Nghiên cứu đánh giá khả năng chống nứt của bê tông nhựa thông qua chỉ số kháng nứt Cracking Tolerance Index (CTindex)

Tác giả: ThS. NCS. LƯU NGỌC LÂM - Viện Khoa học và Công nghệ Giao thông vận tải; PGS. TS. NGUYỄN QUANG PHÚC; TS. VŨ NGỌC PHƯƠNG - Trường Đại học Giao thông vận tải

Thiết bị và biểu đồ thí nghiệm IDEAL-CTindex

Mặt đường BTN do có nhiều ưu điểm nổi bật nên được sử dụng phổ biến cho đường ô tô trên thế giới. Để chịu được tác động của tải trọng xe và các yếu tố môi trường trong quá trình khai thác, mặt đường BTN phải được thiết kế, thi công sao cho có đủ cường độ, độ ổn định trong suốt thời gian phục vụ.

Lún vệt bánh xe (LVBX) và nứt là 2 dạng phá hoại phổ biến của lớp BTN trong kết cấu mặt đường tại Việt Nam. Hai dạng phá hoại này luôn đối lập nhau, khắc phục được dạng này sẽ dễ dàng phát sinh dạng kia. Do vậy, khi thiết kế hỗn hợp BTN phải lựa chọn cấp phối cốt liệu và hàm lượng nhựa hợp lý nhằm đảm bảo đồng thời khả năng chống LVBX và chống nứt.

Xu hướng thiết kế hỗn hợp BTN hiện nay tại Hoa Kỳ là thiết kế hỗn hợp BTN theo nguyên tắc thiết kế cân bằng BMD (Balanced Mix Design [1]) giữa các đặc trưng thể tích - độ nhạy ẩm, khả năng chống LVBX và khả năng chống nứt.Về đánh giá độ nhạy ẩm: Hầu như tất cả các bang của Hoa Kỳ đều yêu cầu thử nghiệm đánh giá độ nhạy ẩm khi thiết kế hỗn hợp BTN và 85% các bang sử dụng thí nghiệm theo AASHTO T283 hoặc thí nghiệm Hamburg Wheel Tracking [1].

Về khả năng chống LVBX: Gần như tất cả các bang của Mỹ đều sử dụng thiết bị Hamburg Wheel Tracking hoặc APA thí nghiệm LVBX trong môi trường nước nóng [1]. Hiện nay, Việt Nam cũng đã quy định chỉ tiêu chống LVBX sử dụng thiết bị Hamburg Wheel Tracking theo Quyết định số 1617/QĐ-BGTVT, tuy nhiên chưa có quy định về chỉ tiêu chống nứt khi thiết kế hỗn hợp BTN.

Về khả năng chống nứt ở nhiệt độ trung gian (nứt mỏi): Trên thế giới có nhiều mô hình thí nghiệm để đánh giá khả năng chống nứt ở nhiệt độ trung gian của BTN như mô hình uốn dầm 2 điểm, uốn dầm 3 điểm, uốn dầm 4 điểm, uốn dầm 5 điểm và mô hình kéo (nén) [2], mỗi phương pháp đều có ưu, nhược điểm và phạm vi áp dụng riêng. Tại Việt Nam, đã ban hành TCVN12579-2019 về thí nghiệm đánh giá nứt ở nhiệt độ trung gian bằng phương pháp uốn dầm 4 điểm, tuy nhiên chưa yêu cầu bắt buộc đánh giá khả năng kháng nứt ở nhiệt độ trung gian khi thiết kế hỗn hợp BTN. Tuy nhiên, thí nghiệm uốn dầm 4 điểm chủ yếu được dùng để nghiên cứu và chưa được sử dụng rộng rãi ở các bang/nước khi thiết kế hỗn hợp BTN vì thời gian chuẩn bị mẫu lâu, thí nghiệm lâu, kết quả thí nghiệm phân tán, không lấy mẫu hiện trường được như khoan mẫu hình trụ, chưa có chuẩn đánh giá khi nào được coi là “đạt” để thiết kế thành phần hỗn hợp BTN.

Năm 2019, dự án NCHRP IDEAL Project 195 [3] đã phát triển thí nghiệm IDEAL Cracking Test đánh giá khả năng chống nứt trong thiết kế hỗn hợp BTN, đảm bảo và kiểm soát chất lượng thi công của BTN.

Thí nghiệm IDEAL-CTindex được phát triển có những ưu điểm:

- Đơn giản: Không cần bổ sung thêm thiết bị, dụng cụ cắt, khoan, dán hoặc xẻ khía.

- Thực tiễn: Dễ dàng sử dụng không cần đào tạo thí nghiệm viên chuyên sâu.

- Hiệu quả: Thời gian thí nghiệm nhanh, dưới 1 phút cho 1 mẫu.

- Thiết bị thí nghiệm: Sử dụng thiết bị Marshall tự động và bộ gá ép chẻ, giá thiết bị thấp.

- Độ chụm: Hệ số biến thiên COV dưới 20%.

- Độ nhạy: Nhạy cảm với các loại hỗn hợp BTN.

- Thí nghiệm IDEAL-CT có tương quan chặt với thí nghiệm uốn dầm bán nguyệt SCB theo AASHTO TP124. Đặc biệt, thí nghiệm đã được kiểm chứng với rất nhiều hiện trường đánh giá nứt mỏi thực tế của Cục Đường bộ liên bang Hoa Kỳ, chương trình theo dõi dài hạn LTPP...

- Kết quả thí nghiệm tính toán được chỉ số kháng nứt Cracking Tolerance Index (CTindex), chỉ số này càng lớn thì BTN có khả năng chống nứt càng cao. Tiêu chuẩn bang Virginia đưa ra yêu cầu giá trị CTindex lớn hơn 70.

Hiện nay, Hoa Kỳ đã ban hành Tiêu chuẩn ASTM D8225-19 [4] để thí nghiệm, đánh giá khả năng chống nứt của BTN thông qua chỉ số kháng nứt CTindex.

Bài báo trình bày một số kết quả nghiên cứu đánh giá khả năng chống nứt của BTN thông qua chỉ số kháng nứt Cracking Tolerance Index (CTindex) trong điều kiện Việt Nam.

Mời độc giả xem nội dung đầy đủ bài khoa học tại đây