Xem mẫu
-1BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI
NCS.NGUYỄN PHƯỚC MINH
NGHIÊN CỨU XÁC ĐỊNH THÀNH PHẦN VẬT LIỆU HỢP LÝ
LỚP BÊ TÔNG NHỰA TẠO NHÁM MẶT ĐƯỜNG CẤP CAO
Ở VIỆT NAM
Chuyên ngành: Xây dựng đường ô tô và đường thành phố
Mã số:
62.58.30.01
TÓM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT
TPHCM, 12/2013
-2MỞ ĐẦU
1. Đặt vấn đề
Để tạo tiền đề để phát triển kinh tế xã hội và công nghiệp hóa, hiện đại hóa đất
nước; Việt nam đang đầu tư xây dựng, phát triển hệ thống đường ô tô cấp cao và
cao tốc.
Theo qui hoạch, đến năm 2020 hệ thống đường cao tốc của Việt Nam sẽ phủ khắp
cả nước với chiều dài xấp xỉ 6000km. Hiện tại một số tuyến cao tốc huyết mạch
như: Hà nội-Ninh Bình, Hà Nội-Lào Cai, Hà Nội-Hải Phòng, Sài Gòn-Trung
Lương, Thành phố HCM-Long Thành-Dầu Dây đã và đang được triển khai xây
dựng, khai thác.
Đường cao tốc cho phép xe chạy với tốc độ trên 80km/h; với tốc độ như vậy, để
đảm bảo an toàn xe chạy, mặt đường yêu cầu phải đạt được chất lượng khai thác
cao như: độ nhám cao; độ bằng phẳng, độ ráo nước; trong đó độ nhám mặt đường
là một yếu tố đặc biệt quan trọng.
Tại các nước phát triển, người ta xây dựng lớp phủ mặt đường cao tốc bằng bê
tông nhựa rỗng có độ nhám cao, lớp vật liệu này yêu cầu phải được thiết kế, chế
tạo, thi công bằng công nghệ đặc biệt, đắt tiền.
Ở Việt Nam, lớp phủ bê tông nhựa tạo nhám đã được áp dụng trên một số đường
cao tốc, tuy nhiên mới ở mức độ thử nghiệm, chi phí cao và bị lệ thuộc vào công
nghệ ngoại nhập.
Trong tương lai với yêu cầu phát triển hệ thống đường cao tốc, đường cấp cao tới
hàng vạn kilomet thì một yêu cầu bức thiết đặt ra là làm sao để có thể làm chủ
công nghệ sản xuất lớp phủ mặt đường bằng vật liệu bê tông nhựa nhám ? Đây
thực sự là một yêu cầu hết sức cấp thiết, một đòi hỏi, một thách thức gay gắt đối
với những người làm đường Việt Nam.
Muốn làm chủ công nghệ sản xuất vật liệu bê tông nhựa tạo nhám, trước hết phải
nghiên cứu xác định được thành phần vật liệu hợp lý của lớp bê tông nhựa tạo
nhám để vừa đạt được độ rỗng cần thiết, độ bền, độ nhám yêu cầu, phù hợp với
điều kiện cụ thể của Việt Nam. Đề tài luận án “Nghiên cứu xác định thành phần
vật liệu hợp lý lớp bê tông nhựa tạo nhám mặt đườngcấp cao ở Việt Nam ” chính
là nhằm giải quyết vấn đề khoa học và thực tiễn đặc biệt cấp thiết đó.
2. Mục đích nghiên cứu: Mục tiêu nghiên cứu của luận án đó là xác định được
thành phần vật liệu hợp lý lớp bê tông nhựa tạo nhám mặt đường cấp cao ở Việt
Nam; với thành phần cấp phối cốt liệu dạng cấp phối hở (Open Graded), độ rỗng
-3dư thiết kế từ 16%÷18%; đồng thời đưa ra các chỉ tiêu kỹ thuật yêu cầu của vật
liệu bê tông nhựa lớp tạo nhám; từ đó có thể làm chủ công nghệ thiết kế; sản xuất;
thi công và đề xuất các giải pháp nâng cao chất lượng khai thác vật liệu bê tông
lớp tạo nhám mặt đường ô tô tại Việt Nam.
