Tiến Sĩ Nghiên cứu xác định thành phần vật liệu hợp lý lớp bê tông nhựa tạo nhám mặt đường cấp cao ở Việt Na

LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT
NĂM 2013

IIIMỤC LỤC
LỜI CAM ĐOAN I
LỜI CẢM ƠN II
MỤC LỤC III
KÝ HIỆU CHỮ VIẾT TẮT VI
DANH MỤC HÌNH VẼ VII
DANH MỤC CÁC BẢNG X
MỞ ĐẦU 1
1. Đặt vấn đề .1
2. Mục đích nghiên cứu .2
3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu 2
4. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài nghiên cứu 2
5. Cấu trúc luận án .4

Chương 1: TỔNG QUAN BÊ TÔNG NHỰA LỚP TẠO NHÁM 5
1.1 Cấu trúc và thành phần hỗn hợp của bê tông nhựa thông thường .5
1.2. Thành phần hỗn hợp bê tông nhựa tạo nhám OGFCA .8
1.2.1 Cốt liệu .8
1.2.2 Chất liên kết .10
1.3 Yếu tố ảnh hưởng đến độ nhám mặt đường 10
1.3.1 Khái niệm .10
1.3.2 Ảnh hưởng của cốt liệu đến độ nhám mặt đường 12
1.3.2.1 Yếu tố ảnh hưởng đến độ nhám vi mô .12
1.3.2.2 Yếu tố ảnh hưởng đến độ nhám vĩ mô .13
1.3.3 Các yếu tố ảnh hưởng khác đến độ nhám mặt đường 13
1.4 Tổng quan vật liệu bê tông nhựa tạo nhám OGFCA .16
1.4.1 Khái niệm về bê tông nhựa tạo nhám OGFCA 16
1.4.2 Đặc điểm vật liệu bê tông nhựa tạo nhám OGFCA .16
1.4.3 Phân tích và đánh giá tình hình sử dụng vật liệu OGFCA ở nước ngoài 18
1.4.3.1 Mỹ .18
1.4.3.2 Châu Âu .23
1.4.3.3 Nam Phi .29
1.4.3.4 Úc 30
1.4.3.5 Châu Á .31
1.4.3.6 Tình hình sử dụng vật liệu BTN tạo nhám ở Việt Nam .34
1.5 Kết luận chương 1 .42
II: XÁC LẬP THÀNH PHẦN CÁC HỖN HỢP BÊ TÔNG NHỰA LỚP TẠO NHÁM PHỤC VỤ NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM 44
2.1 Yêu cầu cơ bản đối với vật liệu bê tông nhựa lớp tạo nhám .44
2.2 Lựa chọn thành phần cốt liệu .45
2.2.1 Đặc trưng kỹ thuật yêu cầu cho cốt liệu 45
2.2.2 Yêu cầu cốt liệu cho hỗn hợp OGFCA 47
2.2.2.1 Kích cỡ hạt lớn nhất và loại hỗn hợp OGFCA 47
2.2.2.2 Thành phần vật liệu hỗn hợp 47
2.2.2.3 Đặc điểm cấp phối cốt liệu .48
2.2.2.4 Đề xuất các loại hỗn hợp cốt liệu cho OGFCA tại Việt Nam 52
2.2.2.5 Lựa chọn cốt liệu cho thiết kế hỗn hợp .54
2.3 Chất liên kết 55
2.4 Bột khoáng 56
2.5 Thiết kế thành phần hỗn hợp bê tông nhựa tạo nhám .57
2.5.1 Thiết kế thành phần hỗn hợp theo phương pháp Marshall .57
2.5.1.1 Quy trình đúc mẫu hỗn hợp trong phòng thí nghiệm 57
2.5.1.2 Máy móc và dụng cụ thí nghiệm 57
2.5.1.3 Trình tự đúc mẫu 57
2.5.2 Thí nghiệm thành phần hỗn hợp bê tông nhựa tạo nhám .58
2.5.2.1 Thí nghiệm xác định các chỉ tiêu cơ lý của cốt liệu và nhựa đường .58
2.5.2.2 Tính tỷ lệ phối trộn các cốt liệu 58
2.5.2.3 Chuẩn bị mẫu hỗn hợp cốt liệu để đúc mẫu Marshall .59
2.5.2.4 Trộn cốt liệu với nhựa đường và đầm mẫu Marshall 59
2.5.2.5 Thí nghiệm xác định các đặc trưng cơ lý mẫu thí nghiệm .62
2.5.2.6 Xác định hàm lượng nhựa tối ưu .66
2.5.3 Xác lập thành phần các hỗn hợp và đề xuất các chỉ tiêu kỹ thuật 71
2.6 Kết luận chương 2 .73


