Nghiên cứu ảnh hưởng của cốt liệu thô tạo khung đến sự phát triển biến dạng không hồi phục của bê tông nhựa nóng trong điều kiện việt nam TT

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

ĐỖ VƯƠNG VINH

NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA CỐT LIỆU THÔ
TẠO KHUNG ĐẾN SỰ PHÁT TRIỂN BIẾN DẠNG
KHÔNG HỒI PHỤC CỦA BÊ TƠNG NHỰA NĨNG
TRONG ĐIỀU KIỆN VIỆT NAM
Ngành : Kỹ thuật xây dựng cơng trình giao thơng
Mã số : 9580205
Chuyên ngành : Xây dựng đường ôtô và đường thành phố

TÓM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT

HÀ NỘI – 2021


Cơng trình được hồn thành tại:
Trường Đại học Giao thơng vận tải
Người hường dẫn khoa học:
1. PGS.TS. Trần Thị Kim Đăng
Trường Đại học Giao thông vận tải
2. PGS.TS. Nguyễn Hữu Trí
Viện Khoa học và Cơng nghệ GTVT
Phản biện 1: ……………………………..
Phản biện 2: ……………………………..
Phản biện 3: …………………………….

Luận án được bảo vệ trước Hội đồng chấm luận án cấp
Trường họp tại Trường Đại học Giao thông Vận tải vào hồi

……… giờ ……….ngày…….. tháng…….năm………..

Có thể tìm hiểu luận án tại thư viện:
- Thư viện Quốc Gia Việt Nam
- Thư viện Trường Đại học Giao thông Vận tải


CÁC CƠNG TRÌNH ĐÃ CƠNG BỐ CỦA TÁC GIẢ
1.

Đỗ Vương Vinh, Trần Thị Kim Đăng (2016), “Ảnh hưởng của cốt
liệu mịn và bột khoáng đến cường độ kéo uốn của thành phần vữa
nhựa trong hỗn hợp bê tơng nhựa nóng”, Tạp chí Giao thơng vận
tải, số Tháng 11/2016.

2.

Vuong Vinh DO, Thi Kim Dang TRAN (2017) “Effects of fillers
and fine aggregates on the shear strength of fine aggregate matrix
in hot mix asphalt”, Proceedings of the Eastern Asia Society for
Transportation Studies, Vol.11, 2017.

3.

Đỗ Vương Vinh (2019), “Nghiên cứu các phương pháp thiết kế
hỗn hợp bê tơng nhựa chặt có xét đến việc hình thành bộ khung
chịu lực từ cốt liệu thơ", Tạp chí Giao thơng vận tải, số Tháng
03/2019.

4.

Đỗ Vương Vinh, Trần Thị Kim Đăng (2020), "Khả năng chống
biến dạng không hồi phục của hỗn hợp bê tơng nhựa chặt có cấp
phối cốt liệu thiết kế theo phương pháp Bailey", Tạp chí Giao
thông vận tải, số Tháng 6/2020.

5.

Đỗ Vương Vinh, Trần Thị Kim Đăng (2021), “Hàm lượng cốt liệu
thô tạo khung chịu lực và ảnh hưởng của nó đến khả năng chống
biến dạng không hồi phục của hỗn hợp bê tông nhựa chặt”, Tạp
chí Giao thơng vận tải, số Tháng 01+02/2021.

6.

Đỗ Vương Vinh, Nguyễn Hữu Trí (2021), “Cấu trúc của hỗn hợp
bê tông nhựa và khả năng chống biến dạng không hồi phục”, Tạp
chí Giao thơng vận tải, số tháng 03/2021.


1
ĐẶT VẤN ĐỀ
I. TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI

Bê tơng nhựa là loại vật liệu được sử dụng phổ biến để làm mặt đường ô tô cấp
cao, đường đô thị và đường cao tốc ở Việt Nam cũng như trên thế giới do có
nhiều ưu điểm. Tuy nhiên loại mặt đường này cũng có nhược điểm là nhạy cảm
với nhiệt độ, khi nhiệt độ cao thì cường độ giảm dễ bị biến dạng không hồi phục.
Thời gian gần đây ở Việt Nam, do sự gia tăng của lưu lượng và tải trọng xe cùng
với nhiệt độ cao vào mùa hè hư hỏng dang lún vệt bánh xe của mặt đường bê

tông nhựa đã trở thành một trong những hư hỏng phổ biến.
Bên cạnh các yếu tố về chất lượng vật liệu thì cấp phối cốt liệu hay tỉ lệ phối
trộn giữa các nhóm cỡ hạt cốt liệu là một trong những yếu tố quan trọng nhất
ảnh hưởng đến hầu hết các tính chất quan trọng của hỗn hợp bê tơng nhựa trong
đó có khả năng chống biến dạng khơng hồi phục cũng như cường độ chống cắt.
Một hỗn hợp BTN có tỉ lệ phối trộn cốt liệu hợp lý cho phép các hạt cốt liệu thô
tiếp xúc với nhau và các hạt cốt liệu mịn nêm chèn vừa đủ mà không đẩy các hạt
cốt liệu thô ra xa. Hỗn hợp như vậy sẽ có khung cốt liệu thơ chịu lực tốt từ đó
tăng cường độ kháng cắt cũng như tăng khả năng chống biến dạng không hồi
phục của hỗn hợp do tăng ma sát giữa các hạt cốt liệu.
Vai trò của khung cốt liệu thơ trong việc hình thành khả năng kháng lún cho hỗn
hợp bê tông nhựa đã được nhiều nhà khoa học nghiên cứu. Nổi bật trong số đó
là nghiên cứu phát triển phương pháp thiết kế cấp phối cốt liệu Bailey và nghiên
cứu xây dựng công cụ phân tích ảnh để xác định cấu trúc khung cốt liệu hỗn hợp
bê tông nhựa.
Ở Việt Nam gần đây cũng đã có một số tác giả nghiên cứu về ảnh hưởng của
mức độ thô của cấp phối cốt liệu đến khả năng kháng lún và mỏi của hỗn hợp bê
tông nhựa. Tuy nhiên các nghiên cứu này mới chỉ dừng lại ở việc đánh giá trực
tiếp ảnh hưởng của hàm lượng cốt liệu thô đến chiều sâu lún vệt bánh mà chưa
xem xét đến việc tạo ra khung cốt liệu thơ và vai trị của khung cốt liệu thơ trong
khả năng kháng lún của hỗn hợp bê tông nhựa. Đề tài luận án “Nghiên cứu ảnh
hưởng của cốt liệu thô tạo khung đến sự phát triển biến dạng không hồi phục
của bê tơng nhựa nóng trong điều kiện Việt Nam” được lựa chọn trong bối cảnh
nghiên cứu hiện tại là cần thiết và có ý nghĩa khoa học.
II. MỤC ĐÍCH NGHIÊN CỨU

Nghiên cứu đề xuất phương pháp thiết kế hỗn hợp bê tơng nhựa chặt có xét đến
việc hình thành khung cốt liệu thô, khảo sát ảnh hưởng của cấp phối cốt liệu và
hàm lượng cốt liêu thô tạo khung đến khả năng chống biến dạng không hồi phục
của bê tơng nhựa nóng. Nghiên cứu cũng đề xuất và xác định các thông số cấu

trúc của hỗn hợp bê tông nhựa có liên quan đến khả năng chống biến dạng khơng
hồi phục bằng phương pháp phân tích ảnh. Từ đó làm rõ vai trị của khung cốt
liệu thơ trong việc hình thành khả năng chống biến dạng khơng hồi phục của hỗn
hợp bê tông nhựa và đề xuất khoảng hàm lượng cốt liệu thô tạo khung đối với


2
hỗn hợp bê tông nhựa chặt.
III. NỘI DUNG NGHIÊN CỨU

Đề tài luận án tập trung vào các nội dung chính sau:
1.

Tổng quan về ảnh hưởng của cấp phối cốt liệu và khung cốt liệu thô đến
biến dạng không hồi phục của bê tông nhựa;

2.

Nghiên cứu đề xuất phương pháp thiết kế cấp phối cốt liệu cho hỗn hợp
BTN có xét đến hình thành khung cốt liệu thơ;

3.

Nghiên cứu thực nghiệm đánh giá ảnh hưởng của cấp phối cốt liệu và khung
cốt liệu thô đến khả năng chốngbiến dạng không hồi phục của bê tông nhựa;

4.

