Header Page 1 of 148.

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI

TRẦN THIỆN LƯU

NGHIÊN CỨU MỘT SỐ YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN
ĐỘ BỀN MỎI BÊ TÔNG ASPHALT LÀM LỚP
MẶT ĐƯỜNG TẠI VIỆT NAM

LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT
(Dự thảo)

Hà Nội, 2015
Footer Page 1 of 148.


Header Page 2 of 148.

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI

Trần Thiện Lưu

NGHIÊN CỨU MỘT SỐ YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG
ĐẾN ĐỘ BỀN MỎI BÊ TÔNG ASPHALT LÀM LỚP
MẶT ĐƯỜNG TẠI VIỆT NAM
Ngành

: Kỹ thuật Xây dựng Công trình Giao thông

cố gắng sớm hoàn thành công trình nghiên cứu. Những lời khen của Thầy dành cho tôi (dù
tôi tự thấy mình chưa thực sự xứng đáng) là sự khích lệ quý giá, giúp tôi vượt qua những trở
ngại, khó khăn để bước tiếp trên con đường khoa học không dễ dàng này.
Xin chân thành cám ơn TS. Nguyễn Quang Phúc - người tư vấn cho tôi chọn đề tài và
có nhiều chia sẻ về vấn đề nghiên cứu. Xin chân thành cám ơn GS.TS Phạm Duy Hữu,
PGS.TS Trần Thị Kim Đăng, TS. Nguyễn Mai Lân, TS. Nguyễn Quang Tuấn đã rất quan
tâm và cho tôi nhiều góp ý chuyên môn xác đáng.
Xin cám ơn Phòng thí nghiệm Vật liệu xây dựng - Bộ môn Vật liệu xây dựng - Viện
Kỹ thuật xây dựng, Bộ môn Đường bộ trường Đại học GTVT, Phòng thí nghiệm VILAS 047,
LAS-XD 456 - Trung tâm Kiểm định chất lượng CTGT Bà Rịa Vũng Tàu, Công ty Cổ phần
CTGT Bà Rịa Vũng Tàu đã hỗ trợ tôi rất nhiều trong công tác làm mẫu và thí nghiệm.
Tôi cũng xin cám ơn Ban Giám hiệu trường Đại học GTVT TP. Hồ Chí Minh đã ủng
hộ và tạo điều kiện cho tôi làm luận án. Cám ơn anh em Phòng Đào tạo, các đồng nghiệp
trong bộ môn đã nhiệt tình hỗ trợ công việc trong thời gian tôi đi làm nghiên cứu.
Và lòng biết ơn thẳm sâu xin dành cho những người thân đã luôn ở bên và chia sẻ
cùng tôi trong suốt những chặng đường gian nan vất vả vừa qua. Thành quả của ngày hôm
nay xin ghi khắc công lao của tất cả mọi người.
Trân trọng.
Hà Nội, ngày 04 tháng 5 năm 2015
Nghiên cứu sinh

Footer Page 3 of 148.

Trần Thiện Lưu


Header Page 4 of 148.

i



TỔNG QUAN VỀ NGHIÊN CỨU MỘT SỐ YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG
ĐẾN ĐỘ BỀN MỎI CỦA BÊ TÔNG ASPHALT .............................. 6

1.1 Định nghĩa mỏi ............................................................................................... 6
1.2 Các dạng nứt do mỏi được nghiên cứu ........................................................... 6
1.2.1 Nứt từ dưới lên (nứt dạng cá sấu)............................................................. 7
1.2.2 Nứt từ trên xuống (nứt theo chiều dọc) .................................................... 8
1.3 Phân tích các nghiên cứu liên quan về các yếu tố ảnh hưởng đến độ bền mỏi
của bê tông asphalt.......................................................................................... 8
1.3.1 Nhóm liên quan đến tải trọng ................................................................... 9
1.3.2 Nhóm liên quan đến môi trường ............................................................ 13
1.3.3 Nhóm liên quan đến hỗn hợp bê tông asphalt ........................................ 16
1.4 Các mô hình và chế độ kiểm soát thí nghiệm mỏi bê tông asphalt .............. 20
1.4.1 Các mô hình thí nghiệm ......................................................................... 20
1.4.1.1 Mô hình uốn dầm.............................................................................. 20
1.4.1.2 Mô hình kéo - nén............................................................................. 21
Footer Page 4 of 148.


Header Page 5 of 148.

ii

1.4.1.3 Mô hình cắt xoay .............................................................................. 22
1.4.2 Các chế độ kiểm soát thí nghiệm mỏi .................................................... 22
1.4.2.1 Khống chế ứng suất .......................................................................... 22
1.4.2.2 Khống chế biến dạng ........................................................................ 22
1.5 Một số kết quả nghiên cứu và ứng dụng độ bền mỏi bê tông asphalt .......... 23
1.5.1 Trên thế giới ........................................................................................... 23


2.2.1.1 Vật liệu ............................................................................................. 43
2.2.1.2 Thiết kế thành phần hỗn hợp BTNC 12,5 ........................................ 46
2.2.1.3 Thiết kế thành phần hỗn hợp BTNC 19 ........................................... 50
2.2.2 Thi công tại hiện trường ......................................................................... 51
2.2.2.1 Địa điểm, thời gian thi công ............................................................. 51
2.2.2.2 Chế tạo hỗn hợp bê tông asphalt ...................................................... 51
2.2.2.3 Thi công tại hiện trường ................................................................... 52
2.2.3 Gia công mẫu thí nghiệm ....................................................................... 53
2.2.3.1 Cắt mẫu tại hiện trường .................................................................... 53
2.2.3.2 Gia công mẫu dầm tại xưởng ........................................................... 53
2.3 Các tính chất cơ lý của bê tông asphalt sau thi công .................................... 54
2.3.1 Bê tông asphalt loại BTNC 12,5 ............................................................ 54
2.3.1.1 Thành phần hạt ................................................................................. 54
2.3.1.2 Độ chặt thi công................................................................................ 55
2.3.1.3 Các chỉ tiêu cơ lý khác ..................................................................... 56
2.3.2 Bê tông asphalt loại BTNC 19 ............................................................... 57
2.3.2.1 Thành phần hạt ................................................................................. 57
2.3.2.2 Độ chặt thi công................................................................................ 58
2.3.2.3 Các chỉ tiêu cơ lý khác ..................................................................... 59
2.4 Thí nghiệm mỏi............................................................................................. 59
2.4.1 Sấy mẫu .................................................................................................. 59
2.4.2 Lưu trữ mẫu ............................................................................................ 59
2.4.3 Mô tả thí nghiệm .................................................................................... 60
2.4.4 Các kết quả thí nghiệm ........................................................................... 61
2.4.4.1 Mô đun độ cứng động (Smix)............................................................. 61
2.4.4.2 Ứng suất cực đại (o)........................................................................ 62
2.4.4.3 Biến dạng kéo cực đại (o)................................................................ 62
Footer Page 6 of 148.


3.3.2 Bê tông asphalt sử dụng bột khoáng CaCO3 + xi măng ......................... 98
3.4 Phân tích kết quả thí nghiệm độ bền mỏi bê tông asphalt .......................... 101
3.4.1 Loại BTNC 12,5 và BTNC 19.............................................................. 101
3.4.2 Các loại BTNC 12,5 sử dụng loại bột khoáng khác nhau .................... 102

Footer Page 7 of 148.


Header Page 8 of 148.

v

3.5 Xây dựng phương trình độ bền mỏi cho các loại BTNC 12,5 đã thí nghiệm
..................................................................................................................... 108
3.5.1 Phương trình độ bền mỏi cho BTNC 12,5 (dạng 1) ............................. 108
3.5.2 Phương trình độ bền mỏi cho BTNC 12,5 (dạng 2) ............................. 109
3.6 Kết luận chương 3 ....................................................................................... 110
Chương 4.

ỨNG DỤNG KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀO THIẾT KẾ KẾT CẤU
ÁO ĐƯỜNG MỀM TẠI VIỆT NAM.............................................. 112

4.1 Đề xuất kiểm toán mỏi lớp bê tông asphalt trong kết cấu áo đường mềm . 112
4.1.1 Cơ sở lý thuyết...................................................................................... 112
4.1.2 Trình tự tính toán .................................................................................. 116
4.1.3 Lựa chọn điều kiện tính toán ................................................................ 117
4.1.3.1 Nhiệt độ .......................................................................................... 117
4.1.3.2 Tần số tải trọng ............................................................................... 118
4.1.4 Xác định biến dạng cho phép (cp) và biến dạng tính toán (tt)............ 118
4.1.4.1 Biến dạng cho phép (cp) ................................................................ 118

3.

