MỘT SỐ THIẾT BỊ THÍ NGHIỆM THEO PHƯƠNG PHÁP THIẾT KẾ SUPERPAVE

THƯƠNG HIỆU IPC GLOBAL VÀ TẬP ĐOÀN CONTROLS (Controls Group)

MỘT SỐ THIẾT BỊ THÍ NGHIỆM THEO PHƯƠNG PHÁP THIẾT KẾ SUPERPAVE

 

Nội dung

- Giới thiệu IPC Global – Controls Group
- Sự ra đời của phương pháp thiết kế SuperPave
- 4 bước thực nghiệm trong qui trình thiết kế SuperPave 
- Các thiết bị IPC Global phục vụ cho các bước trong qui trình
- Một số thiết bị khác

THƯƠNG HIỆU IPC GLOBAL VÀ TẬP ĐOÀN CONTROLS (Controls Group)

IPC Global được thành lập năm 1981 tại Australia, với định hướng nghiên cứu, thiết kế và chế tạo thiết bị thí nghiệm vật liệu áo đường bê tông nhựa;

Sau gần một thập kỷ đầu tư nghiên cứu, năm 1990 IPC Global đưa ra thị trường thiết bị thử nghiệm bê tông nhựa đầu tiên của mình và nhanh chóng tạo dựng được niềm tin trong cộng đồng nghiên cứu thử nghiệm vật liệu áo đường trên toàn thế giới;

Năm 2014, IPC Global gia nhập Tập đoàn Controls (Controls Group), một tập đoàn hàng đầu thế giới trong lĩnh vực chế tạo thiết bị thử nghiệm vật liệu xây dựng;

Từ năm 2017, IPC Global chính thức trở thành 1 trong 3 thương hiệu thuộc Tập đoàn Controls, gồm:

IPC GLOBAL là thương hiệu tới từ Australia, chuyên nghiên cứu, chế tạo các thiết bị thử nghiệm vật liệu bê tông nhựa. IPC Global cũng là thành viên chính thức của Tổ chức tiêu chuẩn hóa thử nghiệm Hoa kỳ (ASTM).

SỰ RA ĐỜI CỦA PHƯƠNG PHÁP THIẾT KẾ SUPERPAVE

SupePave là một trong những thành quả chính yếu của Chương trình nghiên cứu đường cao tốc chiến lược (SHRP) của Hoa kỳ. Chương trình SHRP do chính phủ Hoa kỳ tài trợ, được thực hiện trong những năm 1987-1993, với 3 mục tiêu cụ thể:

• Tìm kiếm một phương pháp thiết kế hỗn hợp mới, trong đó phải tích hợp được các yếu tố lưu lượng giao thông và điều kiện môi trường;
• Tìm kiếm một phương pháp mới để đánh giá, phân loại chất kết dính;
• Tìm kiếm các phương pháp phân tích hỗn bê tông nhựa.

nhằm thay thế cho các phương pháp thiết kế áo đường truyền thống Marshall và Hvem mà hiện nay đã không còn phù hợp với sự phát triển của hoạt động giao thông hiện đại, sự tiến bộ của các vật liệu mới và công nghệ thi công áo đường, sự đòi hỏi về tối ưu hóa hiệu suất sử dụng, tiết kiệm về tài nguyên thiên nhiên và bảo vệ môi trường.

SuperPave cũng dựa trên nền tảng phân tích về thể tích hỗn hợp như Marshall và Hvem, nhưng thay vì các thử nghiệm riêng lẻ về chất kết dính (nhựa đường) và cốt liệu, phương pháp SuperPave liên kết công việc lựa chọn nhựa đường, cốt liệu cùng với các tham số về mật độ giao thông và yếu tố khí hậu vào chung trong qui trình thiết kế hỗn hợp bê tông nhựa. Thiết bị đầm nện sử dụng trong các phương pháp Marshall và Hvem được thay thế bằng thiết bị đầm xoay (gyratory compactor), công đầm được tính toán trong mối tương quan với lưu lượng giao thông theo dự kiến.