Nghiên cứu mối liên hệ giữa cấu trúc của hỗn hợp bê tông nhựa và khả năng
chống biến dạng khơng hồi phục, từ đó đề xuất khoảng hàm lượng cốt liệu

thô tạo khung cho hỗn hợp bê tông nhựa chặt.

IV. Ý NGHĨA KHOA HỌC VÀ THỰC TIỄN CỦA ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU

 Nghiên cứu đề xuất phương pháp thiết kế hỗn hợp bê tơng nhựa có xét đến khung
cốt liệu thô nhằm xác định được cấp phối cốt liệu và hàm lượng cốt liệu thô hợp
lý cho hỗn hợp bê tông nhựa cho khả năng chống biến dạng không hồi phục tốt.
 Thông qua khảo sát ảnh hưởng của hàm lượng cốt liệu thô đến khả năng chống
biến dạng không hồi phục của hỗn hợp bê tơng nhựa với hai nguồn cốt liệu khác
nhau từ đó xác định được khoảng hàm lượng cốt liệu thô hợp lý cho khả năng
chống biến dạng không hồi phục cao.
 Nghiên cứu xác định cấu trúc của hỗn hợp BTN sử dụng phương pháp phân tích
ảnh, thiết lập tương quan giữa các chỉ số này với các thông số cơ học thể hiện khả
năng kháng chống biến dạng không hồi phục của hỗn hợp BTN. Từ các chỉ tiêu
cấu trúc xác định bằng phương pháp phân tích ảnh có thể cơ bản dự báo được khả
năng chống biến dạng không hồi phục, giúp đánh giá, sàng lọc sơ bộ hỗn hợp bê
tông nhựa theo khả năng chống biến dạng không hồi phục.

TỔNG QUAN VỀ ẢNH HƯỞNG CỦA CẤP PHỐI CỐT LIỆU VÀ KHUNG
CỐT LIỆU THÔ ĐẾN BIẾN DẠNG KHÔNG HỒI PHỤC CỦA BÊ TƠNG
NHỰA
Chương 1 phân tích tổng quan về ảnh hưởng của cấp phối cốt liệu và khung cốt
liệu thô đến biến dạng không hồi phục của bê tông nhựa làm các cơ sở nghiên
cứu thực nghiệm ở các chương tiếp theo.
1.1. Thành phần vật liệu và cấu trúc của bê tông nhựa
1.1.1. Thành phần vật liệu của bê tông nhựa
Bê tông nhựa là hỗn hợp gồm các thành phần là cốt liệu khoáng (đá dăm, cát, bột
khoáng), chất liên kết là nhựa đường và phụ gia (nếu có) được phối hợp với nhau theo
tỷ lệ hợp lý. Mỗi thành phần trong bê tơng nhựa đóng một vai trị nhất định và có liên

3
quan chặt chẽ với nhau trong việc tạo nên một khối liên kết có đủ cường độ và các tính
chất cần thiết cho quá trình sử dụng .

1.1.2. Cấu trúc của hỗn hợp bê tông nhựa
Về mặt cấu trúc, bê tơng nhựa là một vật liệu xây dựng có cấu trúc thuộc dạng
bê tơng nhân tạo, trong đó các cốt liệu khống vật được dính kết với nhau nhờ
chất liên kết asphalt. Theo cấp độ nghiên cứu, bê tông nhựa được xem là một hệ
thống ba cấu tử [6] (Hình 1.1).
-

Cấu trúc vi mô (tế vi) gồm nhựa và bột khoáng tạo thành chất liên kết
asphalt (mastic asphalt).

-

Cấu trúc trung gian gồm cát và chất liên kết asphalt tạo thành vữa asphalt.

-

Cấu trúc vĩ mô gồm đá dăm và vữa asphalt tạo thành hỗn hợp bê tơng nhựa.

Hình 1.1 Mơ hình cấu trúc bê tơng
nhựa ở các cấp độ nghiên cứu

Hình 1.6. Ảnh hưởng của hàm lượng
đá dăm đến cường độ nén của BTN

1.2. Biến dạng không hồi phục và các hư hỏng có liên quan đến biến dạng khơng

hồi phục của mặt đường bê tông nhựa

1.2.1. Lún vệt bánh xe do BTN mất ổn
định (Instability Rutting)
Biến dạng (lún) xuất hiện trên tại vệt bánh
xe trên phạm vi hẹp, hình thành các mô dồn
(trồi) dọc 2 bên vệt bánh xe (Hình 1.7).
Ngun nhân gây ra LVBX là do BTN
“khơng ổn định”, không đủ cường độ kháng
cắt để chống lại ứng suất cắt do tải trọng
bánh xe gây ra trong lớp BTN. Đây là hình
thức LVBX phổ biến nhất và chủ yếu xảy
ra trong các lớp BTN với chiều sâu khoảng
10cm tớnh t b mt ng.

Mô dồn

Mô dồn

Cắt

Cắt Mặt đờng ban đầu
Cắt
Các lớp mặt BTN
Các lớp móng
Nền đờng

Hỡnh 1.7. Lỳn vt bánh xe do bê
tông nhựa bị chảy dẻo [25]

1.2.2. Lún vệt bánh xe do kết cấu (Strutural Rutting)
Biến dạng (lún) xuất hiện tại vệt bánh xe trên phạm vi rộng và khơng hình thành
các mơ dồn (trồi) dọc theo vệt bánh xe. Nguyên nhân LVBX do kết cấu là do
tích lũy biến dạng do tải trọng lặp gây ra trong nền đường (hoặc trong lớp móng
dưới, móng trên) trong quá trình khai thác.


4
1.2.3. Lún vệt bánh xe do bong bật bề mặt (Surface/Wear Rutting)
Biến dạng (lún) xuất hiện tại vệt bánh xe trên phạm vi hẹp, khơng hình thành
các mơ dồn (trồi) BTN dọc theo vệt bánh xe. Nguyên nhân gây ra LVBX là do
khiếm khuyết trong thi công, lớp BTN không đủ độ chặt (độ rỗng BTN lớn) dể
dàng bị bong tạo vết khuyết tại vệt bánh xe.
1.3. Các phương pháp đánh giá đặc tính biến dạng khơng hồi phục của hỗn hợp bê
tơng nhựa

1.3.1. Thí nghiệm từ biến
Thí nghiệm được thực
hiện bằng cách tác dụng
một tĩnh tải lên mẫu bê
tông nhựa và đo biến dạng
khơng hồi phục khi dỡ tải.
Thí nghiệm có thể được
thực hiện trong điều kiện
khơng hạn chế nở hơng
hoặc có hạn chế nở hơng.

Hình 1.12. Mối quan hệ giữa biến dạng và ứng suất
trong thí nghiệm từ biến

1.3.2. Thí nghiệm biến
dạng khơng hồi phục tải trọng lặp tải trọng lặp
Thí nghiệm được thực hiện bằng cách tác dụng tải trọng động lên mẫu với số
chu kỳ gia tải khoảng vài nghìn lần. Trong q trình thí nghiệm, biến dạng khơng
hồi phục tích lũy và số chu kỳ gia tải được ghi lại. Thí nghiệm có thể được thực
hiện trong điều kiện không hạn chế nở hông hoặc có hạn chế nở hơng.
1.3.3. Các thí nghiệm mơ phỏng
Một số phương pháp thí nghiệm mơ phỏng đã được sử dụng để đánh giá khả
năng kháng lún của BTN gồm: thiết bị Hamburg Wheel-Tracking, thiết bị phân
tích mặt đường asphalt (Asphalt Pavement Analyzer - APA), thiết bị French
Rutting Tester (LCPC Wheel tracker), Thiết bị thí nghiệm hằn lún vệt bánh xe
của Đại học Purdue (Purdue University Laboratory Wheel Tracking).
1.4. Các nghiên cứu về ảnh hưởng của cấp phối cốt liệu và khung cốt liệu thô đến
khả năng chống biến dạng không hồi phục của hỗn hợp BTN

1.4.1. Các nghiên cứu trên thế giới
Báo cáo [31] cho rằng từ nhiều nghiên cứu trước đó, có thể thấy “bằng chứng rõ
ràng rằng thành phần cấp phối của bê tơng nhựa chặt có ảnh hưởng quyết định
đến hiện tượng lún vệt bánh xe”.
Trong [21] Carpenter và Enockson (1987) đã báo cáo nghiên cứu trên 32 dự án
rải lớp phủ tăng cường trên các tuyến quốc lộ tại bang Illinois (Hoa Kỳ) và đã
kết luận như sau: phần lớn vấn đề vệt hằn bánh xe có thể được qui về thành phần
hạt cốt liệu trong hỗn hợp tạo nên.
Nghiên cứu của các tác giả Stakston, A.D., and Bahia, H. (2003) [48] cũng chỉ


5
ra rằng khả năng kháng lún vệt bánh phụ thuộc nhiều vào cấp phối của cốt liệu,
và các hỗn hợp dù sử dụng các loại vật liệu tốt nhất nhưng với cấp phối không
hợp lý cũng bị lún vệt bánh.

