Nghiên cứu sử dụng phụ gia tăng khả năng dính bám đá nhựa cải thiện chất lượng bê tông nhựa ở việt nam
- 159 trang
- file .doc
i
LỜI CAM ĐOAN
Tôi cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi dưới sự hướng dẫn khoa
học của GS.TS Bùi Xuân Cậy và PGS.TS Nguyễn Quang Phúc. Các số liệu, kết quả
nêu trong luận án là trung thực và chưa được ai công bố trong bât kk công trình nào,
các nội dung tham khảo đều được dẫn nguồn chính xác và rõ ràng.
Tác giả luận án
Vũ Ngọc Phương
ii
LỜI CẢM ƠN
Được sự hướng dẫn tận tình của các thầy hướng dẫn, sự giúp đỡ của thầy cô, đồng
nghiệp, bạn bè, người thân, với sự nô lực của bản thân, luận án “ Nghiên cứu sử
dụng phụ gia tăng khả năng dính bám đá-nhựa cải thiện chất lượng bê tông nhựa ở
Việt Nam” của tôi – NCS Vũ Ngọc Phương đã hoàn thành.
Bằng những tình cảm sâu sắc nhât, tôi vô cùng cảm ơn GS.TS.Bùi Xuân Cậy,
PGS.TS.Nguyễn Quang Phúc, hai người Thầy đã định hướng, tận tình hướng dẫn,
giúp đỡ, động viên tôi trong quá trình thực hiện luận án.
Tôi vô cùng cảm ơn Phòng thí nghiệm trọng điểm UTC-Cienco4 trực thuộc Trường
Đại học Giao thông Vận tải; Phòng thí nghiệm trọng điểm đường bộ I, Phòng thí
nghiệm trọng điểm đường bộ II, Trung tâm KHCN Địa Kỹ thuật trực thuộc Viện
Khoa học và Công nghệ GTVT đã cung câp thông tin, giúp đỡ tôi trong công tác thí
nghiệm phục vụ luận án này.
Trân trọng cảm ơn các thầy, cô và đồng nghiệp tại Bộ môn Công trình Giao thông
công chính và môi trường, Bộ môn Đường bộ, đã giúp đỡ, chỉ bảo cho tôi các kiến
thức chuyên môn, góp phần không nhỏ để tôi hoàn thành luận án này.
Cảm ơn gia đình và bạn bè, những người thân luôn ở bên tôi, ủng hộ và khích lệ tôi
hoàn thành luận án tiến sỹ này.
Trân trọng.
Tác giả luận án
Vũ Ngọc Phương
iii
MỤC LỤC
MỞ ĐẦU ..................................................................................................................... 1
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ DÍNH BÁM ĐÁ-NHỰA, SUY GIẢM DÍNH
BÁM ĐÁ-NHỰA, CÁC GIẢI PHÁP CẢI THIỆN DÍNH BÁM ĐÁ- NHỰA VÀ
VAI TRÒ CỦA PHỤ GIA TĂNG DÍNH BÁM ......................................................... 7
1.1. Dính bám đá – nhựa .......................................................................................... 7
1.2. Suy giảm dính bám đá-nhựa - Bong tách .......................................................... 8
1.2.1.Nguyên nhân gây suy giảm liên kết đá-nhựa - Bong tách ...................... 8
1.2.2.Nhận dạng hư hỏng mặt đường BTN do bong tách ................................ 9
1.2.3. Cơ chế hình thành và phát triển bong tách (mechanisms of stripping) ...... 13
1.3. Các nhân tố ảnh hưởng đến khả năng dính bám đá-nhựa ............................... 15
1.3.1.Ảnh hưởng của nhựa đường ................................................................. 1
5
1.3.2.Ảnh hưởng của cốt liệu ......................................................................... 1
7
1.3.3.Ảnh hưởng của thiết kế hỗn hợp BTN ................................................... 2
1
1.3.4.Ảnh hưởng của thời tiết khi thi công lớp BTN ...................................... 2
2
1.3.5.Ảnh hưởng của khí hậu môi trường ...................................................... 2
2
1.3.6.Ảnh hưởng của lưu lượng xe ................................................................. 2
2
1.4. Các giải pháp cải thiện dính bám đá-nhựa, giảm thiểu bong tách .................. 22
1.5. Tính năng của một số loại phụ gia tăng dính bám đá – nhựa ......................... 23
1.5.1.Phụ gia vô cơ (dạng rắn) ...................................................................... 2
4
1.5.2.Phụ gia hóa học .................................................................................... 2
6
1.5.3.Phụ gia nano organosilane [23] ........................................................... 2
6
1.6. Cơ chế hoạt động của các loại phụ gia tăng dính bám đá – nhựa ................... 27
1.6.1.Cơ chế hoạt động của vôi hydrat [39], [52] ........................................ 2
8
1.6.2.Cơ chế hoạt động của Wetfix Be [22]................................................... 2
9
1.6.3.Cơ chế hoạt động của Toughfix [56] .................................................... 3
0
1.6.4.Cơ chế hoạt động của Toughfix Hyper [57] ......................................... 3
1
1.6.5.Cơ chế hoạt động của Zycotherm (Z.T.) [33] ....................................... 3
2
1.6.6. Phân tích đặc thù của loại phụ gia Toughfix Hyper có khả năng cải thiện
dính bám đối với cả đá vôi và đá granite ............................................................. 33
1.7. Các phương pháp thí nghiệm kiểm tra đánh giá khả năng dính bám đá-nhựa
[28], [47], [58]. .......................................................................................................... 34
1.8. Tình Hình nghiên cứu sử dụng phụ gia tăng dính bám trên thế giới .............. 35
1.8.1. Hoa Kỳ .................................................................................................. 35
iv
1.8.2. Châu Âu............................................................................................... 37
1.8.3. Châu Á................................................................................................. 39
1.9. Tình hình nghiên cứu sử dụng phụ gia tăng dính bám tại Việt Nam..............40
1.9.1. Đánh giá một số công trình nghiên cứu, thử nghiệm điển hình liên quan đến
phụ gia tăng dính bám........................................................................................ 40
1.9.2. Đánh giá các tiêu chuẩn kỹ thuật, phương pháp thử liên quan đến khả năng
dính bám đá-nhựa và phụ gia tăng dính bám...................................................... 41
1.10. Kết luận và những nội dung cần giải quyết trong luận án.............................. 42
CHƯƠNG 2. NGHIÊN CỨU PHÂN TÍNH, ĐÁNH GIÁ, LỰA CHỌN PHƯƠNG
PHÁP THÍ NGHIỆM KIỂM TRA KHẢ NĂNG DÍNH BÁM ĐÁ-NHỰA PHÙ
HỢP VỚI ĐIỀU KIỆN VIỆT NAM........................................................................ 45
2.1. Phân tích các phương pháp thí nghiệm kiểm tra khả năng dính bám đá-nhựa
trên thế giới............................................................................................................. 45
2.1.1. Các phương pháp thí nghiệm với hỗn hợp đá-nhựa ở trạng thái rời...46
2.1.2. Các phương pháp thí nghiệm với hỗn hợp đá-nhựa đã đầm nén.........51
2.1.3. Tình hình sử dụng các phương pháp thí nghiệm kiểm tra khả năng dính
bám đá-nhựa trên thế giới................................................................................... 60
2.2. Phân tích lựa chọn phương pháp thí nghiệm dính bám đá-nhựa phù hợp với
điều kiện Việt Nam................................................................................................. 61
2.2.1. Lựa chọn các phương pháp thí nghiệm đưa vào phân tích..................61
2.2.2. Phân tích lựa chọn phương pháp thí nghiệm với hỗn hợp đá-nhựa ở
trạng thái rời....................................................................................................... 63
2.2.3. Phân tích lựa chọn phương pháp thí nghiệm với hỗn hợp đá-nhựa ở
trạng thái đầm chặt............................................................................................. 64
2.3. Phân tích lựa chọn giữa AASHTO T283 và ASTM D 4867 và hiệu chỉnh cho
phù hợp với điều kiện khí hậu Việt Nam................................................................. 70
2.3.1. Phân tích lựa chọn giữa AASHTO T283 và ASTM D 4867.................70
2.3.2. Phân tích loại bỏ việc bảo dưỡng mẫu với chu kỳ đóng băng/tanbăng
trong AASHTO T283 cho phù hợp với điều kiện khí hậu Việt Nam.....................71
2.4. Kết luận chương 2......................................................................................... 72
CHƯƠNG 3. NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM TRONG PHÒNG ĐÁNH GIÁ
HIỆU QUẢ CỦA MỘT SỐ LOẠI PHỤ GIA ĐANG SỬ DỤNG Ở VIỆT NAM .. 73
3.1. Nghiên cứu xác định hàm lượng phụ gia vôi hydrat tối ưu để xử lý trước bề
mặt đá dăm nhằm cải thiện khả năng dính bám đá-nhựa cho BTN.........................73
3.1.1. Mục đích nghiên cứu........................................................................... 73
v
3.1.2. Tóm tắt trình tự tiến hành nghiên cứu thực nghiệm............................. 74
3.1.3. Thiết kế thành phần hỗn hợp BTNC12.5.............................................. 74
3.1.4. Xử lý trước bề mặt đá dăm với vôi hydrat........................................... 76
3.1.5. Thí nghiệm đánh giá ảnh hưởng của nước đến hỗn hợp BTN đã đầm nén
…………………………………………………………………………………78
3.1.6. Thí nghiệm LVBX với BTNC12.5 có tỷ lệ tối ưu vôi hydrat xử lý trước
với đá dăm là 1.0%............................................................................................. 84
3.1.7. Kết luận chung..................................................................................... 85
3.2. Nghiên cứu xác định hiệu quả của Toughfix Hyper (TFH) và tỷ lệ TFH tối ưu
……………………………………………………………………………….85
3.2.1. Mục đích nghiên cứu........................................................................... 85
