BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI TRẦN DANH HỢI NGHIÊN CỨU HỖN HỢP ĐÁ – NHỰA NÓNG CƯỜNG ĐỘ CAO DÙNG TRONG KẾT CẤU MẶT ĐƯỜNG Ô TÔ CẤP CAO Ở VIỆT NAM LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT Hà Nội - 2018 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI TRẦN DANH HỢI NGHIÊN CỨU HỖN HỢP ĐÁ – NHỰA NÓNG CƯỜNG ĐỘ CAO DÙNG TRONG KẾT CẤU MẶT ĐƯỜNG Ô TÔ CẤP CAO Ở VIỆT NAM Ngành: Kỹ thuật xây dựng cơng trình giao thơng Mã số: 9580205 Chuyên ngành: Kỹ thuật xây dựng đường ô tô đường thành phố LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS.TS Trần Thị Kim Đăng GS.TS Bùi Xuân Cậy Hà Nội - 2018 LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan cơng trình nghiên cứu riêng tơi Các số liệu, kết trình bày luận án trung thực chưa công bố Tác giả luận án Trần Danh Hợi LỜI CẢM ƠN Sau năm học tập nghiên cứu Trường Đại học Giao thông Vận tải, Nghiên cứu sinh (NCS) hoàn thành luận án “Nghiên cứu hỗn hợp đá – nhựa nóng cường độ cao dùng kết cấu mặt đường ô tô cấp cao Việt Nam” Để hoàn thành luận án này, xin gửi lời tri ân sâu sắc đến thầy cô giáo trực tiếp hướng dẫn NCS PGS.TS Trần Thị Kim Đăng GS.TS Bùi Xn Cậy Các thầy ln tận tình bảo, hỗ trợ NCS từ định hướng nghiên cứu ban đầu suốt trình nghiên cứu Xin chân thành cảm ơn đến PGS.TS Nguyễn Quang Phúc, TS Nguyễn Quang Tuấn – Trường Đại học GTVT nhiệt tình hỗ trợ NCS suốt trình nghiên cứu thực nghiệm, xử lý phân tích số liệu thực nghiệm cung cấp cho NCS tài liệu khoa học quý giá để thực đề tài nghiên cứu NCS xin gửi lời cảm ơn đến TS Nguyễn Mai Lân – Viện Giao thông Pháp (IFSTTAR) giúp đỡ NCS mua vận chuyển số loại nhựa đường từ Pháp Việt Nam phục vụ cho nghiên cứu Ngoài ra, TS Lân cung cấp cho NCS nhiều tài liệu có giá trị cho đề tài nghiên cứu NCS xin gửi lời cảm ơn đến Phòng thí nghiệm trọng điểm LasXD 1256, phòng thí nghiệm cơng trình Vilas 047 – Trung tâm KHCN GTVT, phòng thí nghiệm Vật liệu xây dựng – Bộ môn Vật liệu xây dựng – Khoa Kỹ thuật Xây dựng, Trường Đại học GTVT nhiệt tình hỗ trợ NCS tiến hành thí nghiệm phòng NCS xin cảm ơn đến Ban Giám hiệu trường Đại học GTVT, phòng đào tạo sau đại học Bộ môn Đường Bộ ủng hộ tạo điều kiện thuận lợi cho NCS trình học tập nghiên cứu Xin gửi lời cảm ơn đến nhóm sinh viên lớp Cầu Đường K52 lớp Cầu Đường K53 nhiệt tình giúp đỡ NCS thực số nghiên cứu phòng LasXD 1256 Và lòng biết ơn từ sâu thẳm xin dành cho người thân gia đình NCS – người ủng hộ tinh thần vật chất giúp cho NCS vượt qua khó khăn suốt chặng đường làm nghiên cứu Trân trọng cảm ơn! Hà Nội, ngày 12 tháng 12 năm 2018 Nghiên cứu sinh Trần Danh Hợi I MỤC LỤC MỞ ĐẦU……………………………………………………… CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ ỨNG DỤNG HỖN HỢP ĐÁ – NHỰA CƯỜNG ĐỘ CAO TRONG KẾT CẤU MẶT ĐƯỜNG MỀM 1.1 HỖN HỢP ĐÁ – NHỰA SỬ DỤNG TRONG KẾT CẤU MẶT ĐƯỜNG MỀM 1.1.1 Hỗn hợp đá – nhựa sử dụng Vương quốc Anh 1.1.2 Hỗn hợp đá – nhựa sử dụng Ấn Độ 1.1.3 Hỗn hợp đá – nhựa sử dụng Pháp 1.1.4 Hỗn hợp đá – nhựa trộn nóng sử dụng Mỹ 1.1.5 Hỗn hợp đá – nhựa làm móng Trung Quốc 1.1.6 Hỗn hợp đá – nhựa sử dụng Việt Nam 1.1.7 Đánh giá chung hỗn hợp đá – nhựa 12 1.2 HỖN HỢP ĐÁ – NHỰA CƯỜNG ĐỘ CAO SỬ DỤNG TRONG KẾT CẤU MẶT ĐƯỜNG MỀM 13 1.2.1 Hỗn hợp đá – nhựa cường độ cao sử dụng Vương quốc Anh 14 1.2.2 Hỗn hợp đá - nhựa cường độ cao sử dụng Pháp 18 1.2.3 Đánh giá chung hỗn hợp đá – nhựa cường độ cao 22 1.3 VAI TRÒ CỦA LỚP ĐÁ – NHỰA CƯỜNG ĐỘ CAO TRONG KẾT CẤU MẶT ĐƯỜNG MỀM 22 1.4 CÁC NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG HỖN HỢP ĐÁ - NHỰA VÀ ĐÁ NHỰA CƯỜNG ĐỘ CAO Ở VIỆT NAM 24 1.5 XÁC ĐỊNH VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU CỦA LUẬN ÁN 25 1.6 MỤC TIÊU VÀ NỘI DUNG CỦA ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU 27 1.6.1 Mục tiêu 27 1.6.2 Nội dung 27 1.7 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 28 CHƯƠNG NGHIÊN CỨU ĐỀ XUẤT PHƯƠNG PHÁP THIẾT KẾ THÀNH PHẦN HỖN HỢP ĐÁ – NHỰA CƯỜNG ĐỘ CAO Ở VIỆT NAM 29 II 2.1 ĐỀ XUẤT HỖN HỢP ĐÁ – NHỰA CƯỜNG ĐỘ CAO VÀ KIẾN NGHỊ CÁC CHỈ TIÊU KỸ THUẬT CỦA HỖN HỢP 29 2.1.1 Đề xuất hỗn hợp đá – nhựa nghiên cứu 29 2.1.2 Cấu trúc đá – nhựa cường độ cao 30 2.1.3 Các tiêu kỹ thuật cho hỗn hợp đá – nhựa cường độ cao 30 2.2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT PHỐI TRỘN CỐT LIỆU CHO HỖN HỢP ĐÁ NHỰA CƯỜNG ĐỘ CAO – PHƯƠNG PHÁP BAILEY 32 2.2.1 Các yếu tố ảnh hưởng đến xếp chặt cốt liệu 32 2.2.2 Vai trò thành phần cốt liệu hỗn hợp 32 2.2.3 Phối trộn cốt liệu thành phần 33 2.2.4 Cải thiện chèn móc cốt liệu 33 2.2.5 Thiết kế thành phần cốt liệu theo phương pháp Bailey [24] 36 2.3 CÁC CHỈ TIÊU CƠ LÝ KIẾN NGHỊ ĐỐI VỚI VẬT LIỆU THÀNH PHẦN 41 2.3.1 Cốt liệu thành phần cấp phối cốt liệu 41 2.3.2 Nhựa đường 46 2.4 LỰA CHỌN PHƯƠNG PHÁP THIẾT KẾ HỖN HỢP ĐÁ - NHỰA CƯỜNG ĐỘ CAO 48 2.4.1 Một số phương pháp thiết kế hỗn hợp bê tông nhựa nóng sử dụng giới 48 2.4.2 Lựa chọn phương pháp thiết kế hỗn hợp đá – nhựa cường độ cao 49 2.5 THIẾT KẾ THÀNH PHẦN HỖN HỢP ĐÁ – NHỰA CƯỜNG ĐỘ CAO 49 2.5.1 Lựa chọn vật liệu thí nghiệm 50 2.5.2 Kế hoạch thí nghiệm 50 2.5.3 Xác định tiêu lý cốt liệu khoáng nhựa đường 50 2.5.4 Thiết kế cấp phối cốt liệu cho hỗn hợp đá – nhựa cường độ cao theo phương pháp Bailey 56 2.5.5 Xác định hàm lượng nhựa tối ưu hỗn hợp đá – nhựa cường độ cao theo phương pháp Marshall cải tiến 58 III 2.6 THỰC NGHIỆM XÁC ĐỊNH CÁC CHỈ TIÊU KỸ THUẬT CỦA HỖN HỢP ĐÁ – NHỰA CƯỜNG ĐỘ CAO 61 2.6.1 Các tiêu kỹ thuật hỗn hợp đá – nhựa cường độ cao 61 2.6.2 Kế hoạch thực nghiệm xác định tiêu kỹ thuật hỗn hợp đá – nhựa cường độ cao 64 2.6.3 Kết thí nghiệm bình luận 64 2.7 ĐỀ XUẤT PHƯƠNG PHÁP THIẾT KẾ THÀNH PHẦN HỖN HỢP ĐÁ – NHỰA CƯỜNG ĐỘ CAO Ở VIỆT NAM 70 2.7.1 Đề xuất tiêu kỹ thuật cho hỗn hợp đá – nhựa cường độ cao 70 2.7.2 Đề xuất phương pháp thiết kế hỗn hợp đá – nhựa cường độ cao 71 2.8 KẾT LUẬN CHƯƠNG 71 CHƯƠNG NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM CÁC CHỈ TIÊU CƠ HỌC CỦA ĐÁ – NHỰA CƯỜNG ĐỘ CAO PHỤC VỤ THIẾT KẾ KẾT CẤU MẶT ĐƯỜNG MỀM Ở VIỆT NAM 73 3.1 LẬP KẾ HOẠCH THỰC NGHIỆM 73 3.2 CƯỜNG ĐỘ KÉO UỐN CỦA ĐÁ – NHỰA CƯỜNG ĐỘ CAO 74 3.2.1 Kế hoạch thí nghiệm cường độ kéo uốn 74 3.2.2 Trình tự thí nghiệm cường độ kéo uốn 74 3.2.3 Kết thí nghiệm cường độ kéo uốn bình luận 75 3.3 MÔ ĐUN ĐÀN HỒI TĨNH CỦA ĐÁ – NHỰA CƯỜNG ĐỘ CAO 78 3.3.1 Kế hoạch thí nghiệm mơ đun đàn hồi tĩnh 78 3.3.2 Phương pháp thí nghiệm mơ đun đàn hồi tĩnh 79 3.3.3 Kết thí nghiệm mơ đun đàn hồi tĩnh bình luận 80 3.4 MƠ ĐUN ĐỘNG CỦA ĐÁ – NHỰA CƯỜNG ĐỘ CAO 84 3.4.1 Khái niệm mô đun động hỗn hợp asphalt 84 3.4.2 Ứng dụng mô đun động thiết kế kết cấu mặt đường mềm 86 3.4.3 Kế hoạch thí nghiệm mô đun động 86 3.4.4 Trình tự thí nghiệm mơ đun động 87 3.4.5 Kết thí nghiệm mô đun động ĐNMC 88 IV 3.4.6 Xây dựng đường cong chủ mô đun động ĐNMC 91 3.4.7 Mơ hình hóa mô đun động đá – nhựa cường độ cao 94 3.4.8 Dự báo mô đun động đá – nhựa cường độ cao từ mô đun cắt động nhựa đường tương ứng 100 3.5 KẾT LUẬN CHƯƠNG 109 CHƯƠNG NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG ĐÁ – NHỰA CƯỜNG ĐỘ CAO TRONG KẾT CẤU MẶT ĐƯỜNG MỀM CẤP CAO Ở VIỆT NAM 111 4.1 QUY MÔ GIAO THÔNG TRÊN CÁC TUYẾN ĐƯỜNG Ô TÔ CẤP CAO Ở VIỆT NAM 111 4.2 ĐỀ XUẤT CẤU TẠO KẾT CẤU MẶT ĐƯỜNG MỀM ÁP DỤNG CHO ĐƯỜNG Ô TÔ QUY MÔ GIAO THƠNG LỚN Ở VIỆT NAM 113 4.3 TÍNH TOÁN CHIỀU DÀY CÁC LỚP KẾT CẤU MẶT ĐƯỜNG MỀM THEO 22 TCN 211-06 114 4.3.1 Quy mô giao thông đường ô tô cấp cao Việt Nam 115 4.3.2 Thiết kế cấu tạo kết cấu mặt đường mềm 115 4.3.3 Các thông số đặc trưng lớp vật liệu 116 4.3.4 Tính tốn chiều dày lớp KCMĐ mềm cho tuyến đường tơ có quy mô giao thông lớn theo tiêu chuẩn 22 TCN 211-06 116 4.4 PHÂN TÍCH KẾT CẤU MẶT ĐƯỜNG MỀM THEO PHƯƠNG PHÁP CƠ HỌC THỰC NGHIỆM 118 4.4.1 Tổng quan thiết kế mặt đường theo học thực nghiệm (M-E) 118 4.4.2 Ứng dựng phương pháp học - thực nghiệm phân tích kết cấu mặt đường mềm 120 4.4.3 Phân tích KCMĐ mềm sử dụng lớp móng mặt ĐNMC theo phương pháp học - thực nghiệm 127 4.5 KẾT LUẬN CHƯƠNG 131 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ…………………………….