ giữa cƣờng độ chống cắt và đặc tính biến dạng khơng hồi phục của hỗn
hợp bê tông asphalt mặt đƣờng" được thực hiện sẽ có ý nghĩa khoa học và thực tiễn.
2. Các mục tiêu của nghiên cứu
Đích cuối cùng của nghiên cứu là xây dựng mối quan hệ giữa cường độ chống
cắt và đặc tính biến dạng khơng hồi phục của hỗn hợp bê tơng asphalt mặt đường. Để
đạt được mục đích này, các mục tiêu nghiên cứu cơ bản được đặt ra như sau:
- Hiểu rõ bản chất và cơ chế lún vệt bánh trong mối liên hệ với biến dạng cắt của
vật liệu bê tông asphalt với điều kiện khai thác bất lợi ở nhiệt độ cao và/hoặc tải trọng
trục lớn;
- Hệ thống hóa các phương pháp thí nghiệm xác định các tham số đặc trưng đặc
tính kháng cắt, đặc tính biến dạng, biến dạng khơng phục hồi của bê tơng asphalt và
luận chứng lựa chọn mơ hình, phương pháp thí nghiệm xác định các chỉ tiêu này; Đề
xuất và thực hiện các cải tiến, chế tạo thiết bị thí nghiệm để phục vụ nghiên cứu; Xây
dựng kế hoạch và tiến hành nghiên cứu thực nghiệm để: khảo sát giá trị cường độ kháng
cắt, đặc tính biến dạng khơng hồi phục của một số loại bê tông asphalt phổ biến sử dụng
ở Việt Nam; Đánh giá ảnh hưởng của các yếu tố cơ bản: nhiệt độ, loại nhựa và loại cốt
liệu, tốc độ gia tải đến chỉ tiêu cường độ kháng cắt của bê tông asphalt.


3

- Phân tích, tổng hợp và xây dựng tương quan giữa các tham số đặc trưng đặc tính
kháng cắt và đặc tính biến dạng khơng hồi phục của hai loại bê tông asphalt phổ biến sử
dụng ở Việt Nam ở một điều kiện nhiệt độ.
3. Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu
Đối tượng chính trong nghiên cứu của luận án gồm: Đặc tính kháng cắt của bê
tơng asphalt thơng qua các chỉ tiêu cơ bản là cường độ kháng cắt, lực dính đơn vị (c),

góc nội ma sát (ϕ); Đặc tính biến dạng và biến dạng khơng hồi phục của bê tông asphalt
thông qua các chỉ tiêu cơ bản: biến dạng từ biến, biến dạng khơng hồi phục tích lũy, tốc
độ biến dạng…
Phạm vi nghiên cứu được giới hạn trong việc đánh giá các chỉ tiêu cơ bản liên
quan đến đặc tính kháng cắt và đặc tính biến dạng chứ không khảo sát các loại hỗn hợp
hay các vật liệu đầu vào. Chính vì vậy, nghiên cứu thực nghiệm được tiến hành với
chọn lọc trong số các loại bê tông asphalt phổ biến nhất đang sử dụng ở Việt Nam. Các
nội dung nghiên cứu chủ yếu gồm:
 Nghiên cứu đặc tính kháng cắt xác định bằng thí nghiệm ba trục của BTAC19 nhựa
60/70, BTAC12.5 nhựa 60/70 với 2 nguồn cốt liệu, BTAC12.5 nhựa PMB III với 2
nguồn cốt liệu, BTAC12.5 nhựa 40/50.
 Nghiên cứu đặc tính biến dạng từ biến sử dụng mơ hình thí nghiệm từ biến tĩnh và
đánh giá ảnh hưởng của tải trọng và nhiệt độ đến đặc tính biến dạng từ biến. Hỗn
hợp được lựa chọn cho mục đích nghiên cứu này là BTAC 19, nhựa đường 60/70.
 Nghiên cứu đặc tính biến dạng khơng hồi phục bằng thí nghiệm 3 trục tải trọng lặp
với các cấp tải trọng ở nhiệt độ 60oC. Hỗn hợp được lựa chọn cho mục đích nghiên
cứu này là BTAC19 sử dụng nhựa 60/70 và BTAC12.5 sử dụng nhựa PMBIII.
 Phân tích, đánh giá ảnh hưởng của các điều kiện thí nghiệm đến đặc tính kháng cắt
và đặc tính biến dạng không hồi phục của bê tông asphalt. Ở nội dung này, luận án
giới hạn phạm vi nghiên cứu ở yếu tố tải trọng và nhiệt độ, là hai yếu tố cơ bản nhất
ảnh hưởng đến cả đặc tính kháng cắt và đặc tính biến dạng khơng hồi phục của bê
tơng asphalt mặt đường trong điều kiện khai thác của Việt Nam hiện nay.
 Phân tích, xây dựng tương quan thực nghiệm giữa đặc tính kháng cắt và đặc tính
biến dạng không hồi phục của bê tông asphalt ở một nhiệt độ 60oC. Nhiệt độ 60oC là
nhiệt độ khai thác trong điều kiện bất lợi vào mùa nóng của mặt đường bê tông
asphalt ở Việt Nam đồng thời là nhiệt độ được khuyến cáo sử dụng trong tiêu chuẩn
thiết kế kết cấu mặt đường mềm và trong thí nghiệm kiểm sốt lún theo tiêu chuẩn
thi công và nghiệm thu mặt đường bê tông asphalt hiện hành ở Việt Nam. Hai loại
bê tông asphalt được sử dụng cho nội dung nghiên cứu là: BTAC19 sử dụng nhựa
60/70 (thường sử dụng cho lớp dưới) và BTAC12.5 sử dụng nhựa PMB III (thường

