Đánh giá ảnh hưởng và thiết lập tương quan thực nghiệm giữa loại nhựa, độ rỗng dư, nhiệt độ với một số chỉ tiêu cơ học của bê tông nhựa rỗng thoát nước

ThS. Nguyễn Văn Thành PGS. TS. Vũ Ðức Chính Viện Khoa học và Công nghệ Giao thông vận tải. Người phản biện: PGS. TS. Nguyễn Hữu Trí TS. Trần Ngọc Huy

TÓM TẮT: Trong bài báo [1], các tác giả đã giới thiệu kết quả thiết kế 6 hỗn hợp bê tông nhựa rỗng thoát nước (BTNRTN) 12,5 tương ứng với 2 loại nhựa (nhựa đường TPS, nhựa đường PMB.III) và 3 cấp phối cốt liệu (cấp phối 1 - vùng cận trên, cấp phối 2 vùng giữa, cấp phối 3 vùng cận dưới của đường bao giới hạn), các kết quả thử nghiệm trong phòng xác định một số chỉ tiêu cơ học của BTNRTN 12,5. Bài báo tập trung phân tích, đánh giá ảnh hưởng và xác lập tương quan thực nghiệm giữa loại nhựa, độ rỗng dư, nhiệt độ với một số chỉ tiêu cơ học của BTNRTN 12,5.

TỪ KHÓA:  Bê tông nhựa rỗng thoát nước, loại nhựa, độ rỗng dư, nhiệt độ, chỉ tiêu cơ học, tương quan thực nghiệm.

ABSTRACT: In the paper [1], the authors presented the designing results of  06 Porous Asphalt (PA) mixtures made from 2 bitumen types (TPS, PMB.III) and 3 aggregate gradations (CP1 - upper area, CP2 - medium, CP3 - lower area of permitted range), the testing results of some main mechanical properties of PA. This paper concentrates analysing, assessing effects of bitumen type, voids of air, temperature on some tested main mechanical properties of PA, and establishes experimental correlation between them.

KEYWORDS: empty plastic drainage concrete, plastics, residual porosity, temperature, mechanical indicators, empirical correlations.

1. ĐẶT VẤN ĐỀ

Hỗn hợp BTNRTN sử dụng cấp phối hở, nhựa đường cải thiện polymer, có độ rỗng dư cao, có thể chịu được lưu lượng xe lớn và xe tải nặng, kết quả nghiên cứu, thử nghiệm bước đầu tại Việt Nam [3] cho thấy BTNRTN phù hợp để làm lớp phủ thoát nước và tạo nhám cho đường ô tô cấp cao và đường cao tốc tại Việt Nam.

Về mặt định tính, kết quả nghiên cứu thử nghiệm [1] cho thấy các chỉ tiêu cơ học của BTNRTN 12,5 thay đổi khi sử dụng các loại nhựa khác nhau (nhựa đường TPS, nhựa đường polymer PMB.III) và độ rỗng dư khác nhau. [1] đã trình bày kết quả thí nghiệm kiểm tra vật liệu sử dụng, kết quả thiết kế 06 hỗn hợp BTNRTN 12,5 và các kết quả thử nghiệm chi tiết các chỉ tiêu cơ học: Độ ổn định Marshall, độ ổn định Marshall còn lại, độ dẻo Marshall, cường độ chịu kéo gián tiếp (ở các nhiệt độ 20^oC, 25^oC, 30^oC), hệ số cường độ chịu kéo gián tiếp (ở 25^oC), mô-đun đàn hồi xác định bằng kéo gián tiếp tải trọng lặp (ở các nhiệt độ 20^oC, 30^oC), độ sâu hằn lún vệt bánh xe và độ bền mỏi. Bài báo tập trung phân tích, đánh giá ảnh hưởng và xác lập tương quan thực nghiệm giữa loại nhựa, độ rỗng dư, nhiệt độ với một số chỉ tiêu cơ học của BTNRTN 12,5.

