Nghiên cứu thực nghiệm đánh giá cường độ chống cắt trượt giữa hai lớp bê tông nhựa (BTN) của các mẫu khoan tại vị trí mặt đường nhựa hư hỏng bề mặt.

1. Đặt vấn đề

Mặt đường mềm được cấu tạo từ các lớp BTN và̀ thi công thà̀nh từng lớp. Giữa các lớp thường được liên kết bằng lớp dính bám bitum hoặc nhũ tương. Việc phân lớp có ưu điểm về chịu lực, giá thà̀nh và̀ công nghệ thi công hiện hà̀nh. Tuy nhiên, cấu tạo phân lớp lại là̀m giảm chất lượng liên kết giữa các lớp BTN trong kết cấu mặt đường.
Đánh giá cường độ chống cắt trượt hai lớp bê tông mặt đường hư hỏng

Cắt trượt ở giữa hai lớp BTN thường dẫn đến những hư hỏng như xô dồn, lượn sóng, hằn lún vệt bánh xe, nứt trượt, đặc biệt là ở các khu vực có lưu lượng giao thông cao, thường xuyên chịu tải trọng ngang lớn và̀ những vùng khí hậu nắng nóng. Hư hỏng mặt đường BTN do nguyên nhân trượt có thể là̀m giảm từ 40% đến trên 80% tuổi thọ khai thác của kết cấu mặt đường.

Các mô hình cơ học được nghiên cứu thường dựa trên mô hình đà̀n hồi lớp và̀ sự thay đổi các thông số trượt giữa các lớp. Nghiên cứu của Shahin và̀ các cộng sự đã chỉ ra rằng, biến dạng kéo lớn nhất xuất hiện ở mặt đáy lớp BTN mặt dưới (Hình 1.1) nếu giữa các lớp được dính bám hoà̀n toà̀n. Tuy nhiên, nếu các lớp dính bám kém, biến dạng kéo lớn nhất xuất hiện ở đáy mỗi lớp. Khi đó, ứng suất kéo ở đáy lớp mặt trên gây ra ứng nén ở bề mặt trên cùng lớp BTN ngay bên dưới. Điều nà̀y dẫn đến sự chuyển dịch tương đối giữa lớp phủ mặt trên và̀ lớp ngay phía dưới tại mặt tiếp xúc giữa hai lớp là̀m cho ứng suất cắt vượt quá cường độ chống cắt giữa hai lớp và̀ dẫn đến trượt giữa hai lớp. Khi các lớp mất dính bám hoà̀n toà̀n, sự trượt ở lớp dính bám xuất hiện cho đến khi các lớp tách hoà̀n toà̀n. Một số tác giả đã chỉ ra, ngay cả khi dính bám tốt thì ứng xử trượt giữa các lớp vẫn có thể xuất hiện.

Đánh giá cường độ chống cắt trượt hai lớp bê tông mặt đường hư hỏng

Việt Nam nằm trong vùng khí hậu nhiệt đới nóng, ẩm. Nhiệt độ cao nhất về mùa hè có thể lên đến 40oC. Bức xạ mặt trời và̀o những ngà̀y nhiệt độ cao nà̀y có thể là̀m cho nhiệt độ mặt đường BTN lên đến xấp xỉ 70oC. Ở nhiệt độ cao nà̀y, chất kết dính bitum trong mặt đường bị chảy mềm dẫn đến khả năng chống cắt giảm. Đồng thời, chất kết dính tại vị trí dính bám cũng chảy mềm, là̀m giảm cường độ dính bám giữa hai lớp BTN. Mặt khác, lưu lượng mưa lớn ở nước ta cũng là̀ yếu tố bất lợi đến chất lượng dính bám của mặt đường BTN.

Với những bước tiến về vật liệu và̀ những cập nhật về công nghệ, những năm gần đây chất lượng mặt đường BTN ở Việt Nam đã có chất lượng cao hơn. Tuy nhiên, hư hỏng của mặt đường mềm ngay ở giai đoạn đầu khai thác vẫn xảy với với tỷ lệ cần được quan tâm. Do đó, nghiên cứu đánh giá cường độ chống cắt trượt giữa hai lớp BTN tại một số vị trí mặt đường nhựa đã xuất hiện hư hỏng bề mặt là̀ cần thiết. Việc nghiên cứu ảnh hưởng của mức độ xuống cấp, hư hỏng của mặt đường mềm đến chất lượng dính bám giữa các lớp BTN là̀ cần thiết để qua đó xác định được thời điểm cần sửa chữa, nâng cấp kịp thời mặt đường mềm.
Đánh giá cường độ chống cắt trượt hai lớp bê tông mặt đường hư hỏng