Trong một số nghiên cứu khác của Chen, J.S., và Liao, M.S. (2002) [22]; Krutz,
N. C., và Sebaaly, P. E. (1993) [34]; Elliot, R.P., Ford, M.C., Ghanim, M., và
Tu, Y.F. (1991) [25]; Button, J.W., Perdomo, D., và Lytton, R.L. (1990) [20] về
cường độ của hỗn hợp bê tông nhựa, các tác giả kết luận về sự ảnh hưởng của
các tính chất vật liệu thành phần. Đối với cốt liệu, người ta thấy rằng có ngưỡng
giá trị cường độ được xác định theo kích cỡ hạt cốt liệu lớn nhất danh định,
cường độ của hỗn hợp tăng khi có sự tiếp xúc và chèn móc của cốt liệu đá dăm,
tiếp xúc và chèn móc giữa các cốt liệu thơ được xem là yếu tố chính tạo cường
độ của hỗn hợp, và hỗn hợp cần được thiết kế với khung cốt liệu thô chịu lực
vững chắc.
1.4.2. Các nghiên cứu ở Việt Nam
Các nghiên cứu ở Việt Nam phần nhiều tập trung vào việc cải thiện đặc tính
kháng lún của BTN bằng cách sử dụng vật liệu cải thiện. Vũ Phương Thảo (2015)
[12] đã nghiên cứu mức độ cải thiện khả năng chống mỏi và chống lún vệt bánh
xe của BTN khi sử dụng cốt sợi thủy phân tán. Trần Thị Cẩm Hà năm 2019 [8]
cũng đã đánh mức độ cải thiện khả năng kháng lún vệt bánh của BTN sử dụng
bitum Epoxy.
Có 02 nghiên cứu trong nước tập trung nhiều hơn vào cấp phối cốt liệu của BTN.
Bùi Ngọc Hưng (2016) [10] đã nghiên cứu ảnh hưởng ảnh hưởng của cấp phối
cốt liệu, nguồn gốc đá dăm và loại nhựa đến chiều sâu LVBX và độ bền mỏi của
hỗn hợp BTNC 12,5 và BTNC 19. Nghiên cứu thực hiện với 3 loại cấp phối cốt
liệu trong miền cấp phối thô theo Quyết định 858/QĐ-BGTVT, trên cơ sở đó
đưa ra khái niệm hỗn hợp cốt liệu rất thơ, thơ vừa và thơ ít. Kết quả nghiên cứu
cho thấy, khả năng kháng LVBX của các mẫu BTN cấp phối thơ ít là thấp nhất,
tăng dần với cấp phối thô vừa và cao nhất là cấp phối rất thô cho cả hai loại
BTNC 12,5 và BTNC 19. Trần Danh Hợi (2018) [9], đã nghiên cứu về hỗn hợp
đá – nhựa nóng cường độ cao dùng trong kết cấu mặt đường ô tô cấp cao ở Việt
Nam. Trong nghiên cứu này tác giả đã đề xuất sử dụng phương pháp Bailey để
thiết kế phối trộn cốt liệu cho các hỗn hợp đá – nhựa nóng cường độ cao 25 mm
và 31,5 mm.

1.5. Các nghiên cứu trong và ngồi nước về phương pháp phân tích ảnh xác định
cấu trúc hỗn hợp bê tông nhựa

Kỹ thuật xử lý và phân tích hình ảnh kỹ thuật số là cơng cụ hiệu quả để đánh giá
cấu trúc hỗn hợp bê tông nhựa. Các kỹ thuật này đã được một số nhà khoa học
nghiên cứu và phát triển trong những năm gần đây [39], [43], [58]. Các thông
số cấu trúc của hỗn hợp bê tông nhựa được quan tâm nghiên cứu gồm lỗ rỗng,
sự phân bố lỗ rỗng, hình dạng hạt, hướng, sự phân bố của các hạt cốt liệu và các
thuộc tính tiếp xúc giữa các hạt cốt liệu.


6
Coenen và cộng sự (2012) [24] đã phát triển một phần mềm xử lý và phân tích
hình ảnh nhằm xác định cấu trúc của hỗn hợp bê tông nhựa - phần mềm IPAS.
Sau đó, Sefidmazgi và cộng sự [45] đã cải tiến phần mềm IPAS thành IPAS-2
nhằm xác định thêm các thông số chiều dài đường tiếp xúc, hướng tiếp xúc của
các viên cốt liệu – các thông số cấu trúc được cho có liên quan đến khả năng
kháng lún của bê tông nhựa. Kết quả nghiên cứu cho thấy có mối quan hệ tốt
giữa số lượng tiếp xúc, chiều dài tiếp xúc và chỉ số cấu trúc ISI với khả năng
kháng lún của hỗn hợp bê tông nhựa thể hiện thông qua chỉ số FN – Flow
Number.
Trong một nghiên cứu khác vào năm 2013 Shaheen và cộng sự [46] cũng đã sử
dụng phần mềm IPAS-2 để xác định cấu trúc của các hỗn hợp bê nhựa. Kết quả
nghiên cứu cũng cho thấy số lượng tiếp xúc và chiều dài tiếp xúc có mối tương
quan khá tốt với chiều sâu hằn lún xác định bằng thiết bị Hamburg Wheel Rut
Tester.
Cho đến nay ở Việt Nam hầu như chưa có nghiên cứu nào sử dụng phương pháp
phân tích ảnh để xác định thông số cấu trúc cốt liệu của bê tông nhựa và khảo
sát mối quan hệ giữa các thông số cấu trúc này với các thông số cơ học thể hiện
khả năng kháng lún của bê tông nhựa.

1.6. Xác định vấn đề nghiên cứu của luận án

Luận án nghiên cứu tập trung vào các vấn đề chủ yếu sau đây:


Nghiên cứu đề xuất phương pháp thiết kế hỗn hợp bê tơng nhựa có xét đến việc
hình thành khung cốt liệu thô.



Khảo sát ảnh hưởng của cấp phối cốt liệu và hàm lượng cốt liệu thô tạo khung đến
khả năng chống biến dạng không hồi phục của bê tông nhựa thông qua thí nghiệm
hằn lún vệt bánh xe và thí nghiệm từ biến.



Xác định các thông số cấu trúc của bê tơng nhựa được cho là có quan hệ với khả
năng chống biến dạng không hồi phục sử dụng phương pháp xử lý và phân tích ảnh
và mối quan hệ giữa các thông số cấu trúc này với các thông số cơ học thể hiện khả
năng chống biến dạng không hồi phục của bê tông nhựa.

1.7. Phương pháp nghiên cứu

Luận án sử dụng phương pháp nghiên cứu lý thuyết kết hợp với nghiên cứu thực
nghiệm.

NGHIÊN CỨU ĐỀ XUẤT PHƯƠNG PHÁP THIẾT KẾ CẤP PHỐI CỐT
LIỆU HỖN HỢP BÊ TƠNG NHỰA CĨ XÉT ĐẾN HÌNH THÀNH KHUNG
CỐT LIỆU THƠ
Chương 2 tiến hành nghiên cứu làm rõ vai trò của khung cốt liệu thơ trong việc

hình thành khả năng chống biến dạng khơng hồi phục của BTN, đồng thời nghiên
cứu đề xuất phương pháp thiết kế cấp phối cốt liệu hỗn hợp BTN có xét đến hình


7
thành khung cốt liệu thô – phương pháp Bailey.
2.1. Nguyên lý hình thành cường độ của hỗn hợp bê tơng nhựa và vai trị của khung
cốt liệu thơ trong việc hình thành cường độ của hỗn hợp bê tơng nhựa

