http://thuvien.utt.edu.vn:8080/jspui/handle/123456789/29 Luận Án trường Đại Học Công Nghệ Giao Thông Vận Tải Tue, 31 Mar 2026 01:01:35 GMT 2026-03-31T01:01:35Z http://thuvien.utt.edu.vn:8080/jspui/handle/123456789/1836 Title: Ổn định tĩnh đàn hồi phi tuyến của một số tấm và vỏ Composite gia cường Graphene chịu tải cơ trong môi trường nhiệt Authors: Cao Văn, Đoàn Abstract: Luận án bao gồm phần mở đầu và 4 chương nội dung, phần kết luận nghiên cứu, danh mục các bài báo khoa học liên quan đến nội dung của luận án, các tài liệu tham khảo và phụ lục. Trong đó: Phần mở đầu trình bày tính cấp thiết của vấn đề nghiên cứu, mục tiêu, đối tượng và phạm vi nghiên cứu, phương pháp nghiên cứu, ý nghĩa khoa học và thực tiễn của luận án. Chương 1 trình bày tổng quan về các vấn đề nghiên cứu. Chương 2 trình bày nghiên cứu ổn định đàn hồi phi tuyến của vỏ trụ, vỏ trống FG-GRC có gân gia cường, hoặc có lõi Auxetic. Chương 3 trình bày nghiên cứu ổn định đàn hồi phi tuyến của tấm và panel trụ FG-GRC có gân gia cường theo lý thuyết biến dạng trượt bậc cao. Chương 4 trình bày nghiên cứu ổn định đàn hồi phi tuyến của panel parabol và panel hình sin FG-GRC theo lý thuyết biến dạng trượt bậc cao. Kết luận và kiến nghị trình bày các đóng góp chính của luận án, một số nhận xét và kiến nghị các hướng phát triển tiếp theo của luận án. Danh mục các bài báo là các bài báo liên quan đến nội dung luận án đã được tác giả công bố trên tạp chí uy tín. Tài liệu tham khảo là danh sách các bài báo, luận án của các tác giả khác được luận án sử dụng để tham khảo trong quá trình nghiên cứu Phụ lục là các công thức, hệ số trong luận án. Mon, 01 Jan 2024 00:00:00 GMT http://thuvien.utt.edu.vn:8080/jspui/handle/123456789/1836 2024-01-01T00:00:00Z http://thuvien.utt.edu.vn:8080/jspui/handle/123456789/1788 Title: ỔN ĐỊNH ĐÀN HỒI PHI TUYẾN CỦA KẾT CẤU CÔNG TRÌNH DẠNG TẤM VỎ FG-CNTRC CÓ TÍNH TỚI CÁC BIỆN PHÁP TĂNG CỨNG Authors: Nguyễn Văn, Tiến Abstract: BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ GIAO THÔNG VẬN TẢI TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ GIAO THÔNG VẬN TẢI NGUYỄN VĂN TIẾN ỔN ĐỊNH ĐÀN HỒI PHI TUYẾN CỦA KẾT CẤU CÔNG TRÌNH DẠNG TẤM VỎ FG-CNTRC CÓ TÍNH TỚI CÁC BIỆN PHÁP TĂNG CỨNG Ngành: Kỹ thuật xây dựng công trình đặc biệt Mã số: 9580206 TÓM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT HÀ NỘI – 2024Công trình được hoàn thành tại: Trường Đại học Công nghệ Giao thông vận tải Người hướng dẫn khoa học: 1. PGS. TS. Vũ Hoài Nam 2. TS. Nguyễn Minh Khoa Phản biện: GS.TSKH. Đào Huy Bích Phản biện: PGS.TS. Trần Thế Truyền Phản biện: PGS.TS. Đỗ Văn Thơm Luận án được bảo vệ trước Hội đồng cấp Trường chấm luận án tiến sĩ họp tại Trường Đại học Công nghệ Giao thông vận tải vào hồi 8 giờ 30 ngày 24 tháng 05 năm 2024 Có thể tìm hiểu luận án tại: - Thư viện Quốc gia Việt Nam - Thư viện Trường Đại học Công nghệ Giao thông vận tải1 MỞ ĐẦU 1. Tính cấp thiết của đề tài Ổn định và sau mất ổn định phi tuyến là các bài toán quan trọng trong phân tích ứng xử cơ học của các kết cấu kỹ thuật nói chung và kỹ thuật xây dựng công trình nói riêng. Loại vật liệu composite tiên tiến gia cường carbon nanotube cơ tính biến đổi được quan tâm đặc biệt trong những năm gần đây có tên quốc tế là Functionally graded carbon nanotubesreinforced composite (FG-CNTRC). Do những đặc tính cơ nhiệt ưu việt, chúng có thể được ứng dụng nhiều trong các kết cấu kỹ thuật chịu tải khắc nghiệt. Tăng cứng cho các kết cấu tấm vỏ bằng các hệ sườn là một biện pháp phổ biến. Các tiêu chuẩn thiết kế hiện nay chỉ tập trung cho thiết kế ổn định tổng thể tuyến tính tấm vỏ làm bằng vật liệu đẳng hướng. Vì vậy cần có các nghiên cứu lý thuyết cho các bài toán này làm cơ sở cho việc xây dựng các tiêu chuẩn thiết kế kết cấu các công trình. Xuất phát từ những lý do trên đây, đề tài luận án này nghiên cứu: “Ổn định đàn hồi phi tuyến của kết cấu công trình dạng tấm vỏ FG-CNTRC có tính tới các biện pháp tăng cứng’’. 2. Mục tiêu nghiên cứu của luận án i) Đề xuất biện pháp tăng cứng cho tấm và vỏ FG-CNTRC ii) Phát triển các kỹ thuật san tác dụng sườn cải tiến cho phương án tăng cứng bằng sườn cho kết cấu phù hợp iii) Phân tích xu hướng ứng xử ổn định và sau mất ổn định của kết cấu công trình dạng tấm vỏ FG-CNTRC có xét tới các biện pháp tăng cứng iv) Đánh giá các ảnh hưởng của các thông số đầu vào và các thông số khác của các kết cấu công trình dạng tấm và vỏ FG-CNTRC 3. Đối tượng, phạm vi nghiên cứu của luận án Đối tượng nghiên cứu: kết cấu dạng tấm vỏ như tấm chữ nhật và vỏ trụ FG-CNTRC có xét tới một số biện pháp tăng cứng Phạm vi nghiên cứu: bài toán ổn định và sau mất ổn định phi tuyến. 4. Phương pháp nghiên cứu Phương pháp nghiên cứu lý thuyết dựa trên tiếp cận giải tích. 5. Cấu trúc của luận án: Bao gồm mở đầu, 4 chương, kết luận, danh mục các công trình khoa học của tác giả và tài liệu tham khảo.2 Chương 1. TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 1.1. Vật liệu Nanocomposite và các ứng dụng trong xây dựng công trình 1.1.2. Vật liệu Nanocomposite gia cường CNT cơ tính biến thiên (FGCNTRC) Với phát hiện quan trọng về carbon nanotube (CNT) của Iijima [58, 59], CNTs đã bắt đầu được quan tâm nghiên cứu áp dụng trong nhiều lĩnh vực khoa học và công nghệ khác nhau. Xuất phát từ ý tưởng của FGM, mô hình phân bố cơ tính biến thiên (FG) của CNT đầu tiên được đề xuất bởi Shen [119]. Sau đó, một loạt các nghiên cứu về ứng xử cơ nhiệt của dầm, tấm và vỏ FG-CNTRC đã được tiến hành nghiên cứu. 1.1.3. Ứng dụng vật liệu Nanocomposite trong xây dựng Hình 1.1. Ứng dụng vật liệu composite tiên tiến cho các công trình xây dựng [62, 94, 103, 110] 1.2. Vật liệu FG-CNTRC, ổn định và sau mất ổn định và các nghiên cứu về ứng xử cơ nhiệt của kết cấu FG-CNTRC 1.2.1. Quy luật phân bố và các đặc trưng cơ tính của vật liệu FG-CNTRC Theo quy tắc hỗn hợp, mô đun trượt và mô đun Young hiệu dụng có thể được biểu thị bằng [119-129] 2 3 11 1 11 22 22 12 12 , , , CNT m CNT m CNT m CNT m CNT m CNT m V V V V E V E V E E E E G G G          (1.1)3 Các hệ số giãn nở nhiệt theo hướng đặt của CNT và hướng trực giao có thể được biểu thị bằng [119-129]     11 11 22 12 22 12 11 1 1                  , , CNT m CNT m CNT CNT m m CNT m V V V V (1.5) Hệ số Poisson được xác định như sau [119-129]      12 12 V V CNT m * CNT m, (1.6) Vật liệu nền được lựa chọn là Poly (methyl methacrylate) (PMMA). Các tính chất phụ thuộc nhiệt độ được giả thiết   m 0 34 . ,      m 45 1 0 0005 10  . /K T  6 , và E T GPa m   3 52 0 0034 . .  . 1.2.3. Các nghiên cứu về ứng xử cơ nhiệt của tấm và vỏ FGM và FGCNTRC 1.2.3.1. Kết cấu tấm và vỏ FGM Nhiều tác giả quốc tế đã nghiên cứu đến tấm và vỏ FGM như Shen và Wang [125], Chen và ccs [20], Huang và Han [53-55], Sofiyev và Schnack [131], các tác giả Việt Nam [7, 13, 28, 29, 89, 142, 145]. 1.2.3.2. Kết cấu tấm vỏ FGM có sườn tăng cứng Đào Huy Bích và các cộng sự [11], Najafizadeh và các cộng sự [98]. 1.2.2.3. Kết cấu tấm và vỏ FG-CNTRC Các tác giả quốc tế đã phân tích các kết cấu tấm và vỏ FG-CNTRC như Shen và ccs [119-124, 126-129, 149], Kiani và ccs [61, 63, 64, 65, 66, 67, 95, 96, Lei và các cộng sự [74, 75, 76], Liew và các cộng sự [87], Sofiyev và các cộng sự [133-135], các tác giả Việt Nam [25, 30-41, 8, 92, 51, 52, 143, 144…]. 1.2.3.4. Kết cấu Auxetic Các công trình nghiên cứu tiêu biểu về kết cấu Auxetic trong và ngoài nước: Zhu và các cộng sự [158]. Nguyễn Văn Quyền và các cộng sự [109]. Phạm Hoàng Anh và các cộng sự [9] Lê Ngọc Lý và các cộng sự [92] Lan và các cộng sự [71] Li và các cộng sự [79-82] 1.3. Tiềm năng ứng dụng của các kết cấu dạng tấm vỏ FG-CNTRC trong các kết cấu công trình Với những đặc điểm vượt trội của FG-CNTRC so với các vật liệu kim loại và composite truyền thống, có tiềm năng lớn để áp dụng trong nhiều4 cấu kiện công trình và nhất là các công trình đặc biệt khi những yêu cầu đặc biệt khắt khe về khả năng chịu lực, độ bền và độ tin cậy. Một số ứng dụng tiềm năng có thể nhận thấy như đường ống vận chuyển nước, vận chuyển khí nén áp suất cao và các cấu kiện dạng trụ ống trong các công trình biển và các kết cấu công trình đặc biệt khác…. 