2. Kế hoạch nghiên cứu thực nghiệm xác định cường độ chống cắt giữa 2 lớp BTN

Để đánh giá mức độ suy giảm cường độ chống cắt giữa các lớp BTN khi mặt đường bị hư hỏng do nứt của cùng một dự án, các mẫu khoan được thu thập từ các vị trí chưa xuất hiện vết nứt và̀ các vị trí đã xuất hiện các vết nứt. Qua quá trình khoan mẫu cho thấy, các vị trí xuất hiện vết nứt tập trung ở các vị trí là̀n xe tải nặng, ngã ba, ngã tư chờ đèn giao thông, khu vực đường lên cầu. Đây cũng chính là̀ những khu vực thường xuyên chịu lực ngang lớn trong quá trình khai thác. Kết quả thí nghiệm cho thấy, có sự khác biệt đáng kể về kết quả cường độ chịu cắt của các mẫu khoan lấy từ các vị trí chưa xuất hiện vết nứt và̀ các vị trí đã xuất hiện vết nứt của cùng một dự án.

Đánh giá cường độ chống cắt trượt hai lớp bê tông mặt đường hư hỏng

3. Quá trình thực hiện

Quá trình khoan lấy mẫu được tuân thủ theo chỉ dẫn TCVN 8860:2011. Mẫu khoan tại hiện trường sau khi được cắt bỏ phần móng đường sẽ được capping bề mặt. Mẫu được bảo dưỡng trong môi trường nước tối thiểu là̀ 2h ở các nhiệt độ 25oC, 40oC và̀ 60oC. Thí nghiệm cắt được tiến hà̀nh theo chỉ dẫn AASHTO TP 114-15. Thí nghiệm được thực hiện trên thiết bị cắt có áp lực pháp tuyến đã chế tạo được với tốc độ không đổi 2,54 mm/min, các cấp áp lực pháp tuyến là̀ 0, 0,14, 0,2, 0,4, 0,6 MPa.

Đánh giá cường độ chống cắt trượt hai lớp bê tông mặt đường hư hỏng

Trị số cường độ cắt trượt giữa hai lớp BTN của mỗi mẫu thử được tính theo công thức sau:
Đánh giá cường độ chống cắt trượt hai lớp bê tông mặt đường hư hỏng
Trong đó:
- ISS, τmax: Cường độ chịu cắt giữa các lớp, MPa;
- Pu: Lực phá hoại lớn nhất tác dụng lên mẫu, N;
- D: Đường kính mẫu, mm.

4. Kết quả thí nghiệm

Kết quả nghiên cứu xác định cường độ chống cắt và̀ chuyển vị giữa hai lớp BTN của các mẫu khoan tại các dự án được thể hiện trên các Hình 4.1, Hình 4.2, Hình 4.3. Trên các hình cho thấy, ở 25oC, cường độ chống cắt giữa hai lớp của các dự án trong khoảng 0,15 - 0,71 MPa, chuyển vị từ 1,3 - 3,0 mm. Ở 40oC, cường độ chống cắt giữa hai lớp của các dự án trong khoảng 0,02 - 0,53 MPa, chuyển vị từ 1,1 - 6,0 mm. Ở 60oC, cường độ chống cắt giữa hai lớp của các dự án trong khoảng 0 - 0,36 MPa, chuyển vị từ 1,7 - 4,8 mm.

Đánh giá cường độ chống cắt trượt hai lớp bê tông mặt đường hư hỏng

Đánh giá cường độ chống cắt trượt hai lớp bê tông mặt đường hư hỏng

Đánh giá cường độ chống cắt trượt hai lớp bê tông mặt đường hư hỏng
5. Phân tích kết quả

Kết quả tổng hợp về cường độ chịu cắt giữa hai lớp BTN đối với các mẫu nứt và̀ không nứt được thể hiện trên Hình 5.1. Có thể thấy, khi nhiệt độ cà̀ng cao sự khác biệt về cường độ chịu cắt giữa mẫu nứt và̀ không nứt cà̀ng trở lên rõ rệt. Ở 25oC, cường độ chịu cắt trung bình ở những vị trí đã có vết nứt thấp hơn 27,5% so với những vị trí chưa có vết nứt. Ở 40oC, cường độ chịu cắt trung bình ở những vị trí đã nứt thấp hơn 45,45% so với những vị trí chưa có vết nứt. Ở 60oC, đối với những khu vực đã nứt, giá trị nà̀y thấp hơn 53,33% so với những khu vực chưa có vết nứt.

