Nghiên cứu đánh giá khả năng kháng mỏi của bê tông nhựa lưu huỳnh

Trên cơ sở kết quả thí nghiệm nén ép chẻ của BTN dưới tác dụng tải trọng lặp và kết quả mô phỏng thực nghiệm, bài báo đánh giá khả năng kháng mỏi của BTN lưu huỳnh, làm cơ sở cho việc ứng dụng rộng rãi trong xây dựng mặt đường mềm ở Việt Nam hiện nay.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Nghiên cứu đánh giá khả năng kháng mỏi của bê tông nhựa lưu huỳnh Hội nghị Khoa học công nghệ lần thứ XXII Trường Đại học Giao thông vận tải NGHIÊN CỨU ĐÁNH GIÁ KHẢ NĂNG KHÁNG MỎI CỦA BÊ TÔNG NHỰA LƯU HUỲNH Nguyễn Văn Hùng1, Lê Văn Phúc1 1 Phân hiệu tại Thành phố Hồ Chí Minh, Trường Đại học Giao thông vận tải, 450-451 Lê Văn Việt, Phường Tăng Nhơn Phú A, Quận 9, Tp. Hồ Chí Minh * Tác giả liên hệ: phuclv_ph@utc.edu.vn. Tóm tắt. Việc sử dụng lưu huỳnh thay thế một phần nhựa đường truyền thống trong sản xuất bê tông nhựa (BTN) đã được thử nghiệm trên thế giới từ những năm 1970 của của thế kỷ 20. Nhiều kết quả nghiên cứu đã chứng minh rằng BTN lưu huỳnh làm tăng khả năng kháng lún, giảm chí các chi phí sản xuất, thi công hỗn hợp BTN. Tuy nhiên, một trong những nguyên nhân BTN lưu huỳnh chưa được sử dụng rộng rãi bởi nó có thể làm giảm khả năng kháng mỏi của loại vật liệu này ở những nước có khí hậu ôn đới, hàn đới. Trên cơ sở kết quả thí nghiệm nén ép chẻ của BTN dưới tác dụng tải trọng lặp và kết quả mô phỏng thực nghiệm, bài báo đánh giá khả năng kháng mỏi của BTN lưu huỳnh, làm cơ sở cho việc ứng dụng rộng rãi trong xây dựng mặt đường mềm ở Việt Nam hiện nay. Từ khóa: Bê tông nhựa lưu huỳnh, khả năng kháng mỏi, mặt đường mềm. 1. ĐẶT VẤN ĐỀ Vết nứt hình thành trong lớp bê tông nhựa là một trong những dạng hư hỏng phổ biến nhất và làm giảm tuổi thọ của kết cấu áo đường mềm. Các vết nứt được hình thành và phát triển theo thời gian dưới tác động của tải trọng lặp. Các vết nứt hình thành sẽ kéo theo mô đun độ cứng của lớp bê tông nhựa giảm, làm giảm khả năng chịu tải của kết cấu áo đường dẫn đến phá hoại kết cấu mặt đường. Do vậy, nghiên cứu đánh giá khả năng kháng mỏi vật liệu BTN trong xây dựng mặt đường ô tô dưới tác dụng tải trọng trùng phục lớn trong điều kiện khí hậu và tải trọng Việt Nam là hết sức cần thiết. Việc sử dụng lưu huỳnh thay thế một phần nhựa đường truyền thống sẽ giúp hỗn hợp BTN – lưu huỳnh có tính linh động cao hơn, nhiệt độ lu lèn thấp hơn, công lu lèn nhỏ hơn so với BTN không sử dụng lưu huỳnh. Ngoài ra hỗn hợp BTN lưu huỳnh còn có khả năng kháng lún cao hơn BTN thông thường [1] [2]. Mặc dù có ưu điểm như vậy những BTN lưu huỳnh vẫn chưa sử dụng rộng rãi bởi sử dụng nhựa lưu huỳnh làm tăng khả năng kháng lún những có khả năng làm giảm khả năng kháng mỏi, một chỉ tiêu làm việc quan trọng đặc biệt ở những nước có khí hậu ôn đới, hàn đới. Do đó cần thiết có các đánh giá khả năng kháng mỏi của BTN lưu huỳnh trong điều kiện tải trọng trục tích lũy lớn ở Việt Nam hiện nay. Thông qua việc thí nghiệm nén ép chẻ dưới tác dụng tải trọng lặp trong phòng và kết quả mô phỏng thực nghiệm, nhóm tác giả tiến -557- Hội nghị Khoa học công nghệ lần thứ XXII Trường Đại học Giao thông vận tải hành nghiên cứu, đánh giá vấn đề nêu trên. 3. THÍ NGHIỆM KHẢ NĂNG KHÁNG MỎI VẬT LIỆU BTN Thí nghiệm độ bền mỏi của bê tông nhựa được thực hiện trong nghiên cứu này theo tiêu chuẩn EN 12697-24 [3]. Đây là thí nghiệm nén ép chẻ dưới tác dụng tải trọng lặp trong phòng trên mẫu lăng trụ kích thước 100x64mm. Thực hiện thí nghiệm trên cơ sở là kiểm soát ứng suất trong quá trình gia tải. Mẫu thí nghiệm được xem là bị phá hoại khi mô-đun độ cứng giảm còn một nữa mô-đun độ cứng ban đầu. Tải trọng tác dụng lên mẫu có dạng dải, bề rộng 1cm. Mẫu thử được đặt trong buồng điều nhiệt và tiếp xúc với nhiệt độ thí nghiệm ít nhất là 4 giờ trước khi tiến hành thí nghiệm. Các mẫu thử phải được thí nghiệm ở ba cấp độ ứng suất khác nhau, với ít nhất ba mẫu thử ở mỗi cấp độ. Đối với mẫu hình lăng trụ trong thí nghiệm, ứng suất, biến dạng kéo gián tiếp tại vị trí tâm của mẫu, và mô-đun đàn hồi được tính theo các biểu thức sau: 2F  = (1) t 2H  1 + 3   =(   4 +  −   ) (2) H  o = 2,1 (ứng với ) (3)  a Smix = (1 + 3 ) (4) a Trong đó, là ứng suất kéo ngang tại tâm của mẫu, MPa; F là lực tác động, N; t là chiều dày của mẫu, mm; là đường kính mẫu, mm; là biến dạng ngang tại tâm của mẫu, ; là chuyển vị ngang, ; là giá trị ứng suất kéo lớn nhất trong tải trọng xung, MPa; là biên độ ứng suất kéo của tải trọng tuần hoàn, MPa; là giá trị biến dạng ngang đàn hồi giữa các tải trọng xung, ; là biên độ biến dạng kéo của tải trọng tuần hoàn, ; Smix là mô-đun độ cứng, MPa. Khả năng kháng mỏi của bê tông nhựa ứng với một cấp tải trọng, hoặc một cấp biến dạng kéo , nào đó sẽ là Nf tương ứng với mô- đun độ cứng giảm 50% so với mô-đun độ cứng ban đầu. Từ đó, sử dụng phương trình hồi qui để xác định mối liên hệ -558- Hội nghị Khoa học công nghệ lần thứ XXII Trường Đại học Giao thông vận tải giữa số lần lặp của tải trọng mà mẫu đã chịu đến khi phá hoại Nf và biến dạng kéo thể hiện công thức (5) hoặc (6). log(N f ) = k + n lo ...