1.4. Những kết quả đã đạt được trong nước và quốc tế và những vấn đề cần tiếp tục nghiên cứu 1.4.1. Những kết quả đã đạt được trong nước và quốc tế 1) Đã tiến hành phân tích tương đối toàn diện các vấn đề về ổn định tĩnh tuyến tính và phi tuyến các kết cấu tấm và vỏ FG-CNTRC 2) Đã khảo sát tương đối toàn diện bài toán ổn định động và dao động tuyến tính và phi tuyến của một số kết cấu FG-CNTRC 3) Kết cấu tấm vỏ FG-CNTRC có sườn tăng cứng vẫn còn rất hạn chế. 4) Các nghiên cứu về kết cấu tấm vỏ FG-CNTRC có lõi Auxetic cũng chưa được đề cập đến nhiều trong các nghiên cứu. 1.4.2. Những vấn đề cần tiếp tục nghiên cứu 1) Kỹ thuật san tác dụng cải tiến cho sườn FG-CNTRC cần phát triển. 2) Nghiên cứu về ổn định và sau mất ổn định phi tuyến của kết cấu tấm FG-CNTRC có sườn tăng cứng FG-CNTRC trong môi trường nhiệt. 3) Nghiên cứu về ổn định và sau mất ổn định của kết cấu vỏ trụ FGCNTRC có sườn tăng cứng chịu các dạng tải trọng khác nhau. 4) Nghiên cứu về ổn định và sau mất ổn định phi tuyến của kết cấu vỏ trụ FG-CNTRC có lõi Auxetic. Chương 2. ỔN ĐỊNH PHI TUYẾN CỦA KẾT CẤU CÔNG TRÌNH DẠNG VỎ TRỤ FG-CNTRC TĂNG CỨNG BẰNG SƯỜN FG-CNTRC CHỊU ÁP LỰC NGOÀI HOẶC NÉN DỌC TRỤC TRONG MÔI TRƯỜNG NHIỆT Chương này đề xuất một phương án thiết kế sườn làm bằng vật liệu FGCNTRC cho kết cấu vỏ trụ FG-CNTRC. Kỹ thuật san tác dụng sườn cải tiến dành cho sườn FG-CNTRC được phát triển dựa trên lý thuyết dầm dị hướng kết hợp với ý tưởng san tác dụng sườn cổ điển của Lekhniskii. Các phương trình chủ đạo được thiết lập dựa trên lý thuyết vỏ Donnell trong đó có kể đến tính phi tuyến hình học von Kármán và mô hình nền đàn hồi5 Pasternak. Phương pháp Galerkin được áp dụng để thu được hệ phương trình cân bằng dưới dạng đại số phi tuyến 2.1. Vỏ trụ FG-CNTRC có sườn tăng cứng FG-CNTRC và các phương trình chủ đạo Vỏ trụ FG-CNTRC trong luận án này được nghiên cứu có hệ tọa độ Oxyz đặt ở mặt trung bình của vỏ như trong Hình 2.1. Vỏ chịu tải áp lực ngoài q phân bố đều trên bề mặt vỏ hoặc tải nén dọc trục p phân bố đều trên hai cạnh và được bao quanh bởi nền đàn hồi Pasternak hai hệ số. Ngoài ra, vỏ trụ FG-CNTRC được tăng cứng bằng các sườn FGCNTRC theo hướng vòng hoặc theo hướng dọc ở mặt trong của vỏ. Biểu thức lực giãn N N N x y xy , , và mô men M M M x y xy , , của vỏ trụ FG-CNTRC có sườn có thể thu được bằng cách tính tổng độ cứng của vỏ và sườn, dạng tổng quát được biểu diễn dưới dạng 0 0 1 11 12 11 12 0 12 22 12 22 1 2 66 66 2 11 12 11 12 2 12 22 12 22 2 66 66 2 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 2                                                                                  x T y x x y xy y xy x y xy N A A B B N A A B B N A B w M B B D D x M B B D D w M B D y w x y 2 2 0 0                       , T T x T y (2.8) Các thành phần độ cứng của vỏ có sườn dọc nhận được như sau  A B D A B D A B D 11 11 11 11 11 11 11 11 11 , , , , , , ,     sh sh sh stff L stff L stff L       (2.9)     22 12 66 22 12 66 22 12 66 22 12 66 22 12 66 22 12 66 , , , , , , , , , , , , , , , , , , sh sh sh sh sh sh sh sh sh A A A B B B D D D  A A A B B B D D D (2.10) Độ cứng của các sườn dọc A B D 11 11 11 stff L stff L stff L    , , được tính toán6 11 11 11 11 11 11 11 11 1 22 22 12 12 12 12 66 66 12 12 22 22 12 12 66 66 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 ˆ ˆ ˆ ˆ ˆ ˆ ˆ ˆ ˆ ˆ ˆ ˆ ˆ ˆ ˆ ˆ ˆ ˆ ˆ ˆ stff L stff L L L stff L stff L L L L L L L L L L L L L L L L L L L A B A B B D B D A B A B A B A B B D B D B D B D                                                    ,  (2.14) với L là miền tích phân theo chiều cao của các sườn. Thành phần nội lực nhiệt của kết cấu vỏ có sườn L có thể được xác định như sau 1 1 1 1 1 , , sh stff sh         x x x y y (2.18) và đối với sườn L được trình bày bởi 1 11 11 12 22   , L L stff stff x L stff b Q Q Tdz d         (2.21) Hình 2.1. Các thông số hình học và hệ tọa độ của vỏ trụ FG-CNTRC được tăng cứng bằng sườn FG-CNTRC có nền đàn hồi bao quanh Phương trình tương thích biến dạng có thể thu được trực tiếp từ phương trình (2.7), như sau 2 0 2 0 2 0 2 2 2 2 2 2 2 2 2 1 x y xy w w w w 0. y x x y R x x y x y                          (2.22) Hệ phương trình cân bằng theo lý thuyết vỏ Donnell phi tuyến [3]7 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 1 2 0 0 2 2 , , , x xy xy y x xy y y x xy y N N N N x y x y M M M N x x y y R w w w w w N N N q K w K x x y y x y                                                (2.23) Phương trình thứ ba của phương trình (2.23) có thể được viết lại bằng cách thế các phương trình (2.8) và (2.24) vào phương trình này, dẫn đến     4 4 4 11 12 21 66 22 4 2 2 4 4 4 4 2 2 21 11 22 66 12 4 2 2 4 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 1 2 4 2 1 2 0 * * * * * * * * * * . w w w D D D D D x x y y w B B B B B x x y y y x w w w w q K w K x y x y x y R x x y                                                                    (2.25) Phương trình tương thích biến dạng (2.22), kết hợp với các phương trình (2.8) và (2.24) trở thành     4 4 4 4 4 11 66 12 22 21 12 4 2 2 4 4 4 2 4 2 2 2 2 11 22 66 2 2 2 2 2 2 1 2 0 * * * * * * * * * , w w A A A A B B x x y y x y w w w w w B B B x y x y x y R x                                             (2.26) 2.2. Điều kiện biên và phương pháp giải Độ võng của vỏ thỏa mãn điều kiện biên (2.27) theo nghĩa gần đúng được chọn ở dạng ba số hạng như sau [53, 54] 2 0 1 2   w       sin sin sin , m x ny m x L R L (2.28) Thế biểu thức (2.28) vào phương trình (2.26), dạng hàm ứng suất được xác định bởi 1 2 2 2 0 3 4 2 2 3 2 2 cos cos sin sin sin sin , y m x ny Q Q L R m x ny m x ny phy hx Q Q L R L R            (2.29)8 Thế các biểu thức (2.28) và (2.29) vào phương trình (2.25). Sau đó, phương pháp Galerkin được áp dụng cho ba thành phần độ võng dẫn đến 0 1 2 0  2  2       , yh K q R (2.31)     2 4 4 4 4 4 3 4 4 4 2 1 1 1 2 4 22 11 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 4 21 0 2 2 2 1 2 1 11 2 2 2 2 4 2 2 1 1 1 2 1 1 1 16 16 2 4 4 0 * * * * , y B m n L L D f m n A A A R R A E Bm n L n L L R B m hn L AR A R R Ln m L hp L K L K m R                                                                             (2.32) 4 2 2 2 2 2 2 21 1 2 2 2 11 4 4 2 2 2 2 21 11 21 2 2 2 11 2 2 2 2 2 1 4 16 2 1 4 4 4 4 1 1 1 2                                                                                                          * * * * * * m m n L B m n B L R L A m R A L R m m m L R B m D B L L R L A m mn m n R A 2 1 2 2 2 0 2 1 2 0 2 2 3 0 4                                        . y E h m m q ph K K R L L (2.33) Điều kiện chu vi kín được thêm vào theo nghĩa trung bình [53-55] 2 0 0 0      . R L v dxdy y (2.34) 2.2.1. Phân tích ổn định phi tuyến của vỏ trụ FG-CNTRC có sườn FGCNTRC chịu áp lực ngoài p  0 Thế 0y trong biểu thức (2.31) vào các phương trình (2.32), (2.33) và (2.35), và cho p  0 dạng phương trình cân bằng mới thu được là 32 34 33 2 0 1 2 31 31 31 1 2 2 2 2        , J J J q J J J (2.36) 2 2 J J J J J J q 11 12 0 13 1 14 2 15 2 16           0, (2.37)9 2 23 2 1 21 22 2       , J J J (2.38) Thế 2   0 1 , từ phương trình (2.36) và (2.38) vào phương trình (2.37)   12 34 12 23 32 12 11 14 2 31 31 21 22 2 2 23 2 31 15 2 13 21 22 2 31 16 12 33 2 2 2 2 2                                     . J J J J J J q J J J J J J J J J J J J J J J J (2.39) Độ võng lớn nhất thu được là   1 2 33 34 32 23 2 23 2 2 max 2 2 2 2 31 31 31 21 22 2 21 22 2                    . J J J J J W q J J J J J J J (2.42) 2.2.2. Phân tích ổn