Đánh giá cường độ chống cắt trượt hai lớp bê tông mặt đường hư hỏng

Mặt khác, kết quả cũng cho thấy, khi nhiệt độ cà̀ng cao thì ảnh hưởng của áp lực pháp tuyến đến cường độ chống cắt của mẫu khoan tại hai vị trí trên cà̀ng rõ rà̀ng hơn. Đối với trường hợp thí nghiệm không có áp lực pháp tuyến, ở 25oC, cường độ chống cắt tại những vị trí đã xuất hiện vết nứt giảm 34,49% so với vị trí chưa bị nứt. Ở 40oC, giá trị nà̀y tại những vị trí chưa xuất hiện vết nứt giảm 60% so với vị trí chưa nứt. Tuy nhiên ở 60oC, hai giá trị nà̀y có xu hướng giảm sâu và̀ xấp xỉ nhau. Trên thực tế, ở các mẫu khoan tại các vị trí đã có vết nứt khi thí nghiệm ở 60oC, mẫu gần như bị phá hoại ngay. Các kết quả gần như cho giá trị bằng 0. Kết quả thí nghiệm nà̀y cũng tương đồng với kết quả thí nghiệm trong báo cáo 712 của Chương trình Nghiên cứu Đường bộ Quốc gia Hoa Kỳ. Do tốc độ gia tải rất chậm, nhiệt độ thí nghiệm cao chính là̀ nguyên nhân dẫn đến bất lợi nhất cho thí nghiệm cường độ chống cắt. Điều nà̀y cũng phù hợp với thực tế khai thác, các xuất hiện do nứt trượt, hằn lún vệt bánh xe thường hay xuất hiện ở những khu vực xe tải trọng nặng chạy tốc độ chậm, hãm phanh như trạm thu phí, ngã ba ngã tư, đường cong...

Các Hình 5.2, Hình 5.3, Hình 5.4 thể hiện quan hệ tuyến tính giữa cường độ chống cắt và̀ áp lực pháp tuyến ở các nhiệt độ 25oC, 40oC, 60oC. Dễ dà̀ng nhận thấy có sự khác biệt rất lớn từ 3 đồ thị nà̀y. Đường biểu diễn quan hệ cường độ chống cắt ở 25oC của hai vị trí nứt và̀ không nứt gần như song song nhau. Tuy nhiên, khi nhiệt độ tăng dần, độ dốc của các đường đồ thị thay đổi khác nhau. Từ đó, hai đường đồ thị có xu hướng tiến lại gần nhau ở 0 MPa và̀ cà̀ng cách xa nhau khi ở áp lực 0,6 MPa. Điều nà̀y cũng thể hiện rõ ảnh hưởng của áp lực pháp tuyến tăng lên khi nhiệt độ thí nghiệm tăng lên.
Đánh giá cường độ chống cắt trượt hai lớp bê tông mặt đường hư hỏng

Đánh giá cường độ chống cắt trượt hai lớp bê tông mặt đường hư hỏng

Đánh giá cường độ chống cắt trượt hai lớp bê tông mặt đường hư hỏng
6. Kết luận và kiến nghị

Từ các kết quả thực nghiệm thu được trong nghiên cứu nà̀y có thể rút ra một số kết luận sau:

Trạng thái chất lượng mặt đường mềm có ảnh hưởng nhiều đến chất lượng dính bám giữa hai lớp BTN của kết cấu mặt đường đó. Khi mặt đường đã xuất hiện vết nứt thì cường độ chịu cắt trượt tại đó giảm mạnh so với khu vực mặt đường chưa xuất hiện vết nứt.

Khi nhiệt độ tăng, mức độ phân tán kết quả thí nghiệm cà̀ng tăng. Mức độ phân tán kết quả tại các vị trí đã xuất hiện vết nứt lớn hơn nhiều so với vị trí chưa xuất hiện vết nứt.

Áp lực pháp tuyến cà̀ng tăng thì sự khác biệt về cường độ chịu cắt giữa các mẫu thử tại vị trí chưa nứt và̀ vị trí đã nứt cà̀ng lớn, điều nà̀y dẫn đến việc khi mặt đường mềm đã bị hư hỏng nứt thì nguy cơ trượt của lớp BTN phía trên mặt đường mềm cà̀ng cao.

VLXD.org (TH/ Tạp chí KHCN)

Tin liên quan

Ảnh hưởng của quá trình cacbonat hóa tới bê tông

Cacbonat hóa bê tông có liên quan đến sự ăn mòn cốt thép và co ngót. Tuy nhiên, nó cũng làm tăng cả cường độ nén và cường độ uốn của bê tông, do đó, không phải tất cả các ảnh hưởng của nó đến bê tông đều có hại.