Hạn chế ....................................................................................................... 127

4.

Kiến nghị..................................................................................................... 128

5.

Hướng nghiên cứu tiếp ............................................................................... 128

DANH MỤC CÔNG TRÌNH CỦA TÁC GIẢ ....................................................... xvii
TÀI LIỆU THAM KHẢO ...................................................................................... xviii

Footer Page 9 of 148.


Header Page 10 of 148.

vii

LỜI CAM ĐOAN

Tôi cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi. Các số liệu, kết
quả nêu trong luận án là trung thực và chưa được công bố.

Tác giả luận án

Trần Thiện Lưu

AC

Asphalt concrete (Bê tông asphalt)

AI

Asphalt Institute (Viện asphalt)

ASTM

American Society of Testing Materials (Hiệp hội thí nghiệm vật liệu
Mỹ)

ITT

Indirect Tensile Test (Thí nghiệm kéo gián tiếp)

LCPC

Laboratoire Central des Ponts et Chaussées (Phòng thí nghiệm trung
tâm Đường và Cầu)

M-E

Mechanical - Empirical (Cơ - thực nghiệm)

ME PDG (DARWin-ME) Mechanistic-Empirical Pavement Design Guide (Hướng
dẫn thiết kế mặt đường theo Cơ học thực nghiệm)
NCAT


SHRP

Strategic Highway Research Program (chương trình nghiên cứu Chiến
lược đường bộ)

SPDM

Shell Pavement Design Manual (hướng dẫn thiết kế mặt đường Shell)

UCTST

Uniaxial Cyclic Tensile Stress Tests (Thí nghiệm kéo dọc trục tải trọng
lặp)

AFT

Apparent film thickness (chiều dày màng bi tum)



Biến dạng tương đối (m/m), biến dạng tương đối gọi tắt là “biến dạng”
m/m ~ microstrain, viết tắt là 

Gb

Tỷ trọng của bi tum

Gmb

Mixture bulk specific gravity (tỷ trọng khối hỗn hợp bê tông asphalt)

Pba

Hàm lượng bi tum hấp phụ, % khối lượng của hỗn hợp cốt liệu

Pbe

Hàm lượng bi tum có hiệu, % khối lượng của hỗn hợp bê tông asphalt

Pmm

% khối lượng của tổng khối lượng hỗn hợp ở trạng thái rời (Pmm= 100)

Ps

Tỷ lệ cốt liệu theo % tổng khối lượng hỗn hợp bê tông asphalt

Ss

Aggregate Specific Surface (tỷ diện bề mặt)

Va

Volume of Air Voids (độ rỗng dư)

VBE

Effective asphalt content, percent by volume (hàm lượng bi tum có hiệu)

VFA


Bảng 2.16 Thành phần hỗn hợp cốt liệu BTNC 19 dùng cho nghiên cứu ................ 50
Bảng 2.17 Kết quả thí nghiệm BTNC 19 với hàm lượng bi tum 5,21%................... 51
Bảng 2.18 Thành phần vật liệu cho 1 tấn hỗn hợp BTNC 19 ................................... 51
Bảng 2.19 Thành phần cấp phối hạt BTNC 12,5 sau thi công .................................. 55
Bảng 2.20 Độ chặt BTNC 12,5 sau thi công ............................................................. 55
Bảng 2.21 Kết quả thí nghiệm các chỉ tiêu cơ lý của BTNC 12,5 sau thi công ........ 56
Bảng 2.22 Cường độ kéo uốn của BTNC 12,5 thí nghiệm ở 10 độ C và 20 độ C .... 57
Bảng 2.23 Thành phần cấp phối hạt BTNC 19 sau thi công ..................................... 57
Bảng 2.24 Độ chặt BTNC 19 sau thi công ................................................................ 58

Footer Page 13 of 148.