định phi tuyến của vỏ trụ FG-CNTRC có sườn FGCNTRC chịu nén dọc trục q  0 Thế ứng suất trung bình theo hướng vòng 0y trong (2.31) vào các phương trình (2.32), (2.33) và (2.35), và cho q  0, nhận được 32 35 34 2 0 1 2 31 31 31 1 2 2 2 2        , J J J p J J J (2.43) 2 2 J J J J J J p 11 12 0 13 1 14 2 15 2 17           0, (2.44) 2 24 2 23 2 1 21 22 2        , J p J J J (2.45) Thế 0 và 12 từ các phương trình (2.43) và (2.45) vào phương trình (2.44), liên hệ của p và 2 xác định được như sau 34 32 23 2 2 11 14 2 12 2 12 15 2 12 13 31 21 22 2 1 13 23 2 32 13 24 2 35 24 2 12 17 12 21 22 2 31 21 22 2 21 22 2 31 1 2 2 2 2 2                                     . J J J p J J J J J J J J J J J J J J J J J J J J J J J J J J J J (2.46) Thế các phương trình (2.43) và (2.45) vào biểu thức (2.41), độ võng lớn nhất của vỏ có thể viết lại thành 32 24 2 23 2 35 34 24 2 23 2 2 31 21 22 2 31 31 21 22 2 W max 2 2 2 2 . J J p J J p J J p J J J J J J J J                 (2.48)10 Độ co của cạnh x theo nghĩa trung bình được xác định   12 1 2 2 32 24 2 23 2 35 22 12 1 31 21 22 2 31 2 2 2 34 24 2 23 2 2 22 1 12 1 31 21 22 2 2 2 2 2 1 + 2 4 8 * * * * * . x T T x y A RK J J p J J p A ph A RK J J J J J J p J m m A A J L L J J                                              (2.50) 2.4. Ứng dụng kết quả lý thuyết vào phân tích ổn định phi tuyến kết cấu công trình dạng vỏ trụ FG-CNTRC có sườn FG-CNTRC chịu áp lực ngoài Hình 2.5. Ảnh hưởng của hướng sườn đến đường cong sau mất ổn định của vỏ trụ C-FG-CNTRC Hình 2.9. Ảnh hưởng của quy luật phân bố CNT đến đường cong sau mất ổn định của vỏ trụ C-FG-CNTRC 2.5. Ứng dụng kết quả lý thuyết vào phân tích ổn định phi tuyến kết cấu công trình dạng vỏ trụ FG-CNTRC có sườn FG-CNTRC chịu nén dọc trục Hình 2.12. Ảnh hưởng của hướng sườn FG-CNTRC đến đường cong sau mất ổn định p W h  max của vỏ L-FG-CNTRC Hình 2.22. Ảnh hưởng của tỷ phần thể tích CNT đến đường cong sau mất ổn định p W h  max của vỏ CFG-CNTRC11 2.6. Kết luận chương 2 Từ những kết quả khảo sát số, những nhận xét nổi bật đạt được như sau 1. Các sườn FG-CNTRC ảnh hưởng đáng kể đến tải áp lực ngoài mất ổn định tới hạn và khả năng chịu tải sau mất ổn định của vỏ. Giá trị lớn nhất của tải áp lực ngoài mất ổn định tới hạn đạt được với vỏ FG-V CC. 2. Không quan sát thấy hiện tượng snap-through đối với vỏ trụ L-FGCNTRC trong tất cả các khảo sát số. 3. Các thông số hình học, nhiệt độ môi trường, nền đàn hồi, tỷ phần thể tích CNT trong vỏ ảnh hưởng đáng kể đến ứng xử ổn định của vỏ. 4. Các sườn FG-CNTRC cải thiện đáng kể tải nén dọc trục tới hạn và khả năng chịu tải sau mất ổn định của vỏ trụ FG-CNTRC. 5. Các thiết kế về quy luật phân bố CNT của vỏ và sườn có ảnh hưởng đáng kể đến tác dụng của sườn FG-CNTRC. 6. Nền đàn hồi Pasternak, các thông số hình học, vật liệu và nhiệt độ môi trường có ảnh hưởng đáng kể đến ứng xử ổn định của vỏ. Chương 3. ỔN ĐỊNH PHI TUYẾN CỦA KẾT CẤU CÔNG TRÌNH DẠNG VỎ TRỤ FG-CNTRC CHỊU XOẮN TĂNG CỨNG BẰNG SƯỜN FG-CNTRC HOẶC LÕI AUXETIC Vỏ trụ FG-CNTRC tiếp tục được xem xét nhưng trong một trường hợp tải trọng phức tạp hơn, đó là tải trọng xoắn, với hai trường hợp vỏ trụ FGCNTRC có sườn và vỏ trụ FG-CNTRC sandwich lõi Auxetic. 3.1. Thiết kế vật liệu và kết cấu 3.1.1. Thiết kế vỏ trụ FG-CNTRC có sườn FG-CNTRC Vỏ trụ FG-CNTRC có sườn FG-CNTRC, các quy luật phân bố của CNT và hệ tọa độ được xem xét tương tự như mô hình trong chương 2. 3.1.2. Thiết kế vỏ trụ FG-CNTRC sandwich lõi Auxetic Vỏ trụ FG-CNTRC sandwich có lõi Auxetic chịu tải xoắn phân bố đều  được xem xét. Các thông số hình học của vỏ trụ, lõi Auxetic tổ ong và các lớp mặt FG-CNTRC được thể hiện trên Hình 3.1. Thay vì tính toán với kết cấu lõi tổ ong phức tạp, ta có thể phân tích ứng xử của lớp lõi như một lớp thuần nhất dị hướng với các hằng số đàn hồi được ước lượng như sau [150]12     3 2 1 11 3 2 2 2 1 1 2                 sin , cos tan sec E E Aux m (3.7)    3 2 22 2 2 1 2          , cos sin tan E E Aux m (3.8)   3 2 12 1 1 1 2       , cos G E Aux m (3.9)      2 2 1 12 2 2 2 2 1 2 1 1                     sin sin , sec tan cos Aux (3.10)      2 2 21 2 2 2 1    1          sin , tan sin Aux (3.11) Hình 3.1. Thiết kế của vỏ trụ FG-CNTRC có lõi Auxetic 3.2. Hệ phương trình cân bằng phi tuyến và hàm ứng suất Các biểu thức của các thành phần ma trận độ cứng và nội lực nhiệt được xác định13 A B D A B D A B D ij ij ij ij ij ij ij ij ij , , , , , , ,     CNTRC CNTRC CNTRC Aux Aux Aux    (3.12)         1 1 2 2 T T T T x y x y 0 0 , , (3.13) trong đó   1 1 1 2 6 2 2      , , , , , , , , , , out inn CNTRC CNTRC CNTRC ij ij ij CNTRC out CNTRC inn ij ij A B D Q z z dz Q z z dz i j          (3.14)  , , , , , , , ,  1 1 2 6 2    Aux Aux Aux Aux Aux A B D Q z z dz i j ij ij ij ij     (3.15) với out và inn là miền chiều dày của lớp CNTRC mặt ngoài và mặt trong của vỏ, Aux là miền chiều dày của lớp lõi Auxetic. Hệ phương trình cân bằng của vỏ trụ theo lý thuyết vỏ Donnell và tính phi tuyến hình học của von-Karman 0       , Nx Nxy x y (3.16) 0       , N N xy y x y (3.17) 2 2 2 2 2 2 M2 2 2 2 x 2 2 0 M M N xy y y N N N x xy y w w w , x x y y R x x y y                      (3.18) 3.3. Dạng nghiệm độ võng và phương pháp Galerkin Dạng nghiệm ba số hạng của độ võng có thể được chọn dưới dạng sau [55] w w x y x y x x           , sin sin sin ,  0 1 2   2 (3.22) Biểu thức hàm ứng suất có thể được xác định bằng cách thế dạng độ võng trong phương trình (3.22) vào phương trình (3.20), sau một số phép toán nhận được 1 2   3 4 5 6 cos2 cos2 cos cos 3 3 cos cos , F x F y x F y x F y x F y x F y x hxy                                                                                   (3.23)14 Thế các phương trình (3.22) và (3.23) vào phương trình cân bằng (3.19), sau đó áp dụng phương pháp Galerkin, hệ phương trình cân bằng mới dưới dạng đại số thu được như sau 2 2 2 2 0            h N N N N 1 2 2 3 1 4 2 , (3.24) 2 2 N N N 5 2 6 1 7 1 2        0, (3.25) Các kết cấu vỏ tròn xoay kín như vỏ trụ chịu xoắn cũng phải thỏa mãn điều kiện chu vi kín dưới đây [55] 2 0 0 0       . R L v dxdy y (3.26) Thế các hệ thức (2.7), (2.8), và (2.24), có tính đến (3.22), vào phương trình (3.26), ta có 2 2 0            0 2 11 1 12 1 1 R A A R  * * T T y x  14 2 2 . (3.27) Khử 0 và 2 từ các phương trình (3.24), (3.25) và (3.27) và giải  theo 1, biểu thức liên hệ -1 nhận được như sau     2 2 2 2 6 1 6 1 2 2 2 2 1 3 1 4 5 7 1 5 7 1 1 2 2 2 2 2                                  . N N N N N N h N N N N (3.28) Khi   1 0, phương trình (3.28) dẫn đến 1 2 2 . upper N h      (3.29) Độ võng lớn nhất không thứ nguyên được viết lại theo biên độ độ võng tuyến tính của trạng thái sau mất ổn định, dẫn đến     2 2 2 1 1 11 1 12 1 6 1 2 5 7 1 2 8 4               * * max . T T R R A A y x N W W h h h h h N N (3.30) Góc xoắn được định nghĩa theo nghĩa trung bình như sau [55] 2 2 2 1 66 2 0 0 1 2 4                     * . R L u v n dxdy A h RL y x R (3.31) 3.5. Ứng dụng kết quả lý thuyết vào phân tích ổn định phi tuyến kết cấu công trình dạng vỏ trụ FG-CNTRC có sườn FG-CNTRC chịu xoắn15 Hình 3.6. Ảnh hưởng của hướng của sườn đến đường cong sau mất ổn định  W của vỏ trụ chịu xoắn C-FG-CNTRC Hình 3.14. Ảnh hưởng của nhiệt độ môi trường tới đường cong sau mất ổn định    của vỏ trụ FGCNTRC chịu xoắn 3.6. Ứng dụng kết quả lý thuyết vào phân tích ổn định phi tuyến kết cấu công trình dạng vỏ trụ FG-CNTRC lõi Auxetic chịu xoắn Hình 3.17. Đường cong sau mất ổn định xoắn  W với ba quy luật phân bố CNT của vỏ trụ sandwich lõi Auxetic Hình 3.26. Đường cong sau mất ổn định - với các thông số hình học khác nhau của vỏ trụ lõi Auxetic 3.7. Kết luận chương 3 Với bài toán vỏ trụ FG-CNTRC có sườn FG-CNTRC chịu xoắn: 1. Khả năng chịu tải xoắn của vỏ FG-CNTRC có sườn FG-CNTRC lớn hơn nhiều so với vỏ không sườn tương ứng. 2. Tác dụng