3.2.2. Thí nghiệm với nhựa đường................................................................. 86
3.2.3. Thiết kế thành phẫn BTNC12.5........................................................... 89
3.2.4. Thí nghiệm đánh giá ảnh hưởng của nước đến cường độ hỗn hợp BTN
đã đẩm nén.......................................................................................................... 91
3.2.5. Thí nghiệm LVBX với BTNC12.5 có tỷ lệ TFH tối ưu 0.15%...............98
3.2.6. Kết luận chung................................................................................... 100
3.3. Đánh giá hiệu quả của 6 phụ gia tăng dính bám đá – nhựa cho BTNC12.5 sử
dụng cốt liệu dính bám kém miền Trung............................................................... 100
3.3.1. Mục đích nghiên cứu......................................................................... 100
3.3.2. Lựa chọn vật liệu............................................................................... 101
3.3.3. Thiết kế thành phần hỗn hợp BTNC12.5............................................ 102
3.3.4. Thí nghiệm độ dính bám theo TCVN 7504:2005................................ 103
3.3.5. Thí nghiệm đánh giá ảnh hưởng của nước đến cường độ hỗn hợp BTN
đã đẩm nén theo AASHTO T283*..................................................................... 104
3.3.6. Phân tích đánh giá hiệu quả của các phụ gia....................................107
3.4. Kết luận chương 3........................................................................................ 108
CHƯƠNG 4. NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM HIỆN TRƯỜNG ĐÁNH GIÁ
HIỆU QUẢ CỦA PHỤ GIA TĂNG DÍNH BÁM TRÊN MỘT SỐ ĐOẠN ĐƯỜNG
KHU VỰC MIỀN TRUNG................................................................................... 110
4.1. Khảo sát độ nhạy ẩm trên đoạn đường Km1249+200 - Km1249+300 thuộc
Dự án xây dựng mở rộng QL1 sau 3 năm khai thác.............................................. 110
4.1.1. Mục đích nghiên cứu......................................................................... 110
4.1.2. Khảo sát lựa chọn đoạn đường nghiên cứu, khoan mẫu BTN............111
vi
4.1.3. Đánh giá chất lượng mặt đường đoạn nghiên cứu tại thời điểm bắt đầu
khai thác ……………………………………………………………………………..…112
4.1.4. Thí nghiệm xác định độ nhạy ẩm của BTN trên đoạn nghiên cứu......115
4.1.5. Phân tích đánh giá độ nhạy ẩm đã xác định trên đoạn đường nghiên cứu
………………………………………………………………………….……118
4.2. Thí nghiệm đánh giá hiệu quả của phụ gia ToughFix trong giai đoạn thi công
tại đoạn đường Km66+700- Km67+200, cao tốc Đà Nẵng-Quảng Ngãi...............119
4.2.1. Mục đích nghiên cứu......................................................................... 119
4.2.2. Tóm tắt thông tin về đoạn nghiên cứu................................................ 119
4.2.3. Đánh giá hiệu quả của phụ gia Toughfix với BTNC12.5 tại trạm trộn
………………………………………………………………………………..121
4.2.4. Đánh giá hiệu quả của Toughfix trong giai đoạn lu lèn BTNC12.5 .. 125
4.2.5. Kết luận về hiệu quả của phụ gia Toughfix cho BTNC12.5 trong giai
đoạn thi công trên đoạn Km66 +700 - Km67+200........................................... 130
4.3. Kết luận chương 4........................................................................................ 130
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ............................................................................... 131
TÀI LIỆU THAM KHẢO..................................................................................... 134
CÁC CÔNG TRÌNH KHOA HỌC ĐÃ CÔNG BỐ.............................................. 140
PHỤ LỤC 1. Thông tin về tính năng của các loại phụ gia (vôi hydrat, Wetfix Be,
Toughfix, Toughfix Hyper và Zycotherm)
PHỤ LỤC 2. Phương pháp đánh giá ảnh hưởng của nước đến hôn hợp BTN đã đầm
nén (AASHTO T283*)
PHỤ LỤC 3. Kết quả thí nghiệm xác định hàm lượng vôi hydrat tối ưu
PHỤ LỤC 4. Kết quả thí nghiệm xác định hàm lượng Toughfix Hyper tối ưu
PHỤ LỤC 5. Kết quả thí nghiệm đánh giá hiệu quả của 6 loại phụ gia
PHỤ LỤC 6. Kết quả thí nghiệm hiện trường
vii
DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT
BTN Bê tông nhựa (trong luận án này đồng nghĩa với BTNC)
BTNC Bê tông nhựa chặt
BTNC12,5 Bê tông nhựa chặt có cỡ hạt lớn nhât danh định là 12,5 mm
BTNC19 Bê tông nhựa chặt có cỡ hạt lớn nhât danh định là 19 mm
BTNRTN Bê tông nhựa rông thoát nước (Porous Asphalt-PA)
SMA Stone Matrix Asphalt (Hôn hợp đá vữa nhựa)
KQTN Kết quả thí nghiệm
YCKT Yêu cầu kỹ thuật
LVBX Lún vệt bánh xe
GTVT Giao thông vận tải
TCVN Tiêu chuẩn Việt Nam
QĐ 858 Quyết định số 858/QĐ-BGTVT ngày 26/3/2014 của Bộ trưởng
Bộ GTVT về việc ban hành “Hướng dẫn áp dụng hệ thống các
tiêu chuẩn kỹ thuật hiện hành nhằm tăng cường quản lý chât
lượng thiết kế và thi công mặt đường bê tông nhựa nóng đối với
các tuyến đường ô tô có quy mô giao thông lớn”
QĐ 1617 Quyết định số 1617/QĐ-BGTVT ngày 29/4/2014 của Bộ trưởng
Bộ GTVT về việc ban hành “Quy định kỹ thuật về phương pháp
thử độ sâu hằn lún vệt bánh xe của bê tông nhựa xác định bằng
thiết bị Wheel tracking”
QĐ 3287 Quyết định số 3287/QĐ-BGTVT ngày 29/10/2018 của Bộ
trưởng Bộ GTVT về việc ban hành “Quy định tạm thời về kỹ
thuật thi công và nghiệm thu lớp phủ siêu mỏng tạo nhám trên
đường ô tô”
TSk Cường độ kéo gián tiếp khi ép chẻ của mẫu BTN được bảo
dưỡng ở trạng thái khô
TSbh Cường độ kéo gián tiếp khi ép chẻ của mẫu BTN được bảo
dưỡng ở trạng thái bão hòa
viii
TSR Tỷ số cường độ kéo gián tiếp khi ép chẻ của mẫu BTN (tính
bằng TSbh/TSk)
AASHTO American Association of State Highways and Transportation
Officials (Hiệp hội những người làm đường và vận tải toàn nước
Hoa Kk)
ASTM American Society of Testing Materials (Hiệp hội thí nghiệm vật
liệu Hoa Kk)
NCHRP National Cooperation Highway Research Program (Chương
trình hợp tác nghiên cứu đường bộ quốc gia)
ix
DANH MỤC BẢNG
Bảng 1. 1. Phân nhóm cốt liệu theo thành phần khoáng [26].................................. 19
Bảng 1. 2. Phân loại đá dựa trên hàm lượng SiO2................................................... 21
Bảng 1. 3. Hiệu quả sử dụng vôi hydrat theo đánh giá của các bang nước Mỹ.......36
Bảng 1. 4. So sánh tuổi thọ của đường có và không sử dụng vôi hydrat trên
hệ thống đường cao tốc giữa các Bang nước Mỹ.................................................... 37
Bảng 1. 5. Phụ gia chống bong tách dạng lỏng của hãng PetroChem (USA)..........37
Bảng 1. 6. Tình hình sử dụng vôi hydrat cho BTN tại các nước châu Âu...............38
Bảng 2. 1. Các phương pháp thí nghiệm trên mẫu hôn hợp đá-nhựa rời.................46
Bảng 2. 2.Các phương pháp thí nghiệm trên mẫu hôn hợp đá-nhựa đã đầm nén.....51
Bảng 2. 3. Các phương pháp thí nghiệm dính bám đá-nhựa.................................... 62
Bảng 3. 1. Các chỉ tiêu kỹ thuật của BTNC12.5 ở hàm lượng nhựa tối ưu ……….75
Bảng 3. 2. Kết quả thí nghiệm LVBX của mẫu BTNC12.5 dùng đá granite ……..76
Bảng 3. 3. Thành phần hóa học của vôi hydrat sử dụng trong thí nghiệm ………..77
Bảng 3. 4. Số lượng mẫu BTNC12.5 xử lý trước bằng vôi hydrat ………………...78
Bảng 3. 5. Kết quả thí nghiệm cường độ kéo khi ép chẻ của mẫu BTNC12.5 với đá
vôi, đá granite, tỷ lệ vôi hydrat khác nhau …………………………………..……80
Bảng 3. 6. Kết quả thí nghiệm LVBX của mẫu BTNC12,5 ………………………84
Bảng 3. 7. Kết quả thí nghiệm chỉ tiêu cơ lý của nhựa đường với các tỷ lệ TFH ….88
Bảng 3. 8. Các chỉ tiêu kỹ thuật của BTNC12.5 ở hàm lượng nhựa tối ưu ………..90
Bảng 3. 9. Kết quả thí nghiệm LVBX của BTNC12.5 (không có phụ gia TFH), với 5
loại đá dăm ……………………………………………………………………..91
Bảng 3. 10. Số lượng mẫu thí nghiệm xác định cường độ kéo gián tiếpkhi ép chẻ..91
Bảng 3. 11. Tỷ lệ phụ gia tăng dính bám lựa chọn để nghiên cứu ………………..102
Bảng 3. 12. Các chỉ tiêu kỹ thuật của hôn hợp BTNC12.5 (không có phụ gia) …102
Bảng 3. 13. Kết quả thí nghiệm độ dính bám ứng với 6 loại phụ gia …………….103
Bảng 3. 14. Tổng số lượng mẫu thí nghiệm TSk và TSbh ứng với 6 loại phụ gia 104
Bảng 3. 15. Kết quả thí nghiệm TSk, TSbh, TSR của mẫu BTNC12.5 …………105
x
Bảng 4. 1. Chât lượng thi công BTNC19 của đoạn 1248+400-Km 1249+300......113
Bảng 4. 2. Chât lượng thi công BTNC12.5 của đoạn 1248+400-Km 1249+600...114
Bảng 4. 3. Độ rông dư của các mẫu BTNC12.5.................................................... 115
Bảng 4. 4. Cường độ kéo gián tiếp khi ép chẻ mẫu khô........................................116
Bảng 4. 5. Cường độ kéo gián tiếp khi ép chẻ mẫu bão hòa..................................116
Bảng 4. 6. Độ lệch của chuôi thí nghiệm............................................................... 117
Bảng 4. 7. Đánh giá độ chụm của chuôi kết quả thí nghiệm.................................. 117
Bảng 4. 8.Câp phối hôn hợp vật liệu khoáng của BTNC12.5................................120
Bảng 4. 9. Kết quả thiết kế hôn hợp BTN12.5 có Tough Fix 0.3%.......................120
Bảng 4. 10. Ký hiệu 2 tổ mẫu BTNC12.5 chế bị từ mẫu rời.................................. 122