3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
Đối tượng nghiên cứu: nghiên cứu vật liệu bê tông nhựa lớp tạo nhám có độ
rỗng cao với thành phần cốt liệu dạng cấp phối hở.
Phạm vi nghiên cứu:
+ Nghiên cứu vật liệu bê tông nhựa lớp tạo nhám đó là kết hợp lý thuyết xây
dựng đường ô tô, kinh nghiệm sử dụng vật liệu bê tông nhựa lớp tạo nhám
ở các nước trên thế giới và tại Việt Nam; điều tra phân tích, đánh giá hiện
trạng mặt đường ô tô, vật liệu địa phương, điều kiện địa lý tự nhiên và khí
hậu khu vực phía Nam;
+ Nghiên cứu thực nghiệm trong phòng và hiện trường từ đó đề xuất thành
phần hợp lý của bê tông nhựa lớp tạo nhám và các vấn đề liên quan để nâng
cao chất lượng khai thác vật liệu lớp BTN tạo nhám;
4. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài nghiên cứu
Luận án nghiên cứu đã đưa ra được các vấn đề với các nội dung có ý nghĩa bao
gồm:
Ý nghĩa khoa học
4.1 Xác lập các thành phần hỗn hợp với yêu cầu kỹ thuật đặc trưng vật liệu hỗn
hợp và qui định kỹ thuật cho vật liệu bê tông nhựa lớp tạo nhám;
4.2 Lựa chọn thành phần vật liệu hợp lý hỗn hợp cho bê tông nhựa lớp tạo nhám
mặt đường ô tô; trên cơ sở nghiên cứu thực nghiệm xác định các chỉ tiêu cơ lý
của các hỗn hợp bê tông nhựa tạo nhám;
4.3 Nghiên cứu giải pháp nâng cao chất lượng khai thác lớp vật liệu bê tông nhựa
tạo nhám mặt đường ô tô với các nội dung sau:
Nghiên cứu xác định mối quan hệ giữa độ rỗng dư và độ nhám vĩ mô của lớp
phủ bê tông nhựa lớp tạo nhám;
Nghiên cứu xác định mối quan hệ giữa độ nhám vĩ mô của lớp phủ bê tông
nhựa tạo nhám và độ hút nước;
Nghiên cứu ảnh hưởng hiệu ứng màng nước đến điều kiện chạy xe;
Nghiên cứu xác định sự thay đổi độ nhám vĩ mô theo thời gian của mặt
đường nhám một số tuyến cao tốc ở phía Nam;
-4 Nghiên cứu xác định hiệu quả tăng nhám vĩ mô và độ hút nước của mặt
đường bê tông nhựa tạo nhám bằng công nghệ phun rửa cao áp;
Nghiên cứu thiết lập và đề xuất chế độ kiểm tra bảo dưỡng định kỳ mặt
đường tạo nhám của mặt đường cấp cao;
Nghiên cứu đề xuất các giải pháp nâng cao chất lượng khai thác vật liệu bê
tông nhựa tạo nhám trên tất cả các khâu: sản xuất; thi công; kiểm tra giám
sát; nghiệm thu chất lượng; duy tu-bão dưỡng vật liệu bê tông nhựa tạo
nhám.
Ý nghĩa thực tiễn
Luận án nghiên cứu đã tổng quan xem xét vật liệu bê tông nhựa lớp tạo
nhám trên các tuyến cao tốc của các nước và tại Việt nam đã sử dụng;
Xây dựng được trình tự các bước thiết kế, phương pháp xác định thành phần
hợp lý bê tông nhựa lớp tạo nhám mặt đường ô tô phù hợp với điều kiện khai
thác tại Việt Nam.