lớn nhất của sườn đạt được trong trường hợp sườn vòng 3. Góc của đoạn thẳng trước mất ổn định    không đổi với các trường hợp vỏ có sườn và không sườn16 Với bài toán vỏ trụ FG-CNTRC sandwich lõi Auxetic: 1. Tải xoắn mất ổn định tới hạn của vỏ trụ L-FG-CNTRC nhỏ hơn nhiều so với vỏ trụ C-FG-CNTRC 2. Ảnh hưởng của các tính chất hình học của lõi Auxetic đến tải xoắn tới hạn của vỏ là không đáng kể 3. Độ dày của lõi Auxetic ảnh hưởng mạnh đến tải xoắn mất ổn định tới hạn và khả năng chịu tải sau mất ổn định của vỏ. Chương 4. ỔN ĐỊNH PHI TUYẾN CỦA BẢN TRỰC HƯỚNG DẠNG TẤM FG-CNTRC ĐƯỢC TĂNG CỨNG BẰNG SƯỜN FGCNTRC CHỊU TẢI TRỌNG KẾT HỢP THEO LÝ THUYẾT BIẾN DẠNG TRƯỢT BẬC CAO 4.1. Thiết kế của bản trực hướng dạng tấm FG-CNTRC được tăng cứng bằng sườn FG-CNTRC Xét các bản trực hướng dạng tấm chữ nhật FG-CNTRC được tăng cứng bằng sườn FG-CNTRC chịu nén Px và áp lực ngoài q trong môi trường nhiệt. Trong đó, CNT được gia cường vào một nền đẳng hướng theo phương dọc hoặc ngang tấm (Hình 4.1). Hình 4.1. Thiết kế sườn của tấm FG-CNTRC và các thông số hình học của tấm và sườn17 4.2. Xây dựng các phương trình chủ đạo Sử dụng HSDT và xét độ không hoàn hảo về hình dạng ban đầu của tấm với các thành phần phi tuyến hình học của von Kármán. Các biểu thức nội lực Ni và mômen Mi i x y xy  , ,  mômen bậc cao Ti của tấm FG-CNTRC có sườn được biểu diễn dưới dạng 11 12 11 12 11 12 12 22 12 22 12 22 66 66 66 11 12 11 12 11 12 12 22 12 22 12 22 66 66 66 11 12 11 12 11 12 12 22 12 22 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 x y xy x y xy x y xy N A A B B C C N A A B B C C N A B C M B B D D F F M B B D D F F M B D F T C C F F L L T C C F F T                                12 22 66 66 66 0 0 0 2 2 2 2 2 0 0 0 0 0 0 0 0 2 x y xy x y x y x y x y L L C F L x y y x w x x w y y w y x x y                                                                                                                                  1 1 0 2 2 0 4 4 0 , x y x y x y                                       (4.7)18 trong đó       , , , , , , , , , , , , , , , , ij ij ij ij ij ij P P P P P P ij ij ij ij ij ij ij ij ij ij ij ij A B D C F L   A B D C F L A B D C F L (4.8)   2 2 3 4 6 2 h 1, , , , , ( , , , , , ) , P P P P P P P ij ij ij ij ij ij ij h A B D C F L Q z z z z z dz    (4.9) và 11 11 11 11 11 11 11 11 11 11 11 11 11 11 11 11 11 11 12 12 12 12 12 12 12 12 12 22 0 0 0 0 0 0 0 0 0 stff stff stff stff stff stff stff stff stff stff stff stff stff stff stff stff stff stff st A B C A B C B D E B D F C E L C F L A B C B D F C F L A                                  1 22 22 12 12 12 66 26 66 66 22 22 22 12 1 66 66 66 22 22 66 22 66 66 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 ff stff stff stff stff stff stff stff stff stff stff stff stff stff stff stff stff stff stff stff stff stff stff B C A B C A B B C B D F B D B D F C F C L F L                     2 12 12 12 12 0 0 0 0 0 0 , stff stff stff stff stff F C F L                   (4.10) trong đó   1 1 2 6 2 3 4 6    , , , , , , , , , , , , , , , stff stff stff stff stff stff ij ij ij ij ij ij stff stff ij stff A B D C F L b Q z z z z z dz i j d         2 1 1 1 11 11 12 22 1 2 2 1 1 1 12 11 22 22 1 2                                 , , h xT x stff P P P P x stff x h h yT y stff P P P P y stff y h Q Q Tdz Q Q Tdz (4.11)19 với 1 11 11 12 22 1  0          xS stff stff stff stff y stff stff     , , stff b Q Q Tdz d đối với trường hợp tấm được tăng cứng bằng sườn theo phương x , 1 11 11 12 22 1   0          y stff stff stff stff stff x stff stff     , , stff b Q Q Tdz d đối với trường hợp tấm được tăng cứng bằng sườn theo phương y . Biểu thức của lực cắt và lực cắt bậc cao được tính như sau 44 44 55 55 66 66 77 77                                                        , x x y y x x y y w H H x Q w H H Q y S w H H S x w H H y (4.12) trong đó       44 55 66 77 44 55 66 77 44 55 66 77 , , , , , , , , , , P P P P H H H H H H H H H H H H   (4.13) và tấm được tăng cứng bằng sườn theo phương y của tấm 44 66 2 55 44 44 2 4 77 44 44 0 0 3 3 , , , , stff stff stff stff stff stff stff stff H H b H Q dz Q z dz d b H Q z dz Q z dz d                             (4.17) với  là miền tích phân theo chiều cao của các sườn. Hệ phương trình cân bằng của tấm FG-CNTRC có sườn không hoàn hảo theo HSDT được viết như sau [102]20 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 3 1 2 3 0 0 3 2 2 0 , , , , x xy xy y x x x y y xy y xy xy x xy y x N N N N x y x y Q S T Q S T T T x y x y x x y y w w w w w w N N N x x x y x y y y q K w K w K w M x                                                                                                  3 0 3 0 , , xy xy x x x xy y xy y y y M T T S Q y x y M M T T S Q x y x y                                         (4.18) 4.3. Điều kiện biên và phương pháp giải Ba điều kiện biên được xem xét như sau: - Các tấm FG-CNTRC có sườn có bốn cạnh gối di động (FFFF) - Các tấm FG-CNTRC được có sườn với hai cạnh x x a   0, là gối di động và hai cạnh còn lại y y b   0, là gối cố định (FIFI) - Các tấm FG-CNTRC có sườn có bốn cạnh gối cố định (IIII) được xem xét: Dạng nghiệm của độ võng, độ không hoàn hảo và góc xoay của phương trình (4.24-4.26) được chọn ở dạng gần đúng như sau [2, 7, 8, 102]                  sin sin , sin sin , cos sin , sin cos , x x y y w W x y w h x y x y x y (4.27) Bằng cách thế dạng nghiệm (4.27) vào phương trình (4.23), sau một số phép toán, hàm ứng suất có thể nhận được là 2 2 1 2 3 0 0 1 1 2 2 2 2 f f x f y f x y N y N x          cos cos sin sin x y , (4.28) Thế các hệ thức (4.27) và (4.28) vào các phương trình (4.24-4.26), và áp dụng phương pháp Galerkin, ta được các phương trình cân bằng dưới dạng phương trình đại số phi tuyến như sau21                   7 1 2 3 4 5 6 7 2 1 0 3 0 6 5 4 1 2 3 8 4 3 9 0 8 1 2 2 0 2 0 2 0                                             , , , x y y x x y x y x y y q y N y N h W y y y X X h W y h W W h W y h W W y X W h W y W y W z h W W z W z z z h W W z W z z (4.29) 4.4. Phân tích mất ổn định phi tuyến Bằng cách rút x và y từ hai phương trình sau của (4.29), và thay vào phương trình đầu của (4.29), liên hệ tải trọng và độ võng thu được   3 2 2 10 0 1 0 3 8 2 5 6 7 2 2 0                                                       , x y y q y h N y N y u h u h u h u W W W h h h W W W W W W W h h h h h h h h (4.30) Với các cạnh cố định, u  0 ở hai cạnh x  0, x a  và v  0 ở hai cạnh y  0, y b  . Điều kiện cố định theo nghĩa trung bình, được viết như sau [2, 7, 8, 102] 0 0   0  , b a u dxdy x (4.31) 0 0   0  . a b v dydx y (4.32) Các biểu thức của N N x y 0 0 , có thể được xác định từ các phương trình (4.31) và (4.32), bằng cách sử dụng các biểu thức (4.2), (4.7), (4.22) và (4.27), nhận được N p p p W h W p W x x y x 0 1 2 3 4 1         2  , (4.33) N p p p W h W p W y x y y 0 5 6 7 8 1         2  , (4.34) 4.4.1. Phân tích ổn định tấm FG-CNTRC có sườn FG-CNTRC chỉ chịu tác dụng của tải áp lực ngoài Thế các phương trình (4.33) và (4.34) vào phương trình (4.30), cho 0 Px  , để nhận được liên hệ giữa q và W như sau22 1 2 3 3 1 1 3 1 4 5 1 2 2 2 2 2 , x y W W W W W W W q h h h a h h h h W W W h q q q h h q q a a h a                                                         (4.35) 4.4.2. Phân tích ổn định tấm FG-CNTRC có sườn FG-CNTRC chịu tải áp lực ngoài và tải nén cạnh Trong trường hợp q  0, bốn cạnh là gối di động, hệ số   2 0 được áp dụng. Tải trọng nén dọc trục Px được xác định từ phương trình (4.37)   3 5 6 0 1 8 7 2 1 1 2 2 . x y h P h y W W W W e h h h h W h e e W W W W W h e h h h h                                                            (4.38) Xét điều kiện biên thứ hai, tấm có hai cạnh x a  0, là gối di động, hai cạnh y b  0, là gối cố định,   2 1 được sử dụng, nhận được   8 5 6 7 3 2 2 10 4 3 1 3 1 3 1 1 2 2 0. x