Đang tải... (xem toàn văn)
Nghiên cứu xác định thành phần vật liệu hợp lý lớp bê tông nhựa tạo nhám mặt đường cấp cao ở Việt Nam (Luận án tiến sĩ)Nghiên cứu xác định thành phần vật liệu hợp lý lớp bê tông nhựa tạo nhám mặt đường cấp cao ở Việt Nam (Luận án tiến sĩ)Nghiên cứu xác định thành phần vật liệu hợp lý lớp bê tông nhựa tạo nhám mặt đường cấp cao ở Việt Nam (Luận án tiến sĩ)Nghiên cứu xác định thành phần vật liệu hợp lý lớp bê tông nhựa tạo nhám mặt đường cấp cao ở Việt Nam (Luận án tiến sĩ)Nghiên cứu xác định thành phần vật liệu hợp lý lớp bê tông nhựa tạo nhám mặt đường cấp cao ở Việt Nam (Luận án tiến sĩ)Nghiên cứu xác định thành phần vật liệu hợp lý lớp bê tông nhựa tạo nhám mặt đường cấp cao ở Việt Nam (Luận án tiến sĩ)Nghiên cứu xác định thành phần vật liệu hợp lý lớp bê tông nhựa tạo nhám mặt đường cấp cao ở Việt Nam (Luận án tiến sĩ)
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI NCS Nguyễn Phước Minh NGHIÊN CỨU XÁC ĐỊNH THÀNH PHẦN VẬT LIỆU HỢP LÝ LỚP BÊ TÔNG NHỰA TẠO NHÁM MẶT ĐƯỜNG CẤP CAO Ở VIỆT NAM Chuyên ngành: Xây dựng đường ô tô đường thành phố Mã số: 62.58.30.01 LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC 1- PGS.TS.NGUT Trần Tuấn Hiệp 2- PGS.TS Vũ Đức Chính TPHCM, 12/2013 -I- CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập - Tự - Hạnh phúc TpHCM, ngày tháng 12 năm 2013 LỜI CAM ĐOAN Tơi xin cam đoan cơng trình nghiên cứu riêng Các số liệu, kết nêu luận án trung thực chưa tác giả cơng bố cơng trình khác Tác giả luận án NCS Nguyễn Phước Minh -II- LỜI CẢM ƠN Để hoàn thành luận án, tác giả trân trọng cảm ơn quan tạo điều kiện giúp đỡ: Khoa Cơng trình; phòng Đào tạo Sau Đại học; môn Đường bộ; môn Vật liệu xây dựng; Phòng thí nghiệm trọng điểm I; Phòng thí nghiệm Trọng điểm Đường III-Phía Nam-Viện khoa học công nghệ GTVT; Công ty TNHH xây dựng đầu tư BMT Bến Lức-Long An, Dĩ An-Bình Dương Nghiên cứu sinh trân trọng cảm PGS.TS.NGƯT Trần Tuấn Hiệp, PGS.TS.Vũ Đức Chính, PGS.TS Bùi Xuân Cậy, GS.TS Phạm Duy Hữu, PGS.TS Trần Thị Kim Đăng người Thầy định hướng, tận tình hướng dẫn, giúp đỡ, động viên chuyên mơn tinh thần suốt q trình nghiên cứu thực luận án, NCS cảm ơn TS Nguyễn Quang Phúc giáo viên môn cung cấp thơng tin, phần mềm mơ Cảm ơn thí nghiệm viên kinh nghiệm phòng thí nghiệm Trọng điểm I III-Viện KHCN GTVT, nhân viên Công ty TNHH xây dựng đầu tư BMT, mỏ đá Phước Tân-Biên Hòa-Đồng Nai thuộc Cơng ty TNHH Hùng Vương nhiệt tình tơi tham gia thực thí nghiệm phòng trường vật liệu nghiên cứu Cảm ơn gia đình bạn bè đồng nghiệp, người thân bên để hỗ trợ TPHCM, 12/2013 -III- MỤC 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 Đặt vấn đề Mục đích nghiên cứu Đối tượng phạm vi nghiên cứu Ý nghĩa khoa học thực tiễn đề tài nghiên cứu Cấu trúc luận án .4 Chương 1: TỔNG QUAN BÊ TÔNG NHỰA LỚP TẠO NHÁM 1.1 Cấu trúc thành phần hỗn hợp bê tông nhựa thông thường .5 1.2 Thành phần hỗn hợp bê tông nhựa tạo nhám OGFCA 1.2.1 Cốt liệu 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 