Bảng 4. 11. Kết quả thí nghiệm các mẫu BTN12.5 chế bị từ mẫu rời Làn 1.........122
Bảng 4. 12. Kết quả thí nghiệm các mẫu BTNC12.5 chế bị từ mẫu rời Làn 2.......123
Bảng 4. 13. Đánh giá độ chụm của TSk, TSbh của mẫu thí nghiệm ở làn 1..........124
Bảng 4. 14. Đánh giá độ chụm của TSk, TSbh của mẫu thí nghiệm ở làn 2..........124
Bảng 4. 15. Ký hiệu mẫu khoan BTNC12.5.......................................................... 126
Bảng 4. 16. Kết quả thí nghiệm TSR trên mẫu khoan BTNC12.5 Làn 1...............127
Bảng 4. 17. Kết quả thí nghiệm TSR trên mẫu khoan BTNC12.5 Làn 2...............127
Bảng 4. 18. Đánh giá độ chụm của TSk, TSbh của mẫu khoan thí nghiệm ở làn 1
128
Bảng 4. 19. Đánh giá độ chụm của TSk, TSbh của mẫu khoan thí nghiệm ở làn 2
128
xi
DANH MỤC HÌNH ẢNH, HÌNH VẼ, BIỂU ĐỒ
Hình 1. 1. Minh họa cơ chế bong tách (stripping) do tác động của nước.................9
Hình 1. 2. Nhận dạng bong tách............................................................................. 10
Hình 1. 3. Lún vệt bánh xe do bong tách lớp BTN phía dưới..................................11
Hình 1. 4. Nứt mỏi do bong tách lớp BTN phía dưới.............................................. 11
Hình 1. 5. Bong tróc mặt đường do BTN có độ chặt thâp (độ rông dư cao)...........12
Hình 1. 6. Bong tróc mặt đường BTN do cốt liệu bị phân tầng...............................12
Hình 1. 7 Ổ gà......................................................................................................... 12
Hình 1. 8. Phân loại cốt liệu theo hàm lượng SiO2 và theo điện tích bề mặt...........21
Hình 1.9. Qui trình sản xuât vôi hydrat Ca(OH)2................................................... 24
Hình 1. 10. Cơ chế tương tác của vôi hydrat với cốt liệu gốc a xít..........................28
Hình 1. 11. Câu trúc hóa học của Wetfix Be........................................................... 29
Hình 1. 12. Các phân tử Wetfix be làm cầu nối giữa cốt liệu và nhựa đường.........29
Hình 1. 13. Cơ chế tương tác của Toughfix với bề mặt cốt liệu..............................30
Hình 1. 14. Cơ chế hoạt động của Toughfix Hyper với các bề mặt cốt liệu............31
Hình 1. 15. Cơ chế hoạt động của phụ gia Z.T. với bề mặt cốt liệu........................ 32
Hình 2. 1. Thiết bị Hamburg Wheel-Tracking......................................................... 55
Hình 2. 2. Minh họa điểm bong màng nhựa............................................................ 55
Hình 2. 3. Minh họa mẫu bão hòa chân không........................................................ 57
Hình 2. 4. Mô hình thí nghiệm xác định cường độ chịu kéo khi ép chẻ..................58
Hình 3. 1. Câp phối hôn hợp cốt liệu của BTNC12.5.............................................. 75
Hình 3. 2 Vôi hydrat -Ca(OH)2 thương phẩm sử dụng dể thí nghiệm.....................77
Hình 3. 3 Mẫu đá dăm đã xử lý vôi hydrat.............................................................. 77
Hình 3. 4. Trộn hôn hợp đá dăm ẩm với phụ gia vôi hydrat.................................... 79
Hình 3. 5. Đầm Marshall chế tạo mẫu BTN12,5..................................................... 79
Hình 3. 6. Mẫu BTNC12,5 được bão hòa................................................................ 79
Hình 3. 7. Thí nghiệm kéo gián tiếp khi ép chẻ mẫu BTNC12,5............................. 79
Hình 3. 8. Mẫu BTN được bảo dưỡng ở 60°C trong 24 giờ.................................... 80
xii
Hình 3. 9. Mẫu BTN sau khi thí nghiệm kéo khi ép chẻ.........................................80
Hình 3. 10. TSk và TSbh của BTNC12.5 đá vôi sử dụng phụ gia vôi hydrat..........81
Hình 3. 11. TSk và TSbh của BTNC12.5 đá granite sử dụng phụ gia vôi hydrat....81
Hình 3. 12. Các yếu tố ảnh hưởng đến cường độ kéo gián tiếp khi ép chẻ..............83
Hình 3. 13. Biểu đồ độ dính bám đá – nhựa sử dụng TFH......................................87
Hình 3. 14. Các câp phối hôn hợp cốt liệu của BTNC12.5...................................... 89
Hình 3. 15. TSk và TSbh của mẫu BTNC2.5 đá granite Bình Định........................93
Hình 3. 16. TSR của mẫu BTNC12.5 đá granite Bình Định.................................... 93
Hình 3. 17. TSk và TSbh của mẫu BTNC12.5 đá granite Đà Nẵng........................ 93
Hình 3. 18. TSR của mẫu BTN đá granite Đà Nẵng................................................ 94
Hình 3. 19. TSk và TSbh của mẫu BTNC12.5 đá granite Hà Tĩnh.......................... 94
Hình 3. 20. TSR của mẫu BTNC12.5 đá granite Hà Tĩnh.......................................95
Hình 3. 21. TSk và TSbh của mẫu BTNC12.5 đá granie Đăk Lăk..........................95
Hình 3. 22. TSR của mẫu BTNC12.5 đá granie Đăk Lăk........................................ 96
Hình 3. 23. TSk và TSbh của mẫu BTNC12.5 đá vôi Ninh Bình............................96
Hình 3. 24. TSR của mẫu BTNC12.5 đá vôi Ninh Bình.......................................... 97
Hình 3. 25. So sánh LVBX của BTNC12.5 có và không có TFH=0.15%...............99
Hình 3. 26. Câp phối hôn hợp vật liệu khoáng của BTNC12.5.............................102
Hình 3. 27. Biểu đồ giá trị TSR ứng với 6 loại phụ gia......................................... 106
Hình 3. 28. Biểu đồ đánh giá % tăng TSbh........................................................... 106
Hình 4. 1. Toàn cảnh khu vực đoạn đường lựa chọn để nghiên cứu (11/2018).....111
Hình 4. 2. Khoan mẫu BTN trên đoạn nghiên cứu (11/2018)................................112
Hình 4. 3. Câp phối hôn hợp vật liệu khoáng của BTNC19 (Km 1249+300).......113
Hình 4. 4. Câp phối hôn hợp vật liệu khoáng của BTNC12.5 (Km 1249+300).....114
Hình 4. 5. Kết quả đo Edh vào tháng 11/2015 của đoạn nghiên cứu.....................115
Hình 4. 6. Giá trị TSk và TSbh của mẫu khoan hiện trường đoạn nghiên cứu......118
Hình 4. 7. Hệ thống câp phụ gia Tough Fix cho thùng trộn BTN.........................121
Hình 4. 8. Sơ đồ lây mẫu thí nghiệm tại máy rải hiện trường................................ 122
Hình 4. 9. TS trên 2 làn xe của mẫu BTNC12.5, 0.3% Toughfix..........................124
xiii
Hình 4. 10. TSR trên 2 làn xe của mẫu BTNC12.5, 0.3% Toughfix ...................... 125
Hình 4. 11. Khoan mẫu BTNC12.5 đoạn Km66 + 700 -Km67+200 ...................... 126
Hình 4. 12. Sơ đồ khoan mẫu thí nghiệm tại hiện trường ....................................... 126
Hình 4. 13. TS trên 2 làn xe của mẫu khoan hiện trường BTNC12.5 Toughfix ..... 129
Hình 4. 14. TSR trên 2 làn xe của mẫu khoan hiện trường BTNC12.5 Toughfix .. 129
1
MỞ ĐẦU
1. Sự cần thiết của việc nghiên cứu
Ở Việt Nam, mặt đường bê tông nhựa (BTN) được sử dụng phổ biến trong xây dựng
các tuyến đường ô tô câp cao. BTN có nhiều ưu điểm như: dễ thi công, dễ sửa chữa…,
nhưng lại có đặc thù là nhạy cảm với nước (hay còn được gọi là nhạy ẩm). Thuật ngữ
“BTN nhạy cảm với nước” hay gọi tắt là “Nhạy ẩm” (Moisture susceptibility) biểu thị
khả năng BTN dễ bị suy giảm tính năng do tác động của nước, dẫn tới “BTN bị
hư hỏng do nước” [58]. Nhìn chung, mức độ nhạy ẩm của BTN được tăng lên bởi
bât kk yếu tố nào làm tăng độ ẩm trong BTN.
Thuật ngữ “BTN bị hư hỏng do nước” (moisture damage) biểu thị mặt đường BTN
bị suy giảm tính năng do tác động của nước, là kết quả của việc mât khả năng dính
bám đá –nhựa (thường gọi là bong tách-stripping) và sau đó là mât khả năng dính
kết trong nội tại màng nhựa đường, dẫn tới phá hủy tính toàn vẹn của BTN.
Bong tách kết hợp với tải trọng trùng phục của xe, lâu dần mặt đường BTN xuât
hiện những hư hỏng như: bong tróc mặt đường, nứt mỏi, hằn lún vệt bánh xe [43].
Có thể nói hư hỏng điển hình của mặt đường BTN do tác động của nước là bong
tách [46], [61].
Mặt đường BTN khi bị hư hỏng do tác động của nước rât khó sửa chữa. Việc phủ
thêm một lớp BTN trên mặt đường bị hư hỏng, thường xem là giải pháp có hiệu quả
với những hư hỏng mặt đường BTN do các nguyên nhân khác, thì trong trường hợp
hư hỏng BTN do tác động của nước thường là không hiệu quả. Giải pháp phổ biến
để khắc phục hiện tượng hư hỏng BTN do nước thường là phải cào bóc lớp BTN
nhựa cũ đã hư hỏng và rải lớp BTN mới thay thế, dẫn tới chi phí sửa chữa cao hơn
nhiều [43], [61].
Trên thế giới, việc nghiên cứu về các nhân tố ảnh hưởng đến suy giảm dính bám đá-
nhựa, về độ nhạy ẩm của BTN cũng như về phụ gia tăng dính bám đá-nhựa được
quan tâm nhiều. Tại Mỹ, độ nhạy ẩm của BTN được đánh giá là vân đề phổ biến,
mang tính quốc gia. Kết quả khảo sát tại với 44 Bang nước Mỹ cho thây: 82% của
2
các cơ quan yêu cầu sử dụng phụ gia chống bong tách, trong đó có 56% sử dụng
phụ gia lỏng, 15% sử dụng cả phụ gia lỏng và vôi hydrat, 29% sử dụng vôi hydrat
[58]. Tại châu Âu, vôi hydrat ngày càng được sử dụng nhiều cho BTN tại hầu hết
các nước châu Âu, đặc biệt là Áo, Pháp, Hà Lan, Anh và Thụy Sĩ [40]. Tại các nước
châu Á, tùy theo kinh nghiệm mà môi nước sử dụng phụ gia chống bong tách dạng
rắn, dạng lỏng khác nhau, vôi hydrat [35], Wetfix BE [22], phụ gia chống bong tách
dạng lỏng gốc amin [51] đã được đưa vào các tiêu chuẩn mang tính quốc gia để
khuyến nghị sử dụng.