y x W W W W e h h h h W W W W W e e h h h h W y q y h h h e e y y y z h h W W P h h y                                                                           (4.40) 4.6. Ứng dụng kết quả tính toán lý thuyết vào phân tích ổn định kết cấu bản trực hướng dạng tấm FG-CNTRC có sườn FG-CNTRC Bảng 4.2. Ảnh hưởng của hướng CNT, sườn và nhiệt độ môi trường đến tải nén dọc trục tới hạn Pxcr của tấm FG-CNTRC hoàn hảo (MPa, không nền đàn hồi, FFFF, UD) ΔT(K) Tấm X và Y không sườn Tấm X và sườn Y Tấm X và sườn X Tấm Y và sườn Y Tấm Y và sườn X 0 2.182 4.346 6.704 6.704 4.346 100 2.119 4.127 6.568 6.568 4.127 200 2.066 3.910 6.464 6.464 3.91023 Hình 4.3. Ảnh hưởng của hướng của sườn đến ứng xử sau mất ổn định P W h x  của tấm FG-CNTRC Hình 4.14. Ảnh hưởng của độ cứng nền phi tuyến đến đường cong sau mất ổn định P W h x  của tấm có sườn Hình 4.15. Ảnh hưởng của chiều cao sườn đến đường cong sau mất ổn định q W h  của tấm Hình 4.18. Ảnh hưởng của số lượng sườn đến đường cong sau mất ổn định P W h x  của tấm 4.7. Kết luận chương 4 Kết quả số đã chỉ ra một số điểm đáng chú ý như sau: 1. Các sườn FG-CNTRC làm tăng đáng kể tải nén dọc trục tới hạn và khả năng chịu tải sau mất ổn định của tấm. 2. Ảnh hưởng của sườn tăng cứng FG-CNTRC lên tải nén dọc trục tới hạn của tấm FG-V là lớn nhất 3. Độ cứng nền phi tuyến không ảnh hưởng đến giá trị tải nén dọc trục tới hạn của các tấm hoàn hảo 4. Các thông số hình học và nhiệt độ môi trường ảnh hưởng đáng kể đến tải nén dọc trục tới hạn và đường cong sau mất ổn định của tấm.24 KẾT LUẬN Luận án đã thu được một số kết quả mới sau đây: 1. Đã đề xuất phương án tăng cứng cho vỏ trụ và tấm FG-CNTRC bằng các hệ sườn FG-CNTRC, đề xuất các quy luật phân bố CNT cho sườn phù hợp với tấm và vỏ trụ FG-CNTRC. Đã phát triển các kỹ thuật san tác dụng sườn cải tiến dành cho hệ sườn FG-CNTRC. Đã đề xuất phương án tăng cứng cho kết cấu vỏ trụ FG-CNTRC có lõi Auxetic và các hàm quy luật phân bố CNT cho các lớp mặt. 2. Các phương trình chủ đạo của bài toán ổn định phi tuyến của kết cấu vỏ trụ FG-CNTRC có sườn FG-CNTRC và có lõi Auxetic trong môi trường nhiệt đã được thiết lập. Lựa chọn dạng nghiệm ba số hạng để mô phỏng ứng xử ổn định và sau mất ổn định của hai bài toán vỏ trụ chịu áp lực ngoài và nén dọc trục, và vỏ trụ chịu tải xoắn 3. Đã thiết lập các phương trình chủ đạo của bài toán ổn định phi tuyến của tấm FG-CNTRC có sườn FG-CNTRC trên nền đàn hồi phi tuyến. Lựa chọn dạng nghiệm và áp dụng phương pháp Galerkin để nhận được các biểu thức ứng xử ổn định của tấm. 4. Đã ứng dụng các kết quả lý thuyết vào phân tích một cách chi tiết các ảnh hưởng của thông số hình học, vật liệu… tới ứng xử ổn định và sau mất ổn định. Các kết quả có tiềm năng sử dụng trong thực tế thiết kế kỹ thuật công trình và làm cơ sở để xây dựng các tiêu chuẩn thiết kế kết cấu công trình dạng tấm và vỏ trụ FG-CNTRC trong tương lai. KIẾN NGHỊ VỀ NHỮNG NGHIÊN CỨU TIẾP THEO 1. Ổn định và động lực của tấm và vỏ FG-CNTRC có sườn tăng cứng FGCNTRC hoặc có lõi Auxetic chịu các tải nhiệt và cơ - nhiệt kết hợp. 2. Nghiên cứu phi tuyến ổn định và động lực của các kết cấu FG-CNTRC có sườn tăng cứng FG-CNTRC xiên bằng FSDT và HSDT. 3. Ổn định và động lực của vỏ nón, nón cụt, vỏ cầu nhẫn, panel nón, panel cầu nhẫn, vỏ tròn xoay FG-CNTRC … có xét đến các biện pháp tăng cứng. 4. Ổn định và động lực các loại vỏ có hình dạng phức tạp, điều kiện biên rời rạc… làm bằng FG-CNTRC có xét tới các biện pháp tăng cứng. 5. Nghiên cứu xây dựng các tiêu chuẩn thiết kế kết cấu dạng tấm vỏ FGCNTRC cho các công trình xây dựng.DANH MỤC CÔNG TRÌNH KHOA HỌC CỦA TÁC GIẢ LIÊN QUAN ĐẾN LUẬN ÁN Luận án đã công bố 05 bài báo trên các tạp chí quốc tế ISI (SCIE): 1. Dang Thuy Dong, Pham Thanh Hieu, Vu Minh Duc, Nguyen Thi Phuong, Nguyen Van Tien, Vu Hoai Nam. Nonlinear Buckling Analysis of Stiffened Carbon Nanotube-Reinforced Cylindrical Shells Subjected to External Pressure in Thermal Environment. Mechanics of Composite Materials 59, pp. 779–794 (2023). 2. Dang Thuy Dong, Vu Hoai Nam, Nguyen Thi Phuong, Le Ngoc Ly, Vu Minh Duc, Nguyen Van Tien, Tran Quang Minh, Vu Tho Hung, Pham Hong Quan. An analytical approach of nonlinear buckling behavior of longitudinally compressed carbon nanotube-reinforced (CNTR) cylindrical shells with CNTR stiffeners in thermal environment. ZAMM - Journal of Applied Mathematics and Mechanics 102, p. e202100228 (2022). 3. Nguyen Van Tien, Nguyen Thi Phuong, Vu Minh Duc, Tran Quang Minh, Dang Thuy Dong, Pham Hong Quan, Vu Hoai Nam, Le Ngoc Ly. Nonlinear Thermo-Mechanical Buckling of Torsion-Loaded Cylindrical Shells with Eccentric Stiffeners Made from CNT-Reinforced Composite. Iranian Journal of Science and Technology, Transactions of Mechanical Engineering 46, pp. 1107–1119 (2022). 4. Dang Thuy Dong, Nguyen Thi Phuong, Vu Hoai Nam, Nguyen Van Tien, Le Ngoc Ly, Vu Minh Duc, Tran Quang Minh, Vu Tho Hung, Nguyen Thi Huong Giang. An Analytical Approach for Nonlinear Buckling Analysis of Torsionally Loaded Sandwich Carbon Nanotube Reinforced Cylindrical Shells with Auxetic Core. Advances in Applied Mathematics and Mechanics 15 (2023), pp. 468-484. 5. Tran Quang Minh, Dang Thuy Dong, Vu Tho Hung, Cao Van Doan, Nguyen Van Tien, Pham Thanh Hieu. Geometrically Nonlinear Buckling of FG-CNTRC Plates Stiffened by FG-CNTRC Stiffeners Subjected to Combined Loads Using Nonlinear Reddy’s HSDT. International Journal of Structural Stability and Dynamics (2023). DOI: https://doi.org/10.1142/S0219455424501335 Description: Luận án bao gồm phần mở đầu, chương tổng quan và 3 chương chính, phần kết luận, danh mục các công trình khoa học của tác giả liên quan đến luận án và tài liệu tham khảo. Nội dung chính của luận án được trình bày như sau: - Chương 1 trình bày tổng quan vấn đề nghiên cứu về các vật liệu composite tiên tiến, tiềm năng ứng dụng của các vật liệu này trong kỹ thuật xây dựng công trình, và các nghiên cứu về kết cấu tấm vỏ làm bằng các loại vật liệu composite tiên tiến đã được tiến hành trong nước và trên thế giới.5 - Chương 2 nghiên cứu bài toán ổn định phi tuyến của kết cấu công trình dạng vỏ trụ FG-CNTRC có sườn FG-CNTRC chịu tải áp lực ngoài và nén dọc trục trong môi trường nhiệt có nền đàn hồi bao quanh. Trong đó kỹ thuật san tác dụng sườn cải tiến cho sườn FG-CNTRC được phát triển trong khuôn khổ lý thuyết vỏ Donnell. - Chương 3 nghiên cứu bài toán ổn định phi tuyến của kết cấu công trình dạng vỏ trụ FG-CNTRC có sườn FG-CNTRC hoặc có lõi Auxetic chịu tải xoắn. - Chương 4 nghiên cứu bài toán ổn định phi tuyến của bản trực hướng dạng tấm FG-CNTRC có sườn FG-CNTRC trong môi trường nhiệt đặt trên nền đàn hồi phi tuyến. Kỹ thuật san tác dụng sườn cải tiến cho sườn FG-CNTRC được phát triển trong khuôn khổ lý thuyết tấm biến dạng trượt bậc cao. Mon, 01 Jan 2024 00:00:00 GMT http://thuvien.utt.edu.vn:8080/jspui/handle/123456789/1788 2024-01-01T00:00:00Z http://thuvien.utt.edu.vn:8080/jspui/handle/123456789/1768 Title: Nghiên cứu bê tông nhựa mặt đường sử dụng sợi bazan phân tán trong điều kiện Việt Nam Authors: Phùng Bá, Nhân Abstract: BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ GIAO THÔNG VẬN TẢI TRƢỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ GIAO THÔNG VẬN TẢI ----------------------------------------------- PHÙNG BÁ NHÂN NGHIÊN CỨU BÊ TÔNG NHỰA MẶT ĐƢỜNG SỬ DỤNG SỢI BAZAN PHÂN TÁN TRONG ĐIỀU KIỆN VIỆT NAM Ngành : Kỹ thuật xây dựng công trình giao thông Mã số : 9580205 TÓM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT HÀ NỘI – 2024Công trình được hoàn thành tại: Trƣờng Đại học Công nghệ Giao thông Vận tải Người hướng dẫn khoa học: 1. TS. Lý Hải Bằng Trường Đại học Công nghệ Giao thông Vận tải 2. TS. Nguyễn Minh Khoa Trường Đại học Công nghệ Giao thông Vận tải Phản biện 1: GS.TSKH. Nguyễn Xuân