Chương III: NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM XÁC ĐỊNH ĐẶC TRƯNG CƠ LÝ CÁC HỖN HỢP BÊ TÔNG NHỰA TẠO NHÁM VÀ LỰA CHỌN THÀNH PHẦN VẬT LIỆU HỢP LÝ CỦA HỖN HỢP .75
3.1 Các loại hỗn hợp cấp phối đề xuất thí nghiệm 75
3.2 Chuẩn bị vật liệu 77
3.3 Chế bị mẫu 78
3.4 Nghiên cứu thực nghiệm đánh giá các chỉ tiêu cơ lý các mẫu thử 78
3.4.1 Thực nghiệm xác định modul đàn hồi vật liệu .78
3.4.2 Thí nghiệm xác định cường độ chịu kéo gián tiếp .80
3.4.3 Thí nghiệm xác định hệ số cường độ chịu kéo gián tiếp 82
3.4.4 Thí nghiệm xác định hệ số thấm .84
3.4.5 Thí nghiệm xác định độ mài mòn Cantabro .87
3.4.6 Kiểm tra vệt hằn bánh xe vật liệu nghiên cứu 89
3.4.6.1 Đặc điểm thử nghiệm vệt hằn bánh xe 89
3.4.6.2 Mục đích của thử nghiệm vệt hằn lún bánh xe 91
3.4.6.3 Kết quả thử nghiệm 92
3.4.6.4 Độ rỗng dư còn lại .94
3.5 Lựa chọn thành phần vật liệu hợp lý cho hỗn hợp 95
3.6 Kết luận chương 3 .96


Chương IV: NGHIÊN CỨU GIẢI PHÁP NÂNG CAO CHẤT LƯỢNG KHAI THÁC LỚP BÊ TÔNG NHỰA TẠO NHÁM MẶT ĐƯỜNG Ô TÔ 98
4.1 Nghiên cứu một số chỉ tiêu đánh giá chất lượng khai thác của lớp BTN tạo nhám 98
4.1.1 Nghiên cứu mối quan hệ giữa độ rỗng dư và độ nhám vĩ mô 99
4.1.2 Nghiên cứu mối quan hệ giữa độ rỗng dư và độ hút nước .101
4.1.3 Nghiên cứu ảnh hưởng của hiệu ứng màng nước đến điều kiện chạy xe 104
4.1.4 Nghiên cứu sự thay đổi độ nhám vĩ mô của mặt đường cao tốc theo thời gian .109
4.1.5 Nghiên cứu hiệu quả tăng nhám bằng công nghệ phun rữa cao áp 110
4.2 Nghiên cứu giải pháp nâng cao chất lượng vật liệu bê tông nhựa tạo nhám 113
4.2.1 Giải pháp kiểm tra sản xuất vật liệu bê tông nhựa tạo nhám tại trạm trộn 113
4.2.2 Giải pháp thi công lớp vật liệu bê tông nhựa nhám 114
4.2.3 Giải pháp giám sát, kiểm tra và nghiệm thu vật liệu bê tông nhựa tạo nhám 115
4.2.4 Giải pháp quản lý khai thác vật liệu bê tông nhựa lớp tạo nhám 116
4.3 Kết luận chương 4 .116
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ .118
DANH MỤC CÔNG TRÌNH CÔNG BỐ CỦA TÁC GIẢ
TÀI LIỆU THAM KHẢO