Mặc dù khi kết thúc chương trình nghiên cứu SHRP, các phương pháp thử nghiệm vẫn chưa hoàn toàn được phát triển hết, nhưng phương pháp thiết kế hỗn hợp đã được xác lập và gồm 7 bước cơ bản trong đó, ngoài 3 bước tính toán, có 4 bước thực nghiệm gồm:

Bước 1: Lựa chọn vật liệu (cốt liệu, chất kết dính) phù hợp

Bước 2: Thiết kế cấu trúc cốt liệu phù hợp

Bước 3: Thiết kế tỷ lệ nhựa phù hợp, chuẩn bị mẫu thí nghiệm

Bước 4: Thực hiện các thí nghiệm dựa trên hiệu suất sử dụng

4 BƯỚC THỰC NGHIỆM TRONG QUI TRÌNH THIẾT KẾ SUPERPAVE

Các thiết bị IPC Global phục vụ cho các bước trong qui trình

 

1. Bước 1 – Lựa chọn cốt liệu và nhựa đường

1.1. Lựa chọn cốt liệu:

• Gồm các thử nghiệm cơ bản đối với cốt liệu như Los Angeles, tỷ trọng. độ hấp thụ nước…
• Một vài thiết bị cần sử dụng:

Máy thử mài mòn Los Angeles

Cân tỷ trọng

 

 

1.2. Hệ thống Phân cấp nhựa đường theo hiệu suất (PG)

• Phân cấp dựa trên đặc tính ứng xử của nhựa đường với yếu tố khí hậu (ký hiệu phân cấp là PG-XX-YY). Trong đó, Nhiệt độ max. (XX) là nhiệt độ trung bình của 7 ngày cao nhất trong năm và Nhiệt độ Min. (YY) là nhiệt độ thấp nhất trong năm. Cả 2 giá trị này phải là kết quả của quá trình quan trắc đủ dài (hàng chục năm).
• Các thiết bị cần sử dụng:

+ Để mô phỏng ứng xử của nhựa đường trong khi thi công và giai đoạn mới đưa vào sử dụng, có 2 thiết bị thường được dùng đến:

Nhớt kế quay (Rotary Vícometer)

Thiết bị đo lưu biến (Rheometer)

+ Để mô phỏng ứng xử của nhựa đường sau thời gian hoạt động ngắn và dài hạn, các thiết bị sau thường được sử dụng để già hóa mẫu nhựa đường:

Thiết bị già hóa ngắn hạn  (RTFOT)

Thiết bị già hóa dài hạn (PAV)

 

+ Sau khi mẫu đã được già hóa (ngắn hạn hoặc dài hạn), các thiết bị sau đây thường được sử dụng để thử nghiệm các đặc tính cơ lý của nhựa đường:

Thiết bị đo lưu biến (Rheometer)

Thiết bị đo lưu biến uốn (BBR)

 

2. Bước 2 – Thiết kế cấu trúc cốt liệu

2.1. Lựa chọn thông số cốt liệu

• Xác định các thông số cốt liệu cho phép (hình dạng, độ thoi dẹt, hàm lượng sét…)
• Các công cụ sau thường được sử dụng:

Sàng rây

Thước đo tỷ lệ thoi dẹt

Dụng cụ TN đương lượng cát

2.2. Phân cấp cốt liệu:

• Phân cấp cốt liệu theo các yêu cầu của SuperPave;
• Các giá trị khống chế và các vùng hạn chế trong phân cấp cốt liệu

 

3. Bước 3 -  Thiết kế tỷ lệ nhựa phù hợp, chuẩn bị mẫu thí nghiệm

• Các hỗn hợp với những tỷ lệ (%) nhựa khác nhau được tạo ra và thử nghiệm để lựa chọn tỷ lệ nhựa tối ưu.
• Thiết bị sau đây là thiết bị tiêu chuẩn để tạo ra mẫu thử theo qui trình SuperPave:

Thiết bị đầm xoay (Gyratory Compactor)

• Trong phương pháp thiết kế SupePave, thiết bị đầm xoay được sử dụng với nhiều ứng dụng khác nhau:

+ Kiểm tra hỗn hợp bê tông nhựa trong PTN để đánh giá sự phù hợp của nhà thầu đối với yêu cầu kỹ thuật của dự án;

+ Kiểm tra tức thời tại hiện trường, ngay trong quá trình thi công;

+ Nghiên cứu thực nghiệm các loại hỗn hợp phục vụ cho các dự án khác nhau;

+ Tạo ra các khối mẫu hình trụ có các đặc tính kích thước và thể tích chính xác, phục vụ cho các thử nghiệm cơ lý khác.