….……… 133 DANH MỤC CÁC CƠNG TRÌNH CỦA TÁC GIẢ …………………….136 TÀI LIỆU THAM KHẢO………………….……………………………… 137 V DANH MỤC HÌNH VẼ, BIỂU ĐỒ Hình 1-1 Cấp phối cốt liệu hỗn hợp DBM 0/32 [57] Hình 1-2 Cấp phối cốt liệu thiết kế hỗn hợp ATB 25 gói thầu EX3 EX10 thuộc dự án cao tốc Hà Nội – Hải Phòng 11 Hình 1-3 Cấp phối cốt liệu thiết kế hỗn hợp ATB 25 gói thầu 1B thuộc dự án cao tốc Long Thành – Dầu Giây 12 Hình 1-4 Cỡ hạt lớn danh định Dmax hỗn hợp đá – nhựa 13 Hình 1-5 Quan hệ chiều dày lớp asphalt tuổi thọ thiết kế [47] 16 Hình 1-6 Những KCMĐ mềm thiết kế để cải thiện khả kháng lún [47] 17 Hình 1-7: Kết cấu mặt đường mềm tuổi thọ cao [22] 24 Hình 2-1 Tương quan kích thước nhóm cốt liệu khơng gian 2D tất hạt cốt liệu có bề mặt dạng hình tròn [58] 35 Hình 2-2 Tương quan kích thước nhóm cốt liệu khơng gian 2D hạt có bề mặt dạng hình tròn hạt có bề mặt dạng mặt phẳng [58] 35 Hình 2-3 Tương quan kích thước nhóm cốt liệu khơng gian 2D hạt có bề mặt dạng hình tròn hạt có bề mặt dạng mặt phẳng [58] 35 Hình 2-4 Tương quan kích thước nhóm cốt liệu khơng gian 2D tất hạt có bề mặt dạng mặt phẳng [58] 36 Hình 2-5 Khối lượng thể tích cốt liệu [24] 38 Hình 2-6 Đường bao cấp phối cốt liệu đề xuất ĐNMC 25 44 Hình 2-7 Đường bao cấp phối cốt liệu đề xuất ĐNMC 31,5 45 Hình 2-8 Thí nghiệm xác định khối lượng thể tích loại cốt liệu khống theo AASHTO T19 52 Hình 2-9 So sánh độ kim lún nhiệt độ hóa mềm loại nhựa đường 53 Hình 2-10 Thiết bị cắt động lưu biến RHEOTEST RN 4.3 54 Hình 2-11 Cấp phối cốt liệu thiết kế hỗn hợp ĐNMC 25 57 Hình 2-12 Cấp phối cốt liệu thiết kế hỗn hợp ĐNMC 31,5 57 Hình 2-13 Thí nghiệm Marshall cải tiến 59 Hình 2-14 Các mẫu ĐNMC ĐNC trước thí nghiệm lún vệt bánh xe 63 Hình 2-15 Thiết bị đầm lăn thí nghiệm chiều sâu lún vệt bánh xe phòng thí nghiệm LASXD 1256 – Trường Đại học GTVT 63 VI Hình 2-16 Độ rỗng dư hỗn hợp ĐNMC ĐNC 65 Hình 2-17 Biểu đồ so sánh độ rỗng dư hỗn hợp ĐNMC ĐNC theo phương pháp so sánh cặp ANOVA - Fisher (khoảng tin cậy 95%) 66 Hình 2-18 Độ ổn định Marshall hỗn hợp ĐNMC ĐNC 66 Hình 2-19 Độ ổn định Marshall cải tiến mẫu ĐNMC ĐNC CP2 67 Hình 2-20 So sánh độ ổn định Marshall cải tiến hỗn hợp ĐNMC ĐNC theo phương pháp so sánh cặp ANOVA - Fisher (khoảng tin cậy 95%) 67 Hình 2-21 Độ dẻo Marshall cải tiến mẫu ĐNMC ĐNC 68 Hình 2-22 Độ ổn định lại ĐNMC ĐNC 68 Hình 2-23 So sánh độ ổn định lại ĐNMC ĐNC theo phương pháp so sánh cặp ANOVA - Fisher (khoảng tin cậy 95%) 69 Hình 2-24 Các mẫu ĐNMC ĐNC 25 sau thí nghiệm lún vệt bánh xe 69 Hình 2-25 Kết thí nghiệm chiều sâu vệt lún bánh xe mẫu ĐNMC ĐNC 25 CP2 70 Hình 3-1 Gia công mẫu dầm máy cắt đá 75 Hình 3-2 Thí nghiệm kéo uốn mẫu ĐNMC ĐNC máy nén Marshall 75 Hình 3-3 Cường độ kéo uốn ĐNMC ĐNC (CP1, CP2 CP3) 77 Hình 3-4 So sánh cường độ kéo uốn hỗn hợp ĐNMC ĐNC theo phương pháp so sánh cặp ANOVA - Fisher (khoảng tin cậy 95%) 77 Hình 3-5 Cường độ kéo uốn ĐNMC 25 ĐNC 25 CP2 78 Hình 3-6 So sánh R ku ĐNMC ĐNC CP2 (nhựa đường 3,7% 4%) theo phương pháp so sánh cặp ANOVA – Fisher (khoảng tin cậy 95%) 78 Hình 3-7 Biến dạng mẫu thí nghiệm theo thời gian gia tải dỡ tải 80 Hình 3-8 Mơ đun đàn hồi tĩnh ĐNMC ĐNC 150 C 81 Hình 3-9 Mơ đun đàn hồi tĩnh ĐNMC ĐNC 300 C 82 Hình 3-10 Mơ đun đàn hồi tĩnh ĐNMC ĐNC 600 C 83 Hình 3-11 Mơ đun đàn hồi tĩnh ĐNMC ĐNC CP2 83 Hình 3-12 Miền ứng xử vật liệu sử dụng chất kết dính asphalt [54] 84 Hình 3-13 Sự trễ pha biến dạng ứng suất thí nghiệm mơ đun động 85 Hình 3-14 Chuẩn bị mẫu thí nghiệm đầm xoay Troxler 87 Hình 3-15 Thí nghiệm mơ đun động thiết bị Cooper 87 Hình 3-16 Mơ đun động ĐNMC ĐNC CP1 3,7% 300 C 89 128 Các biểu đồ dự báo tổng lún kết cấu lún riêng lớp BTN (xem Hình 4-9 Hình 4-10) cho thấy quy luật tăng lún theo thời gian KC1 – KC6 có xu hướng giống nhau, khác giá trị Lún chủ yếu xảy năm đầu (lớn 65% tổng độ lún dự báo 15 năm), sau lún tăng lên chậm Hư hỏng nứt mỏi dự báo (xem Hình 4-11) KC1 – KC6 diễn biến tăng theo thời gian gần với quy luật tuyến tính, tăng theo thời gian Có thể thấy với KC1 – KC6 