2. THIẾT KẾ VÀ THÍ NGHIỆM CÁC CHỈ TIÊU CƠ HỌC CỦA BTNRTN 12,5

2.1. Các loại hỗn hợp BTNRTN 12,5

Thiết 6 hỗn hợp BTNRTN 12,5 (Bảng 2.1) thỏa mãn các yêu cầu kỹ thuật (chi tiết xem [1]) tương ứng với:

Bảng 2.1. Ký hiệu các hỗn hợp BTN

- 3 cấp phối: Cấp phối 1 (CP1) - cấp phối nằm tại vùng cận trên, cấp phối 2 (CP2) - cấp phối nằm tại vùng giữa, cấp phối 3 (CP3) - cấp phối nằm tại vùng cận dưới của đường bao cấp phối (cấp phối hỗn hợp thiết kế xem Hình 2.1).

- 02 loại nhựa: (1) Nhựa đường 60/70 có sử dụng phụ gia Tapack-Super của Nhật Bản (gọi là nhựa đường TSP, theo Quyết định 431/QĐ-BGTVT [4] của Bộ GTVT) và nhựa đường polymer PMB.III (theo Tiêu chuẩn 22TCN319:2004 [5]) của Công ty Petrolimex.

Các loại vật liệu sử dụng: Cốt liệu thô (đá dăm) sử dụng có nguồn gốc bazan, lấy tại mỏ Phú Mãn - Quốc Oai - Hà Nội; cốt liệu mịn: Bao gồm cát xay có nguồn gốc bazan, lấy tại mỏ Phú Mãn - Quốc Oai - Hà Nội và cát tự nhiên hạt thô Việt Trì; bột khoáng được sản xuất từ đá vôi Phủ Lý - Hà Nam. Tất cả các loại vật liệu sử dụng đều thỏa mãn yêu cầu kỹ thuật; kết quả thí nghiệm chi tiết xem [1].

Hình 2.1: Đường cong cấp phối các mẫu BTNRTN 12,5

2.2. Kết quả thí nghiệm các chỉ tiêu cơ học của BTNRTN 12,5

Theo quy hoạch thực nghiệm, mỗi tổ mẫu thí nghiệm bao gồm 6 mẫu. Các thí nghiệm được thực hiện theo các tiêu chuẩn quy định (chi tiết xem [1]). Kết quả thí nghiệm các chỉ tiêu cơ học của BTNRTN 12,5 với khoảng tin cậy 95% (xử lý thống kê sau khi loại bỏ sai số thô theo tiêu chuẩn Tua-ten-mua) được tổng hợp trong Bảng 2.2.

Bảng 2.2. Tổng hợp các kết quả thử nghiệm trong phòng

3. ĐÁNH GIÁ ẢNH HƯỞNG VÀ THIẾT LẬP TƯƠNG QUAN THỰC NGHIỆM GIỮA LOẠI NHỰA, ĐỘ RỖNG DƯ, NHIỆT ĐỘ VỚI MỘT SỐ CHỈ TIÊU CƠ HỌC CỦA BTNRTN

Theo [2], loại nhựa không ảnh hưởng đến độ rỗng dư (Va) của BTNRTN nghiên cứu; cấp phối có ảnh hưởng đến Va của BTNRTN nghiên cứu, đồng thời xác định được Va trung bình theo loại cấp phối (theo phương pháp thống kê) để phân tích ảnh hưởng của Va đến các tính chất của BTNRTN như sau: Đối với CP1: Va₁ = 18,15%; đối với CP2: Va₂ = 20,29%; đối với CP3: Va₃ = 21,75%.

Đánh giá ảnh hưởng và thiết lập tương quan thực nghiệm được thực hiện với sự hỗ trợ của phần mềm MINITAB.17, kết quả cho thấy:

3.1. Độ ổn định Marshall (S), độ ổn định Marshall còn lại (Rs) và độ dẻo Marshall (F)

- Loại nhựa và Va đều có ảnh hưởng đến S của BTNRTN (Hình 3.1, Hình 3.2), phương trình hồi quy thực nghiệm theo công thức (1), (2).

 - Loại nhựa và Va đều có ảnh hưởng đến Rs của BTNRTN (Hình 3.3, Hình 3.4); phương trình hồi quy thực nghiệm theo công thức (3), (4).

- Loại nhựa không có ảnh hưởng đến F, độ rỗng dư có ảnh hưởng đến F (Hình 3.7); phương trình hồi quy thực nghiệm theo (5).