2.1.1. Nguyên lý hình thành cường độ của hỗn hợp bê tông nhựa
Theo giáo sư N.N Ivanop [5], cường độ kháng cắt của hỗn hợp đá trộn nhựa nói
chung và BTN nói riêng phụ thuộc vào 2 yếu tố gồm lực ma sát của cốt liệu
khống và lực dính giữa nhựa và cốt liệu khống, lực dính bên trong của nhựa
và do sự móc vướng giữa các hạt to với nhau
Theo tài liệu [54], cường độ kháng cắt của BTN được đóng góp bởi cốt liệu
khống và nhựa đường. Có thể sử dụng phương trình Mohr - Coulomb để thể
hiện cách hai vật liệu này đóng góp vào khả năng kháng cắt của BTN. Cường độ
chống cắt của hỗn hợp BTN có thể được cải thiện bằng cách phối hợp hỗn hợp
cốt liệu sao cho để hình thành sự tiếp xúc giữa các hạt cốt liệu với nhau.
2.1.2. Vai trò của cốt liệu thô và khung cốt liệu thô trong việc hình thành
cường độ và chống biến dạng khơng hồi phục của hỗn hợp BTN
Khung cốt liệu có vai trị quan trọng
trong việc hình thành cường độ và tạo
ra sự ổn định của hỗn hợp bê tông
nhựa đặc biệt là ở nhiệt độ cao. Hỗn
hợp có bộ khung cốt liệu tốt sẽ đảm
bảo khả năng chống hằn lún, giảm
biến dạng từ đó tăng tuổi thọ và cải
thiện chất lượng khai thác. Để đảm bảo
có sự chèn móc tạo khung cốt liệu thơ Hình 2.2. Sự truyền ứng suất trong

khung cốt liệu
để chống lại biến dạng khơng hồi phục
thì cần phải thiết kế một hỗn hợp có bộ khung cốt liệu thơ.
2.2. Lý thuyết về cấp phối cốt liệu và các phương pháp thiết kế hỗn hợp bê tông
nhựa

2.2.3. Các phương pháp thiết kễ hỗn hợp bê tông nhựa
Thiết kế hỗn hợp BTN là q trình thí nghiệm để lựa chọn được cấp phối cốt
liệu hợp lý và tìm hàm lượng nhựa tối ưu nhằm thoả mãn 2 yếu tố gồm các tính
chất liên quan đến đặc tính thể tích và các tính chất cơ học theo quy định của
phương pháp thiết kế. Các phương pháp thiết kế BTN được sử dụng phổ biến
trên thế giới như phương pháp Marshall, Superpave cơ bản đều tuân thủ nguyên
tắc này.
2.3. Hướng dẫn lựa chọn cấp phối thơ theo các quy trình

Các tiêu chuẩn thiết kế, thi công và nghiệm thu mặt đường bê tông nhựa ở Việt
Nam ở các giai đoạn khác nhau đề cập đến vấn đề “cốt liệu thô” bằng nhiều
cách.
Quyết định 858/QĐ-BGTVT đưa vào khái niệm mới gọi là bê tông nhựa chặt


8
cấp phối thô (BTNC thô), với định nghĩa cấp phối thô là cấp phối phù hợp với
Bảng 2.1 và thỏa mãn % lọt qua sàng khống chế như Bảng 2.2.
2.4. Cơ sở thiết kế cấp phối cốt liệu hỗn hợp bê tơng nhựa chặt có xét đến việc tạo
khung cốt liệu thô

Trong thiết kế hỗn hợp bê tông nhựa truyền thống, cốt liệu thơ được hiểu là các
cốt liệu sót trên sàng số 4 (cỡ sàng 4,75mm), và cốt liệu mịn là các cốt liệu lọt
qua sàng này. Với quan niệm thiết kế phối trộn để tạo khung cốt liệu thơ, cốt

liệu thơ được hiểu là cốt liệu có kích thước lớn mà khi đưa vào khối thể tích tạo
lỗ rỗng; cốt liệu mịn là cốt liệu chèn vào lỗ rỗng của các cốt liệu thô.
Trên cơ sở định nghĩa này, nghiên cứu của Varik [55] đã tổng hợp các phân tích
về mặt hình học phẳng cho các dạng phối trộn của cốt liệu. Xét thực tế các hạt
có thể có hình dạng khác nhau, nếu lấy trung bình cộng tỉ lệ tính tốn trong cả
4 trường hợp, ta có được tỉ lệ giữa đường kính cốt liệu thơ và đường kính cốt
liệu mịn (xem như là hạt nêm chèn) là d = 0,22 D (2.3).
2.5. Phương pháp thiết kế cấp phối cơt liệu hỗn hợp BTN có xét đến việc hình thành
khung cốt liệu thơ - Phương pháp Bailey

2.5.1. Cỡ sàng phân định cốt liệu thô và cốt liệu mịn
Phương pháp Bailey định nghĩa cỡ sàng phân định giữa cốt liệu thô và cốt liệu
mịn là cỡ sàng gần nhất với kết quả tính theo cơng thức PCS = NMPS x 0,22,
với PCS - cỡ sàng phân định giữa cốt liệu thô và cốt liệu mịn; NMPS - cỡ hạt
lớn nhất danh định của hỗn hợp cốt liệu. Đối với hỗn hợp BTNC 12,5 cốt liệu
thô là cốt liệu sót sàng 2,36 mm.
2.5.2. Phối hợp cốt liệu theo thể tích
Cốt liệu thơ trong hỗn hợp tạo ra các lỗ rỗng. Thể
tích lỗ rỗng của các cốt liệu thơ phải được tính
tốn nhằm xác định lượng cốt liệu mịn cần thiết
để lấp vào các lỗ rỗng này. Để phối hợp cốt liệu
theo thể tích thì cần phải xác định các thơng số
khối lượng thể tích của cốt liệu thơ ở trạng thái rời
và trạng thái đã đầm nén; khối lượng thể tích của
cốt liệu mịn ở trạng thái đã đầm nén theo tiêu chuẩn AASHTO T-19.
Để đạt sự chèn móc, tiếp xúc giữa các hạt cốt liệu thô ở một mức độ nào đó thì
khối lượng thể tích thiết kế của cốt liệu thô (CA CUW) nên bằng từ 95 – 105 %
khối lượng thể tích của cốt liệu thơ ở trạng thái rời (CA LUW).
2.5.3. Các tỉ số đánh giá cấp phối cốt liệu
Để đảm bảo hỗn hợp cân bằng, dễ đầm nén,

không bị phân tầng trong thi công và có
chất lượng tốt thì giá trị của các tỉ số CA,
FA c , FA f nên nằm trong phạm vị khuyến
nghị.


9
2.5.4. Trình tự thiết kế cấp phối cốt liệu hỗn hợp BTN có xét đến việc hình
thành khung cốt liệu thơ – phương pháp Bailey
Trình tự thiết kế hỗn hợp BTN có
xét đến việc hình thành bộ khung
cốt liệu thơ - phương pháp Bailey
được thể hiện dưới sơ đồ Hình
2.11.
2.6. Kết quả thiết kế cấp phối cốt
liệu hỗn hợp BTN có xét đến hình
thành khung cốt liệu thơ - phương
pháp Bailey

Trên cơ sở lý thuyết thiết kế hỗn
hợp bê tông nhựa có xét đến việc
hình thành khung cốt liệu thơ –
phương pháp Bailey, tiến hành
tính tốn, thiết kế cấp phối cốt
liệu BTNC 12,5 cho 2 nguồn cốt
liệu gồm cốt liệu mỏ đá Thống
Nhất – Hải Dương (đá vôi) và cốt
liệu mỏ đá Sunway – Hà Nội (đá
bazan) với bột khoáng được
nghiền từ đá vôi của doanh

nghiệp Hồng Lạc, Hải Dương.
Cấp phối cốt liệu thiết kế thỏa
mãn khuyến cáo của phương pháp
Bailey và phù hợp với thành phần
hạt yêu cầu của BTNC 12,5 theo
tiêu chuẩn TCVN 8819:2011
hoặc QĐ 858/BGTVT.

Hình 2.12. Đường cong cấp phối cốt
liệu thiết kế theo phương pháp Bailey –
cốt liệu mỏ Thống Nhất

Hình 2.13. Đường cong cấp phối cốt
liệu thiết kế theo phương pháp Bailey –
cốt liệu mỏ Sunway


10
2.7. Kết luận chương 2
- Trên cơ sở phân tích hình học phẳng về cấu trúc hỗn hợp cốt liệu theo quan
điểm hỉnh thành khung cốt liệu thơ có sự tiếp xúc và chèn móc với nhau, có
thể đề xuất cỡ sàng phân định cốt liệu thô và cốt liệu mịn là 2,36mm với hỗn
hợp BTN cỡ hạt danh định lớn nhất 12,5 mm.
- Phương pháp Bailey là phương pháp thiết kế cấp phối cốt liệu đề cập trực
tiếp và theo nguyên tắc đảm bảo sự hình thành khung cốt liệu thô.
- Từ nguồn cốt liệu của hai mỏ đá khá điển hình của miền Bắc, mỏ đá Thống
Nhất – Hải Dương và mỏ đá Sunway – Hà Nội, đã thiết kế phối trộn thành
công cốt liệu cho hỗn hợp BTNC 12,5 theo phương pháp Bailey, thỏa mãn
hoàn toàn cấp phối tiêu chuẩn theo TCVN 8819: 2011 và thỏa mãn cơ bản
cấp phối tiêu chuẩn theo quyết định số 858/QĐ-BGTVT.

NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM ĐÁNH GIÁ ẢNH HƯỞNG CỦA CẤP
PHỐI CỐT LIỆU VÀ KHUNG CỐT LIỆU THÔ ĐẾN BIẾN DẠNG
KHÔNG HỒI PHỤC CỦA HỖN HỢP BÊ TÔNG NHỰA
Chương 3 thực hiện khảo sát ảnh hưởng của cấp phối cốt liệu và hàm lượng cốt
liệu thô tạo khung đến khả năng kháng biến dạng không phục hồi của các hỗn
hợp BTN 12,5 sử dụng thí nghiệm hằn lún vệt bánh xe và thí nghiệm từ biến.
Các hỗn hợp BTN 12,5 được chế tạo từ 2 nguồn cốt liệu như đề cập ở trên
3.1. Kế hoạch thực nghiệm

3.1.1. Vật liệu thí nghiệm
Các vật liệu để chế tạo các BTN trong nghiên cứu gồm:
- Cốt liệu thơ và cốt liệu mịn được thí nghiệm với 2 nguồn khác nhau gồm:
nguồn 1 – đá vôi tại mỏ đá Thống Nhất, huyện Kinh Môn, tỉnh Hải Dương;
nguồn 2 – đá bazan tại mỏ đá Sunway, huyện Quốc Oai, TP Hà Nội;
- Bột khoáng: bột khoáng được nghiền từ đá vôi của doanh nghiệp vận tải Hồng
Lạc, Hải Dương;
- Nhựa đường: nhựa đường đặc 60/70 – Shell Singapore nhập khẩu bởi
Petrolimex;
Cốt liệu thô, cốt liệu mịn, được sàng thành từng cỡ sàng riêng biệt theo bộ sàng
tiêu chuẩn.
3.1.2. Lựa chọn hỗn hợp BTN có đặc điểm khung cốt liệu thơ điển hình
Với mỗi nguồn cốt liệu, 5 hỗn hợp BTN 12.5 có thành phần cấp phối cốt liệu và
hàm lượng cốt liệu thô tạo khung (d≥2,36mm) khác nhau đã được lựa chọn trong
nghiên cứu. Trong đó, hỗn hợp CP4 có thành phần cấp phối cốt liệu được thiết
kế theo phương pháp Bailey. Thành phần cấp phối của các hỗn hợp BTN 12,5
được thể hiện trong Bảng 3.1 và Hình 3.1.


11

Hình 3.1. Đường cong cấp phối
BTN12,5 các hỗn hợp nghiên cứu

3.1.3. Thí nghiệm đánh giá đặc tính biến dạng khơng hồi phục của hỗn hợp
bê tơng nhựa
Thí nghiệm vệt hằn bánh xe bằng thiết bị Wheel Tracking và thí nghiệm từ biến
được lựa chọn để đánh giá đặc tính biến dạng khơng hồi phục của các hỗn hợp
bê tơng nhựa.
Thí nghiệm hằn lún vệt bánh xe được thực hiện trong môi trường nước ở nhiệt
độ 50 o C với 20.000 lượt gia tải. Mẫu thí nghiệm dạng tấm hình chữ nhật được
đúc bằng đầm lăn có kích thước 320x260x50mm với độ rỗng dư phù hợp với
tiêu chuẩn. Công tác đúc mẫu và thí nghiệm hằn lún vệt bánh xe được thực hiện
tại phịng thí nghiệm LAS-XD 1256 - Trường Đại học Giao thơng vận tải.
Thí nghiệm từ biến được thực hiện với áp lực 200 kPa ở nhiệt độ 30 o C và 60 o C
trong 1 giờ (3600 giây), sau đó dỡ tải và tiếp tục theo dõi biến dạng trong vịng
15 phút (900 giây). Mẫu để thí nghiệm từ biến là mẫu Marshall kích thước 101
mm, chiều cao khoảng 63,5 mm. Thí nghiệm được thực hiện trên thiết bị của
hãng Cooper tại phịng thí nghiệm Bộ mơn Vật liệu xây dựng – Trường Đại học
Giao thơng vận tải.

Hình 3.2. Hình ảnh thí nghiệm hằn lún
vệt bánh xe

Hình 3.3. Thí nghiệm từ biến


12
3.2. Thiết kế thành phần và chế tạo mẫu thí nghiệm

3.2.1. Thí nghiệm đánh giá vật liệu thành phần
Đá dăm, cát, bột khống và nhựa đường được tiến hành thí nghiệm đánh giá theo
các tiêu chuẩn hiện hành của Việt Nam tại phịng thí nghiệm LAS-XD 1256
Trường Đại học Giao thông vận tải. Các vật liệu này đều đáp ứng các tiêu chuẩn
kỹ thuật đối với vật liệu làm BTN theo tiêu chuẩn hiện hành của Việt Nam.
3.2.2. Thiết kế thành phần hỗn hợp bê tông nhựa
Các hỗn hợp BTN 12,5 được thiết kế thành phần theo phương pháp Marshall phù
hợp tiêu chuẩn Việt Nam TCVN8820:2011 [2], TCVN 8819:2011 [1] và Quyết
định 858/QĐ-BGTVT [3]. Hàm lượng nhựa tối ưu lựa chọn để hỗn hợp có độ
rỗng dư khoảng 4,0 %, các chỉ tiêu khác phù hợp với tiêu chuẩn.
3.2.3. Đúc mẫu thí nghiệm làm thí nghiệm hằn lún vệt bánh xe và thí nghiệm
từ biến

Hình 3.4. Hình ảnh cơng tác chế tạo
mẫu thí nghiệm hằn lún vệt bánh xe

Hình 3.5. Hình ảnh mẫu thí nghiệm từ
biến

3.3. Kết quả thí nghiệm – phân tích và đánh giá kết quả thí nghiệm

3.3.1. Kết quả và phân tích kết quả thí nghiệm hằn lún vệt bánh xe
Kết quả hằn lún vệt bánh xe sau
20.000 lượt gia tải của các hỗn hợp
đạt yêu cầu về độ chụm đánh giá
theo ASTM C670-2015. Chiều sâu
LVBX sau 20.000 lượt gia tải của
các hỗn hợp đều nhỏ hơn giá trị giới
hạn 12,5 mm quy định trong Quyết
định 1617/QĐ-BGTVT.

Các hỗn hợp chế tạo từ cốt liệu mỏ
đá Sunway có chiều sâu LVBX sau
20.000 lượt gia tải nhỏ hơn đáng kể so
với các hỗn hợp chế tạo từ cốt liệu mỏ

Hình 3.8. Biểu đồ tổng hợp chiều sâu
LVBX tại 20.000 lượt gia tải


13
đá Thống Nhất. Hỗn hợp CP4 (cấp phối thiết kế theo phương pháp Bailey) có
chiều sâu vệt lún sau 20.000 lượt gia tải là nhỏ nhất đối với cả 2 nguồn cốt liệu.
Có thể xem đây là ưu điểm của phương pháp Bailey để lựa chọn được hàm lượng
cốt liệu thô tạo khung hợp lý.
Chiều sâu LVBX tại 20.000 lượt gia tải và hàm lượng cốt liệu thô tạo khung
≥2.36mm có mối quan hệ bậc 2 chặt chẽ (Cơng thức (3.1) và Công thức (3.2)),
hàm lượng cốt liệu thô tạo khung d2.36 = 64,46% cho chiều sâu lún vệt bánh xe
nhỏ nhất.