có tổng chiều dày lớp asphalt lớn (28 cm) hư hỏng xảy Nứt mỏi từ lên dự báo sau 15 năm nhỏ nhiều so với giá trị tối đa cho phép Điều cho thấy ưu điểm KCMĐ mềm với tổng chiều dày lớp asphalt lớn Hình 4-9 Độ lún tổng dự báo theo thời gian KC1 – KC6 Hình 4-10 Độ lún lớp asphalt theo thời gian dự báo cho KC1 – KC6 129 Hình 4-11 Nứt mỏi (từ đáy lên) dự báo theo thời gian KC1 – KC6 Bên cạnh hư hỏng nứt mỏi từ lên, loại hư hỏng thường xảy nứt từ xuống Biểu đồ Hình 4-12 cho thấy với KC4, KC5 KC6 có đồng thời lớp mặt lớp móng ĐNMC ĐNC loại nứt xảy Hư hỏng dự báo xảy nhiều KC1, KC2 KC3 tăng dần theo thời gian khai thác Các KC4, KC5 KC6 sử dụng ĐNC 60/70, ĐNMC 35/50 ĐNMC 20/30 đồng thời làm móng mặt dự báo có hư hỏng so với kết cấu sử dụng ĐNC 60/70 làm lớp móng Chiều dày lớp ĐNMC kết cấu lớn hư hỏng lún kết cấu nứt từ xuống nhỏ Đối với KC5 KC6 – tương ứng với trường hợp sử dụng lớp móng mặt ĐNMC 35/50 ĐNMC 20/30, kết dự báo cho thấy hư hỏng xảy gần khơng tăng lên theo thời gian Đây coi ưu điểm KCMĐ có sử dụng lớp ĐNMC Hình 4-12 Nứt từ xuống dự báo theo thời gian KC1 – KC6 130 Kết tổng hợp tiêu đánh giá KCMĐ mềm dự báo sau 15 năm khai thác kết cấu (KC1 – KC6) thể Bảng 4-16 Từng tiêu đánh giá mức độ hư hỏng KC2 – KC6 so sánh với KC1 – kết cấu đối chứng có lớp móng ĐNC Bảng 4-16 Kết dự báo hư hỏng KCMĐ sử dụng ĐNMC sau 15 năm Kết dự báo Các tiêu đánh giá Giới hạn Độ gồ ghề mặt đường IRI (in/mile) 172 KC1 (đối chứng) KC2 KC3 KC4 KC5 KC6 150,700 150,600 150,400 148,800 148,000 147,400 Tổng lún kết cấu (in) 0,969 0,965 0,962 0,924 0,905 0,891 Nứt mỏi từ đáy lên (% diện tích) 25 1,760 1,753 1,739 1,735 1,722 1,707 Nứt từ mặt xuống (ft/mile) 2000 346,41 338,98 332,95 269,36 257,65 257,00 Lún lớp mặt BTN (in) 0,5 0,453 0,454 0,455 0,408 0,394 0,385 Mức độ hư hỏng so sánh với KC đối chứng (%) Độ gồ ghề mặt đường IRI (in/mile) -0,066 -0,199 -1,261 -1,792 -2,190 Tổng lún kết cấu (in) -0,413 -0,722 -4,644 -6,605 -8,050 Nứt mỏi từ đáy lên (% diện tích) -0,398 -1,194 -1,421 -2,160 -3,012 Nứt từ mặt xuống (ft/mile) -2,145 -3,886 -22,224 -25,623 -25,811 Lún lớp mặt BTN (in) 0,221 0,442 -9,934 -13,024 -15,011 Từ kết dự báo thấy tổng độ lún kết cấu độ lún lớp BTN dự báo sau 15 năm có khác biệt so sánh KC1, KC2 KC3 Chiều sâu lún dự báo KC2, KC3 giảm 0,4% 0,7% so với KC1 Bên cạnh đó, hư hỏng nứt mỏi từ lên dự báo KC2 KC3 giảm so với KC1 0,4% 1,2%; hư hỏng nứt từ xuống dự báo KC2 KC3 giảm 2,1% 3,0% so với KC1 Như vậy, trường hợp KCMĐ mềm có chiều dày lớp mặt BTN lớn (14 cm) việc sử dụng hỗn hợp ĐNMC ĐNC làm lớp móng khơng tạo khác biệt khả kháng lún nứt mặt đường Xét KC4, KC5 KC6 thấy khả kháng lún nứt chúng cải thiện đáng kể so với KC1 Cụ thể sau: 131  Khi so sánh với KC1, tổng lún KC4, KC5 KC6 giảm 4,6%, 6,6% 8,1%; Độ lún lớp BTN KC4, KC5 KC6 giảm 9,9%, 13% 15%;  Nứt mỏi KC4, KC5 KC6 cải thiện, đặc biệt nứt từ phía xuống Kết dự báo nứt từ phía xuống giảm 22,2%, 25,6% 25,8% Như vậy, với KCMĐ sử dụng lớp mặt đường BTNC mỏng (BTNP 12,5 dày cm) với lớp mặt móng hỗn hợp ĐNC ĐNMC cải thiện khả kháng lún nứt so với kết cấu có lớp móng ĐNC ĐNMC 4.5 KẾT LUẬN CHƯƠNG Từ kết tính tốn KCMĐ mềm theo tiêu chuẩn 22 TCN 211-06 phân tích KCMĐ theo phương pháp M-E phần mềm Darwin-ME rút số nhận xét sau:  Hỗn hợp ĐNMC/ĐNC bước đầu cho thấy khả ứng dụng khơng cho lớp móng mà làm lớp mặt KCMĐ mềm đường tơ có quy mơ giao thơng lớn Việt Nam;  Với KCMĐ mềm có cấu tạo gồm tầng mặt BTNC (gồm - cm BTNP 12,5 – cm BTNC 19) tầng móng (gồm lớp móng ĐNMC ĐNC có chiều dày thay đổi lớp móng CPĐD loại dày 45 – 54 cm), tính tốn theo 22 TCN 211-06 đề xuất sử dụng lớp móng ĐNMC ĐNC cho KCMĐ mềm với chiều dày sau: - ĐNC sử dụng nhựa đường 60/70 dày từ 12 – 19 cm áp dụng cho đường tơ cấp cao có QMGTL tương đương triệu trục tiêu chuẩn 10T tích lũy; - ĐNC sử dụng nhựa đường 35/50 dày từ 10 – 21 cm áp dụng cho đường tơ cấp cao có QMGTL từ – 10 triệu trục tiêu chuẩn 10T tích lũy; - ĐNMC sử dụng nhựa đường 20/30 dày – 18 cm áp dụng cho đường ô tô cấp cao