Ứng xử cơ học của bê tông nhựa trong miền biến dạng nhỏ dưới tác dụng của tải trọng trùng phục

Đề tài “Ứng xử cơ học của bê tông nhựa trong miền biến dạng nhỏ dưới tác dụng của tải trọng trùng phục”, Chủ nhiệm đề tài, TS. Nguyễn Quang Tuấn, đã thực hiện nghiên cứu với các tiếp cận và phương pháp nghiên cứu mới đó là: Tiến hành các thí nghiệm với vật liệu nhựa và bê tông nhựa với các máy móc và thiết bị có độ chính xác cao. Từ số liệu thí nghiệm, xử lí số liệu để tính toán các thông số của vật liệu. Hai thông số chính của vật liệu xác định từ thí nghiệm là mô đun và hệ số Poát xông phức động. Các thông số thí nghiệm thay đổi nhằm đánh giá ảnh hưởng đến ứng xử của vật liệu bao gồm: tần số tác dụng tải, nhiệt độ vật liệu, phương thức tác dụng tải (kéo, nén, hay kéo nén kết hợp) và biên độ biến dạng của tải trọng tác dụng. Trong đó, hai thông số cuối là thông số chính cần nghiên cứu để công bố bài báo ISI. Phân tích đánh giá kết quả thí nghiệm. Dựa vào kết quả thí nghiệm đưa ra các phân tích, đánh giá về ứng xử của vật liệu. Mô hình hóa ứng xử của vật liệu. Mô hình ứng xử đàn nhớt của bitum và bê tông nhựa và sự liên hệ ứng xử của hai vật liệu này.

Nhóm nghiên cứu đã tiến hành các thí nghiệm nhằm xác định các thông số mô đun và hệ số Poát xông phức động trên vật liệu bitum và bê tông nhựa. Các giá trị thông số này được đo đạc tại nhiều tần số nhiệt độ khác nhau cho phép đánh giá kết quả trên một dải rộng. Biên độ biến dạng, phương thức tác dụng tải được thay đổi nhằm đánh giá ảnh hưởng của từng yếu tố đến giá trị mô đun và hệ số Poát xông phức động. Đề tài cũng nghiên cứu đánh giá, mô hình hóa tính chất và mối quan hệ ứng xử cơ học trong miền tuyến tính và phi tuyến của vật liệu bitum và bê tông nhựa tương ứng. Nghiên cứu ứng xử cơ học của bê tông nhựa trong miền biến dạng nhỏ dưới tác dụng của tải trọng trùng phục. Cụ thể hơn là nghiên cứu các thông số mô đun và hệ số Poát xông phức động của vật liệu bitum và bê tông nhựa khi chịu tác dụng của tải trọng chu kì có biên độ biến dạng và phương thức tác dụng thay đổi.

Sau thời gian nghiên cứu, đề tài đã thu được những kết quả như sau:

Xác định các giá trị mô đun và hệ số Poát xông phức động trên vật liệu bitum và bê tông nhựa và xác minh nguyên tắc tương quan tần số nhiệt độ cho vật liệu này. Các giá mô đun và hệ số Poát xông phức động đã được đo đạc chính xác tại nhiều tần số và nhiệt độ khác nhau. Đặc biệt, các hệ số Poát xông phức động (bao gồm cả độ lớn và góc lệch pha) rất khó đo đạc đã được xác định. Hiện tại, chưa có nghiên cứu nào tại Việt Nam đánh giá chính xác các giá trị này. Các giá trị này hiện đang được nghiên cứu để đưa vào thiết kế kết cấu mặt đường tại Việt Nam.

Đánh giá ảnh hưởng của biên độ biến dạng, phương thức tác dụng tải tới giá trị mô đun và hệ số Poát xông phức động.

Hiện tượng phi tuyến được quan sát ngay cả trong miền biến dạng nhỏ và khó đo đạc của bitum (< 10%) và bê tông nhựa (< 100 μm/m). Giá trị mô đun tăng, giá trị góc lệch pha giảm tuyến tính với biên độ biến dạng tác dụng. Tuy nhiên, hiện tượng phi tuyến không quan sát được đối với hệ số Poát xông phức động. Nguyên tắc tương quan tần số nhiệt độ của vật liệu cũng được xác minh trong miền phi tuyến đối với cả bê tông nhựa và bitum.

Khi nghiên cứu phương thức tác dụng tải (kéo, nén hay kéo nén kết hợp) trên bê tông nhựa, kết quả nghiên cứu chỉ ra không có sự khác biệt về mô đun ở nhiệt độ thấp và trung bình. Chỉ có ở nhiệt độ cao, do ảnh hưởng của ứng xử phi tuyến và biến dạng dư cộng dồn, giá trị mô đun có thể khác nhau đến 40% phụ thuộc vào phương thức tác dụng tải. Kết quả này khẳng định sự đồng nhất ứng xử của vật liệu trong miền biến nhỏ và sự khác biệt về mô đun theo phương thức tác dụng tải chỉ do yếu tố phi tuyến. Điều này cũng giúp đánh giá các kết quả hiện nay trên thế giới khi thường xem rằng luôn có sự khác biệt giữa các giá trị mô đun khi thí nghiệm theo các phương thức khác nhau. Thêm nữa, hiện tượng phi tuyến không quan sát được đối với hệ số Poát xông phức động.

Ngoài ra, trong đề tài, ảnh hưởng của số lần tải trọng tác dụng cũng được nghiên cứu và phân tích cùng với hiện tượng phi tuyến của vật liệu.

Xây dựng mối quan hệ giữa ứng xử của bitum nhựa và bê tông nhựa tương ứng trong cả miền tuyến tính và phi tuyến.

Trong miền tuyến tính, mối quan hệ ứng xử tuyến tính giữa nhựa đường và bê tông nhựa đã được thiết lập. Trong thực tế, điều này giúp giảm rất nhiều chi phí và thời gian thí nghiệm khi cần xác định đặc tính mô đun của bê tông nhựa. Hơn thế nữa, sự liên hệ ứng xử giữa hai vật cũng giúp liên hệ trong tính toán ứng xử kết cấu sử dụng vật liệu bê tông nhựa (kết cấu mặt đường, kết cấu mặt cầu).

Trong miền phi tuyến, yếu tố tần số và nhiệt độ được chứng minh là có ảnh hưởng ngược chiều nhau lên ứng xử của bitum và bê tông nhựa. Tuy nhiên, trong hệ tọa độ cực và mặt phẳng Black, chiều di chuyển của hiện tượng phi tuyến trên 2 vật liệu này là giống nhau. Từ đó, giúp ích cho mô hình ứng xử phi tuyến từ bitum sang bê tông nhựa và ngược lại.

Có thể tìm đọc báo cáo kết quả nghiên cứu (mã số 15369/2018) tại Cục Thông tin KHCNQG.

Đ.T.V (NASATI)