3.3.2. Kết quả và phân tích kết quả thí nghiệm từ biến
3.3.2.2. Phân tích đánh giá kết quả thí nghiệm từ biến
a. Chỉ tiêu độ cứng từ biến
Kết quả độ cứng từ biến
của các hỗn hợp BTN đạt
yêu cầu về độ chụm đánh
giá theo ASTM C6702015.
Phân tích chỉ ra rằng yếu
tố Nhiệt độ và Hàm
lượng cốt liệu thơ d2.36
có ảnh hưởng đến độ

cứng từ biến, trong khi
yếu tố Loại đá khơng ảnh
Hình 3.17. Biểu đồ tổng hợp độ cứng từ biến
hưởng đến yếu tố này của các
của các hỗn hợp BTN
hỗn hợp. Khi nhiệt độ tăng thì độ cứng từ biến của các hỗn hợp giảm. Với các
hỗn hợp sử dụng cốt liệu mỏ Thống Nhất thì hỗn hợp CP4 có độ cứng từ biến là
lớn nhất ở cả hai nhiệt độ thí nghiệm. Với hỗn sử dụng cốt liệu mỏ Sunway thì
hỗn hợp CP1 cho độ cứng từ biến là lớn nhất ở cả 2 nhiệt độ thí nghiệm, hỗn
hợp CP4 tuy có độ cứng nhỏ hơn so với hỗn hợp CP1 nhưng mức độ chênh lệch
nhỏ.
Giữa độ cứng từ biến và hàm lượng cốt liệu tạo khung d2.36 có mối quan hệ bậc
2 chặt chẽ như trong Công thức (3.3), hàm lượng cốt liệu thô tạo khung d2.36 =
66,08% cho độ cứng từ biến lớn nhất.

b. Chỉ tiêu biến dạng tổng


14
Kết quả biến dạng tổng
của các hỗn hợp BTN đạt
yêu cầu về độ chụm đánh
giá theo ASTM C6702015.
Phân tích chỉ ra rằng 2 yếu
Hình 3.19. Biểu đồ tổng hợp biến dạng tổng
tố Nhiệt độ và Hàm lượng
của các hỗn hợp BTN
cốt liệu thơ d2.36 có ảnh
hưởng đến biến dạng tổng,
trong khi yếu tố Loại đá

khơng ảnh hưởng đến biến
Hình 3.19. Biểu đồ tổng hợp biến dạng tổng
dạng tổng của các hỗn hợp.
của các hỗn hợp BTN
Khi nhiệt độ tăng thì biến
dạng tổng của các hỗn hợp tăng. Với các hỗn hợp sử dụng cốt liệu mỏ Thống
Nhất thì hỗn hợp CP4 có biến dạng tổng là lớn nhất ở cả hai nhiệt độ thí nghiệm.
Với hỗn sử dụng cốt liệu mỏ Sunway thì hỗn hợp CP1 có biến dạng tổng nhỏ
nhất ở cả 2 nhiệt độ thí nghiệm, hỗn hợp CP4 tuy có biến dạng tổng lớn hơn so
với hỗn hợp CP1 nhưng mức độ chênh lệch nhỏ.
Giữa biến dạng tổng và hàm lượng cốt liệu tạo khung d2.36 có mối quan hệ bậc
2 chặt chẽ như trong Công thức (3.4), hàm lượng cốt liệu thô tạo khung d2.36 =
66,24% cho biến dạng tổng nhỏ nhất.

c. Chỉ tiêu biến dạng không hồi phục
Kết quả biến dạng không hồi phục của các hỗn hợp BTN đạt yêu cầu về độ chụm
đánh giá theo ASTM C670-2015.
Phân tích chỉ ra rằng yếu tố
Loại đá, Nhiệt độ và Hàm
lượng cốt liêu thơ d2.36 có
ảnh hưởng đến biến dạng
không hồi phục của các hỗn
hợp. Các hỗn hợp sử dụng cốt
liệu mỏ Sunway có biến dạng
khơng hồi phục nhỏ hơn so
với các hỗn hợp sử dụng cốt
liệu mỏ Thống Nhất. Khi
nhiệt độ tăng thì biến dạng
Hình 3.21. Biểu đồ tổng hợp biến dạng không
không hồi của các hỗn hợp

hồi phục của các hỗn hợp BTN
tăng. Với các hỗn hợp sử dụng
cốt liệu mỏ Thống Nhất thì hỗn hợp CP4 có biến dạng khơng hồi phục là nhỏ
nhất ở cả hai nhiệt độ thí nghiệm. Với hỗn sử dụng cốt liệu mỏ Sunway thì hỗn


15
hợp CP1 có biến dạng khơng hồi phục nhỏ nhất ở cả 2 nhiệt độ thí nghiệm, hỗn
hợp CP4 tuy có biến dạng tổng lớn hơn so với hỗn hợp CP1 nhưng mức độ chênh
lệch nhỏ không đáng kể.
Giữa biến dạng không hồi phục và hàm lượng cốt liệu tạo khung d2.36 có mối
quan hệ bậc 2 chặt chẽ như trong Công thức (3.5) và (3.6), hàm lượng cốt liệu
thô tạo khung d2.36 = 64,23% cho biến dạng không hồi phục nhỏ nhất.

d. Chỉ tiêu độ dốc từ biến
Kết quả độ dốc từ biến
của các hỗn hợp BTN đạt
yêu cầu về độ chụm đánh
giá theo ASTM C6702015.
Phân tích chỉ ra rằng yếu
tố Loại đá, Nhiệt độ và
Hàm lượng cốt liêu thơ
d2.36 có ảnh hưởng đến
độ dốc từ biến của các
hỗn hợp. Các hỗn hợp sử
Hình 3.23. Biểu đồ tổng hợp độ dốc từ biến của
dụng cốt liệu mỏ Sunway có
các hỗn hợp BTN
độ dốc từ biến nhỏ hơn so
với các hỗn hợp sử dụng cốt liệu mỏ Thống Nhất. Khi nhiệt độ tăng thì độ dốc

từ biến của các hỗn hợp giảm. Với các hỗn hợp sử dụng cốt liệu mỏ Thống Nhất
thì hỗn hợp CP4 có độ dốc từ biến là nhỏ nhất ở cả hai nhiệt độ thí nghiệm. Với
hỗn sử dụng cốt liệu mỏ Sunway thì hỗn hợp CP1 có độ dốc từ biến nhỏ nhất ở
cả 2 nhiệt độ thí nghiệm, hỗn hợp CP4 tuy có độ dốc từ biến nhỏ hơn so với hỗn
hợp CP1 nhưng mức độ chênh lệch nhỏ không đáng kể.
Giữa độ dốc từ biến và hàm lượng cốt liệu tạo khung d2.36 có quan hệ bậc 2
chặt chẽ như trong Cơng thức (3.7) và (3.8), hàm lượng cốt liệu thô tạo khung
d2.36 = 71,14% cho độ độ dốc từ biến nhỏ nhất.


16
3.4. Kết luận Chương 3

- Nguồn cốt liệu có ảnh hưởng đáng kể đến chiều sâu vệt lún hay chính là khả
năng kháng lún vệt bánh xe. Hỗn hợp sử dụng cốt liệu từ mỏ đá Sunway có
khả năng kháng lún vệt bánh xe tốt hơn so với hỗn hợp sử dụng cốt liệu mỏ
đá Thống Nhất. Với cùng một nguồn cốt liệu, hỗn hợp có thành phần cốt liệu
được thiết kế theo phương pháp Bailey cho khả năng kháng lún vệt bánh xe
tốt nhất. Chiều sâu vệt lún và hàm lượng cốt liệu thơ tạo khung có mối liên
hệ chặt chẽ với nhau thể hiện qua phương trình hồi qui thực nghiệm (3.1) và
(3.2) với hệ số R 2 đc = 94,61%. Giữa chiều sâu vệt lún và hàm lượng cốt liệu
thơ tạo khung có mối quan hệ bậc 2, rõ ràng tồn tại một hàm lượng cốt liệu
thô tạo khung cho chiều sâu vệt lún tối thiểu, là cực tiểu của hàm quan hệ.
Hàm lượng cốt liệu thô tạo khung (d≥2.36mm) cho chiều sâu vệt lún bánh xe
nhỏ nhất là 64,46%.
- Ngoài chiều sâu vệt lún, hàm lượng cốt liệu thơ tạo khung cịn có ảnh hưởng
đến sự phát triển lún qua đường cong vệt lún theo số lần tác dụng của tải
trọng. Hỗn hợp có hàm lượng cốt liệu thô tạo khung cao nhanh đạt đến trạng
thái ổn định, là trạng thái mà tốc độ lún nhỏ, được xem là điểm bắt đầu của
xu thế đi ngang của đường cong.