sử dụng cho lớp trên trong kết cấu mặt đường mềm ở Việt Nam).


4

4. Phƣơng pháp nghiên cứu
Phương pháp nghiên cứu của luận án là nghiên cứu lý thuyết kết hợp với nghiên
cứu thực nghiệm, trong đó:
* Nghiên cứu lý thuyết:
- Nghiên cứu tổng quan bản chất của cơ chế biến dạng không hồi phục trong mối
liên quan với biến dạng cắt của bê tông asphalt, xu thế nghiên cứu về mối quan hệ giữa
cường độ kháng cắt và biến dạng không hồi phục.
- Nghiên cứu các phương pháp, mơ hình thí nghiệm xác định c, , xác định đặc
tính biến dạng và biến dạng không hồi phục của bê tông asphalt, luận chứng lựa chọn
mơ hình và phương pháp thí nghiệm phục vụ cho nghiên cứu thực nghiệm.
* Nghiên cứu thực nghiệm:
- Nghiên cứu cải tiến, hồn thiện các thiết bị thí nghiệm để xác định c,  theo mơ
hình nén ba trục, thí nghiệm đặc tính biến dạng khơng hồi phục theo mơ hình nén dọc
trục tải trọng lặp có áp lực hông (ba trục tải trọng lặp) cho mẫu bê tơng asphalt từ các
thiết bị thí nghiệm hiện có trong Phịng thí nghiệm Cơng trình của Trường Đại học Giao
thơng Vận tải.
- Nghiên cứu thực nghiệm xác định c,  và đặc tính biến dạng khơng hồi phục
trong phịng thí nghiệm của một số loại bê tông asphalt đã lựa chọn.
- Xây dựng mối quan hệ giữa đặc tính kháng cắt và đặc tính biến dạng khơng hồi
phục của bê tơng asphalt, đánh giá mức độ chính xác của mơ hình dự báo theo tiêu
chuẩn thống kê.
5. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài
- Thực hiện được thí nghiệm xác định các tham số đặc trưng cho đặc tính kháng
cắt (c, ) của một số hỗn hợp bê tông asphalt phổ biến ở Việt Nam theo mô hình thí
nghiệm nén ba trục, đưa ra được khoảng giá trị c,  của các hỗn hợp này, đánh giá ảnh

hưởng của nhiệt độ, tốc độ gia tải, loại chất kết dính và nguồn cốt liệu đến các chỉ tiêu
này.
- Thực hiện thí nghiệm nén tải trọng lặp có áp lực hông trong điều kiện nghiên cứu
ở Việt Nam để xác định đặc tính biến dạng khơng hồi phục của 02 trong số các loại bê
tông asphalt phố biến sử dụng ở Việt Nam ở nhiệt độ khai thác cao.
- Phân tích cơ chế lún vệt bánh xe trong mối liên hệ với biến dạng cắt của bê tông
asphalt, minh chứng mối liên hệ này bằng tương quan thực nghiệm giữa đặc tính kháng
cắt và đặc tính biến dạng khơng hồi phục của 02 trong số các loại bê tông asphalt phổ
biến sử dụng ở Việt Nam ở điều kiện nhiệt độ khai thác cao.