4. Bước 4 – Thử nghiệm hiệu suất của hỗn hợp bê tông nhựa

• Như đã nhắc tới ở trên, Chương trình nghiên cứu đường cao tốc chiến lược (SHRP) của Hoa kỳ kết thúc năm 1993 mà chưa hoàn thiện được tổ hợp các thử nghiệm về hiệu suất trong phạm vi phòng thí nghiệm mà có thể phản ánh hiệu suất làm việc thực tế của hỗn hợp bê tông nhựa ngoài thực địa, khi sử dụng các công cụ thí nghiệm sẵn có khi đó.
• Sự khiếm khuyết này sau đó đã được khắc phục bởi một loạt các Chương trình hợp tác nghiên cứu quốc gia về đường cao tốc (NCHRP 9-19, 9-29; 9-33), trong đó:

+ Chương trình NCHRP 9-19 đặt trọng tâm nghiên cứu 3 thông số là Dynamic Modulus-E* (Mô đun động); Flow Number (Chỉ số chảy) và Flow Time (Thời gian chảy) trong mối tương quan với hiệu suất sử dụng áo đường bê tông nhựa;

+ Chương trình NCHRP 9-29 tập trung vào việc nghiên cứu, đưa ra các yêu cầu kỹ thuật để chế tạo ra một thiết bị có thể dùng để thử nghiệm một cách tin cậy 3 thông số được nêu ra trong Chương trình NCHRP 9-19 nói trên. Đây chính là tiền đề để thế hệ thiết bị thí nghiệm SPT (sau này được đổi tên là AMPT) được ra đời. IPC Global là hãng đầu tiên trên thế giới thiết kế và chế tạo thành công thiết bị SPT (Simple Performance Tester) vào năm 2002 và sau đó đổi tên thành AMPT (Asphalt Mixture Performance Tester) đáp ứng các đòi hỏi của Chương trình NCHRP 2-29 và đã nhận được đặt hàng từ hàng loạt các Cơ quan quản lý đường bộ của các tiểu bang của Hợp chủng quốc Hoa kỳ và nhiều trường Đại học trên toàn thế giới.

Thiết bị SPT trước đây(sau đổi tên thành AMPT)

Thiết bị AMPT Pro thế hệ mới

 

• Chỉ với duy nhất một thiết bị AMPT, cả 3 thông số cần thiết cho phương pháp thiết kế SupePave được tiến hành một cách nhanh chóng và đáng tin cậy:

 

+ Thử nghiệm xác định Mô đun động (Dynamic Modulus-E*)

Từ đó thu được Đường đặc tuyến chính (Master Curve) của hỗn hợp đang được thử nghiệm

+ Thử nghiệm xác định Chỉ số chảy (Flow Number)

+ Ngoài ra, AMPT còn thực hiện được rất nhiều thử nghiệm khác cho vật liệu bê tông nhựa và vật liệu rời như hình minh họa dưới đây

MỘT SỐ THIẾT BỊ KHÁC

Thiết bị chuẩn bị mẫu

• Các thí nghiệm phục vụ cho phương pháp thiết kế SuperPave đòi hỏi mẫu phải được chế tạo đồng nhất, có tính đại diện cao và kích thước rất chính xác. Do đó, các thiết bị chuẩn bị mẫu cũng phải được chuyên biệt hóa cao độ. IPC Global cung cấp đầy đủ và nhiều lựa chọn các thiết bị chuẩn bị mẫu này.

Sơ đồ lựa chọn thiết bị chuẩn bị mẫu