Xây dựng các phương pháp thực nghiệm đánh giá chỉ tiêu cơ lý vật liệu bê
tông nhựa lớp tạo nhám; yêu cầu kỹ thuật giới hạn của vật liệu phục vụ cho
việc thiết kế thành phần vật liệu bê tông nhựa nhám;
Đưa ra các giải pháp nâng cao chất lượng khai thác vật liệu lớp phủ bê tông
nhựa tạo nhám cho các tuyến đường cấp cao khu vực Phía nam.
5. Cấu trúc luận án
Cấu trúc luận án bao gồm các chương sau:
+ Chương I: Tổng quan bê tông nhựa lớp tạo nhám.
+ Chương II: Xác lập thành phần các hỗn hợp bê tông nhựa lớp tạo nhám phục vụ
nghiên cứu thực nghiệm
+ Chương III: Nghiên cứu thực nghiệm xác định chỉ tiêu cơ lý của các hỗn hợp bê
tông nhựa tạo nhám và lựa chọn thành phần vật liệu hợp lý của hỗn hợp.
+ Chương IV: Nghiên cứu giải pháp nâng cao chất lượng khai thác lớp vật liệu bê
tông nhựa tạo nhám mặt đường ô tô.
*********
Chương 1: TỔNG QUAN BÊ TÔNG NHỰA LỚP TẠO NHÁM
Nghiên cứu tổng quan bê tông nhựa lớp tạo nhám mặt đường ô tô cấp cao hay
đường cao tốc bao gồm các nội dung chính sau:
-51.1 Cấu trúc và thành phần hỗn hợp của bê tông nhựa thông thường
a-Cấu trúc bê tông nhựa
● Cấu trúc vi mô: gồm nhựa và bột khoáng tạo thành chất liên kết asphalt.
● Cấu trúc trung gian: gồm cát và chất liên kết asphalt tạo thành vữa asphalt.
● Cấu trúc vĩ mô: gồm đá dăm và vữa asphalt tạo thành hỗn hợp bê tông nhựa.
b-Thành phần hỗn hợp bê tông nhựa [4],[7],[11]
+ Cốt liệu, kích thước hạt lớn nhất.
+ Chất liên kết [2],[4],[6],[43],[57]
1.2. Thành phần hỗn hợp bê tông nhựa tạo nhám cấp phối hở
1.2.1 Cốt liệu
Bê tông nhựa tạo nhám cấp phối hở-OGFCA (Open Graded Friction Courses
Asphalt) là loại cấu trúc khung dạng vĩ mô (hình 1.3), hỗn hợp bao gồm cốt liệu
lớn, có ít hoặc không có cốt liệu nhỏ và bột khoáng; hỗn hợp vật liệu được thiết
kế sao cho vật liệu đầm nén đạt được độ rỗng dư từ 18%÷25% [37],[40].
Hình 1.1: Cấu trúc hỗn hợp OGFCA và hình ảnh bề mặt BTN truyền thống và
BTN OGFCA.
1.2.2 Chất liên kết: thông thường sử dụng là bitum cải tiến.
1.3 Yếu tố ảnh hưởng đến độ nhám mặt đường
1.3.1 Khái niệm
+ Độ nhám vi mô (micro-texture): Độ nhám vi mô là độ xù xì bề mặt của hạt cốt
liệu thường khó nhìn thấy, có tác dụng làm triệt tiêu hiệu ứng màng nước.
+ Độ nhám vĩ mô (macro-texture): Độ nhám vĩ mô tạo ra các kênh thoát nước.
1.3.2 Ảnh hưởng của cốt liệu đến độ nhám mặt đường
Yếu tố ảnh hưởng đến độ nhám vi mô.
Yếu tố ảnh hưởng đến độ nhám vĩ mô.