5

- Hồn thiện được 2 thiết bị thí nghiệm để xác định các chỉ tiêu kháng cắt (theo mơ
hình thí nghiệm ba trục) và đặc tính biến dạng khơng hồi phục (mơ hình thí nghiệm nén
ba trục tải trọng lặp) của bê tông asphalt.
6. Cấu trúc của luận án
Cấu trúc của luận án gồm phần mở đầu, 5 chương, kết luận – kiến nghị, các cơng
trình khoa học đã cơng bố và phụ lục. Cụ thể như sau:
- Mở đầu
- Chƣơng 1: Tổng quan về đặc tính kháng cắt, đặc tính biến dạng khơng hồi phục
của bê tơng asphalt mặt đường và xu thế nghiên cứu mối quan hệ giữa chúng.
- Chƣơng 2: Lựa chọn chỉ tiêu, mơ hình thí nghiệm, thiết kế lắp dựng thiết bị thí
nghiệm đặc tính kháng cắt và đặc tính biến dạng khơng hồi phục của bê tông asphalt.
- Chƣơng 3: Nghiên cứu thực nghiệm trong phịng về đặc tính kháng cắt của bê
tơng asphalt.
- Chƣơng 4: Nghiên cứu thực nghiệm trong phòng về đặc tính biến dạng khơng
hồi phục của bê tơng asphalt.
- Chƣơng 5: Tương quan thực nghiệm giữa đặc tính kháng cắt và đặc tính biến
dạng khơng hồi phục của bê tơng asphalt mặt đường.

- Các kết luận – kiến nghị
- Các cơng trình khoa học đã cơng bố (gồm 8 cơng trình khoa học đã cơng bố).
- Phụ lục: Tổng hợp các kết quả thí nghiệm vật liệu, kết quả thí nghiệm thiết kế
các hỗn hợp bê tông asphalt, các kết quả chỉ tiêu cơ lý của các loại bê tông asphalt lựa
chọn nghiên cứu, các kết quả thí nghiệm xác định các tham số đặc trưng sức kháng cắt,
các kết quả thí nghiệm đặc tính biến dạng khơng hồi phục, các phân tích kết quả thí
nghiệm.


6

CHƢƠNG 1
TỔNG QUAN VỀ ĐẶC TÍNH KHÁNG CẮT, ĐẶC TÍNH BIẾN DẠNG KHÔNG
HỒI PHỤC CỦA BÊ TÔNG ASPHALT MẶT ĐƢỜNG VÀ XU THẾ NGHIÊN
CỨU MỐI QUAN HỆ GIỮA CHÚNG
1.1- Đặc tính kháng cắt của bê tơng asphalt mặt đƣờng
Đặc tính kháng cắt của bê tơng asphalt nói riêng, của vật liệu nói chung mơ tả khả
năng chống cắt trượt của bê tơng asphalt, đặc tính kháng cắt được lượng hóa bằng
cường độ kháng cắt. Cường độ kháng cắt là giá trị ứng suất cắt tối đa (hay giới hạn)
xuất hiện tại mặt cắt phá hoại trước khi mẫu bị phá hoại cắt trượt.
Năm 1776 A.Coulomb đã đưa ra phương trình đánh giá độ bền cắt của vật liệu:

Trong đó:

(1.1)

f - Cường độ kháng cắt của vật liệu
f - Ứng suất pháp giới hạn trên mặt cắt phá hoại
 - góc nội ma sát của vật liệu
c - Lực dính đơn vị