- Từ kết quả khảo sát sử dụng thí nghiệm từ biến, các đặc trưng của đường
cong từ biến bao gồm: biến dạng tổng cộng (%), biến dạng không hồi phục
(%), độ dốc từ biến (%/s) và độ cứng từ biến (MPa) được tổng hợp để phân
tích đánh giá các yếu tố ảnh hưởng. Kết quả phân tích cho thấy nguồn gốc
cốt liệu đá khơng có ảnh hưởng rõ ràng đến chỉ tiêu độ cứng từ biến và biến
dạng tổng, nhưng có ảnh hưởng đến biến dạng khơng hồi phục và độ dốc từ
biến. Trong khi đó, nhiệt độ và hàm lượng cốt liệu thơ tạo khung có ảnh
hưởng đến tất cả các đặc trưng đường cong từ biến. Các thơng số của thí
nghiệm từ biến có mối quan hệ chặt chẽ với hàm lượng cốt liệu thô tạo khung
và nhiệt độ, thể hiện thông quan các phương trình hồi quy thực nghiệm từ
(3.3) đến (3.8) với R 2 đc > 69%. Các phương trình hồi quy thực nghiệm này
cho thấy mối liên hệ giữa các chỉ tiêu đặc trưng từ biến với hàm lượng cốt
liệu thô tạo khung theo hàm bậc 2. Có thể thấy rõ ràng là tồn tại một trị số
hàm lượng cốt liệu tạo khung cho các chỉ tiêu từ biến đạt cực trị: độ cứng từ
biến tối đa; biến dạng tổng và biến dạng không hồi phục tối thiểu; tốc độ từ
biến tối thiểu. Hàm lượng cốt liệu thô tạo khung (d≥2.36mm) cho độ cứng từ
biến lớn nhất, biến dạng tổng và biến dạng không hồi phục nhỏ nhất nằm
trong khoảng từ 64,24% đến 71,14%, trung bình là 66,92%.
CẤU TRÚC CỦA HỖN HỢP BÊ TÔNG NHỰA VÀ KHẢ
NĂNG CHỐNG BIẾN DẠNG KHÔNG HỒI PHỤC
Chương 4 tiến hành xác định các chỉ số cấu trúc cốt liệu của các hỗn hợp BTN
này bằng phần mềm IPAS-2 – một phần mềm xử lý và phân tích ảnh BTN chuyên


17
dụng. Từ các kết quả thí nghiệm và kết quả phân tích ảnh mong muốn tìm ra mối
quan hệ giữa các chỉ số cấu trúc cốt liệu với hàm lượng cốt liệu thô tạo khung
và tương quan giữa các chỉ số cấu trúc cốt liệu với các thông số cơ học thể hiện
khả năng kháng biến dạng không hồi phục của BTN.
4.1 Phương pháp phân tích ảnh xác định cấu trúc hỗn hợp bê tông nhựa

4.1.1. Các chỉ số đặc trưng cho cấu trúc của hỗn hợp bê tông nhựa
Các thông số cấu trúc của hỗn hợp bê tông nhựa được quan tâm nghiên cứu gồm
độ rỗng, sự phân bố lỗ rỗng, hình dạng hạt, hướng, sự phân bố của các hạt cốt
liệu và các thuộc tính tiếp xúc giữa các hạt cốt liệu. Trong đó, các chỉ số cấu
trúc được cho là thể hiện khả năng chống biến dạng không phục hồi của hỗn hợp
bê tông nhựa gồm số lượng tiếp xúc, chiều dài tiếp xúc, hướng tiếp xúc giữa các
viên cốt liệu.
4.2. Phần mềm IPAS-2 – phần mềm phân tích ảnh xác định cấu trúc hỗn
hợp bê tơng nhựa
4.2.1. Giới thiệu về phần mềm IPAS-2
Phần
mềm
IPAS-2
(Image
Processing and Analysis System)
được phát triển bởi Trường Đại học
Wisconsin – Madison và Trường
Đại học bang Michigan để xử lý và
phân tích hình ảnh nhằm xác định
cấu trúc của hỗn hợp bê tơng nhựa.
Hình ảnh mặt cắt bê tơng nhựa sử
dụng cho q trình phân tích là ảnh
kỹ thuật số thu được bằng máy ảnh
Hình 4.2. Giao diện phần mềm IPAS-2
kỹ thuật số hoặc máy quét – các
thiết bị rất phổ biến hiện nay. Phần mềm có thể xác định một số thuộc tính cấu
trúc của BTN như hướng của các viên cốt liệu, sự phân tầng của cốt liệu cũng
như các chỉ tiêu cấu trúc đánh giá sự tiếp xúc giữa các viên cốt liệu như số lượng
tiếp, chiều dài tiếp xúc, hướng tiếp xúc. Giao diện phần mềm IPAS-2 được thể
hiện trong Hình 4.2.

4.2.2. Ngun lý phương pháp phân tích cấu trúc hỗn hợp bê tông nhựa của
phần mềm IPAS-2
Ảnh màu RGB được chuyển sang ảnh xám (gray scale image), vì có sự khác
đáng kể giữa cường độ màu của các hạt cốt liệu với cường độ màu của mastic
và lỗ rỗng trong ảnh xám. Sau đó thuật tốn lọc ngưỡng (threshold filtering)
được sử dụng để phân tách các hạt cốt liệu với thành phần mastic và lỗ rỗng.
Hình ảnh sau khi phân tách được sử dụng để xác định cấu trúc của hỗn hợp BTN.
Để tăng chất lượng ảnh cho việc phân tách các pha, các kỹ thuật lọc đã được sử
dụng trong phần mềm IPAS-2.


18
4.2.3. Phân tích cấu trúc hỗn hợp bê tơng nhựa bằng phần mềm IPAS-2
Q trình phân tích ảnh xác định cấu trúc bê tông nhựa bằng phần mềm IPAS-2
được thể hiện trong Hình 4.5.

Hình 4.5. Các bước phân tích cấu trúc bê tơng nhựa bằng phần mềm IPAS-2

Q trình xử lý ảnh kỹ thuật số trong phần mềm IPAS-2 được thể hiện trong
Hình 4.6.
4.2.4. Các thơng số cấu trúc cốt
liệu trong bê tông nhựa xác định
bởi phần mềm IPAS-2
- Tiếp xúc và xác định đường tiếp
xúc: hai viên cốt liệu được coi là
tiếp xúc khi khoảng cách giữa
những điểm ảnh bao ngoài của
chúng nhỏ hơn một giá trị định
trước. Khoảng cách này được chọn
ở mức sao cho không ảnh hưởng

đáng kể đến tổng số lượng các
Hình 4.6. Sơ đồ mơ tả quá trình xử lý ảnh
tiếp xúc trong ảnh (trong nghiên
trong phần mềm IPAS-2
cứu này là 0,2 mm). Đường tiếp xúc giữa các hạt cốt liệu được tạo thành từ các
điểm ảnh nằm giữa mỗi cặp điểm ảnh bao ngoài của hai viên cốt liệu. Số tiếp
xúc được xác định khi giữa 2 viên cốt liệu tồn tại tiếp xúc và giữa 2 viên cốt liệu
liền kề chỉ tồn tại duy nhất 1 tiếp xúc.
- Hướng tiếp xúc giữa các viên cốt liệu: được
đặc trưng bằng góc giữa pháp tuyến của đường
tiếp xúc so với trục nằm ngang (trục vuông góc
với phương tác dụng lực).
Sự chèn móc giữa các hạt cốt liệu có thể được
xác định chính xác hơn bằng chỉ số cấu
trúc (ISI - Internal Structure Index) – Hình 4.14.
thông
số xáctiếp
định
từvà
chiều
dài
Đường
xúc
hướng
tiếp xúc
tiếp xúc và hướng tiếp xúc theo Công
thứctrong
(4.1):một hỗn hợp thực