Header Page 14 of 148.

xi

Bảng 2.25 Các chỉ tiêu kỹ thuật của BTNC 19 sau thi công ..................................... 59
Bảng 2.26 Thời gian tối thiểu ổn định nhiệt cho mẫu trước khi thí nghiệm [41] ..... 60
Bảng 2.27 Đánh giá độ tin cậy của kết quả thí nghiệm mỏi cho loại BTNC 12,5 .... 64
Bảng 3.1 Bảng tổng hợp kết quả thí nghiệm độ bền mỏi BTNC 12,5 (BD) ............. 67
Bảng 3.2 Bảng so sánh mức suy giảm mô đun độ cứng ở tần số 5 Hz và 10 Hz...... 76
Bảng 3.3 Bảng so sánh mức độ suy giảm độ bền mỏi theo biến dạng ...................... 80
Bảng 3.4 Bảng so sánh mức độ tăng ứng suất ban đầu theo biến dạng .................... 83
Bảng 3.5 Bảng so sánh mức độ tăng ứng suất ban đầu theo tần số........................... 84
Bảng 3.6 Bảng so sánh mức độ giảm lực tác dụng ban đầu theo nhiệt độ ................ 86
Bảng 3.7 Trị số góc lệch pha ban đầu (o) ở các điều kiện thí nghiệm .................... 89
Bảng 3.8 Tổng hợp kết quả thí nghiệm mỏi BTNC 19 ở điều kiện 10 độ C, 10 Hz. 91
Bảng 3.9 Bảng tổng hợp kết quả thí nghiệm mỏi BTNC 12,5 (CC) ......................... 94
Bảng 3.10 Bảng tổng hợp kết quả thí nghiệm mỏi BTNC 12,5 (CX)....................... 98


Hình 1.5

Các dạng tải kết hợp với thời gian nghỉ (rest period)............................. 12

Hình 1.6

Ảnh hưởng của thời gian nghỉ đến độ bền mỏi vật liệu bán mềm ......... 12

Hình 1.7

Sự phát triển mô đun theo số chu kỳ tải [I’essai E13-Auto-100-31] ..... 13

Hình 1.8

Sự phát triển mô đun theo thời gian [I’essai E13-Auto-100-31] ........... 13

Hình 1.9

Ảnh hưởng của nhiệt độ đến độ bền mỏi bê tông asphalt [46] .............. 14

Hình 1.10 Đặc tính mỏi bê tông asphalt của SPDM (Shell - 1978) ........................ 15
Hình 1.11 Ảnh hưởng nhiệt độ và gradient nhiệt độ đến độ bền mỏi lớp BTN dày 8
inch [35].................................................................................................. 15
Hình 1.12 Biểu đồ phát triển nhiệt độ tại giữa dầm khi thí nghiệm mỏi [27] ......... 15
Hình 1.13 Ảnh hưởng của hàm lượng Ca(OH)2 đến độ bền mỏi BTN [19] ........... 17
Hình 1.14 Ảnh hưởng của độ rỗng dư, biến dạng đến độ bền mỏi BTN [28] ........ 19
Hình 1.15 Ảnh hưởng của cốt liệu đến độ bền mỏi BTN [28] ................................ 19
Hình 1.16 Đường cong mỏi các loại BTN theo kích thước cốt liệu [45] ................ 19
Hình 1.17 Đường cong mỏi các loại BTN theo hàm lượng đá dăm [45] ................ 19

Biểu đồ lực và độ võng dạng hình sin thí nghiệm ở tần số 10 Hz ......... 37

Hình 2.6

Lỗ rỗng hình thành trong hỗn hợp bê tông asphalt ................................ 40

Hình 2.7

Tác dụng lấp đầy lỗ rỗng của bột khoáng trong bê tông asphalt............ 40

Hình 2.8

Các loại bột khoáng sử dụng cho nghiên cứu ........................................ 41