Cường độ kháng cắt được hình thành chủ yếu từ 3 thành phần: Sự sắp xếp các hạt
cốt liệu đan xen để chống lại dịch chuyển cắt; Ma sát giữa các hạt cốt liệu tại các điểm
tiếp xúc chung giữa chúng; Sự gắn kết giữa các hạt cốt liệu nhờ chất kết dính. Lực dính
đơn vị c và góc nội ma sát  là hai tham số cơ bản đặc trưng cho đặc tính kháng cắt của
bê tơng asphalt. Lực dính đơn vị c phụ thuộc chủ yếu vào đặc tính của nhựa đường và
đặc tính của hỗn hợp vữa nhựa; Góc nội ma sát  phụ thuộc chủ yếu vào đặc tính của
cốt liệu và hỗn hợp cốt liệu.
1.1.1 – Các nghiên cứu về cường độ kháng cắt và các thông số đặc trưng cho sức
kháng cắt của bê tông asphalt ở Việt Nam
Cường độ kháng cắt của bê tông asphalt là chỉ tiêu liên quan trực tiếp và chủ yếu
đến hư hỏng dạng lún vệt bánh xe. Ở Việt Nam, các nghiên cứu trong thời gian vừa qua
về vấn đề hư hỏng lún vệt bánh xe chủ yếu tập trung vào việc cải thiện vật liệu nhựa
đường, thay đổi thành phần cấp phối và lựa chọn cốt liệu có chất lượng tốt để tăng sức
kháng lún của bê tơng asphalt. Trong khi đó, cường độ kháng cắt của vật liệu lại chưa
được quan tâm nghiên cứu nhiều. Các tiêu chuẩn tính tốn, thiết kế đường hiện hành
của Việt Nam cũng chưa đề cập đến trạng thái giới hạn cắt trượt của bê tông asphalt.
Ngưỡng giá trị cường độ kháng cắt (lực dính đơn vị c và góc nội ma sát ) của các loại
hỗn hợp, kể cả các loại đang sử dụng rất phổ biến ở Việt Nam cũng chưa được khảo sát
qua các chương trình thí nghiệm. Ảnh hưởng của các yếu tố vật liệu, thành phần vật


7

liệu,… đến chỉ tiêu này, hoặc mối liên hệ thực nghiệm giữa chỉ tiêu cường độ kháng cắt
với các chỉ tiêu cơ học khác của bê tông asphalt đều chưa được đề cập trong các nghiên
cứu trong nước. Một số nghiên cứu có liên quan đến cường độ kháng cắt của bê tông
asphalt ở trong nước được tổng hợp như sau:
 Nghiên cứu của nhóm tác giả trường Đại học Xây dựng [10]:
Nhóm các tác giả thuộc trường Đại học Xây dựng sử dụng mơ hình cắt trực tiếp để

nghiên cứu xác định các đặc trưng kháng cắt của hỗn hợp bê tông asphalt [10] . Nghiên
cứu thực hiện thiết kế và lắp dựng các bộ gá thí nghiệm theo mơ hình nén dọc trục và
thí nghiệm nén theo đường sinh, thực hiện các thí nghiệm ở nhiệt độ 50oC, tốc độ gia tải
50mm/phút và tính tốn cường độ chống cắt theo tiêu chuẩn của Nga và Belarus –
Phương pháp A [67], có đối chứng với kết quả thí nghiệm Marshall và thí nghiệm hằn
lún vệt bánh xe. Các hỗn hợp bê tơng asphalt chặt đường kính cốt liệu lớn nhất danh
định 12.5mm được sử dụng trong nghiên cứu thực nghiệm là: Cấp phối BTAC12.5-I có
thành phần cốt liệu thơ theo QĐ 858/QĐ-BGTVT, sử dụng 4.4% nhựa 60/70 và 5%
SBS (theo KL nhựa); Cấp phối BTAC12,5-II có thành phần cốt liệu thô theo QĐ
858/QĐ-BGTVT, sử dụng 4.4% nhựa 60/70, không sử dụng phụ gia SBS; Cấp phối
BTAC12.5-III có thành phần cốt liệu ít thơ theo TCVN 8819:2011, sử dụng 4.6% nhựa
60/70, không sử dụng phụ gia SBS. Các kết quả thí nghiệm cơng bố trong nghiên cứu
được tổng hợp trong Bảng 1.1
Bảng 1. 1 - Tổng hợp kết quả nghiên cứu thực nghiệm [10]
TT