19

Trong đó N là số tiếp xúc trong khung cốt liệu, Contact length i và AA Ci tương
ứng là chiều dài và góc tiếp xúc của tiếp xúc thứ i.
4.3. Áp dụng phần mềm IPAS-2 phân tích cấu trúc của hỗn hợp bê tông
nhựa
4.3.1. Chế bị mẫu phục vụ phân tích cấu trúc BTN bằng phần mềm IPAS-2
Các mẫu BTN được chế bị với thành phần đã thiết kế bằng đầm Marshall. Mẫu
chế tạo có kích thước như mẫu Marshall thơng thường đường kính 101,6mm,
chiều cao 63,5mm.
Mẫu được cắt theo phương
thẳng đứng bằng máy cắt đá
chuyên dụng. Mỗi mẫu được
cắt tại 3 vị trí chia mẫu thành
4 mảnh với 6 mặt cắt như Hình
4.15. Sau đó hình ảnh kỹ thuật
số của của các các mặt cắt các
mẫu bê tông nhựa được ghi lại
bằng máy quét.
4.3.2. Kết quả xác định cấu
trúc hỗn hợp BTN sử dụng
phần mềm IPAS-2
Các chỉ số cấu trúc của hỗn
hợp bê tông nhựa được xác định gồm số tiếp xúc, chiều dài tiếp xúc, chỉ số cấu
trúc ISI. Do kích thước của mỗi mặt cắt là khác nhau nên giá trị của mỗi mẫu là
trung bình gia quyền theo diện tích của 6 mặt cắt. Các chỉ số cấu trúc của mỗi
hỗn hợp là giá trị trung bình của 3 mẫu.
Các kết quả thí nghiệm đơn lẻ số tiếp xúc, chiều dài tiếp xúc, chỉ số cấu trúc ISI
của các hỗn hợp BTN đạt yêu cầu về độ chụm đánh giá theo ASTM C670-2015.
4.4. Phân tích đánh giá kết quả cấu trúc của hỗn hợp BTN xác định bằng

phần mềm IPAS-2
4.4.1. Chỉ tiêu chỉ số cấu trúc ISI
Phân tích chỉ ra rằng yếu tố Hàm
lượng cốt liệu thơ d2.36 có ảnh
hưởng đến chỉ số cấu trúc ISI,
trong khi yếu tố Loại đá không
ảnh hưởng đến chỉ số ISI của các
hỗn hợp. Hỗn hợp CP4 có chỉ số
cấu trúc ISI lớn nhất với cả hai
nguồn cốt liệu.
Giữa chỉ số cấu trúc ISI và hàm

Hình 4.16. Biểu đồ tổng hợp chỉ số cấu
trúc ISI của các hỗn hợp BTN


20
lượng cốt liệu tạo khung d2.36 có quan hệ bậc 2 chặt chẽ như trong Công thức
(4.2, hàm lượng cốt liệu thô tạo khung d2.36 = 66,93% cho chỉ số cấu trúc ISI
lớn nhất.

4.4.2. Chỉ tiêu số tiếp xúc
Phân tích chỉ ra rằng cả 2
yếu tố Loại đá và Hàm
lượng cốt liêu thơ d2.36 có
ảnh hưởng đến chỉ tiêu số
tiếp xúc. Các hỗn hợp BTN
sử dụng cốt liệu mỏ Sunway
có chỉ tiêu số tiếp xúc lớn
hơn so với các hỗn hợp sử

dụng cốt liệu mỏ Thống
Nhất. Hỗn hợp CP4 có chỉ
tiêu số tiếp xúc lớn nhất
với cả hai nguồn cốt liệu.

Hình 4.19. Biểu đồ tổng hợp chỉ tiêu số tiếp
xúc của các hỗn hợp BTN

Giữa chỉ tiêu số tiếp xúc và hàm lượng cốt liệu tạo khung d2.36 có quan hệ bậc
2 chặt chẽ như trong Công thức (4.3) và (4.4), hàm lượng cốt liệu thô tạo khung
d2.36 = 64,84% cho chỉ tiêu số tiếp xúc lớn nhất.

4.4.3. Chỉ tiêu chiều dài tiếp xúc
Phân tích chỉ ra rằng yếu tố
Hàm lượng cốt liêu thơ d2.36
có ảnh hưởng đến chỉ tiêu
chiều dài tiếp xúc, trong khi
yếu tố Loại đá không ảnh
hưởng đến chỉ tiêu chiều dài
tiếp xúc. Hỗn hợp CP4 có chỉ
tiêu chiều dài tiếp xúc lớn nhất
với cả hai nguồn cốt liệu.
Giữa chỉ tiêu chiều dài tiếp
xúc và hàm lượng cốt liệu tạo
như trong Công thức (4.5),
62,50% cho chỉ tiêu chiều dài

Hình 4.21.
Biểu
đồ tổng

hợp chỉ
dàichẽ
khung
d2.36
có quan
hệtiêu
bậcchiều
2 chặt
tiếp
xúc
của
các
hỗn
hợp
BTN
hàm lượng cốt liệu thô tạo khung d2.36 =

tiếp xúc lớn nhất.


21

Nhận xét:
- Kết quả cũng cho thấy hỗn hợp BTN CP4 có cấp phối thiết kế theo phương
pháp Bailey cho các chỉ số cấu trúc số tiếp xúc, chiều dài tiếp xúc và chỉ số
ISI là lớn nhất với cả hai nguồn cốt liệu.
- Các chỉ số cấu trúc khung cốt liệu thơ xác định bằng phương pháp phân tích
ảnh và hàm lượng cốt liệu thơ tạo khung ≥2.36mm có mối quan hệ bậc 2 chặt
chẽ (được thể hiện từ Công thức (4.2) đến Công thức (4.5)). Tồn tại một hàm
lượng cốt liệu thô tạo khung cho các chỉ số cấu trúc lớn nhất.

4.5. Quan hệ giữa các chỉ tiêu cấu trúc với các thông số đặc trưng cho khả
năng chống biến dạng không hồi phục của hỗn hợp BTN
4.5.1. Quan hệ giữa thông số cấu trúc với chiều sâu lún vệt bánh xe
Quan hệ giữa chiều sâu vệt
lún sau 20.000 lượt gia tải
với các chỉ số cấu trúc của
hỗn hợp bê tơng nhựa được
thể hiện trong Hình 4.23.
Kết quả cho thấy chiều sâu
lún vệt bánh xe có mối quan
hệ khá chặt với các chỉ số
cấu trúc cốt liệu của bê tông
nhựa ở cả hai nguồn cốt liệu.
Chiều sâu lún vệt bánh xe có
xu hướng giảm khi số lượng
tiếp xúc, chiều dài tiếp xúc
và chỉ số cấu trúc ISI tăng.

4.5.2. Quan hệ giữa chỉ số cấu trúc cốt liệu với đặc tính từ biến của hỗn hợp
bê tơng nhựa ở 60 o C
Cường độ của nhựa đường giảm khi nhiệt độ tăng nên vai trò của cốt liệu và
khung cốt liệu trong khả năng chống biến dạng sẽ thể hiện rõ hơn ở nhiệt độ cao.
Do đó các đặc tính từ biến của hỗn hợp bê tông nhựa ở 60 o C gồm biến dạng
tổng, biến dạng không hồi phục và độ cứng từ biến đã được lựa chọn để thiết lập
tương quan với các chỉ tiêu cấu trúc cốt liệu.
Tương quan giữa các chỉ tiêu cấu trúc cốt liệu và độ cứng từ biến, biến dạng
tổng, biến dạng không hồi phục ở 60 o C của các hỗn hợp được thể hiện trong
Hình 4.24 đến Hình 2.26. Kết quả cho thấy, các chỉ tiêu cấu trúc có mối quan hệ

22
khá tốt với các thông số từ biến. Khi số tiếp xúc, chiều dài tiếp xúc và chỉ số
cấu trúc ISI tăng thì độ cứng từ biến có xu hướng tăng, biến dạng tổng và biến
dạng khơng hồi phục có xu hướng giảm.

4.6. Kết luận Chương 4
- Các chỉ tiêu cấu trúc của các hỗn
hợp bê tơng nhựa có mối quan hệ
chặt chẽ với hàm lượng cốt liệu thô
thể hiện thơng qua các phương trình
hồi quy thực nghiệm từ (4.2) đến
(4.5) với R 2 đc > 74%. Với mối quan
hệ hồi qui thực nghiệm giữa các chỉ
tiêu cấu trúc và hàm lượng cốt liệu
thơ tạo khung có có dạng hàm bậc
2, rõ ràng thấy rằng tồn tại một hàm
lượng cốt liệu thô tạo khung cho
các chỉ tiêu cấu trúc cốt liệu cao
nhất. Hàm lượng cốt liệu thô tạo
khung (d≥2.36mm) cho các chỉ tiêu
cấu trúc lớn nhất nằm trong khoảng
từ 62,50% đến 66,93%, trung bình là 64,76%. Hỗn hợp có thành phần cốt
liệu thiết kế theo phương pháp Bailey có các chỉ tiêu cấu trúc cốt liệu cao
nhất. Kết quả này khẳng định ưu điểm của phương pháp này trong việc thiết
kế hỗn hợp có khung cốt liệu chịu lực tốt.
- Các chỉ tiêu cấu trúc khung cốt liệu chịu lực xác định bằng phân tích ảnh có
mối liên hệ chặt chẽ với chiều sâu vệt lún bánh xe cũng như với các chỉ tiêu
đặc trưng từ biến. Khi các chỉ tiêu cấu trúc cốt liệu xác định bằng phương