Phụ gia tăng dính bám, trên thế giới thường được gọi là phụ gia chống bong tách
(anti-stripping additives), là một giải pháp hữu hiệu khi BTN sử dụng cốt liệu dính
bám kém nhằm cải thiện khả năng dính bám đá-nhựa, giảm thiểu tác động của nước
gây hư hỏng mặt đường BTN.
Việt Nam có đặc thù về khí hậu, nằm trong vùng khí hậu nhiệt đới gió mùa, mưa
nhiều. Về cốt liệu sử dụng cho BTN, có nhiều loại cốt liệu có độ dính bám đá-nhựa
kém, điển hình là cốt liệu tại khu vực Miền Trung. Về phụ gia tăng dính bám đá-
nhựa, mặc dù TCVN có khuyến nghị áp dụng phụ gia vôi, xi măng, phụ gia hóa
dạng lỏng khi chế tạo BTN với cốt liệu có độ dính bám kém [22], tuy nhiên chưa có
công trình nào ở nước ta sử dụng phụ gia vôi để tăng khả năng dính bám. Một số
loại phụ gia hóa học đã được mang vào Việt Nam như: Wetfix Be (Thụy Điển),
Tougfix, Toughfix Hyper (Nhật Bản), Zycotherm (Ấn độ), tuy nhiên chỉ có Wetfix
Be và Tougfix được đưa vào sử dụng. Nhìn chung đến nay hầu như chưa có đề tài,
dự án nghiên cứu đánh giá tổng thể về hiệu quả sử dụng phụ gia tăng dính bám đá-
nhựa cho BTN tại Việt Nam. Vì vậy, luận án “Nghiên cứu sử dụng phụ gia tăng
khả năng dính bám đá-nhựa cải thiện chất lượng bê tông nhựa ở Việt Nam” là cần
thiết, có tính thời sự, có ý nghĩa về mặt khoa học và thực tiễn.
Trong quá trình thực hiện luận án, đề tài nghiên cứu câp Bộ năm 2017 “Nghiên cứu
đánh giá hiệu quả của các phụ gia tăng dính bám để cải thiện chât lượng BTN sử dụng
đá dăm có độ dính bám kém khu vực Miền Trung” do của Viện Khoa học và Công
3
nghệ GTVT chủ trì được triển khai. Việc tham gia thực hiện đề tài này đã giúp cho
NCS có những thông tin hữu ích để triển khai luận án này.
2. Mục tiêu nghiên cứu
Xác định được nguyên nhân suy giảm khả năng dính bám đá-nhựa. Đề xuât được
phương pháp thí nghiệm xác định khả năng dính bám đá-nhựa, xác định độ nhạy ẩm
của BTN phù hợp với điều kiện Việt Nam. Đánh giá được hiệu quả của các loại phụ
gia tăng dính bám cho BTNC hiện có tại Việt Nam.
3. Đối tượng và pḥm vi nghiên cứu của luận án
- Đối tượng nghiên cứu của luận án là các loại phụ gia tăng dính bám điển
hình hiện có tại Việt Nam sử dụng để cải thiện chât lượng BTNC.
- Phạm vi nghiên cứu của luận án bao gồm các nghiên cứu lý thuyết về cơ sở
khoa học của dính bám đá-nhựa và phụ gia tăng dính bám; các nghiên cứu
thực nghiệm đánh giá hiệu quả của các phụ gia tăng dính bám hiện có tại
Việt Nam cho BTNC12.5, vì đây là lớp vật liệu đắt tiền nhât, chịu tác dụng
trực tiếp của điều kiện môi trường, tác động của nước và lượng xe lưu thông.
4. Phương pháp nghiên cứu
- Phương pháp nghiên cứu lý thuyết, bao gồm phương pháp phân tích và tổng hợp
lý thuyết và phương pháp phân loại và hệ thống hóa lý thuyết: Được sử dụng để
nghiên cứu, phân tích và tổng hợp các kết quả nghiên cứu về 1) hư hỏng mặt
đường BTN do tác hại của nước, bao gồm: nguyên nhân, cơ chế gây hư hỏng,
giải pháp giảm thiểu; 2) phụ gia tăng dính bám đá-nhựa, bao gồm: các loại phụ
gia, cơ chế hoạt động của các loại phụ gia; 3) phương pháp thí nghiệm đánh giá
độ nhạy ẩm của BTN và hiệu quả của phụ gia tăng dính bám.
- Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm, bao gồm phương pháp quan sát khoa
học và phương pháp thực nghiệm khoa học được sử dụng để 1) nghiên cứu
thực nghiệm trong phòng đánh giá hiệu quả của một số phụ gia tăng dính
bám đá-nhựa cho điển hình hiện có tại Việt Nam cho BTNC12.5; 2) nghiên
cứu thực nghiệm hiện trường trên các đoạn đường có sử dụng phụ gia tăng
dính bám Wetfix Be, Tough Fix cho BTN khu vực miền Trung.
4
- Phương pháp toán học thống kê được sử dụng để xử lý các kết quả thí
nghiệm, phân tích, xác định sự ảnh hưởng của các thông số thí nghiệm.
5. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của luận án
5.1. Ý nghĩa khoa học
1). Phân tích và nêu bật được bản chât của dính bám đá-nhựa trong hôn hợp BTN,
suy giảm dính bám đá-nhựa (nguyên nhân, cơ chế hình thành, giải pháp giảm thiểu),
các giải pháp tổng thể cải thiện dính bám đá-nhựa nói chung và sử dụng phụ gia
tăng dính bám nói riêng.
2). Phân tích chi tiết vai trò, cơ chế hoạt động của các loại phụ gia tăng dính bám đá
nhựa cho BTN trên thế giới và hiện có tại nước ta: Wetfix Be, Toughfix, Toughfix
Hyper, Zycotherm, vôi hydrat và xi măng.
3). Đề xuât phương pháp thí nghiệm cần thiết để đánh giá khả năng dính bám đá-
nhựa, và đánh giá hiệu quả của phụ gia tăng dính bám phù hợp với điều kiện Việt
Nam.
5.2. Ý nghĩa thực tiễn
1). Xác định hàm lượng tối ưu của một số phụ gia tăng dính bám được sử dụng rộng
rãi trên thế giới nhưng chưa được áp dụng đại trà tại Việt Nam (vôi hydrat tối ưu
cho giải pháp xử lý trước với câp phối đá dăm, Toughfix Hyper tối ưu).
2). Đánh giá hiệu quả của 6 loại phụ gia tăng dính bám hiện có tại Việt Nam
(Wetfix Be, Toughfix, Toughfix Hyper, Zycotherm, vôi hydrat và xi măng) cho
BTN có sử dụng đá dăm dính bám kém tại mỏ đá miền Trung.
3) Đánh giá được hiệu quả của phụ gia Toughfix trong giai đoạn thi công trên đoạn
đường thuộc Dự án xây dựng đường ô tô cao tốc Đà Nẵng-Quảng Ngãi.
4) Xác định được độ nhạy ẩm của mặt đường BTN sau 3 năm khai thác trên một
đoạn đường của QL1A.
6. Bố cục của luận án
Luận án có bố cục gồm phần mở đầu, 4 chương, kết luận và định hướng nghiên cứu
tiếp, cụ thể như sau:
Mở đầu
5
Trình bày về sự cần thiết của việc nghiên cứu, mục tiêu nghiên cứu, đối tượng và
phạm vi nghiên cứu của luận án, phương pháp nghiên cứu, ý nghĩa khoa học và
thực tiễn của luận án, bố cục của luận án.
Chương 1 - Nghiên cứu tổng quan về dính bám đá-nhựa, suy giảm dính bám
đá-nhựa, các giải pháp cải thiện dính bám đá- nhựa và vai trò của phụ gia tăng
dính bám đá-nhựa
Chương này tập trung phân tích, đánh giá những nghiên cứu trên thế giới và trong
nước liên quan đến dính bám đá-nhựa trong hôn hợp BTN, hư hỏng mặt đường
BTN do suy giảm dính bám đá-nhựa, các giải pháp cải thiện dính bám đá- nhựa, vai
trò, cơ chế hoạt động với cốt liệu của phụ gia tăng dính bám đá-nhựa, tình hình
nghiên cứu sử dụng phụ gia tăng dính bám làm cơ sở lựa chọn những nội dung cần
thiết để nghiên cứu.
Chương 2 - Nghiên cứu phân tích, lựa chọn phương pháp thí nghiệm kiểm tra,
đánh giá khả năng dính bám đá-nhựa phù hợp vvi điều kiện Việt Nam
Chương này tập trung phân tích đánh giá các phương pháp thí nghiệm kiểm tra khả
năng dính bám đá-nhựa điển hình trên thế giới, các phương pháp hiện có trong
nước, qua đó lựa chọn các phương pháp thí nghiệm đánh giá khả năng dính bám đá-
nhựa phù hợp với điều kiện Việt Nam.
Chương 3 - Nghiên cứu thực nghiệm trong phòng đánh giá hiệu quả của các lọi
phụ gia tăng khả năng dính bám hiện có ṭi Việt Nam
Chương này bao gồm các thí nghiệm, phân tích nhằm: 1) xác định hàm lượng tối ưu
của một số phụ gia tăng dính bám được sử dụng rộng rãi trên thế giới nhưng chưa được
áp dụng đại trà tại Việt Nam (vôi hydrat tối ưu cho giải pháp xử lý trước với cốt liệu,
Toughfix Hyper tối ưu) và 2) đánh giá hiệu quả của 6 loại phụ gia tăng dính bám hiện
có tại Việt Nam (Wetfix Be, Toughfix, Toughfix Hyper, Zycotherm, vôi hydrat và xi
măng) cho BTN có sử dụng đá dăm dính bám kém tại mỏ đá miền Trung.
Chương 4- Nghiên cứu thực nghiệm hiện trường đánh giá hiệu quả của phụ gia
tăng dính bám trên một số đọn đường khu vực miền Trung
6
Chương này tập trung vào những nội dung chủ yếu sau: 1) khảo sát, thí nghiệm, xác
định độ nhạy ẩm của BTN có sử dụng phụ gia Wetfix Be trên một đoạn đường lựa
chọn thuộc Dự án xây dựng mở rộng QL1A qua tỉnh Bình Định – Phú Yên sau 3
năm khai thác và 2) khảo sát, thí nghiệm, đánh giá hiệu quả của phụ gia Tough Fix
trong giai đoạn thi công BTN trên một đoạn đường thuộc Dự án xây dựng đường
cao tốc Đà Nẵng-Quảng Ngãi.
Kết luận và đđnh hưvng nghiên cứu tiếp
Tóm tắt những kết quả nghiên cứu có tính mới của luận án, đưa ra những định
hướng nghiên cứu tiếp theo.