1.3.3 Các yếu tố ảnh hưởng khác đến độ nhám mặt đường
Thiết kế thành phần; quá trình thi công; đặc trưng khai thác.
nguon tai.lieu . vn
TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI
NCS.NGUYỄN PHƯỚC MINH
NGHIÊN CỨU XÁC ĐỊNH THÀNH PHẦN VẬT LIỆU HỢP LÝ
LỚP BÊ TÔNG NHỰA TẠO NHÁM MẶT ĐƯỜNG CẤP CAO
Ở VIỆT NAM
Chuyên ngành: Xây dựng đường ô tô và đường thành phố
Mã số:
62.58.30.01
TÓM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT
TPHCM, 12/2013
-2MỞ ĐẦU
1. Đặt vấn đề
Để tạo tiền đề để phát triển kinh tế xã hội và công nghiệp hóa, hiện đại hóa đất
nước; Việt nam đang đầu tư xây dựng, phát triển hệ thống đường ô tô cấp cao và
cao tốc.
Theo qui hoạch, đến năm 2020 hệ thống đường cao tốc của Việt Nam sẽ phủ khắp
cả nước với chiều dài xấp xỉ 6000km. Hiện tại một số tuyến cao tốc huyết mạch
như: Hà nội-Ninh Bình, Hà Nội-Lào Cai, Hà Nội-Hải Phòng, Sài Gòn-Trung
Lương, Thành phố HCM-Long Thành-Dầu Dây đã và đang được triển khai xây
dựng, khai thác.
Đường cao tốc cho phép xe chạy với tốc độ trên 80km/h; với tốc độ như vậy, để
đảm bảo an toàn xe chạy, mặt đường yêu cầu phải đạt được chất lượng khai thác
cao như: độ nhám cao; độ bằng phẳng, độ ráo nước; trong đó độ nhám mặt đường
là một yếu tố đặc biệt quan trọng.
Tại các nước phát triển, người ta xây dựng lớp phủ mặt đường cao tốc bằng bê
tông nhựa rỗng có độ nhám cao, lớp vật liệu này yêu cầu phải được thiết kế, chế
tạo, thi công bằng công nghệ đặc biệt, đắt tiền.
Ở Việt Nam, lớp phủ bê tông nhựa tạo nhám đã được áp dụng trên một số đường
cao tốc, tuy nhiên mới ở mức độ thử nghiệm, chi phí cao và bị lệ thuộc vào công
nghệ ngoại nhập.
Trong tương lai với yêu cầu phát triển hệ thống đường cao tốc, đường cấp cao tới
hàng vạn kilomet thì một yêu cầu bức thiết đặt ra là làm sao để có thể làm chủ
công nghệ sản xuất lớp phủ mặt đường bằng vật liệu bê tông nhựa nhám ? Đây
thực sự là một yêu cầu hết sức cấp thiết, một đòi hỏi, một thách thức gay gắt đối
với những người làm đường Việt Nam.
Muốn làm chủ công nghệ sản xuất vật liệu bê tông nhựa tạo nhám, trước hết phải
nghiên cứu xác định được thành phần vật liệu hợp lý của lớp bê tông nhựa tạo
nhám để vừa đạt được độ rỗng cần thiết, độ bền, độ nhám yêu cầu, phù hợp với
điều kiện cụ thể của Việt Nam. Đề tài luận án “Nghiên cứu xác định thành phần
vật liệu hợp lý lớp bê tông nhựa tạo nhám mặt đườngcấp cao ở Việt Nam ” chính
là nhằm giải quyết vấn đề khoa học và thực tiễn đặc biệt cấp thiết đó.
2. Mục đích nghiên cứu: Mục tiêu nghiên cứu của luận án đó là xác định được
thành phần vật liệu hợp lý lớp bê tông nhựa tạo nhám mặt đường cấp cao ở Việt
Nam; với thành phần cấp phối cốt liệu dạng cấp phối hở (Open Graded), độ rỗng
-3dư thiết kế từ 16%÷18%; đồng thời đưa ra các chỉ tiêu kỹ thuật yêu cầu của vật
liệu bê tông nhựa lớp tạo nhám; từ đó có thể làm chủ công nghệ thiết kế; sản xuất;
thi công và đề xuất các giải pháp nâng cao chất lượng khai thác vật liệu bê tông
lớp tạo nhám mặt đường ô tô tại Việt Nam.