có QMGTL từ – 20 triệu trục tiêu chuẩn 10T tích lũy  Tính tốn thiết kế KCMĐ mềm theo 22 TCN 211-06 cho thấy giảm chiều dày lớp móng ĐNMC 20/30 so với phương án móng 132 khác Cụ thể chiều dày thiết kế lớp móng ĐNMC 20/30 khoảng 68 - 70% lớp móng ĐNMC 35/50; tương đương khoảng 56 - 58% lớp móng ĐNC 60/70; tương đương khoảng 69 - 73% lớp móng CPĐD GCXM; khoảng 20 - 30% lớp móng CPĐD loại  Phân tích KCMĐ mềm theo phương pháp M - E bước đầu cho thấy ưu điểm trội khả kháng lún nứt KCMĐ mềm có lớp móng ĐNC so với phương án sử dụng lớp móng truyền thống CPĐD GCXM CPĐD loại Kết định hướng cho việc nghiên cứu khả ứng dụng lớp móng ĐNC cho đường tơ có QMGTL  Các kết phân tích phương pháp M-E cho thấy KCMĐ mềm có lớp mặt móng ĐNMC ĐNC có khả kháng lún nứt tốt so với phương án kết cấu có lớp móng ĐNMC ĐNC Tuy nhiên, kết nghiên cứu bước đầu, cần tiếp tục có nghiên cứu bổ sung trước áp dụng thực tế  Các kết phân tích phương pháp M-E cho thấy KCMĐ sử dụng lớp vật liệu ĐNMC 20/30 ĐNMC 35/50 có ưu điểm làm tăng khả kháng lún kết cấu giảm nguy nứt mặt đường từ xuống Trong đó, KCMĐ có lớp ĐNMC 20/30 dày (với vai trò đồng thời làm lớp mặt móng trên) đặt lớp mặt BTNP mỏng (6 cm) dự báo có chiều sâu lún kết cấu nứt mặt đường từ xuống so với phương án KCMĐ có lớp móng ĐNC 60/70 đặt lớp mặt BTN dày 14 cm 133 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ I KẾT LUẬN Hỗn hợp ĐNMC chế tạo thành công từ kết hợp nguồn cốt liệu Việt Nam với loại nhựa đường có độ quánh lớn (20/30 35/50) bước đầu mở hướng cho thiết kế xây dựng KCMĐ mềm cấp cao Việt Nam nhằm giảm thiểu chiều dày tăng tuổi thọ chúng Bằng phương pháp nghiên cứu lý thuyết thực nghiệm phòng sử dụng phương pháp phân tích KCMĐ mềm, đề tài luận án có số đóng góp mặt khoa học thực tiễn sau: Đề xuất đường bao cấp phối cốt liệu tiêu kỹ thuật cho hỗn hợp ĐNMC có cỡ hạt lớn danh định 31,5 mm 25 mm sử dụng nhựa đường mác 20/30, 35/50 để áp dụng Việt Nam Nghiên cứu thực nghiệm số tiêu lý ĐNMC đề xuất có đối chứng với ĐNC Kết nghiên cứu thực nghiệm ưu cường độ loại hỗn hợp ĐNMC sau: - Độ ổn định Marshall cải tiến ĐNMC 20/30 lớn từ 55 – 82%, độ ổn định Marshall cải tiến ĐNMC 35/50 lớn từ – 16% so với ĐNC 60/70; - Chiều sâu vệt lún bánh xe mẫu ĐNMC 20/30, ĐNMC 35/50 sau 20.000 chu kỳ tác dụng tải giảm 41,9% 15,1% so với ĐNC 60/70; - Mô đun đàn hồi tĩnh 300 C ĐNMC 20/30, ĐNMC 35/50 lớn khoảng 80% 10% so với ĐNC 60/70; - Mô đun động 300 C ĐNMC 20/30 lớn 0,5 - 1,6 lần, mơ đun động ĐNMC 35/50 lớn 0,2 – 0,6 lần so với ĐNC 60/70 Xây dựng đường cong chủ mô đun động |E *| đá – nhựa cường độ cao (ĐNMC 20/30, ĐNMC 35/50) đá – nhựa chặt thông thường (ĐNC 60/70) để hỗ trợ xác định mô đun động |E *| loại hỗn hợp tương ứng với điều kiện nhiệt độ tần số tác dụng tải trọng 134 Bước đầu khả ứng dụng mơ hình lưu biến 2S2P1D để mơ hình hóa đồng thời đường cong chủ mô đun cắt động |G *| nhựa đường mô đun động |E *| ĐNMC Xác định hệ số mơ hình dự báo SHStS thể tương quan mô đun động |E *| ĐNMC mô đun cắt động |G *| nhựa đường tương ứng Đề xuất số KCMĐ mềm cấp cao với lớp móng đồng thời lớp móng lớp mặt ĐNMC bước đầu chứng minh giải pháp tốt để giảm chiều dày cải thiện tuổi thọ KCMĐ Sơ xác định phạm vi ứng dụng loại hỗn hợp ĐNMC nghiên cứu KCMĐ mềm cấp cao ứng với quy mô giao thông lớn II NHỮNG HẠN CHẾ  Chưa thực nghiên cứu thực nghiệm phòng đánh giá đặc tính kháng mỏi ĐNMC ĐNC;  Các nghiên cứu luận án thực phòng thí nghiệm sử dụng mơ hình dự báo mà chưa có điều kiện thực nghiệm trường;  Các nghiên cứu thực nghiệm sử dụng nguồn cốt liệu đá dăm mỏ đá Thống Nhất – tỉnh Hải Dương, chưa có tính phổ qt cho điều kiện Việt Nam;  Chưa đánh giá ưu điểm mặt kinh tế sử dụng lớp vật liệu ĐNMC KCMĐ mềm III KIẾN NGHỊ  Từ kết nghiên cứu phòng phân tích học - thực nghiệm KCMĐ mềm, kiến nghị tiếp tục nghiên cứu ứng dụng hỗn hợp ĐNMC ĐNC trường;  Kiến nghị tiếp tục đánh giá tính khả thi KCMĐ mềm có lớp mặt BTNP mỏng (5-6 cm) với đồng thời lớp mặt móng ĐNMC ĐNC cho đường ô tô cấp cao có quy mô giao