LỜI CAM ĐOAN
Tôi cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi dưới sự hướng dẫn khoa
học của GS.TS Bùi Xuân Cậy và PGS.TS Nguyễn Quang Phúc. Các số liệu, kết quả
nêu trong luận án là trung thực và chưa được ai công bố trong bât kk công trình nào,
các nội dung tham khảo đều được dẫn nguồn chính xác và rõ ràng.
Tác giả luận án
Vũ Ngọc Phương
ii
LỜI CẢM ƠN
Được sự hướng dẫn tận tình của các thầy hướng dẫn, sự giúp đỡ của thầy cô, đồng
nghiệp, bạn bè, người thân, với sự nô lực của bản thân, luận án “ Nghiên cứu sử
dụng phụ gia tăng khả năng dính bám đá-nhựa cải thiện chất lượng bê tông nhựa ở
Việt Nam” của tôi – NCS Vũ Ngọc Phương đã hoàn thành.
Bằng những tình cảm sâu sắc nhât, tôi vô cùng cảm ơn GS.TS.Bùi Xuân Cậy,
PGS.TS.Nguyễn Quang Phúc, hai người Thầy đã định hướng, tận tình hướng dẫn,
giúp đỡ, động viên tôi trong quá trình thực hiện luận án.
Tôi vô cùng cảm ơn Phòng thí nghiệm trọng điểm UTC-Cienco4 trực thuộc Trường
Đại học Giao thông Vận tải; Phòng thí nghiệm trọng điểm đường bộ I, Phòng thí
nghiệm trọng điểm đường bộ II, Trung tâm KHCN Địa Kỹ thuật trực thuộc Viện
Khoa học và Công nghệ GTVT đã cung câp thông tin, giúp đỡ tôi trong công tác thí
nghiệm phục vụ luận án này.
Trân trọng cảm ơn các thầy, cô và đồng nghiệp tại Bộ môn Công trình Giao thông
công chính và môi trường, Bộ môn Đường bộ, đã giúp đỡ, chỉ bảo cho tôi các kiến
thức chuyên môn, góp phần không nhỏ để tôi hoàn thành luận án này.
Cảm ơn gia đình và bạn bè, những người thân luôn ở bên tôi, ủng hộ và khích lệ tôi
hoàn thành luận án tiến sỹ này.
Trân trọng.
Tác giả luận án
Vũ Ngọc Phương
iii
MỤC LỤC
MỞ ĐẦU ..................................................................................................................... 1
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ DÍNH BÁM ĐÁ-NHỰA, SUY GIẢM DÍNH
BÁM ĐÁ-NHỰA, CÁC GIẢI PHÁP CẢI THIỆN DÍNH BÁM ĐÁ- NHỰA VÀ
VAI TRÒ CỦA PHỤ GIA TĂNG DÍNH BÁM ......................................................... 7
1.1. Dính bám đá – nhựa .......................................................................................... 7
1.2. Suy giảm dính bám đá-nhựa - Bong tách .......................................................... 8
1.2.1.Nguyên nhân gây suy giảm liên kết đá-nhựa - Bong tách ...................... 8
1.2.2.Nhận dạng hư hỏng mặt đường BTN do bong tách ................................ 9
1.2.3. Cơ chế hình thành và phát triển bong tách (mechanisms of stripping) ...... 13
1.3. Các nhân tố ảnh hưởng đến khả năng dính bám đá-nhựa ............................... 15
1.3.1.Ảnh hưởng của nhựa đường ................................................................. 1
5
1.3.2.Ảnh hưởng của cốt liệu ......................................................................... 1
7
1.3.3.Ảnh hưởng của thiết kế hỗn hợp BTN ................................................... 2
1
1.3.4.Ảnh hưởng của thời tiết khi thi công lớp BTN ...................................... 2
2
1.3.5.Ảnh hưởng của khí hậu môi trường ...................................................... 2
2
1.3.6.Ảnh hưởng của lưu lượng xe ................................................................. 2
2
1.4. Các giải pháp cải thiện dính bám đá-nhựa, giảm thiểu bong tách .................. 22
1.5. Tính năng của một số loại phụ gia tăng dính bám đá – nhựa ......................... 23
1.5.1.Phụ gia vô cơ (dạng rắn) ...................................................................... 2
4
1.5.2.Phụ gia hóa học .................................................................................... 2
6
1.5.3.Phụ gia nano organosilane [23] ........................................................... 2
6
1.6. Cơ chế hoạt động của các loại phụ gia tăng dính bám đá – nhựa ................... 27
1.6.1.Cơ chế hoạt động của vôi hydrat [39], [52] ........................................ 2
8
1.6.2.Cơ chế hoạt động của Wetfix Be [22]................................................... 2
9
1.6.3.Cơ chế hoạt động của Toughfix [56] .................................................... 3
0
1.6.4.Cơ chế hoạt động của Toughfix Hyper [57] ......................................... 3
1
1.6.5.Cơ chế hoạt động của Zycotherm (Z.T.) [33] ....................................... 3
2
1.6.6. Phân tích đặc thù của loại phụ gia Toughfix Hyper có khả năng cải thiện
dính bám đối với cả đá vôi và đá granite ............................................................. 33
1.7. Các phương pháp thí nghiệm kiểm tra đánh giá khả năng dính bám đá-nhựa
[28], [47], [58]. .......................................................................................................... 34
1.8. Tình Hình nghiên cứu sử dụng phụ gia tăng dính bám trên thế giới .............. 35
1.8.1. Hoa Kỳ .................................................................................................. 35
iv
1.8.2. Châu Âu............................................................................................... 37
1.8.3. Châu Á................................................................................................. 39
1.9. Tình hình nghiên cứu sử dụng phụ gia tăng dính bám tại Việt Nam..............40
1.9.1. Đánh giá một số công trình nghiên cứu, thử nghiệm điển hình liên quan đến
phụ gia tăng dính bám........................................................................................ 40
1.9.2. Đánh giá các tiêu chuẩn kỹ thuật, phương pháp thử liên quan đến khả năng
dính bám đá-nhựa và phụ gia tăng dính bám...................................................... 41
1.10. Kết luận và những nội dung cần giải quyết trong luận án.............................. 42
CHƯƠNG 2. NGHIÊN CỨU PHÂN TÍNH, ĐÁNH GIÁ, LỰA CHỌN PHƯƠNG
PHÁP THÍ NGHIỆM KIỂM TRA KHẢ NĂNG DÍNH BÁM ĐÁ-NHỰA PHÙ
HỢP VỚI ĐIỀU KIỆN VIỆT NAM........................................................................ 45
2.1. Phân tích các phương pháp thí nghiệm kiểm tra khả năng dính bám đá-nhựa
trên thế giới............................................................................................................. 45
2.1.1. Các phương pháp thí nghiệm với hỗn hợp đá-nhựa ở trạng thái rời...46
2.1.2. Các phương pháp thí nghiệm với hỗn hợp đá-nhựa đã đầm nén.........51
2.1.3. Tình hình sử dụng các phương pháp thí nghiệm kiểm tra khả năng dính
bám đá-nhựa trên thế giới................................................................................... 60
2.2. Phân tích lựa chọn phương pháp thí nghiệm dính bám đá-nhựa phù hợp với
điều kiện Việt Nam................................................................................................. 61
2.2.1. Lựa chọn các phương pháp thí nghiệm đưa vào phân tích..................61
2.2.2. Phân tích lựa chọn phương pháp thí nghiệm với hỗn hợp đá-nhựa ở
trạng thái rời....................................................................................................... 63
2.2.3. Phân tích lựa chọn phương pháp thí nghiệm với hỗn hợp đá-nhựa ở
trạng thái đầm chặt............................................................................................. 64
2.3. Phân tích lựa chọn giữa AASHTO T283 và ASTM D 4867 và hiệu chỉnh cho
phù hợp với điều kiện khí hậu Việt Nam................................................................. 70
2.3.1. Phân tích lựa chọn giữa AASHTO T283 và ASTM D 4867.................70
2.3.2. Phân tích loại bỏ việc bảo dưỡng mẫu với chu kỳ đóng băng/tanbăng
trong AASHTO T283 cho phù hợp với điều kiện khí hậu Việt Nam.....................71
2.4. Kết luận chương 2......................................................................................... 72
CHƯƠNG 3. NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM TRONG PHÒNG ĐÁNH GIÁ
HIỆU QUẢ CỦA MỘT SỐ LOẠI PHỤ GIA ĐANG SỬ DỤNG Ở VIỆT NAM .. 73
3.1. Nghiên cứu xác định hàm lượng phụ gia vôi hydrat tối ưu để xử lý trước bề
mặt đá dăm nhằm cải thiện khả năng dính bám đá-nhựa cho BTN.........................73
3.1.1. Mục đích nghiên cứu........................................................................... 73
v
3.1.2. Tóm tắt trình tự tiến hành nghiên cứu thực nghiệm............................. 74
3.1.3. Thiết kế thành phần hỗn hợp BTNC12.5.............................................. 74
3.1.4. Xử lý trước bề mặt đá dăm với vôi hydrat........................................... 76
3.1.5. Thí nghiệm đánh giá ảnh hưởng của nước đến hỗn hợp BTN đã đầm nén
…………………………………………………………………………………78
3.1.6. Thí nghiệm LVBX với BTNC12.5 có tỷ lệ tối ưu vôi hydrat xử lý trước
với đá dăm là 1.0%............................................................................................. 84
3.1.7. Kết luận chung..................................................................................... 85
3.2. Nghiên cứu xác định hiệu quả của Toughfix Hyper (TFH) và tỷ lệ TFH tối ưu
……………………………………………………………………………….85
3.2.1. Mục đích nghiên cứu........................................................................... 85