3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
Đối tượng nghiên cứu: nghiên cứu vật liệu bê tông nhựa lớp tạo nhám có độ
rỗng cao với thành phần cốt liệu dạng cấp phối hở.
Phạm vi nghiên cứu:
+ Nghiên cứu vật liệu bê tông nhựa lớp tạo nhám đó là kết hợp lý thuyết xây
dựng đường ô tô, kinh nghiệm sử dụng vật liệu bê tông nhựa lớp tạo nhám
ở các nước trên thế giới và tại Việt Nam; điều tra phân tích, đánh giá hiện
trạng mặt đường ô tô, vật liệu địa phương, điều kiện địa lý tự nhiên và khí
hậu khu vực phía Nam;
+ Nghiên cứu thực nghiệm trong phòng và hiện trường từ đó đề xuất thành
phần hợp lý của bê tông nhựa lớp tạo nhám và các vấn đề liên quan để nâng
cao chất lượng khai thác vật liệu lớp BTN tạo nhám;
4. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài nghiên cứu
Luận án nghiên cứu đã đưa ra được các vấn đề với các nội dung có ý nghĩa bao
gồm:
Ý nghĩa khoa học
4.1 Xác lập các thành phần hỗn hợp với yêu cầu kỹ thuật đặc trưng vật liệu hỗn
hợp và qui định kỹ thuật cho vật liệu bê tông nhựa lớp tạo nhám;
4.2 Lựa chọn thành phần vật liệu hợp lý hỗn hợp cho bê tông nhựa lớp tạo nhám
mặt đường ô tô; trên cơ sở nghiên cứu thực nghiệm xác định các chỉ tiêu cơ lý
của các hỗn hợp bê tông nhựa tạo nhám;
4.3 Nghiên cứu giải pháp nâng cao chất lượng khai thác lớp vật liệu bê tông nhựa
tạo nhám mặt đường ô tô với các nội dung sau:
Nghiên cứu xác định mối quan hệ giữa độ rỗng dư và độ nhám vĩ mô của lớp
phủ bê tông nhựa lớp tạo nhám;
Nghiên cứu xác định mối quan hệ giữa độ nhám vĩ mô của lớp phủ bê tông
nhựa tạo nhám và độ hút nước;
Nghiên cứu ảnh hưởng hiệu ứng màng nước đến điều kiện chạy xe;
Nghiên cứu xác định sự thay đổi độ nhám vĩ mô theo thời gian của mặt
đường nhám một số tuyến cao tốc ở phía Nam;
-4 Nghiên cứu xác định hiệu quả tăng nhám vĩ mô và độ hút nước của mặt
đường bê tông nhựa tạo nhám bằng công nghệ phun rửa cao áp;
Nghiên cứu thiết lập và đề xuất chế độ kiểm tra bảo dưỡng định kỳ mặt
đường tạo nhám của mặt đường cấp cao;
Nghiên cứu đề xuất các giải pháp nâng cao chất lượng khai thác vật liệu bê
tông nhựa tạo nhám trên tất cả các khâu: sản xuất; thi công; kiểm tra giám
sát; nghiệm thu chất lượng; duy tu-bão dưỡng vật liệu bê tông nhựa tạo
nhám.
Ý nghĩa thực tiễn
Luận án nghiên cứu đã tổng quan xem xét vật liệu bê tông nhựa lớp tạo
nhám trên các tuyến cao tốc của các nước và tại Việt nam đã sử dụng;
Xây dựng được trình tự các bước thiết kế, phương pháp xác định thành phần
hợp lý bê tông nhựa lớp tạo nhám mặt đường ô tô phù hợp với điều kiện khai
thác tại Việt Nam.