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 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 đánh giá tình hình sử dụng vật liệu OGFCA nước 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 Việt Nam 34 1.5 Kết luận chương 42 -IV- Chương 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 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 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 loại hỗn hợp cốt liệu cho OGFCA 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 phòng thí nghiệm 57 2.5.1.2 Máy móc 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 tiêu lý cốt liệu nhựa đường .58 2.5.2.2 Tính tỷ lệ phối trộn 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 đầm mẫu Marshall 59 2.5.2.5 Thí nghiệm xác định đặc trưng lý mẫu thí nghiệm .62 2.5.2.6 Xác định hàm lượng nhựa tối ưu 66 2.5.3 Xác lập thành phần hỗn hợp đề xuất tiêu kỹ thuật 71 2.6 Kết luận chương 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 tiêu lý 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 -V- 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 thử nghiệm vệt hằn lún bánh xe 91 3.4.6.3 Kết thử nghiệm 92 3.4.6.4 Độ rỗng dư lại 94 3.5 Lựa chọn thành phần vật liệu hợp lý cho hỗn hợp 95 3.6 Kết luận chương 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 số tiêu đánh giá chất lượng khai thác lớp BTN tạo nhám 98 4.1.1 Nghiên cứu mối quan hệ độ rỗng dư độ nhám vĩ mô 99 4.1.2 Nghiên cứu mối quan hệ độ rỗng dư độ hút nước .101 4.1.3 Nghiên cứu ảnh hưởng hiệu ứng màng nước đến điều kiện chạy xe 104 4.1.4 Nghiên cứu thay đổi độ nhám vĩ mô mặt đường cao tốc theo thời gian 109 4.1.5 Nghiên cứu hiệu tăng nhám 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 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 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 .116 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 118 DANH MỤC CƠNG TRÌNH CƠNG BỐ CỦA TÁC GIẢ TÀI LIỆU THAM KHẢO -VI- KÝ HIỆU CHỮ VIẾT TẮT STT 10 11 12 13 14 15 Chữ viết Nội dung tiếng Anh tắt ACFC Asphalt Concrete Friction Course ACFC- Asphalt Concrete Friction CourseAR Asphalt Rubber Arizona Department of ADOT Transportation American Society for Testing and ASTM Materials BTNNC BTNC BTN BTNP California Department of Caltrans Transportation DGAC Dense Graded Asphalt Concrete DGHMA Dense Graded Hot Mix Asphalt EN European Standards GDOT Georgia Department of Transportation HMA Hot Mix Asphalt HLNTU 16 HWTD 17 ITS 18 NAPA 19 NCAT 20 OG 21 OGFCA Open Graded Friction Course Asphalt 22 23 24 25 26 OGAC ODOT PA TxDOT VTO Open Graded Asphalt Concrete Oregon Department of Transportation Porous Asphalt Texas Department of Transportation Very Thin Overlay Hamburg Wheel Tracking Device Indirect Tensle Strengh National Asphalt Pavement Association National Center For Asphalt Technology Open Graded Nội dung tiếng Việt Bê tông nhựa lớp tạo nhám Bê tông nhựa tạo nhám-nhựa cao su Sở Giao thông bang Arizona Hiệp hội kiểm tra vật liệu Mỹ Bê tông nhựa nhám cao Bê tông nhựa chặt Bê tông