Nội dung

Kết quả thí nghiệm

Đơn vị
BTAC 12.5-I

BTAC 12.5-II

BTAC 12.5-III

1

Độ ổn định Marshall

kN

12.72

10.35

10.11

2

Chỉ số dẻo

mm

3.01

2.90

2.79

3

Độ sâu vệt hằn bánh xe
(Hamburg
Wheel
tracking, PP- A, nhiệt độ
50oC).

mm

2.76mm
/15.000 lượt

5.95mm
/15.000 lượt

12.95mm
/15.000 lượt

4

Lực dính đơn vị

MPa

0.32

0.21

0.37

5

Góc nội ma sát

Độ

39.3

38.1

33.12

Có thể thấy được một số kết quả từ nghiên cứu này như sau:
- Hỗn hợp thô nhiều (thành phần cấp phối thỏa mãn quyết định số 858/QĐBGTVT), có góc nội ma sát lớn hơn, thể hiện hiệu quả của khung cốt liệu thô.
- Phụ gia SBS làm tăng lực dính đơn vị của hỗn hợp.


8

Bài báo khoa học [8] công bố các kết quả của đề tài nghiên cứu.
Nhóm nghiên cứu tiếp tục với việc dựng thiết bị thí nghiệm mơ phỏng gần với mơ
hình B theo tiêu chuẩn của Belarus và cơng bố kết quả ban đầu trong bài báo khoa học
trong tạp chí khoa học của Trường Đại học Xây dựng [51]. Nghiên cứu sử dụng mơ
hình thí nghiệm với hai góc của mặt phẳng cắt là 35o và 40o. Kết quả thực hiện thí
nghiệm cơng bố trong bài báo là lực phá hoại mẫu theo mặt phẳng cắt cố định đối với
04 loại hỗn hợp bê tông asphalt: BTAC9.5; BTAC12.5; BTAC19 sử dụng nhựa đường
60/70 và hỗn hợp bê tông nhựa BTAC12.5 sử dụng nhựa polime. Mỗi tổ mẫu bao gồm
02 mẫu, kết quả thể hiện Bảng 1.2.
Bảng 1. 2 - Lực nén phá hoại mẫu của các hỗn hợp bê tông asphalt, kN [51]
Mẫu

BTAC 9.5

BTAC 12.5

BTAC 19

BTAP 12.5



40o

35o

40o

35o

40o

35o

400

35o

Mẫu 1

27.107

37.878

31.433

40.479

27.403

31.424

33.814

64.29

Mẫu 2

21.380

33.547

31.074

38.821

29.363

33.558

39.644

55.56

 Nghiên cứu của các tác giả thuộc Học viện Kỹ thuật Quân sự [6]
Tương tự, các tác giả thuộc Học viện Kỹ thuật Qn sự cũng sử dụng mơ hình thí
nghiệm kết hợp thí nghiệm nén dọc trục và ép theo đường sinh, tính tốn cường độ
chống cắt theo tiêu chuẩn Nga ГОСТ 12801 – 98. Nghiên cứu đánh giá ảnh hưởng của
hàm lượng cốt liệu thô đến sức kháng cắt trượt của bê tông asphalt. Hỗn hợp bê tông

asphalt được sử dụng trong nghiên cứu thực nghiệm là bê tông asphalt chặt 12.5, với
các hàm lượng đá khác nhau (BTAC12.5 40% đá dăm; BTAC12.5 52.5% đá dăm;
BTAC12.5 65% đá dăm). Các thí nghiệm được thực hiện ở nhiệt độ 50 oC, tốc độ gia tải
50mm/phút, kết quả thí nghiệm được tổng hợp ở Bảng 1.3.
Bảng 1. 3 - Giá trị trung bình tg và c của mẫu BTA thử nghiệm [6]
Loại hỗn hợp bê tông asphalt

Các đặc trƣng kháng cắt ở 50 oC
tg

c (MPa)