Xây dựng các phương pháp thực nghiệm đánh giá chỉ tiêu cơ lý vật liệu bê
tông nhựa lớp tạo nhám; yêu cầu kỹ thuật giới hạn của vật liệu phục vụ cho
việc thiết kế thành phần vật liệu bê tông nhựa nhám;
Đưa ra các giải pháp nâng cao chất lượng khai thác vật liệu lớp phủ bê tông
nhựa tạo nhám cho các tuyến đường cấp cao khu vực Phía nam.
5. Cấu trúc luận án
Cấu trúc luận án bao gồm các chương sau:
+ Chương I: Tổng quan bê tông nhựa lớp tạo nhám.
+ Chương II: Xác lập thành phần các hỗn hợp bê tông nhựa lớp tạo nhám phục vụ
nghiên cứu thực nghiệm
+ Chương III: Nghiên cứu thực nghiệm xác định chỉ tiêu cơ lý của các hỗn hợp bê
tông nhựa tạo nhám và lựa chọn thành phần vật liệu hợp lý của hỗn hợp.
+ Chương IV: Nghiên cứu giải pháp nâng cao chất lượng khai thác lớp vật liệu bê
tông nhựa tạo nhám mặt đường ô tô.
*********
Chương 1: TỔNG QUAN BÊ TÔNG NHỰA LỚP TẠO NHÁM
Nghiên cứu tổng quan bê tông nhựa lớp tạo nhám mặt đường ô tô cấp cao hay
đường cao tốc bao gồm các nội dung chính sau:
-51.1 Cấu trúc và thành phần hỗn hợp của bê tông nhựa thông thường
a-Cấu trúc bê tông nhựa
● Cấu trúc vi mô: gồm nhựa và bột khoáng tạo thành chất liên kết asphalt.
● Cấu trúc trung gian: gồm cát và chất liên kết asphalt tạo thành vữa asphalt.
● Cấu trúc vĩ mô: gồm đá dăm và vữa asphalt tạo thành hỗn hợp bê tông nhựa.
b-Thành phần hỗn hợp bê tông nhựa [4],[7],[11]
+ Cốt liệu, kích thước hạt lớn nhất.
+ Chất liên kết [2],[4],[6],[43],[57]
1.2. Thành phần hỗn hợp bê tông nhựa tạo nhám cấp phối hở
1.2.1 Cốt liệu
Bê tông nhựa tạo nhám cấp phối hở-OGFCA (Open Graded Friction Courses
Asphalt) là loại cấu trúc khung dạng vĩ mô (hình 1.3), hỗn hợp bao gồm cốt liệu
lớn, có ít hoặc không có cốt liệu nhỏ và bột khoáng; hỗn hợp vật liệu được thiết
kế sao cho vật liệu đầm nén đạt được độ rỗng dư từ 18%÷25% [37],[40].
Hình 1.1: Cấu trúc hỗn hợp OGFCA và hình ảnh bề mặt BTN truyền thống và
BTN OGFCA.
1.2.2 Chất liên kết: thông thường sử dụng là bitum cải tiến.
1.3 Yếu tố ảnh hưởng đến độ nhám mặt đường
1.3.1 Khái niệm
+ Độ nhám vi mô (micro-texture): Độ nhám vi mô là độ xù xì bề mặt của hạt cốt
liệu thường khó nhìn thấy, có tác dụng làm triệt tiêu hiệu ứng màng nước.
+ Độ nhám vĩ mô (macro-texture): Độ nhám vĩ mô tạo ra các kênh thoát nước.
1.3.2 Ảnh hưởng của cốt liệu đến độ nhám mặt đường
Yếu tố ảnh hưởng đến độ nhám vi mô.
Yếu tố ảnh hưởng đến độ nhám vĩ mô.
1.3.3 Các yếu tố ảnh hưởng khác đến độ nhám mặt đường
Thiết kế thành phần; quá trình thi công; đặc trưng khai thác.