Trục Phản biện 2: GS.TS. Bùi Xuân Cậy Phản biện 3: PGS.TS. Trần Thị Kim Đăng Luận án được bảo vệ trước Hội đồng chấm luận án cấp Trường họp tại Trường Đại học Công nghệ Giao thông Vận tải vào hồi 8h 30 ngày 28 tháng 3 năm 2024 Có thể tìm hiểu luận án tại thư viện: - Thƣ viện Quốc Gia Việt Nam - Thƣ viện Trƣờng Đại học Công nghệ GTVT1 MỞ ĐẦU I. Tính cấp thiết của đề tài Mặt đường bê tông nhựa (BTN) được sử dụng phổ biến trên thế giới và ở Việt Nam. Tại các dự án, các vị trí thông thường thì BTN chặt sử dụng nhựa thông thường không có phụ gia nhìn chung đáp ứng yêu cầu khai thác. Tuy nhiên, trong những điều kiện khắc nghiệt của môi trường ở Việt Nam hiện nay, trên các tuyến đường ô tô cấp cao có quy mô giao thông lớn thì hỗn hợp BTN không dùng phụ gia dễ xuất hiện các hư hỏng, tuổi thọ khai thác chưa đạt được như mong muốn như thiết kế. Nhằm nâng cao chất lượng mặt đường BTN, đã có nhiều giải pháp ở Việt Nam và trên thế giới được áp dụng như: Thay đổi thành phần cấp phối hỗn hợp, cải thiện chất lượng nhựa đường, cải thiện chất lượng hỗn hợp BTN bằng cách sử dụng thêm phụ gia,.... Sử dụng sợi gia cường là một trong những giải pháp để tăng cường một số đặc tính cơ lý của hỗn hợp BTN. Các loại sợi thường được sử dụng như: amiăng, carbon, aramid, sợi cellulose, polyester, polypropylene, sợi thép, sợi thủy tinh, sợi bazan… Sợi bazan là vật liệu có nguồn gốc từ tự nhiên. Sợi bazan có tính chất vượt trội so với sợi thủy tinh về độ cứng, khả năng chịu kéo rất cao, bền với hóa chất, nhiệt độ, thân thiện với môi trường. Sợi bazan được sử dụng làm vật liệu chống cháy trong ngành hàng không vũ trụ, ô tô, đồng thời, cũng được sử dụng làm vật liệu tổng hợp để sản xuất nhiều sản phẩm phổ biến khác. Về mặt giá thành, sợi bazan có giá tương đối hợp lý so với các loại sợi khác đang được sử dụng phổ biến trên thế giới như sợi thủy tinh, sợi cellulose, sợi carbon… Ở Việt Nam đã có một số tác giả nghiên cứu sử dụng sợi thủy tinh, sợi Forta FI, sợi cellulose… cho BTN, tuy nhiên chưa có nghiên cứu nào về việc sử dụng sợi bazan cho hỗn hợp BTN. Chính những căn cứ trên, lựa chọn đề tài: “Nghiên cứu bê tông nhựa mặt đường sử dụng sợi bazan phân tán trong điều kiện Việt Nam”, trong đó tập trung nghiên cứu ảnh hưởng của sợi bazan đến các tính chất cơ lý của hỗn hợp bê tông nhựa là cần thiết, có ý nghĩa khoa học và thực tiễn. II. Mục đích nghiên cứu  Nghiên cứu cơ chế liên kết và phân bố sợi bazan trong BTN, qua đó xác định hàm lượng nhựa tối ưu cho hỗn hợp BTN sử dụng sợi bazan;  Thiết kế hỗn hợp BTN sử dụng sợi bazan với các hàm lượng khác nhau, so sánh với bê tông nhựa đối chứng cùng thành phần thông qua các chỉ tiêu cơ lý của BTN;  Ứng dụng các thuật toán học máy (ML) để hỗ trợ thiết kế và dự báo một số tính chất cơ lý của BTN sử dụng sợi bazan;  Đề xuất KCAĐM của BTN sử dụng sợi bazan cho một số tuyến đường ô tô tại Việt Nam, kiểm toán với các phương pháp, tiêu chuẩn hiện hành, xác định sơ bộ chi phí và hướng chế tạo BTN sử dụng sợi bazan ngoài trạm trộn. III. Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu  Hỗn hợp bê tông nhựa với cỡ hạt lớn nhất danh định 12,5mm sử dụng sợi bazan các hàm lượng sợi khác nhau làm lớp mặt cho KCAĐM.2  Phân tích tổng quan tình hình sử dụng sợi gia cường và sợi bazan sử dụng cho hỗn hợp BTN ở Việt Nam và trên thế giới;  Nghiên cứu thí nghiệm trong phòng, xác định các chỉ tiêu kỹ thuật của hỗn BTN sử dụng sợi bazan với các hàm lượng sợi khác nhau và hỗn hợp BTN đối chứng;  Phạm vi nghiên cứu chỉ dừng ở nghiên cứu với: BTN 12,5 mm, nhựa đường 60/70; sợi bazan có nguồn gốc tự nhiên của Trung Quốc có đường kính 12 µm, chiều dài 12mm. IV. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài nghiên cứu – Phân tích, làm rõ cơ sở khoa học việc sử dụng cốt sợi bazan phân tán trong hỗn hợp BTN, và phân tích được cơ chế liên kết giữa sợi bazan và nhựa đường; – Phân tích thành phần và cấu trúc của hỗn hợp BTN sử dụng cốt sợi bazan phân tán, qua đó nêu bật được ưu nhược điểm thông qua các chỉ tiêu cơ lý và đưa ra phạm vi áp dụng của loại vật liệu mới này trong điều kiện Việt Nam; – Phân tích và đề xuất được KCAĐM của hỗn hợp BTN sử dụng sợi bazan thỏa mãn tất cả các đặc tính khai thác theo tiêu chuẩn hiện hành của Việt Nam. – Ứng dụng mô hình học máy xây dựng được công cụ dự báo nhanh một số đặc tính cơ lý của BTN sử dụng sợi bazan phân tán; – Xác định được các chỉ tiêu kỹ thuật của BTN sử dụng sợi bazan khi thiết kế KCMĐ theo tiêu chuẩn TCCS38:2022 và phương pháp cơ học – thực nghiệm (ME); – Đề xuất một số KCAĐ mềm cấp cao cho BTN sử dụng cốt sợi bazan phân tán trong điều kiện Việt Nam. CHƢƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ SỢI GIA CƢỜNG VÀ SỢI BAZAN SỬ DỤNG CHO HỖN HỢP BÊ TÔNG NHỰA 1.1. Bê tông nhựa có phụ gia dạng sợi làm lớp mặt đƣờng ô tô Sử dụng sợi gia cường là một trong những giải pháp để tăng cường một số đặc tính cơ lý của hỗn hợp BTN. Các loại sợi thường được sử dụng như: amiăng, carbon, aramid, sợi cellulose, polyester, polypropylene, sợi thép, sợi thủy tinh… Phương pháp này đã được nghiên cứu từ những năm 50 của thế kỷ trước và đã được sử dụng ở nhiều nước như Hoa Kỳ, Nhật Bản, Hàn Quốc, Trung Quốc …. Về cơ bản, sợi được thêm vào hỗn hợp BTN có hai vai trò chính: (i) Hạn chế khả năng chảy của nhựa đường trong hỗn hợp BTN (như hỗn hợp SMA, BTN cấp phối hở); (ii) Tăng khả năng chịu kéo khi uốn, tăng tuổi thọ mỏi dưới tác dụng của tải trọng trùng phục cũng như cải thiện đặc tính lún vệt bánh xe. 1.2. Sợi bazan dùng cho bê tông nhựa 1.2.1. Tổng quan về sợi bazan Sợi bazan là vật liệu có nguồn gốc từ tự nhiên. Sợi bazan có tính chất vượt trội so với sợi thủy tinh về độ cứng, khả năng chịu kéo rất cao, bền với hóa chất, nhiệt độ, thân thiện với môi trường. Sợi bazan được sử dụng làm vật liệu chống cháy trong ngành hàng không vũ trụ, ô tô, đồng thời, cũng được sử dụng làm vật liệu tổng hợp để sản3 Hình 1.2. Quy trình sản xuất sợi bazan. xuất nhiều sản phẩm phổ biến khác. Về mặt giá thành, sợi bazan có giá tương đối hợp lý so với các loại sợi khác đang được sử dụng phổ biến trên thế giới như sợi thủy tinh, sợi cellulose, sợi carbon… Được hình thành từ đá bazan núi lửa do đó sợi bazan có nhiều đặc tính có lợi. Bên cạnh có mô đun đàn hồi cao và chịu nhiệt độ cao, sợi bazan còn có tính cách âm và chống rung rất cao. Với nhiều đặc tính vượt trội thì việc nghiên cứu về ứng dụng sợi bazan được phát triển mạnh mẽ và là hướng nghiên cứu được nhiều nhà khoa học quan tâm 1.2.2. Tính chất của sợi bazan và các ứng dụng Các nghiên cứu đã chỉ ra rằng, khi so sánh tính chất của các sợi thương phẩm phổ biến, sợi bazan có tính chất vượt trội so với sợi thủy tinh về độ cứng, khả năng chịu kéo rất cao, bền với hóa chất, nhiệt độ, thân thiện với môi trường. Một số nghiên cứu đã có những đánh giá ảnh hưởng của chiều dài sợi và chất xơ sợi bazan trên tính chất cơ học của vật liệu composite chế tạo trên nền nhựa polyester. Kết quả các đặc tính của các vật liệu tổng hợp cho thấy chiều dài sợi là có ảnh hưởng đáng kể trên các tính chất cơ học của vật liệu composite và cũng như hàm lượng xơ 1.2.3. Các nghiên cứu thiết kế thành phần bê tông nhựa sử dụng sợi bazan Các đặc tính vật lý quan trọng cần xem xét khi phân tích sợi bazan là chiều dài, cường độ chịu kéo, mô đun đàn hồi, độ giãn dài khi đứt và nhiệt độ nóng chảy. Những đặc tính này có tác động trực tiếp đến hiệu suất chất kết dính và hỗn hợp BTN. Sự phân phối đồng nhất của sợi giống như một loại gia cường không định hướng có tác động đáng kể đến khả năng nâng cao chất lượng của hỗn hợp BTN. Hiện nay, các nhà nghiên cứu trên thế giới đã sử dụng ba phương pháp để thêm sợi bazan vào hỗn hợp BTN, đó là: trộn ướt, trộn khô và kết hợp cả trộn ướt và trộn khô.  Phương pháp trộn ướt: sử dụng máy trộn cắt tốc độ cao và sợi được trộn với chất kết dính trước khi trộn với cốt liệu.  