nhựa Bê tông nhựa polime Sở Giao thông bang California Bê tơng nhựa chặt Hỗn hợp nhựa nóng Tiêu chuẩn Châu Âu Sở giao thông bang Georgia Hỗn hợp nhựa nóng Hàm lượng nhựa tối ưu Thiết bị kiểm tra vệt hằn bánh xe Cường độ chịu kéo gián tiếp Hiệp hội mặt đường quốc gia Trung tâm kỹ thuật nhựa đường quốc gia Cấp phối hở Bê tông nhựa lớp tạo nhám cấp phối hở Bê tông nhựa cấp phối hở Sở giao thông bang Oregon Bê tông nhựa rỗng Sở giao thông bang Texas Lớp mỏng -VII- DANH MỤC HÌNH VẼ CHƯƠNG I Hình 1.1: Cấu tạo thành phần bitum nhựa đường Hình 1.2: Cấu trúc hóa học bitum nhựa đường Hình 1.3: Cấu trúc hỗn hợp OGFCA Hình 1.4: Đường cong cấp phối hỗn hợp bê tông nhựa theo TCVN Mỹ Hình 1.5: Hình ảnh cấu trúc bề mặt bê tông nhựa chặt bê tơng nhựa cấp phối hở Hình 1.6: Hình ảnh thể cấu trúc nhám vĩ mơ vi mơ mặt đường 11 Hình 1.7: Hiệu ứng màng nước vai trò độ nhám vi mơ 11 Hình 1.8: Hình ảnh mẫu đá nghiền 12 Hình 1.9: Thiết bị thí nghiệm độ mài mòn LA 13 Hình 1.10: Hình ảnh độ chảy nhựa nhiệt độ hỗn hợp 14 Hình 1.11: Thi cơng lớp OGFCA bang California - Mỹ .22 Hình 1.12: Kết cấu mặt đường hai lớp BTN rỗng sử dụng tuyến cao tốc Hà Lan 25 Hình 1.13: Hình ảnh kết cấu áo đường hai lớp BTN rỗng Hà Lan 26 Hình 1.14: Hình ảnh sử dụng vật liệu OGFCA Nhật .32 CHƯƠNG II Hình 2.1: Kích cỡ cốt liệu lớn cho bê tơng nhựa lớp tạo nhám nước 47 Hình 2.2: Thành phần cốt liệu hỗn hợp OGFCA nước .48 Hình 2.3: Các đường cong cấp phối bê tông nhựa 48 Hình 4: Đường cong cấp phối OGFCA bang Mỹ OG-A nghiên cứu 49 Hình 2.5:Đường cong cấp phối OGFCA bang Mỹ OG-B nghiên cứu 50 Hình 2.6: Đường cong cấp phối OGFCA bang Mỹ OG-C nghiên cứu 50 Hình 2.7: Đường cong cấp phối OGFCA nước Châu Á OG-A nghiên cứu 50 Hình 2.8: Đường cong cấp phối OGFCA nước Châu Á OG-B nghiên cứu 51 Hình 2.9: Đường cong cấp phối OGFCA nước Châu Á OG-C nghiên cứu 51 Hình 2.10: Tỉ lệ thành phần cốt liệu bột khoáng vật liệu OGFCA nước 51 -VIII- Hình 2.11: Đường cong cấp phối OG nghiên cứu 53 Hình 2.12: Biểu đồ đặc trưng kỹ thuật mẫu đầm OG-A 63 Hình 2.13: Biểu đồ đặc trưng kỹ thuật mẫu đầm OG-B 64 Hình 2.14: Biểu đồ đặc trưng kỹ thuật mẫu đầm OG-C 65 Hình 2.15: Biểu đồ xác định hàm lượng nhựa tối ưu cho hỗn hợp OG-A 66 Hình 2.16: Biểu đồ xác định hàm lượng nhựa tối ưu cho hỗn hợp OG-B OG-C 67 Hình 2.17: Độ ổn định Marshall vật liệu nghiên cứu mẫu đối chứng .68 Hình 2.18: Độ dẻo Marshall vật liệu nghiên cứu mẫu đối chứng .68 Hình 2.19: Độ rỗng cốt liệu vật liệu nghiên cứu mẫu đối chứng 68 Hình 2.20: Độ rỗng dư Va vật liệu nghiên cứu mẫu đối chứng 69 Hình 2.21: Độ bền Marshall hỗn hợp nghiên cứu .69 Hình 2.22: Độ dẻo Marshall ba hỗn hợp nghiên cứu 69 Hình 2.23: Độ ổn định lại hỗn hợp nghiên cứu 600C so với 250C ban đầu 70 Hình 2.24: Độ rỗng dư ba hỗn hợp nghiên cứu 70 Hình 2.25: Trình tự xác lập thành phần hỗn hợp bê tông nhựa lớp tạo nhám 72 CHƯƠNG III Hình 3.1: Đường cong cấp phối đề xuất OG-A mẫu đối chứng 76 Hình 3.2: Đường cong cấp phối đề xuất OG-B mẫu đối chứng 77 Hình 3.3: Đường cong cấp phối đề xuất