Hình 2.9

Biểu đồ thành phần hạt cát tự nhiên dùng cho hỗn hợp asphalt............. 44

Hình 2.10 Biểu đồ thành phần hạt BTNC 12,5 sau khi phối trộn ........................... 47
Hình 2.11 Quan hệ giữa hàm lượng bi tum và các chỉ tiêu của BTNC 12,5 .......... 48
Hình 2.12 Biểu đồ thành phần hạt BTNC 19 sau khi phối trộn .............................. 50
Hình 2.13 Thi công lớp BTNC 12,5 và BTNC 19 tại công trường QL 51B........... 52
Hình 2.14 Cắt, khoan mẫu tại hiện trường .............................................................. 53
Hình 2.15 Tách lấy mẫu 52cm  45cm tại hiện trường........................................... 53
Hình 2.16 Gia công mẫu dầm kích thước 380mm×50mm×63mm ......................... 54
Hình 2.17 Biểu đồ thành phần hạt BTNC 12,5 thực tế sau khi thi công................. 55
Hình 2.18 Thí nghiệm xác định cường độ kéo uốn ................................................. 57
Hình 2.19 Biểu đồ cấp phối hạt bê tông asphalt loại BTNC 19 sau thi công ......... 58
Hình 2.20 Buồng ổn nhiệt và thiết bị thí nghiệm mỏi ............................................. 60
Hình 2.21 Sơ đồ thí nghiệm mỏi 4PB [42].............................................................. 60

Quan hệ mô đun độ cứng BTNC 12,5 (BD) với số chu kỳ tải ở 10độC,
5Hz.......................................................................................................... 70

Hình 3.6

Biểu đồ giảm mô đun độ cứng theo số chu kỳ tải trọng lặp của BTNC
12,5 (BD) ở 10 độ C, 10 Hz (dạng trục logarit) ..................................... 71

Hình 3.7

Biểu đồ giảm mô đun độ cứng theo số chu kỳ tải trọng lặp của BTNC
12,5 (BD) ở 10 độ C, 10 Hz ................................................................... 71

Hình 3.8

Quan hệ mô đun độ cứng BTNC 12,5 (BD) với số chu kỳ tải ở 10 độ C,
10Hz ....................................................................................................... 72

Hình 3.9

Biểu đồ giảm mô đun độ cứng theo số chu kỳ tải trọng lặp của BTNC
12,5 (BD) ở 20 độ C, 5 Hz (dạng trục logarit) ....................................... 72

Hình 3.10 Quan hệ mô đun độ cứng BTNC 12,5 (BD) với số chu kỳ tải ở 20 độ C,
5Hz.......................................................................................................... 73
Hình 3.11 Biểu đồ giảm mô đun độ cứng theo số chu kỳ tải trọng lặp của BTNC
12,5 (BD) ở 20 độ C, 10 Hz (dạng trục logarit) ..................................... 73
Hình 3.12 Biểu đồ giảm mô đun độ cứng theo số chu kỳ tải trọng lặp của BTNC
12,5 (BD) ở 20 độ C, 10 Hz ................................................................... 74
Hình 3.13 Quan hệ mô đun độ cứng BTNC 12,5 (BD) với số chu kỳ tải ở 20 độ C,

(BD) ở 10 độ C ....................................................................................... 87
Hình 3.30 Biểu đồ quan hệ giữa góc lệch pha với mô đun độ cứng BTNC 12,5
(BD) ở 20 độ C ....................................................................................... 87
Hình 3.31 Đồ thị biểu diễn góc lệch pha ban đầu (o) với lực tác dụng ................. 88
Hình 3.32 Đường đặc trưng mỏi bê tông asphalt loại BTNC 12,5 (BD) ................ 90
Hình 3.33 Biểu đồ giảm mô đun độ cứng theo số chu kỳ tải trọng lặp của BTNC 19
ở 10 độ C, 10 Hz..................................................................................... 91
Hình 3.34 Quan hệ mô đun độ cứng BTNC 19 với số chu kỳ tải ở 10 độ C, 10 Hz92
Hình 3.35 So sánh mô đun độ cứng ban đầu BTNC 19 ở 10 độ C, 10 Hz ............. 92
Hình 3.36 Biểu đồ suy giảm ứng suất theo tải trọng lặp của BTNC 19 ở 10 độ C,
10Hz ....................................................................................................... 93
Hình 3.37 Đường đặc trưng mỏi BTNC 19 ở 10 độ C, 10 Hz ................................ 94
Hình 3.38 Giao diện phần mềm 4PBT - mẫu CC31 (20 độ C, 10 Hz, 200µ) ....... 95
Hình 3.39 Giao diện phần mềm 4PBT - mẫu CC12 (10 độ C, 10 Hz, 400µ) ....... 96

Footer Page 18 of 148.