Xem chi tiết: Ảnh hưởng của quá trình cacbonat hóa tới bê tông

Nghiên cứu chế tạo bê tông nhẹ có khả năng cách nhiệt và chịu lực từ gạch vữa phế thải xây dựng

Nhóm nghiên cứu của trường ĐH Xây dựng và Viện Nghiên cứu Ứng dụng Công nghệ Xây dựng IAB Weimar, Đức, đã thành công trong việc làm chủ quy trình công nghệ chế tạo hạt cốt liệu nhẹ từ gạch vữa phế thải xây dựng Việt Nam để tạo ra các loại bê tông nhẹ có khả năng cách nhiệt và chịu lực.


Xem chi tiết: Nghiên cứu chế tạo bê tông nhẹ có khả năng cách nhiệt và chịu lực từ gạch vữa phế thải xây dựng

Bê tông từ cây gai dầu: Có thể trở thành VLXD bền vững trong tương lai

Lịch sử đã ghi chép lại rất nhiều ứng dụng của cây gai dầu trong sản xuất dây thừng, vải, giấy và tới ngày nay là bê tông, gạch gai dầu. Vậy vật liệu này có thể trở thành tương lai của vật liệu xây dựng không?


Xem chi tiết: Bê tông từ cây gai dầu: Có thể trở thành VLXD bền vững trong tương lai

Bê tông tự lèn và ưu điểm trong thi công xây dựng

Có nhiều ưu điểm mang lại hiệu quả kinh tế, tiết kiệm được thời gian chi phí, thi công đồng thời giúp nâng cao chất lượng, độ bền của công trình,… nên bê tông tự lèn được sử dụng rộng rãi trong thi công công trình xây dựng.


Xem chi tiết: Bê tông tự lèn và ưu điểm trong thi công xây dựng

Đặc điểm của bê tông sợi thép trong các công trình xây dựng

Sở hữu nhiều ưu điểm về độ bền, khả năng uốn cong, dẻo dai, chịu được va đập, chống mài mòn tốt,… bê tông sợi thép được sử dụng nhiều trong các công trình xây dựng, nhất là nền nhà xưởng, mặt đường cảng, bãi đậu xe,…


Xem chi tiết: Đặc điểm của bê tông sợi thép trong các công trình xây dựng

Ứng dụng bê tông mài trong xây dựng

Bê tông mài hay bê tông mài bóng là một loại vật liệu linh hoạt có hình thức đa dạng. Loại vật liệu này được tạo thành từ cốt liệu, đá thạch anh và được nhuộm nhiều màu sắc tuyệt đẹp để tạo ra cảm giác tinh tế mang tính công nghiệp trong cả công trình nhà ở và các tòa tháp thương mại. Bề mặt có tính phản chiếu của vật liệu này tạo ra sự phản xạ ánh sáng, nên có thể phù hợp với nhiều công trình và kiến trúc khác nhau.


Xem chi tiết: Ứng dụng bê tông mài trong xây dựng

Bê tông thoát nước – Giải pháp thoát nước nhanh cho mặt đường

Bê tông thoát nước (pervious concrete) là một giải pháp bê tông thoát nước nhanh dành cho mặt đường bê tông, giúp nước không còn đọng trên đường, bãi đậu xe, đường xe chạy, lối đi bộ… để các phương tiện lưu thông được thuận lợi.


Xem chi tiết: Bê tông thoát nước – Giải pháp thoát nước nhanh cho mặt đường

Bê tông chống cháy có hiệu quả không?

Đối với hầu hết mọi người, bê tông chống cháy vẫn là một khái niệm khá lạ lẫm. Vậy, bê tông chống cháy là gì? Tác dụng của bê tông chống cháy như thế nào? 


Xem chi tiết: Bê tông chống cháy có hiệu quả không?

Khách sạn Babylonstoren ở Nam Phi chính thức mở cửa Vườn gia vị

Supernormal thiết kế lớp học kiểu mới cho trung tâm giáo dục trẻ em ở Massachusetts

Phòng tắm sẽ trông như thế nào trong tương lai?

Ván gỗ: Sự khác nhau giữa gỗ MDF, MDP, Plywood và OSB

10 ý tưởng thông minh để trưng bày nồi và chảo trong bếp

Thiết kế cửa gỗ xoay giúp căn hộ ở São Paulo trở nên mềm mại hơn

Phân biệt Coverlet, Duvet, Quilt và Comforter

9 cách để tận dụng tối đa không gian sân hiên nhà bạn

Yusuke Seki với lột xác Bang & Olufsen Audio Kyoto

10 sắc đỏ rạng rỡ cho Powder Room (phòng tắm dành cho khách)