thông lớn Việt Nam IV HƯỚNG NGHIÊN CỨU TIẾP THEO Các hướng nghiên cứu tiếp tục sau hỗn hợp ĐNMC nhằm đề xuất phạm vi ứng dụng cụ thể vật liệu KCMĐ, tiếp tục khẳng 135 định ưu vật liệu không cường độ mà độ bền phạm vi ứng dụng đề xuất, bao gồm:  Nghiên cứu đánh giá khả kháng mỏi ĐNMC ĐNC phòng thí nghiệm thí nghiệm uốn điểm;  Nghiên cứu thử nghiệm trường đo biến dạng đáy lớp KCMĐ mềm Phân tích kết thực nghiệm so sánh với kết tính tốn theo lý thuyết;  Tiếp tục nghiên cứu ứng dụng phương pháp học – thực nghiệm để phân tích ứng xử KCMĐ mềm sử dụng ĐNMC ĐNC 136 DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH CỦA TÁC GIẢ ThS Trần Danh Hợi, PGS.TS Trần Thị Kim Đăng (2016), “Lựa chọn cấp phối cốt liệu cho thiết kế hỗn hợp đá – nhựa chặt theo phương pháp Bailey”, Tạp chí GTVT tháng 10/2016 Tran Danh Hoi, Nguyen Quang Tuan (2016), “Analyzing the results of complex modulus tests on bitumens using dynamic shear rheometer”, The 2016 International Conference on Sustainability in Civil Engineering, 26-27 th November, 2016, Hanoi, Vietnam – Tạp chí giao thơng vận tải, số đặc biệt (năm thứ 57) ThS Trần Danh Hợi, TS Nguyễn Quang Tuấn, ThS Lương Xuân Chiểu, PGS.TS Nguyễn Quang Phúc (2017), “Mô mô-đun cắt động nhựa đường sử dụng mơ hình 2S2P1D”, Tạp chí GTVT tháng 8/2017 ThS Trần Danh Hợi, GS.TS Bùi Xuân Cậy (2017), “Nghiên cứu thực nghiệm xác định số tiêu lý hỗn hợp đá – nhựa chặt sử dụng làm móng kết cấu mặt đường mềm”, Tạp chí GTVT tháng 9/2017 ThS Trần Danh Hợi, PGS.TS Trần Thị Kim Đăng (2017), “Nghiên cứu mô đun động hỗn hợp đá- nhựa làm móng kết cấu mặt đường mềm”, Tạp chí Cầu Đường 10/2017 ThS Trần Danh Hợi (2018), “Dự báo mô đun phức động hỗn hợp đá – nhựa chặt từ tính chất lưu biến nhựa đường”, Tạp chí GTVT tháng 5/2018 137 TÀI LIỆU THAM KHẢO TIẾNG VIỆT Bộ Giao thông Vận tải (2014), Báo cáo tổng kết khoa học công nghệ đề tài: Nghiên cứu lựa chọn kết cấu vật liệu cho kết cấu mặt đường mềm tuyến đường có xe tải trọng nặng phù hợp với điều kiện nhiệt ẩm- Đề tài cấp Bộ Bộ Giao thông Vận tải (2014), Quyết định số 858/QĐ-BGTVT việc Hướng dẫn áp dụng hệ thống tiêu chuẩn kỹ thuật hành nhằm tăng cường quản lý chất lượng thiết kế thi cơng mặt đường bê tơng nhựa nóng tuyến đường tơ có quy mơ giao thông lớn Bộ Giao thông Vận tải (2014), Quyết định số 1617/QĐ-BGTVT việc Ban hành Quy định kỹ thuật phương pháp thử độ sâu vệt hằn bánh xe bê tông nhựa xác định thiết bị Wheel tracking Bộ Giao thông Vận tải (2001), 22 TCN 274 – Tiêu chuẩn thiết kế mặt đường mềm Bộ Giao thông Vận tải (2006), 22 TCN 211 – Mặt đường mềm – Yêu cầu thiết kế Bộ Khoa học công nghệ (2011), TCVN 8820: Hỗn hợp bê tơng nhựa nóngThiết kế theo phương pháp Marshall Bộ Khoa học công nghệ (2011), TCVN 8819 - Mặt đường bê tơng nhựa nóng – u cầu thi cơng nghiệm thu Bộ Khoa học công nghệ (2011), TCVN 8860-1 - Bê tông nhựa – Phương pháp thử - Phần 1: Xác định độ ổn định, độ dẻo Marshall Tổng cục đường Việt Nam (2013), TCSC 06 : 2013/TCĐBVN – Sửa chữa kết cấu mặt đường hỗn hợp đá dăm đen rải nóng – Thi cơng nghiệm thu 10 Trần Đình Bửu, Dương Học Hải (2006), Bài giảng xây dựng mặt đường ôtô, Nhà xuất Giáo dục, Hà Nội, Việt Nam 138 11 Trần Đình Bửu, Nguyễn Quang Chiêu, Dương Học Hải, Nguyễn Khải (1978), Xây dựng mặt đường ôtô, Nhà xuất Đại học Trung học chuyên nghiệp, Hà Nội, Việt Nam 12 Nguyễn Quang Chiêu (2005), Nhựa đường loại mặt đường nhựa, Nhà xuất Xây dựng, Hà Nội, Việt Nam 13 Hồ Anh Cương, Nguyễn Lương Ninh Lê Khắc Quý (2017), “Kết nghiên cứu bước đầu số đặc tính lý hỗn hợp đá dăm trộn nhựa chặt nóng (DBM) ứng dụng kết cấu mặt đường mềm Việt Nam”, Tạp chí Khoa học cơng nghệ Xây dựng, tập 11 số 5, trang 44 - 49 14 Trần Thị Kim Đăng (2010), Độ bền khai thác tuổi thọ kết cấu mặt đường bê tông nhựa, Nhà xuất GTVT, Hà Nội, Việt Nam 15 Phạm Duy Hữu, Vũ Đức Chính, Đào Văn Đơng Nguyễn Thanh Sang (2010), Bê tông asphalt hỗn hợp asphalt, Nhà xuất GTVT, Hà Nội, Việt Nam 16 Nguyễn Mai Lân, Nguyễn Quang Tuấn, Hồng Thị Thanh Nhàn (2015), “Nghiên