Phương pháp trộn khô: sợi được trộn cùng cốt liệu trước, sau đó trộn với chất kết dính. Phương pháp trộn khô ưu việt và thông dụng hơn phương pháp trộn ướt vì không yêu cầu máy trộn cắt tốc độ cao. Hơn nữa, nhược điểm của sự kết tụ sợi trong phương pháp trộn khô là ít hơn so với phương pháp trộn ướt.  Phương pháp kết hợp trộn khô và trộn ướt: cốt liệu và chất kết dính được trộn với nhau trước, sau đó sợi được thêm vào. 1.3. Các nghiên cứu về bê tông nhựa sử dụng sợi bazan Các nghiên cứu thế giới cho thấy sợi bazan phân bố ngẫu nhiên trong không gian ba chiều của hỗn hợp BTN, sợi bazan giúp phân tán ứng suất và tránh ứng suất quá mức. Kết quả cho thấy sợi bazan đóng một vai trò "cầu nối" giúp cải thiện khả năng kháng nứt của hỗn hợp BTN, đồng thời làm chậm sự phát triển của các vết nứt.4 Ngoài ra, các chỉ tiêu cơ lý cơ bản của BTN khi sử dụng sợi bazan đã được đánh giá như các thông số Marshall, lún vệt bánh xe và độ ổn định động, sức kháng ẩm, mô đun đàn hồi. Tuy nhiên vẫn còn nhiều các chỉ tiêu quan trọng của BTN chưa được nghiên cứu. Hiện nay, tại Việt Nam chưa có công bố nào về BTN sử dụng sợi bazan. 1.4. Nghiên cứu sử dụng học máy dự báo các đặc trƣng bê tông nhựa Trong những năm gần đây, với sự phát triển mạnh mẽ của công nghệ 4.0, cùng với tính đơn giản, tự động, hiệu quả và ứng dụng cao, nhiều nghiên cứu đã tập trung vào việc sử dụng học máy (Machine learning - ML) dựa trên các kết quả thử nghiệm. Kỹ thuật này đang trở nên phổ biến và được sử dụng trong nhiều lĩnh vực đặc biệt là ngành xây dựng và giao thông vận tải. 1.5. Đánh giá các kết quả nghiên cứu trong và ngoài nƣớc Dựa vào các kết quả tổng hợp về các loại sợi gia cường và sợi bazan sử dụng cho hỗn hợp BTN ở Việt Nam và trên thế giới, có thể thấy rằng sử dụng sợi nói chung và sợi bazan nói riêng, giúp tăng cường một số đặc tính cơ lý của hỗn hợp BTN, đặc biệt là khả năng kháng LVBX và cải thiện DS. 1.6. Xác định các vấn đề nghiên cứu của luận án  Nghiên cứu nghiên cứu hình thái, phân bố sợi, cấu trúc BTN sử dụng sợi bazan với các hàm lượng sợi bazan.  Đề xuất quy trình chế tạo BTN sử dụng sợi bazan và nhựa đường 60/70 gốc dầu mỏ, xác định nhiệt độ trộn và đầm nén hỗn hợp BTN.  Nghiên cứu thực nghiệm các chỉ tiêu cơ lý của BTN sử dụng sợi bazan nhằm phục vụ cho thiết kế KCAĐ mềm theo TCCS 38:2022/TCĐBVN và phương pháp cơ học thực nghiệm. Qua đó đánh giá khả năng ứng dụng của vật liệu BTN sử dụng sợi bazan trong xây dựng mặt đường BTN.  Ứng dụng các thuật toán ML để xây dựng các công cụ dự báo nhanh và chính xác một số đặc tính cơ lý của BTN sử dụng sợi bazan. Điều này hữu ích cho các kỹ sư vật liệu, giúp tiết kiệm thời gian và chi phí trong các nghiên cứu về sau. 1.7. Phƣơng pháp nghiên cứu Luận án sử dụng tổng hợp các phương pháp nghiên cứu lý thuyết, thực nghiệm, xác suất thống kê, mô hình hóa, và học máy. CHƢƠNG 2. NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ, CHẾ TẠO HỖN HỢP BÊ TÔNG NHỰA SỬ DỤNG SỢI BAZAN VỚI TỶ LỆ HỢP LÝ Chương 2 của luận án tập trung vào nghiên cứu và phân tích về sợi bazan trong hỗn hợp BTN. Mục tiêu của chương này là xây dựng cơ sở lý thuyết và thực tiễn để hiểu rõ5 Hình 2.2. Đƣờng cong cấp phối thiết kế hỗn hợp BTN sau khi phối trộn. 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 0,075 0,75 7,5 Cận trên Cận dưới Thiết kế Hàm lượng lọt sàng (%) Cỡ sàng (mm) hơn về nguyên lý sợi bazan cải thiện tính chất của BTN, qua đó xây dựng chương trình thực nghiệm và xác định hàm lượng nhựa tối ưu cho hỗn hợp BTN sử dụng sợi bazan. 2.1. Xây dựng chƣơng trình thực nghiệm hỗn hợp bê tông nhựa sử dụng sợi bazan – Phương pháp thiết kế: Marshall; – Loại BTN: BTNC 12,5; – Cốt liệu: Lấy tại mỏ đá Sunway, Quốc Oai, Hà Nội; – Bột khoáng lấy từ mỏ đá Kiện Khê, Hà Nam; – Chất kết dính: Nhựa đường 60/70 do Công ty TNHH Nhựa đường Petrolimex - Việt Nam cung cấp; – Sợi: Sợi bazan được sử dụng trong nghiên cứu có nguồn gốc từ Trung Quốc, có màu nâu vàng, chiều dài sợi 12 mm; – Hàm lượng sợi được thêm vào hỗn hợp BTN trong quá trình trộn khô với hàm lượng thay đổi từ 0%; 0,1%; 0,2%; 0,3%; 0,4% và 0,5% theo khối lượng hỗn hợp; – Lựa chọn phương pháp trộn: trộn khô. Thời gian trộn sợi bazan và nhựa đường được chọn là 2 phút, dựa trên đa số kết quả thực nghiệm ở các nghiên trước đó sử dụng thời gian trộn trong khoảng 90 giây đến 2 phút; 2.2. Phân tích liên kết và phân bố sợi bazan trong hỗn hợp bê tông nhựa 2.2.1. Phương pháp nghiên cứu hình thái vật chất bằng kính hiển vi điện tử quét SEM Nghiên cứu sử dụng phương pháp nghiên cứu hình thái vật chất bằng kính hiển vi điện tử quét SEM để chụp ảnh, phân tích hình thái sợi bazan, sợi bazan đã trộn trong BTN; 2.2.2. Kết quả thí nghiệm phân tích hình thái SEM của các vật liệu 2.2.2.1. Liên kết và sự phân bố giữa sợi bazan và nhựa đường Hình 2.6. Liên kết giữa sợi bazan và chất kết dính. Hình 2.6. cho thấy không chỉ bề mặt sợi được phủ nhựa đường, sự kết dính giữa rễ các sợi bazan vào nhựa đường cũng rất tốt. Kết quả của hình ảnh SEM có thể được giải thích dựa trên ba lý thuyết, đó là lý thuyết về thẩm thấu bề mặt, lý thuyết về lớp chuyển6 tiếp và lý thuyết về liên kết hóa học. Với các lý thuyết này, việc bổ sung sợi bazan vào trong BTN, hiệu ứng giao thoa của các pha trong hỗn hợp nhựa đường về cơ bản đã thay đổi, giúp nâng cao hiệu suất vĩ mô của BTN. 2.2.2.2. Ảnh hưởng của hàm lượng sợi bazan trong hỗn hợp BTN a) Hỗn hợp không có sợi bazan b) Hỗn hợp 0,1% sợi bazan c) Hỗn hợp 0,2% sợi bazan d) Hỗn hợp 0,3% sợi bazan e) Hỗn hợp 0,4% sợi bazan f) Hỗn hợp 0,5% sợi bazan Hình 2.7. Phân bố của sợi bazan với các hàm lƣợng khác nhau a) Hỗn hợp 0,3% sợi bazan b) Hỗn hợp 0,4% sợi bazan c) Hỗn hợp 0,5% sợi bazan Hình 2.8. Liên kết giữa các sợi bazan với nhau trong hỗn hợp BTN Từ Hình 2.7 b, c có thể thấy, khi hàm lượng sợi bazan thấp (0,1%; 0,2%), trong hỗn hợp sợi được phân bố đều, tuy nhiên do hàm lượng sợi bazan ít, vì vậy chưa đủ để hình thành kết cấu mạng lưới không gian, liên kết giữa sợi với sợi kém. Khi hàm lượng sợi bazan đạt giá trị 0,3% và 0,4%, sợi bazan được phân bố đều trong hỗn hợp (Hình 2.7 d, e), sợi đan chéo dọc ngang, hình thành kết cấu mạng không gian (Hình 2.7 a, b). Mạng không gian được tạo ra giữa các sợi vừa có tác dụng phân tán tải trọng, vừa có khả7 năng khắc phục hiện tượng trượt trơn giữa các hạt, liên kết hỗn hợp thành một khối thống nhất, đồng thời làm chậm, và giảm tốc độ phát triển của vết nứt. Khi hàm lượng sợi lớn, đạt giá trị 0,5% (Hình 2.7 f, Hình 2.8 c), sợi sẽ phân bố không đều dẫn đến hiện tượng kết bó, tác dụng của sợi sẽ không được phát huy tối đa. 2.3. Ứng dụng học máy trong hỗ trợ thiết kế thành phần BTN sử dụng sợi bazan 2.3.1. Ứng dụng học máy trong dự báo tính chất cơ lý của vật liệu Nội dung phần này trình bày ứng dụng các thuật toán học máy (ML) để xây dựng mô hình dự báo MS và MF của BTN sử dụng sợi bazan. Để xây dựng tương quan giữa các thông số thí nghiệm với các chỉ tiêu dự báo, nghiên cứu này xây dựng hai bộ dữ liệu cho tham số MS và MF. Các dữ liệu được sử dụng cho quá trình đào tạo xác thực và kiểm chứng được thu thập từ các nghiên cứu đã công bố trên thế giới 2.3.2. Một số thuật toán và các kỹ thuật được sử dụng  Mô hình độ dốc tăng cường cấp cao Extreme Gradient Boosting;  Thuật toán tối ưu hóa Sailfish Optimizer;  Thuật toán tối ưu hóa Aquila Optimizer;  Kỹ thuật xác thực chéo;  Các chỉ tiêu đánh giá năng lực dự báo của mô hình: hệ số xác định (R2), căn của sai số toàn phương trung bình (RMSE), sai số tuyệt đối trung bình (MAE), và sai số phần trăm tuyệt đối trung bình (MAPE). 