3.2.2. Thí nghiệm với nhựa đường................................................................. 86
3.2.3. Thiết kế thành phẫn BTNC12.5........................................................... 89
3.2.4. Thí nghiệm đánh giá ảnh hưởng của nước đến cường độ hỗn hợp BTN
đã đẩm nén.......................................................................................................... 91
3.2.5. Thí nghiệm LVBX với BTNC12.5 có tỷ lệ TFH tối ưu 0.15%...............98
3.2.6. Kết luận chung................................................................................... 100
3.3. Đánh giá hiệu quả của 6 phụ gia tăng dính bám đá – nhựa cho BTNC12.5 sử
dụng cốt liệu dính bám kém miền Trung............................................................... 100
3.3.1. Mục đích nghiên cứu......................................................................... 100
3.3.2. Lựa chọn vật liệu............................................................................... 101
3.3.3. Thiết kế thành phần hỗn hợp BTNC12.5............................................ 102
3.3.4. Thí nghiệm độ dính bám theo TCVN 7504:2005................................ 103
3.3.5. Thí nghiệm đánh giá ảnh hưởng của nước đến cường độ hỗn hợp BTN
đã đẩm nén theo AASHTO T283*..................................................................... 104
3.3.6. Phân tích đánh giá hiệu quả của các phụ gia....................................107
3.4. Kết luận chương 3........................................................................................ 108
CHƯƠNG 4. NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM HIỆN TRƯỜNG ĐÁNH GIÁ
HIỆU QUẢ CỦA PHỤ GIA TĂNG DÍNH BÁM TRÊN MỘT SỐ ĐOẠN ĐƯỜNG
KHU VỰC MIỀN TRUNG................................................................................... 110
4.1. Khảo sát độ nhạy ẩm trên đoạn đường Km1249+200 - Km1249+300 thuộc
Dự án xây dựng mở rộng QL1 sau 3 năm khai thác.............................................. 110
4.1.1. Mục đích nghiên cứu......................................................................... 110
4.1.2. Khảo sát lựa chọn đoạn đường nghiên cứu, khoan mẫu BTN............111
vi
4.1.3. Đánh giá chất lượng mặt đường đoạn nghiên cứu tại thời điểm bắt đầu
khai thác ……………………………………………………………………………..…112
4.1.4. Thí nghiệm xác định độ nhạy ẩm của BTN trên đoạn nghiên cứu......115
4.1.5. Phân tích đánh giá độ nhạy ẩm đã xác định trên đoạn đường nghiên cứu
………………………………………………………………………….……118
4.2. Thí nghiệm đánh giá hiệu quả của phụ gia ToughFix trong giai đoạn thi công
tại đoạn đường Km66+700- Km67+200, cao tốc Đà Nẵng-Quảng Ngãi...............119
4.2.1. Mục đích nghiên cứu......................................................................... 119
4.2.2. Tóm tắt thông tin về đoạn nghiên cứu................................................ 119
4.2.3. Đánh giá hiệu quả của phụ gia Toughfix với BTNC12.5 tại trạm trộn
………………………………………………………………………………..121
4.2.4. Đánh giá hiệu quả của Toughfix trong giai đoạn lu lèn BTNC12.5 .. 125
4.2.5. Kết luận về hiệu quả của phụ gia Toughfix cho BTNC12.5 trong giai
đoạn thi công trên đoạn Km66 +700 - Km67+200........................................... 130
4.3. Kết luận chương 4........................................................................................ 130
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ............................................................................... 131
TÀI LIỆU THAM KHẢO..................................................................................... 134
CÁC CÔNG TRÌNH KHOA HỌC ĐÃ CÔNG BỐ.............................................. 140
PHỤ LỤC 1. Thông tin về tính năng của các loại phụ gia (vôi hydrat, Wetfix Be,
Toughfix, Toughfix Hyper và Zycotherm)
PHỤ LỤC 2. Phương pháp đánh giá ảnh hưởng của nước đến hôn hợp BTN đã đầm
nén (AASHTO T283*)
PHỤ LỤC 3. Kết quả thí nghiệm xác định hàm lượng vôi hydrat tối ưu
PHỤ LỤC 4. Kết quả thí nghiệm xác định hàm lượng Toughfix Hyper tối ưu
PHỤ LỤC 5. Kết quả thí nghiệm đánh giá hiệu quả của 6 loại phụ gia
PHỤ LỤC 6. Kết quả thí nghiệm hiện trường
vii
DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT
BTN Bê tông nhựa (trong luận án này đồng nghĩa với BTNC)
BTNC Bê tông nhựa chặt
BTNC12,5 Bê tông nhựa chặt có cỡ hạt lớn nhât danh định là 12,5 mm
BTNC19 Bê tông nhựa chặt có cỡ hạt lớn nhât danh định là 19 mm
BTNRTN Bê tông nhựa rông thoát nước (Porous Asphalt-PA)
SMA Stone Matrix Asphalt (Hôn hợp đá vữa nhựa)
KQTN Kết quả thí nghiệm
YCKT Yêu cầu kỹ thuật
LVBX Lún vệt bánh xe
GTVT Giao thông vận tải
TCVN Tiêu chuẩn Việt Nam
QĐ 858 Quyết định số 858/QĐ-BGTVT ngày 26/3/2014 của Bộ trưởng
Bộ GTVT về việc ban hành “Hướng dẫn áp dụng hệ thống các
tiêu chuẩn kỹ thuật hiện hành nhằm tăng cường quản lý chât
lượng thiết kế và thi công mặt đường bê tông nhựa nóng đối với
các tuyến đường ô tô có quy mô giao thông lớn”
QĐ 1617 Quyết định số 1617/QĐ-BGTVT ngày 29/4/2014 của Bộ trưởng
Bộ GTVT về việc ban hành “Quy định kỹ thuật về phương pháp
thử độ sâu hằn lún vệt bánh xe của bê tông nhựa xác định bằng
thiết bị Wheel tracking”
QĐ 3287 Quyết định số 3287/QĐ-BGTVT ngày 29/10/2018 của Bộ
trưởng Bộ GTVT về việc ban hành “Quy định tạm thời về kỹ
thuật thi công và nghiệm thu lớp phủ siêu mỏng tạo nhám trên
đường ô tô”
TSk Cường độ kéo gián tiếp khi ép chẻ của mẫu BTN được bảo
dưỡng ở trạng thái khô
TSbh Cường độ kéo gián tiếp khi ép chẻ của mẫu BTN được bảo
dưỡng ở trạng thái bão hòa
viii
TSR Tỷ số cường độ kéo gián tiếp khi ép chẻ của mẫu BTN (tính
bằng TSbh/TSk)
AASHTO American Association of State Highways and Transportation
Officials (Hiệp hội những người làm đường và vận tải toàn nước
Hoa Kk)
ASTM American Society of Testing Materials (Hiệp hội thí nghiệm vật
liệu Hoa Kk)
NCHRP National Cooperation Highway Research Program (Chương
trình hợp tác nghiên cứu đường bộ quốc gia)
ix
DANH MỤC BẢNG
Bảng 1. 1. Phân nhóm cốt liệu theo thành phần khoáng [26].................................. 19
Bảng 1. 2. Phân loại đá dựa trên hàm lượng SiO2................................................... 21
Bảng 1. 3. Hiệu quả sử dụng vôi hydrat theo đánh giá của các bang nước Mỹ.......36
Bảng 1. 4. So sánh tuổi thọ của đường có và không sử dụng vôi hydrat trên
hệ thống đường cao tốc giữa các Bang nước Mỹ.................................................... 37
Bảng 1. 5. Phụ gia chống bong tách dạng lỏng của hãng PetroChem (USA)..........37
Bảng 1. 6. Tình hình sử dụng vôi hydrat cho BTN tại các nước châu Âu...............38
Bảng 2. 1. Các phương pháp thí nghiệm trên mẫu hôn hợp đá-nhựa rời.................46
Bảng 2. 2.Các phương pháp thí nghiệm trên mẫu hôn hợp đá-nhựa đã đầm nén.....51
Bảng 2. 3. Các phương pháp thí nghiệm dính bám đá-nhựa.................................... 62
Bảng 3. 1. Các chỉ tiêu kỹ thuật của BTNC12.5 ở hàm lượng nhựa tối ưu ……….75
Bảng 3. 2. Kết quả thí nghiệm LVBX của mẫu BTNC12.5 dùng đá granite ……..76
Bảng 3. 3. Thành phần hóa học của vôi hydrat sử dụng trong thí nghiệm ………..77
Bảng 3. 4. Số lượng mẫu BTNC12.5 xử lý trước bằng vôi hydrat ………………...78
Bảng 3. 5. Kết quả thí nghiệm cường độ kéo khi ép chẻ của mẫu BTNC12.5 với đá
vôi, đá granite, tỷ lệ vôi hydrat khác nhau …………………………………..……80
Bảng 3. 6. Kết quả thí nghiệm LVBX của mẫu BTNC12,5 ………………………84
Bảng 3. 7. Kết quả thí nghiệm chỉ tiêu cơ lý của nhựa đường với các tỷ lệ TFH ….88
Bảng 3. 8. Các chỉ tiêu kỹ thuật của BTNC12.5 ở hàm lượng nhựa tối ưu ………..90
Bảng 3. 9. Kết quả thí nghiệm LVBX của BTNC12.5 (không có phụ gia TFH), với 5
loại đá dăm ……………………………………………………………………..91
Bảng 3. 10. Số lượng mẫu thí nghiệm xác định cường độ kéo gián tiếpkhi ép chẻ..91
Bảng 3. 11. Tỷ lệ phụ gia tăng dính bám lựa chọn để nghiên cứu ………………..102
Bảng 3. 12. Các chỉ tiêu kỹ thuật của hôn hợp BTNC12.5 (không có phụ gia) …102
Bảng 3. 13. Kết quả thí nghiệm độ dính bám ứng với 6 loại phụ gia …………….103
Bảng 3. 14. Tổng số lượng mẫu thí nghiệm TSk và TSbh ứng với 6 loại phụ gia 104
Bảng 3. 15. Kết quả thí nghiệm TSk, TSbh, TSR của mẫu BTNC12.5 …………105
x
Bảng 4. 1. Chât lượng thi công BTNC19 của đoạn 1248+400-Km 1249+300......113
Bảng 4. 2. Chât lượng thi công BTNC12.5 của đoạn 1248+400-Km 1249+600...114
Bảng 4. 3. Độ rông dư của các mẫu BTNC12.5.................................................... 115
Bảng 4. 4. Cường độ kéo gián tiếp khi ép chẻ mẫu khô........................................116
Bảng 4. 5. Cường độ kéo gián tiếp khi ép chẻ mẫu bão hòa..................................116
Bảng 4. 6. Độ lệch của chuôi thí nghiệm............................................................... 117
Bảng 4. 7. Đánh giá độ chụm của chuôi kết quả thí nghiệm.................................. 117
Bảng 4. 8.Câp phối hôn hợp vật liệu khoáng của BTNC12.5................................120
Bảng 4. 9. Kết quả thiết kế hôn hợp BTN12.5 có Tough Fix 0.3%.......................120
Bảng 4. 10. Ký hiệu 2 tổ mẫu BTNC12.5 chế bị từ mẫu rời.................................. 122
Bảng 4. 11. Kết quả thí nghiệm các mẫu BTN12.5 chế bị từ mẫu rời Làn 1.........122