Header Page 19 of 148.

xvi

Hình 3.40 Biểu đồ giảm mô đun độ cứng theo số chu kỳ tải trọng lặp của BTNC
12,5 (CC) ở 10 độ C, 5 Hz...................................................................... 96
Hình 3.41 Biểu đồ so sánh mô đun độ cứng ban đầu của BTNC 12,5 (CC) .......... 97
Hình 3.42 Đường đặc trưng mỏi bê tông asphalt loại BTNC 12,5 (CC) ................ 97
Hình 3.43 Giao diện phần mềm 4PBT - mẫu CX36 (10 độ C, 5 Hz, 400µ) ......... 99
Hình 3.44 Giao diện phần mềm 4PBT - mẫu CX37 (20 độ C, 10 Hz, 100µ) ....... 99
Hình 3.45 Biểu đồ giảm mô đun độ cứng theo số chu kỳ tải trọng lặp của BTNC
12,5 (CX) ở 10 độ C, 5 Hz ................................................................... 100

Kết quả tính kết cấu áo đường 2 bằng phần mềm Alizé ...................... 123

Footer Page 19 of 148.


Header Page 20 of 148.

1

PHẦN MỞ ĐẦU

1.

Đặt vấn đề
Bê tông asphalt là hỗn hợp bao gồm cốt liệu khoáng và chất kết dính (nhựa

đường/bi tum/asphalt). Cốt liệu thường chiếm khoảng 95% khối lượng hỗn hợp bê
tông asphalt, bi tum chiếm khoảng 5% còn lại. Về thể tích, một hỗn hợp bê tông
asphalt điển hình có khoảng 85% cốt liệu, 10% bi tum, và khoảng 5% lỗ rỗng. Một
lượng nhỏ chất độn và phụ gia được thêm vào hỗn hợp bê tông asphalt để tăng
cường chất lượng hoặc dễ thi công [31]. Chất lượng khai thác mặt đường bê tông
asphalt phụ thuộc vào tính chất của bi tum, cốt liệu, thành phần hỗn hợp, chất lượng
thi công và cả các yếu tố tác động bên ngoài như xe, môi trường.
Bi tum là sản phẩm còn lại sau dầu hỏa, xăng, dầu diesel, dầu mỡ,… được
tinh chế từ dầu thô. Bi tum có tác dụng tạo tính công tác cho hỗn hợp và liên kết cốt
liệu trong bê tông asphalt. Thành phần bi tum chủ yếu là carbon và hydro, với một
lượng nhỏ oxy, lưu huỳnh và một số phi kim loại khác. Chất kết dính bi tum là loại
vật liệu đàn hồi nhớt. Tính chất vật lý của bi tum khác nhau rất nhiều khi nhiệt độ
thay đổi. Bi tum mềm trong môi trường nhiệt độ cao; dễ nứt gãy, giòn khi nhiệt độ
xuống thấp. Bê tông asphalt cũng có những tính chất khác nhau theo nhiệt độ xuất

được thực hiện trên thế giới, tuy nhiên chưa có những nghiên cứu cụ thể để tìm ra
quy luật của nó.
Trượt là một dạng phá hoại phức tạp. Nó vừa liên quan đến nứt ở lớp liên kết
(nứt dạng 2 - dạng cắt) do vượt quá ứng suất giới hạn, vừa liên quan đến mỏi. Chưa
kể dạng phá hoại này chịu ảnh hưởng nhiều bởi các yếu tố phi tải trọng như: nước,
thay đổi nhiệt độ,...
Trong các nghiên cứu nói chung về nứt vật liệu bê tông asphalt (cracking in
asphalt material) thì nứt mỏi (fatigue cracking) là một dạng nứt vi mô (microcracking). Mỏi là dạng phá hoại được nghiên cứu khá nhiều. Nó đã trở thành dạng
thí nghiệm cơ bản cho vật liệu bê tông asphalt. Trên thế giới, nghiên cứu mỏi bê
tông asphalt phổ biến hơn so với nghiên cứu các dạng phá hoại khác cũng như ứng
dụng của chúng.
Để xây dựng chiến lược phát triển hệ thống giao thông đường bộ với kết cấu
áo đường mềm được sử dụng phổ biến thì việc nắm rõ các tính chất cơ học của loại
bê tông asphalt là hết sức cần thiết, nhất là những yếu tố liên quan đến độ bền mỏi.
2.