MỞ ĐẦU
1. Đặt vấn đề
Để tạo tiền đề để phát triển kinh tế xã hội và công nghiệp hóa, hiện đại hóa đất nước; Việt nam đang đầu tư xây dựng, phát triển hệ thống đường ô tô cấp cao và cao tốc. Theo qui hoạch, đến năm 2020 hệ thống đường cao tốc của Việt Nam sẽ phủ khắp cả nước với chiều dài xấp xỉ 6000km. Hiện tại một số tuyến cao tốc huyết mạch như: Hà nội-Ninh Bình, Hà Nội-Lào Cai, Hà Nội-Hải Phòng, Sài Gòn-Trung Lương, Thành phố HCM-Long Thành-Dầu Dây đã và đang được triển khai xây dựng, khai thác. Đường cao tốc cho phép xe chạy với tốc độ trên 80km/h; với tốc độ như vậy, để đảm bảo an toàn xe chạy, mặt đường yêu cầu phải đạt được chất lượng khai thác cao như: độ nhám cao; độ bằng phẳng, độ ráo nước; trong đó độ nhám mặt đường là một yếu tố đặc biệt quan trọng.
Tại các nước phát triển, người ta xây dựng lớp phủ mặt đường cao tốc bằng bê tông nhựa rỗng có độ nhám cao, lớp vật liệu này yêu cầu phải được thiết kế, chế tạo, thi công bằng công nghệ đặc biệt, đắt tiền.
Ở Việt Nam, lớp phủ bê tông nhựa tạo nhám đã được áp dụng trên một số đường cao tốc, tuy nhiên mới ở mức độ thử nghiệm, chi phí cao và bị lệ thuộc vào công nghệ ngoại nhập.
Trong tương lai với yêu cầu phát triển hệ thống đường cao tốc, đường cấp cao tới hàng vạn kilomet thì một yêu cầu bức thiết đặt ra là làm sao để có thể làm chủ công nghệ sản xuất lớp phủ mặt đường bằng vật liệu bê tông nhựa nhám ? Đây thực sự là một yêu cầu hết sức cấp thiết, một đòi hỏi, một thách thức gay gắt đối với những người làm đường Việt Nam.
Muốn làm chủ công nghệ sản xuất vật liệu bê tông nhựa tạo nhám, trước hết phải nghiên cứu xác định được thành phần vật liệu hợp lý của lớp bê tông nhựa tạo nhám để vừa đạt được độ rỗng cần thiết, độ bền, độ nhám yêu cầu, phù hợp với điều kiện cụ thể của Việt Nam. Đề tài luận án “Nghiên cứu xác định thành phần vật liệu hợp lý lớp bê tông nhựa tạo nhám mặt đườngcấp cao ở Việt Nam ” chính là nhằm giải quyết vấn đề
khoa học và thực tiễn đặc biệt cấp thiết đó.

2. Mục đích nghiên cứu
Mục tiêu nghiên cứu của luận án đó là xác định được thành phần vật liệu hợp lý lớp bê tông nhựa tạo nhám mặt đường cấp cao ở Việt Nam; với thành phần cấp phối cốt liệu dạng cấp phối hở (Open Graded), độ rỗng dư thiết kế từ 16%ư18%; đồng thời đưa ra các chỉ tiêu kỹ thuật yêu cầu của vật liệu bê tông nhựa lớp tạo nhám; từ đó có thể làm chủ công nghệ thiết kế; sản xuất; thi công và đề xuất các giải pháp nâng cao chất lượng khai thác vật liệu bê tông lớp tạo nhám mặt đường ô tô tại Việt Nam.

3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
 Đối tượng nghiên cứu: nghiên cứu vật liệu bê tông nhựa lớp tạo nhám có độ rỗng cao với thành phần cốt liệu dạng cấp phối hở.
 Phạm vi nghiên cứu:
+ Nghiên cứu vật liệu bê tông nhựa lớp tạo nhám đó là kết hợp lý thuyết xây dựng đường ô tô, kinh nghiệm sử dụng vật liệu bê tông nhựa lớp tạo nhám ở các nước trên thế giới và tại Việt Nam; điều tra phân tích, đánh giá hiện trạng mặt đường ô tô, vật liệu địa phương, điều kiện địa lý tự nhiên và khí hậu khu vực phía Nam;
+ Nghiên cứu thực nghiệm trong phòng và hiện trường từ đó đề xuất thành phần hợp lý của bê tông nhựa lớp tạo nhám và các khía cạnh liên quan;
+ Nghiên cứu đề xuất các giải pháp nâng cao chất lượng khai thác lớp bê tông nhựa lớp tạo nhám mặt đường ô tô.