Bảng 4. 12. Kết quả thí nghiệm các mẫu BTNC12.5 chế bị từ mẫu rời Làn 2.......123
Bảng 4. 13. Đánh giá độ chụm của TSk, TSbh của mẫu thí nghiệm ở làn 1..........124
Bảng 4. 14. Đánh giá độ chụm của TSk, TSbh của mẫu thí nghiệm ở làn 2..........124
Bảng 4. 15. Ký hiệu mẫu khoan BTNC12.5.......................................................... 126
Bảng 4. 16. Kết quả thí nghiệm TSR trên mẫu khoan BTNC12.5 Làn 1...............127
Bảng 4. 17. Kết quả thí nghiệm TSR trên mẫu khoan BTNC12.5 Làn 2...............127
Bảng 4. 18. Đánh giá độ chụm của TSk, TSbh của mẫu khoan thí nghiệm ở làn 1
128
Bảng 4. 19. Đánh giá độ chụm của TSk, TSbh của mẫu khoan thí nghiệm ở làn 2
128
xi
DANH MỤC HÌNH ẢNH, HÌNH VẼ, BIỂU ĐỒ
Hình 1. 1. Minh họa cơ chế bong tách (stripping) do tác động của nước.................9
Hình 1. 2. Nhận dạng bong tách............................................................................. 10
Hình 1. 3. Lún vệt bánh xe do bong tách lớp BTN phía dưới..................................11
Hình 1. 4. Nứt mỏi do bong tách lớp BTN phía dưới.............................................. 11
Hình 1. 5. Bong tróc mặt đường do BTN có độ chặt thâp (độ rông dư cao)...........12
Hình 1. 6. Bong tróc mặt đường BTN do cốt liệu bị phân tầng...............................12
Hình 1. 7 Ổ gà......................................................................................................... 12
Hình 1. 8. Phân loại cốt liệu theo hàm lượng SiO2 và theo điện tích bề mặt...........21
Hình 1.9. Qui trình sản xuât vôi hydrat Ca(OH)2................................................... 24
Hình 1. 10. Cơ chế tương tác của vôi hydrat với cốt liệu gốc a xít..........................28
Hình 1. 11. Câu trúc hóa học của Wetfix Be........................................................... 29
Hình 1. 12. Các phân tử Wetfix be làm cầu nối giữa cốt liệu và nhựa đường.........29
Hình 1. 13. Cơ chế tương tác của Toughfix với bề mặt cốt liệu..............................30
Hình 1. 14. Cơ chế hoạt động của Toughfix Hyper với các bề mặt cốt liệu............31
Hình 1. 15. Cơ chế hoạt động của phụ gia Z.T. với bề mặt cốt liệu........................ 32
Hình 2. 1. Thiết bị Hamburg Wheel-Tracking......................................................... 55
Hình 2. 2. Minh họa điểm bong màng nhựa............................................................ 55
Hình 2. 3. Minh họa mẫu bão hòa chân không........................................................ 57
Hình 2. 4. Mô hình thí nghiệm xác định cường độ chịu kéo khi ép chẻ..................58
Hình 3. 1. Câp phối hôn hợp cốt liệu của BTNC12.5.............................................. 75
Hình 3. 2 Vôi hydrat -Ca(OH)2 thương phẩm sử dụng dể thí nghiệm.....................77
Hình 3. 3 Mẫu đá dăm đã xử lý vôi hydrat.............................................................. 77
Hình 3. 4. Trộn hôn hợp đá dăm ẩm với phụ gia vôi hydrat.................................... 79
Hình 3. 5. Đầm Marshall chế tạo mẫu BTN12,5..................................................... 79
Hình 3. 6. Mẫu BTNC12,5 được bão hòa................................................................ 79
Hình 3. 7. Thí nghiệm kéo gián tiếp khi ép chẻ mẫu BTNC12,5............................. 79
Hình 3. 8. Mẫu BTN được bảo dưỡng ở 60°C trong 24 giờ.................................... 80
xii
Hình 3. 9. Mẫu BTN sau khi thí nghiệm kéo khi ép chẻ.........................................80
Hình 3. 10. TSk và TSbh của BTNC12.5 đá vôi sử dụng phụ gia vôi hydrat..........81
Hình 3. 11. TSk và TSbh của BTNC12.5 đá granite sử dụng phụ gia vôi hydrat....81
Hình 3. 12. Các yếu tố ảnh hưởng đến cường độ kéo gián tiếp khi ép chẻ..............83
Hình 3. 13. Biểu đồ độ dính bám đá – nhựa sử dụng TFH......................................87
Hình 3. 14. Các câp phối hôn hợp cốt liệu của BTNC12.5...................................... 89
Hình 3. 15. TSk và TSbh của mẫu BTNC2.5 đá granite Bình Định........................93
Hình 3. 16. TSR của mẫu BTNC12.5 đá granite Bình Định.................................... 93
Hình 3. 17. TSk và TSbh của mẫu BTNC12.5 đá granite Đà Nẵng........................ 93
Hình 3. 18. TSR của mẫu BTN đá granite Đà Nẵng................................................ 94
Hình 3. 19. TSk và TSbh của mẫu BTNC12.5 đá granite Hà Tĩnh.......................... 94
Hình 3. 20. TSR của mẫu BTNC12.5 đá granite Hà Tĩnh.......................................95
Hình 3. 21. TSk và TSbh của mẫu BTNC12.5 đá granie Đăk Lăk..........................95
Hình 3. 22. TSR của mẫu BTNC12.5 đá granie Đăk Lăk........................................ 96
Hình 3. 23. TSk và TSbh của mẫu BTNC12.5 đá vôi Ninh Bình............................96
Hình 3. 24. TSR của mẫu BTNC12.5 đá vôi Ninh Bình.......................................... 97
Hình 3. 25. So sánh LVBX của BTNC12.5 có và không có TFH=0.15%...............99
Hình 3. 26. Câp phối hôn hợp vật liệu khoáng của BTNC12.5.............................102
Hình 3. 27. Biểu đồ giá trị TSR ứng với 6 loại phụ gia......................................... 106
Hình 3. 28. Biểu đồ đánh giá % tăng TSbh........................................................... 106
Hình 4. 1. Toàn cảnh khu vực đoạn đường lựa chọn để nghiên cứu (11/2018).....111
Hình 4. 2. Khoan mẫu BTN trên đoạn nghiên cứu (11/2018)................................112
Hình 4. 3. Câp phối hôn hợp vật liệu khoáng của BTNC19 (Km 1249+300).......113
Hình 4. 4. Câp phối hôn hợp vật liệu khoáng của BTNC12.5 (Km 1249+300).....114
Hình 4. 5. Kết quả đo Edh vào tháng 11/2015 của đoạn nghiên cứu.....................115
Hình 4. 6. Giá trị TSk và TSbh của mẫu khoan hiện trường đoạn nghiên cứu......118
Hình 4. 7. Hệ thống câp phụ gia Tough Fix cho thùng trộn BTN.........................121
Hình 4. 8. Sơ đồ lây mẫu thí nghiệm tại máy rải hiện trường................................ 122
Hình 4. 9. TS trên 2 làn xe của mẫu BTNC12.5, 0.3% Toughfix..........................124
xiii
Hình 4. 10. TSR trên 2 làn xe của mẫu BTNC12.5, 0.3% Toughfix ...................... 125
Hình 4. 11. Khoan mẫu BTNC12.5 đoạn Km66 + 700 -Km67+200 ...................... 126
Hình 4. 12. Sơ đồ khoan mẫu thí nghiệm tại hiện trường ....................................... 126
Hình 4. 13. TS trên 2 làn xe của mẫu khoan hiện trường BTNC12.5 Toughfix ..... 129
Hình 4. 14. TSR trên 2 làn xe của mẫu khoan hiện trường BTNC12.5 Toughfix .. 129
1
MỞ ĐẦU
1. Sự cần thiết của việc nghiên cứu
Ở Việt Nam, mặt đường bê tông nhựa (BTN) được sử dụng phổ biến trong xây dựng
các tuyến đường ô tô câp cao. BTN có nhiều ưu điểm như: dễ thi công, dễ sửa chữa…,
nhưng lại có đặc thù là nhạy cảm với nước (hay còn được gọi là nhạy ẩm). Thuật ngữ
“BTN nhạy cảm với nước” hay gọi tắt là “Nhạy ẩm” (Moisture susceptibility) biểu thị
khả năng BTN dễ bị suy giảm tính năng do tác động của nước, dẫn tới “BTN bị
hư hỏng do nước” [58]. Nhìn chung, mức độ nhạy ẩm của BTN được tăng lên bởi
bât kk yếu tố nào làm tăng độ ẩm trong BTN.
Thuật ngữ “BTN bị hư hỏng do nước” (moisture damage) biểu thị mặt đường BTN
bị suy giảm tính năng do tác động của nước, là kết quả của việc mât khả năng dính
bám đá –nhựa (thường gọi là bong tách-stripping) và sau đó là mât khả năng dính
kết trong nội tại màng nhựa đường, dẫn tới phá hủy tính toàn vẹn của BTN.
Bong tách kết hợp với tải trọng trùng phục của xe, lâu dần mặt đường BTN xuât
hiện những hư hỏng như: bong tróc mặt đường, nứt mỏi, hằn lún vệt bánh xe [43].
Có thể nói hư hỏng điển hình của mặt đường BTN do tác động của nước là bong
tách [46], [61].
Mặt đường BTN khi bị hư hỏng do tác động của nước rât khó sửa chữa. Việc phủ
thêm một lớp BTN trên mặt đường bị hư hỏng, thường xem là giải pháp có hiệu quả
với những hư hỏng mặt đường BTN do các nguyên nhân khác, thì trong trường hợp
hư hỏng BTN do tác động của nước thường là không hiệu quả. Giải pháp phổ biến
để khắc phục hiện tượng hư hỏng BTN do nước thường là phải cào bóc lớp BTN
nhựa cũ đã hư hỏng và rải lớp BTN mới thay thế, dẫn tới chi phí sửa chữa cao hơn
nhiều [43], [61].
Trên thế giới, việc nghiên cứu về các nhân tố ảnh hưởng đến suy giảm dính bám đá-
nhựa, về độ nhạy ẩm của BTN cũng như về phụ gia tăng dính bám đá-nhựa được
quan tâm nhiều. Tại Mỹ, độ nhạy ẩm của BTN được đánh giá là vân đề phổ biến,
mang tính quốc gia. Kết quả khảo sát tại với 44 Bang nước Mỹ cho thây: 82% của
2
các cơ quan yêu cầu sử dụng phụ gia chống bong tách, trong đó có 56% sử dụng
phụ gia lỏng, 15% sử dụng cả phụ gia lỏng và vôi hydrat, 29% sử dụng vôi hydrat
[58]. Tại châu Âu, vôi hydrat ngày càng được sử dụng nhiều cho BTN tại hầu hết
các nước châu Âu, đặc biệt là Áo, Pháp, Hà Lan, Anh và Thụy Sĩ [40]. Tại các nước
châu Á, tùy theo kinh nghiệm mà môi nước sử dụng phụ gia chống bong tách dạng
rắn, dạng lỏng khác nhau, vôi hydrat [35], Wetfix BE [22], phụ gia chống bong tách
dạng lỏng gốc amin [51] đã được đưa vào các tiêu chuẩn mang tính quốc gia để
khuyến nghị sử dụng.