Lý do chọn đề tài

Footer Page 21 of 148.


Header Page 22 of 148.

3

Trong 4 mức độ xem xét khi đánh giá chất lượng một loại bê tông asphalt thì
mỏi là cấp độ cao nhất (1-độ chặt, 2-khả năng chống lún, 3-mô đun, 4-mỏi). Với 3
cấp độ 1, 2, 3 việc nghiên cứu ứng dụng vào thực tế đã rất phổ biến. Trên thế giới,
nứt mỏi là dạng phá hoại được định tính và định lượng một cách rõ ràng nhất thông
qua nhiều mô hình và thí nghiệm khác nhau. Nhiều nơi đã áp dụng kết quả nghiên

Header Page 23 of 148.

4

một vài giải pháp về mặt vật liệu cho hỗn hợp bê tông asphalt đảm bảo khả năng
kháng mỏi tốt hơn.
Mong muốn kết quả nghiên cứu sẽ là cơ sở cho việc thiết kế hỗn hợp bê tông
asphalt và thiết kế kết cấu áo đường mềm có xét đến đặc tính mỏi của vật liệu bê
tông asphalt nhằm mục đích đảm bảo chất lượng khai thác cho kết cấu áo đường
mềm ở VN.
4.

Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
Với đề tài này, chúng ta sẽ tiến hành phân tích và thực hiện một số thí nghiệm

đánh giá bước đầu về độ bền mỏi của bê tông asphalt chặt loại hạt vừa (BTNC 12,5)
và loại hạt lớn (BTNC 19). Nghiên cứu chú trọng đến bê tông asphalt loại BTNC
12,5 - loại vật liệu phổ biến nhất làm lớp mặt kết cấu áo đường mềm (vật liệu này sẽ
được thực hiện trong điều kiện chế tạo, thi công và khai thác tại VN); đồng thời
nghiên cứu ảnh hưởng của một số loại bột khoáng (bột đá Andesit, bột CaCO3, bột
CaCO3 + xi măng) đến đặc tính chịu mỏi của bê tông asphalt.
Nghiên cứu về mỏi đòi hỏi phải có một chương trình thí nghiệm chi tiết, công
phu và tốn kém. Do vậy, các trung tâm nghiên cứu lớn trên thế giới hiện nay cũng
chưa thể thực hiện hết các kiểu thí nghiệm và đáp ứng mọi yêu cầu mong muốn.
Tiến hành nghiên cứu độ bền mỏi bê tông asphalt trong điều kiện còn nhiều
hạn chế của VN chắc chắn sẽ gặp không ít khó khăn. Đây là lĩnh vực mới mẻ, không
kế thừa nhiều từ các nghiên cứu trước. Vậy nên công trình nghiên cứu này chỉ tập
trung đánh giá đặc tính mỏi của bê tông asphalt loại thông thường với một số điều
kiện thí nghiệm nhất định.
5.

Kiểm toán điều kiện mỏi cho lớp bê tông asphalt trong tính toán thiết kế kết

cấu áo đường mềm;
-

Ứng dụng độ bền mỏi không chỉ cho phép xác định được tải trọng và lưu

lượng xe nặng cho phép, mà còn xác định được thời gian khai thác của kết cấu áo
đường;
-

Đánh giá tuổi thọ mỏi lớp bê tông asphalt, từ đó xây dựng kế hoạch bảo

dưỡng sửa chữa kết cấu áo đường mềm.

Footer Page 24 of 148.


Header Page 25 of 148.

6

Chương 1.

TỔNG QUAN VỀ NGHIÊN CỨU MỘT SỐ YẾU TỐ

ẢNH HƯỞNG ĐẾN ĐỘ BỀN MỎI CỦA BÊ TÔNG ASPHALT

Khái niệm về phá hoại mỏi lần đầu tiên được giới thiệu trong thiết kế mặt
đường mềm tại Mỹ vào năm 1948 bởi Hveem và Carmany [34]. Hai nhà nghiên cứu