OG-C mẫu đối chứng 77 Hình 3.4: Hình ảnh thí nghiệm xác định modul đàn hồi vật liệu nghiên cứu 79 Hình 3.5: Kết thí nghiệm modul đàn hồi ba hỗn hợp nghiên cứu 80 Hình 3.6: Sơ đồ đặt mẫu thí nghiệm kiểm tra cường độ chịu kéo gián tiếp 81 Hình 3.7: Kết kiểm tra cường độ chịu kéo gián tiếp 250C 83 Hình 3.8: Kết kiểm tra cường độ chịu kéo gián tiếp 600C 83 Hình 3.9: Hệ số cường độ chịu kéo gían tiếp hỗn hợp nghiên cứu 83 Hình 3.10: Thiết bị kiểm tra thấm nước phòng thí nghiệm 84 Hình 3.11: Biểu đồ quan hệ độ rỗng Va hệ số thấm nước Kv ba hỗn hợp .86 Hình 3.12: Biểu đồ hệ số thấm nước Kv vật liệu đề xuất .86 -IX- Hình 3.13: Hình ảnh mẫu vật liệu trước sau bị mài mòn thùng quay 87 Hình 3.14: Quan hệ độ mài mòn Cantabro-độ rỗng dư theo hàm lượng nhựa .88 Hình 3.15: Tổng hợp độ mài mòn Cantabro ba hỗn hợp nghiên cứu 89 Hình 3.16: Máy đo vệt hằn lún bánh xe thiết bị đầm mẫu 90 Hình 3.17: Phân tích q trình hình thành vệt lún bánh xe mẫu phá hoại .91 Hình 3.18: Mẫu OG-A, OG-B OG-C chế bị xong .92 Hình 3.19 (a,b): Kiểm tra vệt lún bánh xe OG-A 93 Hình 20 (a,b): Kiểm tra vệt lún bánh xe OG-B OG-C chiều dày 4cm 5cm 93 Hình 21: Chiều sâu vệt lún với lớp OG-A h=5cm .94 CHƯƠNG IV Hình 4.1: Thí nghiệm phòng kiệm tra quan hệ Htb Va 99 Hình 4.2: Đồ thị quan hệ độ rỗng dư độ nhám vĩ mơ thí nghiệm phòng 99 Hình 4.3: Biểu đồ quan hệ độ rỗng dư độ nhám vĩ mô trường 100 Hình 4.4: Kiểm tra khả thấm nước mặt đường nhám .102 Hình 4.5: Quan hệ độ rỗng dư độ hút nước 103 Hình 4.6: Mơ hiệu ứng màng nước tượng bắn nước sau bánh xe .104 Hình 4.7: Cơng tác chuẩn bị thí nghiệm đo chiều dài vệt hãm xe mặt đường khô tuyến cao tốc Thành phố HCM - Long Thành - Dầu Dây 106 Hình 4.8: Cơng tác chuẩn bị thí nghiệm đo chiều dài hãm xe mặt đường ướt 106 Hình 4.9: Biểu đồ quan hệ chiều dài hãm xe với áp lực hơi, tốc độ xe thay đổi 107 Hình 4.10: Quan hệ chiều dài hãm xe mặt đường khô với áp lực hơi, tốc độ xe thay đổi mặt đường ướt 107 Hình 4.11: Hệ số bám bánh xe với mặt đường trạng thái khô ướt .108 Hình 4.12: Cơng tác đảm bảo giao thơng đo nhám vĩ mô tuyến cao tốc 109 Hình 13: Kết khảo sát độ nhám vĩ mơ lý trình Km37+550÷Km38+150 109 Hình 4.14: Kết khảo sát độ nhám vĩ mơ lý trình Km38+150÷Km38+850 .109 Hình 4.15: Hình ảnh đo nhám trước sau thổi khí nén .110 Hình 4.16: Kiểm tra độ nhám trước a/ sau phun rữa cao áp b/ 111 Hình 4.17: Kết giá trị độ nhám vĩ mô sau phun rửa cao áp .111 ... cho vật liệu bê tông nhựa lớp tạo nhám; 4.2 Lựa chọn thành phần vật liệu hợp lý hỗn hợp cho bê tông nhựa lớp tạo nhám mặt đường ô tô; sở nghiên cứu thực nghiệm xác định tiêu lý hỗn hợp bê tông nhựa. .. dung tiếng Việt Bê tông nhựa lớp tạo nhám Bê tông nhựa tạo nhám -nhựa cao su Sở Giao thông bang Arizona Hiệp hội kiểm tra vật liệu Mỹ Bê tông nhựa nhám cao Bê tông nhựa chặt Bê tông nhựa Bê tông nhựa. .. biệt cấp thiết Mục đích nghiên cứu Mục tiêu nghiên cứu luận án xác định thành phần vật liệu hợp lý lớp bê tông nhựa tạo nhám mặt đường cấp cao Việt Nam; với thành phần cấp phối cốt liệu dạng cấp