 

- Loại nhựa, Va và nhiệt độ (T) đều có ảnh hưởng đến S_t của BTNRTN (Hình 3.6); phương trình hồi quy thực nghiệm theo công thức (6), (7).3.2. Cường độ chịu kéo gián tiếp (S_t), hệ số cường độ chịu kéo gián tiếp (TSR)

S_t(TPS) = 3,575-0,03568*T-0,10201*Va      (6)

S_t(III) = 3,785-0,03568*T-0,10201*Va        (7)

- Loại nhựa và Va đều có ảnh hưởng đến TSR của BTNRTN (Hình 3.7); phương trình hồi quy thực nghiệm theo công thức (8), (9).

3.3. Mô-đun đàn hồi xác định bằng kéo gián tiếp tải trọng lặp (Eđh)

Loại nhựa, Va và T đều có ảnh hưởng đến Eđh của BTNRTN, phương trình hồi quy thực nghiệm theo công thức (10), (11).

Eđh_(TPS) = 14796 - 339,5*T - 425*Va + 8,29*T*Va   (10)

Eđh_(III) = 15352 - 339,5*T - 425*Va + 8,29*T*Va     (11)

3.4. Độ sâu lún vệt bánh xe (RD)

Loại nhựa và Va đều có ảnh hưởng đến RD₁₅ vàRD₄₀, biểu đồ quan hệ giữa Va và RD₄₀ xem Hình 3.8, Hình 3.9; phương trình hồi quy thực nghiệm theo công thức (12), (13).

RD_40(TPS) =  0,793*Va - 11,80      (12)

RD_40(III) = 0,1874*Va² - 7,049*Va + 68,56                 (13)

 

4. KẾT LUẬN

Trên cơ sở phân tích, đánh giá các kết quả nghiên cứu thực nghiệm trong phòng trên 6 hỗn hợp BTNRTN 12,5, có một số kết luận sau:

- Loại nhựa và Va có ảnh hưởng đến S, Rs, TSR và RD; loại nhựa, Va và T có ảnh hưởng đến St và Eđh; Va có ảnh hưởng đến F.

- Đã xác lập được phương trình hồi quy thực nghiệm ảnh hưởng của loại nhựa, Va, nhiệt độ đến các chỉ tiêu cơ học của BTNRTN12,5 theo các công từ (1) đến (13).

Ngoài ý nghĩa về mặt khoa học, bài báo có ý nghĩa thực tế giúp cho công tác thiết kế, lựa chọn hỗn hợp BTNRTN 12,5 phù hợp.

Tài liệu tham khảo

[1]. ThS. Nguyễn Văn Thành, PGS. TS. Vũ Đức Chính, PGS. TS. Nguyễn Xuân Khang (2016), Nghiên cứu thực nghiệm trong phòng một số chỉ tiêu cơ học chủ yếu của bê tông nhựa rỗng thoát nước, Tuyển tập báo cáo Hội nghị KHCN năm 2016 của Viện Khoa học và Công nghệ GTVT, (ISBN: 978-604-76-1121-8).

[2]. ThS. Nguyễn Văn Thành, PGS. TS. Vũ Đức Chính, PGS. TS. Nguyễn Xuân Khang (2016), Nghiên cứu ảnh hưởng của cấp phối và loại nhựa sử dụng đến độ rỗng dư của bê tông nhựa rỗng thoát nước, Tuyển tập báo cáo Hội nghị KHCN năm 2016 của Viện Khoa học và Công nghệ GTVT, (ISBN: 978-604-76-1121-8).

[3]. Viện KHCN GTVT (2015), Báo cáo tổng kết Dự án thí điểm Bê tông nhựa rỗng thoát nước sử dụng nhựa đường thông thường có thêm phụ gia Tafpack-Super (TPS).

[4]. Bộ GTVT (2016), Quy định kỹ thuật tạm thời về thiết kế, thi công và nghiệm thu lớp mặt đường bê tông nhựa rỗng thoát nước có sử dụng phụ gia Tafpack-Super, ban hành kèm theo Quyết định số 431/QĐ-BGTVT, ngày 4/02/2016.

[5].  Bộ GTVT (2004), Tiêu chuẩn 22TCN319-04, Tiêu chuẩn vật liệu nhựa đường Polymer - Yêu cầu kỹ thuật và phương pháp thử.