BTAC12.5 (40% đá dăm)

0.81

0.33

BTAC12.5 (52.5% đá dăm)

0.87

0.31

BTAC12.5 (65% đá dăm)

0.91

0.26

9

Nhóm nghiên cứu kết luận: Tăng hàm lượng cốt liệu đá trong hỗn hợp có tác dụng
làm tăng hệ số ma sát (tg) so với mẫu có hàm lượng đá thấp hơn.
Như vậy có thể thấy, cịn khá ít các nghiên cứu trong nước về đặc tính kháng cắt
của bê tơng asphalt, chưa có nghiên cứu nào sử dụng mơ hình nén ba trục - mơ hình
được xem là cơ bản và mô phỏng gần nhất với điều kiện chịu tải trọng bánh xe của vật
liệu mặt đường.
1.1.2. Một số nghiên cứu của nước ngồi về đặc tính kháng cắt của bê tơng asphalt
Các nghiên cứu của nước ngồi về đặc tính kháng cắt của bê tơng asphalt tập trung
nghiên cứu theo 3 hướng:
1.1.2.1 – Một số nghiên cứu về đặc tính kháng cắt của bê tơng asphalt sử dụng các mơ
hình thí nghiệm khác nhau
* Nghiên cứu [22] đánh giá mơ hình xun dọc trục xác định cường độ kháng cắt
của bê tông asphalt thông qua việc so sánh đối chứng với tổ hợp thí nghiệm nén ba trục.
Các tác giả sử dụng mơ hình thí nghiệm này để đánh giá ảnh hưởng của các yếu tố: loại
hỗn hợp, loại cốt liệu và loại nhựa đường sử dụng đến cường độ kháng cắt. Các hỗn hợp
được thí nghiệm bao gồm hỗn hợp bê tông asphalt chặt được thiết kế theo phương pháp
Superpave và hỗn hợp SMA; với tổ hợp 03 loại cốt liệu sử dụng: đá vôi, đá bazan, đá
dolerit; tổ hợp 03 loại nhựa đường: PG 64-22 (SK) nhập từ Hàn Quốc; PG 64-22 (AH)
nguồn gốc nội địa (Trung Quốc) và PG 76-22 sử dụng phụ gia SBS.
Tỉ lệ hệ số cường độ kháng cắt được đề xuất trong nghiên cứu này bằng 0.327 của
cường độ kháng xuyên, dựa trên tỉ lệ của ứng suất cắt lớn nhất và ứng suất nén tương
ứng với tải trọng chùy xuyên được xem là phân bố đều trên vòng tròn lực trong bán
khơng gian vơ hạn phân tích thơng qua bài tốn lý thuyết. Thí nghiệm nén ba trục đối
chứng được làm với 3 mức áp lực hông là 0.2; 0.3 và 0.4 MPa và tốc độ nén là 4
mm/phút. Kết quả nghiên cứu cho thấy, chênh lệch giữa cường độ cắt thí nghiệm sử
dụng mơ hình xun và nén ba trục khá lớn và xu thế chênh lệch khác nhau tùy thuộc
loại hỗn hợp và nhiệt độ thí nghiệm. Vì vậy, việc tìm được một tỉ lệ tương đối cố định

để xác định cường độ kháng cắt từ cường độ kháng xuyên cho hỗn hợp bê tông asphalt
là không khả thi. Tuy nhiên, các tác giả cũng chứng minh bằng thực nghiệm rằng với thí
nghiệm xun có thể đánh giá được ảnh hưởng của các yếu tố đến cường độ kháng
xuyên và tương ứng là cường độ kháng cắt. Kết quả cũng chỉ ra rằng, loại cốt liệu
khơng có ảnh hưởng nhiều và rõ rệt đến cường độ kháng cắt. Trong khi đó, loại nhựa
hay mác nhựa PG có ảnh hưởng rất rõ rệt tới cường độ kháng cắt của hỗn hợp. Ngồi ra,
nhiệt độ có ảnh hưởng đương nhiên là rất đáng kể đến cường độ kháng cắt. Mối quan hệ
giữa cường độ kháng xuyên và nhiệt độ khá rõ ràng theo quan hệ tuyến tính.