cứu mơ-đun phức động nhựa đường 60/70 sử dụng Việt Nam thí nghiệm máy DMA”, Tạp chí GTVT, tháng 12/2015 17 Hoàng Trọng Yêm, Trần Tuấn Hiệp (2012), Cẩm nang bitum Shell xây dựng cơng trình giao thông (Bản dịch), Nhà xuất GTVT, Việt Nam TIẾNG ANH 18 AASHTO (2001), TP62-03: Determining dynamic modulus of hot-mix asphalt concrete mixtures, American Association of State Highway and Transportation Officials 19 AASHTO (2010), Developing Dynamic Modulus Master Curves for Hot Mix Asphalt (HMA) 20 AASHTO (2013), M 320-10: Standard Specification for PerformanceGraded Asphalt Binder 139 21 AASHTO (2015), Mechanistic–Empirical pavement design guide – A manual of practice” 22 Alliance, A P (2010), Perpetual asphalt pavement: A synthesis, Lanham, Maryland, USA 23 ASTM, D (1996), D3515: Standard Specification for Hot-Mixed, HotLaid Bituminous Paving Mixtures”, USA 24 Aschenbrener, T B., & Bonaquist, R (2002), Bailey method for gradation selection in hot-mix asphalt mixture design, Transportation Research Board of the National Academics 25 CDOT (2018), M-E pavement design manual, USA 26 Ceylan, H., Schwartz, C W., Kim, S., & Gopalakrishnan, K (2009), “Accuracy of predictive models for dynamic modulus of hot-mix asphalt”, Journal of Materials in Civil Engineering, 21(6), 286-293 27 CEN (2006), E.13108-1:2006/AC - Bituminous mixtures – Material specifications - Part 1: Asphalt Concrete 28 Clyne, T R., Li, X., Marasteanu, M O., & Skok, E L (2003), Dynamic and resilient modulus of Mn/DOT asphalt mixtures (No MN/RC-2003-09), University of Minnesota, USA 29 Congress, I R (2012), IRC 37 - Guidelines for the design of flexible pavements 30 Congress, I R (2009), IRC 111 – Specifications for dense graded bituminous mixes 31 Di Benedetto H., F Olard, C Sauzéat, B Delaporte (2004), “Linear viscoelastic behavior of bituminous materials: from binders to mixes”, Road Materials and Pavement Design, Vol.5, Special Issue, pp 163-202 32 Delorme, J L., De la Roche, C., & Wendling, L (2007), LPC Bituminous Mixtures Design Guide, Laboratoire Central des Ponts et Chaussées, France 33 Dougan, C E., Stephens, J E., Mahoney, J., & Hansen, G (2003), E* Dynamic modulus – Test protocol – Problems and Solutions (No CT-SPR0003084-F-03-3), Connecticut Transportation Institute, University of Connecticut, USA 140 34 Garcia, J., & Hansen, K (2001), HMA pavement mix type selection guide, National Asphalt Pavement Association, USA 35 Hernandez, H A., Garibay, J., & Nazarian, S (2012), Development of a new mix design method and specification requirement for asphalt treated bases (No FHWA/TX 11/0-6361-1), University of Texas, USA 36 Highways Agency (2006), Design manual for roads and bridges – Volume 7: Pavement design and maintenance – Section 2: Pavement design and construction – Part HD 26/06: Pavement design, UK 37 Huang, Y H (2004), Pavement analysis and design, Second edition, Pearson Education, Inc 38 Kaya, O (2015), Investigation of AASHTOWare Pavement ME Design/Darwin-ME TM performance prediction models for Iowa pavement analysis and design, Iowa State University, USA 39 LCPC (1997), French design manual for pavement structures, Setra, France 40 Leiva-Villacorta, F., & Willis, R (2017), High-Modulus Asphalt Concrete (HMAC) Mixtures for Use As Base Course, NCAT Report 17-04 41 Li, P., & Liu, J (2010), Characterization of asphalt treated base course material, Alaska University Transportation Center, USA 42 Li, J., Zofka, A., & Yut, I (2012), “Evaluation of dynamic modulus of typical asphalt mixtures in Northeast US region”, Road materials and pavement design, 13(2), 249-265 43 Newcomb, D E (2010), The evolution of perpetual pavements – overview”, Hot Mix Asphalt Technology, 15(3), pp 18-21 44 NI, M (2010), “The 2S2P1D - An Excellent Linear Viscoelastic Model”, UNIMAS e-Journal of civil Engineering, 1(2) 45 Nguyen Q T., Di Benedetto H., Sauzéat C (2013), “Prediction of linear viscoelastic behaviour of asphalt mixes from binder