Phụ gia tăng dính bám, trên thế giới thường được gọi là phụ gia chống bong tách
(anti-stripping additives), là một giải pháp hữu hiệu khi BTN sử dụng cốt liệu dính
bám kém nhằm cải thiện khả năng dính bám đá-nhựa, giảm thiểu tác động của nước
gây hư hỏng mặt đường BTN.
Việt Nam có đặc thù về khí hậu, nằm trong vùng khí hậu nhiệt đới gió mùa, mưa
nhiều. Về cốt liệu sử dụng cho BTN, có nhiều loại cốt liệu có độ dính bám đá-nhựa
kém, điển hình là cốt liệu tại khu vực Miền Trung. Về phụ gia tăng dính bám đá-
nhựa, mặc dù TCVN có khuyến nghị áp dụng phụ gia vôi, xi măng, phụ gia hóa
dạng lỏng khi chế tạo BTN với cốt liệu có độ dính bám kém [22], tuy nhiên chưa có
công trình nào ở nước ta sử dụng phụ gia vôi để tăng khả năng dính bám. Một số
loại phụ gia hóa học đã được mang vào Việt Nam như: Wetfix Be (Thụy Điển),
Tougfix, Toughfix Hyper (Nhật Bản), Zycotherm (Ấn độ), tuy nhiên chỉ có Wetfix
Be và Tougfix được đưa vào sử dụng. Nhìn chung đến nay hầu như chưa có đề tài,
dự án nghiên cứu đánh giá tổng thể về hiệu quả sử dụng phụ gia tăng dính bám đá-
nhựa cho BTN tại Việt Nam. Vì vậy, luận án “Nghiên cứu sử dụng phụ gia tăng
khả năng dính bám đá-nhựa cải thiện chất lượng bê tông nhựa ở Việt Nam” là cần
thiết, có tính thời sự, có ý nghĩa về mặt khoa học và thực tiễn.
Trong quá trình thực hiện luận án, đề tài nghiên cứu câp Bộ năm 2017 “Nghiên cứu
đánh giá hiệu quả của các phụ gia tăng dính bám để cải thiện chât lượng BTN sử dụng
đá dăm có độ dính bám kém khu vực Miền Trung” do của Viện Khoa học và Công
3
nghệ GTVT chủ trì được triển khai. Việc tham gia thực hiện đề tài này đã giúp cho
NCS có những thông tin hữu ích để triển khai luận án này.
2. Mục tiêu nghiên cứu
Xác định được nguyên nhân suy giảm khả năng dính bám đá-nhựa. Đề xuât được
phương pháp thí nghiệm xác định khả năng dính bám đá-nhựa, xác định độ nhạy ẩm
của BTN phù hợp với điều kiện Việt Nam. Đánh giá được hiệu quả của các loại phụ
gia tăng dính bám cho BTNC hiện có tại Việt Nam.
3. Đối tượng và pḥm vi nghiên cứu của luận án
- Đối tượng nghiên cứu của luận án là các loại phụ gia tăng dính bám điển
hình hiện có tại Việt Nam sử dụng để cải thiện chât lượng BTNC.
- Phạm vi nghiên cứu của luận án bao gồm các nghiên cứu lý thuyết về cơ sở
khoa học của dính bám đá-nhựa và phụ gia tăng dính bám; các nghiên cứu
thực nghiệm đánh giá hiệu quả của các phụ gia tăng dính bám hiện có tại
Việt Nam cho BTNC12.5, vì đây là lớp vật liệu đắt tiền nhât, chịu tác dụng
trực tiếp của điều kiện môi trường, tác động của nước và lượng xe lưu thông.
4. Phương pháp nghiên cứu
- Phương pháp nghiên cứu lý thuyết, bao gồm phương pháp phân tích và tổng hợp
lý thuyết và phương pháp phân loại và hệ thống hóa lý thuyết: Được sử dụng để
nghiên cứu, phân tích và tổng hợp các kết quả nghiên cứu về 1) hư hỏng mặt
đường BTN do tác hại của nước, bao gồm: nguyên nhân, cơ chế gây hư hỏng,
giải pháp giảm thiểu; 2) phụ gia tăng dính bám đá-nhựa, bao gồm: các loại phụ
gia, cơ chế hoạt động của các loại phụ gia; 3) phương pháp thí nghiệm đánh giá
độ nhạy ẩm của BTN và hiệu quả của phụ gia tăng dính bám.
- Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm, bao gồm phương pháp quan sát khoa
học và phương pháp thực nghiệm khoa học được sử dụng để 1) nghiên cứu
thực nghiệm trong phòng đánh giá hiệu quả của một số phụ gia tăng dính
bám đá-nhựa cho điển hình hiện có tại Việt Nam cho BTNC12.5; 2) nghiên
cứu thực nghiệm hiện trường trên các đoạn đường có sử dụng phụ gia tăng
dính bám Wetfix Be, Tough Fix cho BTN khu vực miền Trung.
4
- Phương pháp toán học thống kê được sử dụng để xử lý các kết quả thí
nghiệm, phân tích, xác định sự ảnh hưởng của các thông số thí nghiệm.
5. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của luận án
5.1. Ý nghĩa khoa học
1). Phân tích và nêu bật được bản chât của dính bám đá-nhựa trong hôn hợp BTN,
suy giảm dính bám đá-nhựa (nguyên nhân, cơ chế hình thành, giải pháp giảm thiểu),
các giải pháp tổng thể cải thiện dính bám đá-nhựa nói chung và sử dụng phụ gia
tăng dính bám nói riêng.
2). Phân tích chi tiết vai trò, cơ chế hoạt động của các loại phụ gia tăng dính bám đá
nhựa cho BTN trên thế giới và hiện có tại nước ta: Wetfix Be, Toughfix, Toughfix
Hyper, Zycotherm, vôi hydrat và xi măng.
3). Đề xuât phương pháp thí nghiệm cần thiết để đánh giá khả năng dính bám đá-
nhựa, và đánh giá hiệu quả của phụ gia tăng dính bám phù hợp với điều kiện Việt
Nam.
5.2. Ý nghĩa thực tiễn
1). Xác định hàm lượng tối ưu của một số phụ gia tăng dính bám được sử dụng rộng
rãi trên thế giới nhưng chưa được áp dụng đại trà tại Việt Nam (vôi hydrat tối ưu
cho giải pháp xử lý trước với câp phối đá dăm, Toughfix Hyper tối ưu).
2). Đánh giá hiệu quả của 6 loại phụ gia tăng dính bám hiện có tại Việt Nam
(Wetfix Be, Toughfix, Toughfix Hyper, Zycotherm, vôi hydrat và xi măng) cho
BTN có sử dụng đá dăm dính bám kém tại mỏ đá miền Trung.
3) Đánh giá được hiệu quả của phụ gia Toughfix trong giai đoạn thi công trên đoạn
đường thuộc Dự án xây dựng đường ô tô cao tốc Đà Nẵng-Quảng Ngãi.
4) Xác định được độ nhạy ẩm của mặt đường BTN sau 3 năm khai thác trên một
đoạn đường của QL1A.
6. Bố cục của luận án
Luận án có bố cục gồm phần mở đầu, 4 chương, kết luận và định hướng nghiên cứu
tiếp, cụ thể như sau:
Mở đầu
5
Trình bày về sự cần thiết của việc nghiên cứu, mục tiêu nghiên cứu, đối tượng và
phạm vi nghiên cứu của luận án, phương pháp nghiên cứu, ý nghĩa khoa học và
thực tiễn của luận án, bố cục của luận án.
Chương 1 - Nghiên cứu tổng quan về dính bám đá-nhựa, suy giảm dính bám
đá-nhựa, các giải pháp cải thiện dính bám đá- nhựa và vai trò của phụ gia tăng
dính bám đá-nhựa
Chương này tập trung phân tích, đánh giá những nghiên cứu trên thế giới và trong
nước liên quan đến dính bám đá-nhựa trong hôn hợp BTN, hư hỏng mặt đường
BTN do suy giảm dính bám đá-nhựa, các giải pháp cải thiện dính bám đá- nhựa, vai
trò, cơ chế hoạt động với cốt liệu của phụ gia tăng dính bám đá-nhựa, tình hình
nghiên cứu sử dụng phụ gia tăng dính bám làm cơ sở lựa chọn những nội dung cần
thiết để nghiên cứu.
Chương 2 - Nghiên cứu phân tích, lựa chọn phương pháp thí nghiệm kiểm tra,
đánh giá khả năng dính bám đá-nhựa phù hợp vvi điều kiện Việt Nam
Chương này tập trung phân tích đánh giá các phương pháp thí nghiệm kiểm tra khả
năng dính bám đá-nhựa điển hình trên thế giới, các phương pháp hiện có trong
nước, qua đó lựa chọn các phương pháp thí nghiệm đánh giá khả năng dính bám đá-
nhựa phù hợp với điều kiện Việt Nam.
Chương 3 - Nghiên cứu thực nghiệm trong phòng đánh giá hiệu quả của các lọi
phụ gia tăng khả năng dính bám hiện có ṭi Việt Nam
Chương này bao gồm các thí nghiệm, phân tích nhằm: 1) xác định hàm lượng tối ưu
của một số phụ gia tăng dính bám được sử dụng rộng rãi trên thế giới nhưng chưa được
áp dụng đại trà tại Việt Nam (vôi hydrat tối ưu cho giải pháp xử lý trước với cốt liệu,
Toughfix Hyper tối ưu) và 2) đánh giá hiệu quả của 6 loại phụ gia tăng dính bám hiện
có tại Việt Nam (Wetfix Be, Toughfix, Toughfix Hyper, Zycotherm, vôi hydrat và xi
măng) cho BTN có sử dụng đá dăm dính bám kém tại mỏ đá miền Trung.
Chương 4- Nghiên cứu thực nghiệm hiện trường đánh giá hiệu quả của phụ gia
tăng dính bám trên một số đọn đường khu vực miền Trung
6
Chương này tập trung vào những nội dung chủ yếu sau: 1) khảo sát, thí nghiệm, xác
định độ nhạy ẩm của BTN có sử dụng phụ gia Wetfix Be trên một đoạn đường lựa
chọn thuộc Dự án xây dựng mở rộng QL1A qua tỉnh Bình Định – Phú Yên sau 3
năm khai thác và 2) khảo sát, thí nghiệm, đánh giá hiệu quả của phụ gia Tough Fix
trong giai đoạn thi công BTN trên một đoạn đường thuộc Dự án xây dựng đường
cao tốc Đà Nẵng-Quảng Ngãi.
Kết luận và đđnh hưvng nghiên cứu tiếp
Tóm tắt những kết quả nghiên cứu có tính mới của luận án, đưa ra những định
hướng nghiên cứu tiếp theo.