properties and reversal”, International RILEM Symposium on Multi-Scale Modeling and Characterization of Infrastructure Materials, Stockholm, Sweden, pp 237248 141 46 Nunn, M E., & Smith, T (1997), Road trials of high modulus base for heavily trafficked roads, Transport Research Laboratory Report 231, UK 47 Nunn, M E., Brown, A., Weston, D., & Nicholls, J C (1997), Design of long-life pavement for heavy traffic, Transport Research Laboratory Report 250, UK 48 Nguyen Q T., Di Benedetto H., Sauzéat C., Tapsoba N (2013), “Time Temperature Superposition Principle Validation for Bituminous Mixes in the Linear and Nonlinear Domains”, Journal of Materials in Civil Engineering, 25(9), pp 1181-1188 49 Olard, F., & Di Benedetto, H (2003), “General 2S2P1D model and relation between the linear viscoelastic behaviours of bituminous binders and mixes”, Road materials and pavement design, 4(2), pp 185-224 50 Olard, F (2012), “GB5 mix design: high-performance and cost-effective asphalt concretes by use of gap-graded curves and SBS modified bitumens”, Road Materials and Pavement Design, 13(sup1), pp.234-259 51 Petho, L., Beecroft, A., Griffin, J., & Denneman, E (2014), High Modulus High Fatigue Resistance Asphalt (EME2) Technology Transfer (No APT283/14), Australia 52 Petho, L., & Denneman, E (2013), EME Technology Transfer to Australia: An Explorative Study (No AP-T249/13), Austroads Ltd, Sydney, Australia 53 Petho, L., & Bryant, P (2015), “High Modulus Asphalt (EME2) Pavement Design in Queensland”, In AAPA International Flexible Pavements Conference, 16th, 2015, Gold Coast, Queensland, Australia 54 Ramirez Cardona, D A., Pouget, S., Di Benedetto, H., & Olard, F (2015), “Viscoelastic behaviour characterization of a gap-graded asphalt mixture with SBS polymer modified bitumen”, Materials Research, 18(2), 373381 55 Rais, N M., Wahab, M Y A., Endut, I R., & Latif, A A (2013), “Dynamic Modulus Master Curve Construction Using the Modified MEPDG Model”, In Artificial Intelligence, Modelling and Simulation (AIMS), 2013 1st International Conference, pp 212-21, IEEE 142 56 Sheng, J A., Li, F P., & Chen, J (2005), Technical specifications for construction of highway asphalt Pavement, Beijing, Ministry of Communications of the People’s Republic of China 57 Standard, British (2005), BS 4987-1:2005 - Coated Macadam (asphalt concrete) for roads and other paved areas, Fifth edition 58 Vavrik, W R (2000), Asphalt mixture design concepts to develop aggregate interlock, Doctoral dissertation, University of Illinois at Urbana-Champaign 59 Witczak, M W., Andrei, D., & Houston, W N (2004), Guide for mechanistic-empirical design of new and rehabilitated pavement structures, Transportation Research Board of the National Research Council, 1-91 60 Xiaoge, T., & Bin, H (2009), “Dynamic Modulus of Asphalt Treated Mixtures”, In Road Pavement Material Characterization and Rehabilitation selected Papers from the 2009 GeoHunan International Conference (pp 16-21) 61 Yousefdoost, S., Vuong, B., Rickards, I., Armstrong, P., & Sullivan, B (2013), “Evaluation of dynamic modulus predictive models for typical Australian asphalt mixes”, In AAPA International Flexible Pavements Conference, 15th, 2013, Brisbane, Queensland, Australia TIẾNG PHÁP 62 SETRA, LCPC (1998), Catalogue des structures types de chausées neuves, France ... ĐÁ – NHỰA CƯỜNG ĐỘ CAO TRONG KẾT CẤU MẶT ĐƯỜNG MỀM CẤP CAO Ở VIỆT NAM 111 4.1 QUY MÔ GIAO THÔNG TRÊN CÁC TUYẾN ĐƯỜNG Ô TÔ CẤP CAO Ở VIỆT NAM 111 4.2 ĐỀ XUẤT CẤU TẠO KẾT CẤU MẶT ĐƯỜNG... đá – nhựa làm móng Trung Quốc 1.1.6 Hỗn hợp đá – nhựa sử dụng Việt Nam 1.1.7 Đánh giá chung hỗn hợp đá – nhựa 12 1.2 HỖN HỢP ĐÁ – NHỰA CƯỜNG ĐỘ CAO SỬ DỤNG TRONG KẾT CẤU MẶT ĐƯỜNG... CỦA LỚP ĐÁ – NHỰA CƯỜNG ĐỘ CAO TRONG KẾT CẤU MẶT ĐƯỜNG MỀM 22 1.4 CÁC NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG HỖN HỢP ĐÁ - NHỰA VÀ ĐÁ NHỰA CƯỜNG ĐỘ CAO Ở VIỆT NAM 24 1.5 XÁC ĐỊNH VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU CỦA