2.3.3. Quy trình xây dựng công cụ hỗ trợ thiết kế thành phần bê tông nhựa sử dụng sợi bazan Luận án nghiên cứu đưa ra công cụ hỗ trợ dự báo một số chỉ tiêu cơ lý của BTN sử dụng sợi bazan, bao gồm MS và MF. Quy trình được thực hiện thông qua các bước chính gồm:  Chuẩn bị cơ sở dữ liệu cho bài toán dự báo;  Xây dựng mô hình dự báo và tối ưu hoá siêu tham số của mô hình;  Đánh giá mô hình được tối ưu hoá và xác định mô hình tốt nhất;  Xây dựng công cụ hỗ trợ thiết kế thành phần BTN.  Chi tiết về các bước này được trình bày ở các bước tiếp theo. 2.3.4. Xây dựng cơ sở dữ liệu Cơ sở dữ liệu MS gồm 99 mẫu thí nghiệm, cơ sở dữ liệu MF gồm 59 mẫu thí nghiệm. Hai cơ sở dữ liệu có 10 thông số đầu vào, bao gồm: độ bền kéo sợi (X1), hàm lượng sợi (X2), chiều dài sợi (X3), đường kính sợi (X4), độ kim lún (X5), điểm hóa mềm (X6), hàm lượng chất kết dính (X7), cốt liệu 2,36 mm (X8), cốt liệu 4,75 mm (X9) và cốt liệu 9,5 mm (X10). Cần lưu ý rằng, ở đây, các đầu vào như X8, X9 và X10 biểu thị lượng cốt liệu (% trọng lượng) lọt qua các kích thước sàng khác nhau lần lượt là 2,36, 4,75, và 9,5 mm.8 2.3.5. Điều chỉnh siêu tham số của mô hình XGB Hai thuật toán AO và SFO được sử dụng để điều chỉnh siêu tham số của mô hình XGB. Trong thuật toán AO và SFO, các tham số quan trọng cần hiệu chỉnh là kích thước dân số (np) và số lần lặp để tìm kiếm tối ưu. 2.3.6. Kết quả xây dựng mô hình dự báo XGB cho MS và MF Hình 2.10. Phân tích hồi quy trong dự đoán MS dữ liệu đào tạo và kiểm chứng Hình 2.11. Phân tích hồi quy trong dự đoán MF dữ liệu đào tạo và kiểm chứng  Hình 2.10 cho thấy mối quan hệ giữa các giá trị MS thử nghiệm và các giá trị được tạo ra từ mô hình XGB_SFO_40. Mô hình XGB_SFO_40 có hiệu suất R = 0,998, RMSE = 0,189 kN, MAE = 0,036 kN và MAPE = 0,005 cho dữ liệu đào tạo. Đối với dữ liệu kiểm chứng, các giá trị này lần lượt là R = 0,976, RMSE = 0,451 kN, MAE = 0,367 kN và MAPE = 0,033. Có thể thấy khả năng dự đoán của mô hình XGB_SFO_40 đối với bài toán dự đoán MS của BTN sợi bazan là tốt.  Hình 2.11 hiển thị mối quan hệ giữa giá trị MF thực tế và giá trị MF dự đoán được đưa ra dưới dạng biểu đồ hồi quy. Mô hình XGB_SFO_30 đưa ra sai số R = 0,927, RMSE = 0,185 mm, MAE = 0,144 mm và MAPE = 0,043 cho dữ liệu đào tạo. Đối với dữ liệu kiểm chứng, các giá trị này lần lượt là R = 0,909, RMSE = 0,1572 mm, MAE = 0,125 mm và MAPE = 0,036. Với kết quả dự đoán như trên9 Hình 2.14. Biểu đồ tổng hợp độ ổn định Marshall (MS) của hỗn hợp BTN. của mô hình cho thấy, mô hình XGB_SFO_30 cho dự đoán MF của BTN sử dụng sợi bazan có khả năng dự đoán mạnh. 2.3.7. Xây dựng công cụ hỗ trợ thiết kế thành phần bê tông nhựa Phần này trình bày quá trình tối ưu hóa thiết kế thành phần BTN, mô hình XGB_SFO_40 được sử dụng để tìm ra các giá trị của các biến đầu vào (X1-X10) sao cho giá trị MS của hỗn hợp BTN sử dụng sợi bazan đạt giá trị cao nhất. Những xu thế được tìm ra ở 40 mẫu BTN sử dụng AIML là những chỉ dẫn tốt để tiến hành thực nghiệm trong luận án. Đáng chú ý, mô hình AIML được đề xuất không hề sử dụng dữ liệu thực nghiệm của NCS mà hoàn toàn được sử dụng dựa trên các công bố về BTN sử dụng sợi bazan thu thập được (Hình 2.12). Hình 2.12. 40 mẫu BTN đƣợc đề xuất bởi mô hình XGB_SFO_40 2.4. Xác định hàm lƣợng nhựa tối ƣu cho hỗn hợp bê tông nhựa sử dụng sợi bazan 2.4.1. Phân tích độ ổn định Marshall (MS) MS đạt giá trị cao nhất ở tất cả các hàm lượng nhựa đường khi sử dụng sợi bazan với hàm lượng 0,4%. Khi không sử dụng sợi bazan thì MS đạt giá trị thấp nhất khi sử dụng hàm lượng nhựa đường là 3,5%; 4,0%; 5,0% và 5,5%. Khi sử dụng sợi bazan với10 hàm lượng 0,5% thì MS đạt giá trị thấp nhất với hàm lượng nhựa đường sử dụng là 4,5%. 2.4.2. Phân tích độ dẻo Marshall (MF) Hình 2.16 là biểu đồ tổng hợp MF của hỗn hợp BTN theo hàm lượng nhựa đường và hàm lượng bazan. Tham khảo yêu cầu kỹ thuật theo QĐ 858 và TCVN 13567:2022, MF của hỗn hợp BTN nằm trong khoảng 1,5 đến 4,0 mm. Như vậy, ngoại trừ hỗn hợp BTN không sử dụng sợi bazan với hàm lượng nhựa đường 5,5%, thì tất cả các hỗn hợp BTN còn lại đều thỏa mãn yêu cầu kỹ thuật về MF. 2.4.3. Xác định hàm lượng chất kết dính tối ưu của hỗn hợp BTN với các hàm lượng sợi bazan khác nhau Các kết quả chi tiết thiết kế lựa chọn hàm lượng nhựa đường với các hàm lượng sợi: 0,0%; 0,1%; 0,2%; 0,3%; 0,4% và 0,5% được thể hiện ở Bảng 2.15. Hàm lƣợng nhựa tối ƣu tƣơng ứng với từng hàm lƣợng sợi. Hàm lƣợng/ Ký hiệu BTN_ Bazan 0.0 BTN_ Bazan 0,1 BTN_ Bazan 0,2 BTN_ Bazan 0,3 BTN_ Bazan 0,4 BTN_ Bazan 0,5 Hàm lượng sợi bazan (%) 0,0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 Hàm lượng nhựa tối ưu (%) 4,6 4,7 4,9 5,1 5,3 5,4 2.5. Kết luận chƣơng 2  Phương pháp trộn khô được lựa chọn để đưa sợi bazan vào hỗn hợp BTN, và đã xác định được đường cong cấp phối thiết kế hỗn hợp BTN sau khi phối trộn;  Dựa theo phân tích hình ảnh SEM, hàm lượng sợi bazan là 0,3% và 0,4% giúp sợi phân bố đều trong hỗn hợp BTN hơn so với các hàm lượng sợi còn lại;  Xây dựng được công cụ mô phỏng số cho hai chỉ tiêu MS và MF, qua đó sử dụng công cụ ML để mô phỏng tối ưu hóa thiết kế BTN sử dụng sợi bazan và tìm được các khoảng giá trị về hàm lượng cốt liệu, nhựa, sợi bazan cần được quan tâm khi tiến hành nghiên cứu thực nghiệm;  BTN sử dụng sợi bazan với hàm lượng 0,4% sẽ được sử dụng để tiến hành các thí nghiệm chỉ tiêu cơ lý ở các chương tiếp theo của LATS. Ngoài ra, các mẫu BTN với các hàm lượng sợi khác (0; 0,1%; 0,2%; 0,3%; 0,5%) cũng sẽ được sử dụng để đánh giá và so sánh các chỉ tiêu cơ lý. Hình 2.16. Biểu đồ tổng hợp độ dẻo Marshall của hỗn hợp BTN.11 Hình 3.4 Biểu đồ chiều sâu LVBX của các loại BTN sử dụng hàm lƣợng sợi bazan khác nhau. CHƢƠNG 3. NGHIÊN CỨU THÍ NGHIỆM XÁC ĐỊNH CÁC CHỈ TIÊU CƠ HỌC CỦA HỖN HỢP BÊ TÔNG NHỰA SỬ DỤNG SỢI BAZAN Chương 3 tiến hành lựa chọn các chỉ tiêu đánh giá hỗn hợp BTN sử dụng sợi bazan, sau đó tiến hành nghiên cứu thí nghiệm và đánh giá các kết quả thu được. 3.1. Lựa chọn các chỉ tiêu trong nghiên cứu Các chỉ tiêu đánh giá hỗn hợp BTN trong nghiên cứu được đề xuất dựa trên các đặc tính của hỗn hợp BTN, đồng thời phục vụ tính toán thiết kế kết cấu áo đường mềm theo TCCS 38:2022/TCĐBVN, gồm các chỉ tiêu sau: 1. Thí nghiệm đánh giá chiều sâu lún vệt bánh xe (LVBX); 2. Cường độ kéo uốn ở 15°C. 3. Thí nghiệm đánh giá khả năng kháng nứt của vật liệu BTN - theo tiêu chuẩn ASTM D8225-19 thông qua chỉ số CTIndex. 4. Mô đun đàn hồi tĩnh ở các nhiệt độ 15°C, 30°C, 60°C; 5. Thí nghiệm đánh giá mô đun đàn hồi động theo tiêu chuẩn AASHTO TP62; Tổng cộng 05 chỉ tiêu cơ học được thí nghiệm cho 06 loại BTN với hàm lượng sợi bazan khác nhau: 0,0% (đối chứng); 0,1%; 0,2%; 0,3%; 0,4% và 0,5%. 3.2. Thí nghiệm đánh giá lún vệt bánh xe Trong nghiên cứu này, việc đánh giá LVBX được thực hiện theo phương pháp A theo quyết định 1617/QĐ-BGTVT. Kết quả thu được là chiều sâu LVBX trong môi trường nước và điểm bong màng nhựa (nếu có). Kết quả thí nghiệm chiều sâu LVBX của BTN_60/70 và BTN sợi bazan được thể hiện chi tiết ở Hình 3.4. Kết quả thử nghiệm cho thấy, sau 15.000 lượt chạy trong môi trường nước ở 50oC, chiều sâu LVBX của tất cả 6 loại BTN đều nhỏ hơn giá trị cho phép (12,5 mm) theo yêu cầu của Quyết định số 1617/QĐ-BGTVT. BTN sử dụng sợi bazan với hàm lượng 0,4% có chiều sâu LVBX nhỏ nhất (3,67 mm), tiếp theo là BTN sử dụng sợi bazan với hàm lượng 0,3% (4,18 mm); BTN sử dụng sợi bazan với hàm lượng 0,5% (4,81 mm), BTN sử dụng sợi bazan với hàm lượng 0,2% (4,99 mm), BTN sử dụng sợi bazan với hàm lượng 0,1% (5,13 mm). Hỗn hợp BTN đối chứng không sử dụng sợi bazan có chiều sâu LVBX lớn nhất (5,83 mm), xem Hình 3.4. Như vậy, việc sử dụng sợi bazan cho BTN với hàm lượng sợi 0,1%, 0,2%, 0,3%, 0,4% và 0,5% có hiệu quả trong việc giảm chiều sâu LVBX, các giá trị giảm tương ứng là 12%; 14%; 28%; 37%; và 17% so với mẫu12 đối chứng. Kết quả thí nghiệm đã cho thấy khả năng kháng LVBX tốt của hỗn hợp BTN sử dụng sợi bazan so với hỗn hợp BTN thông thường không sử dụng sợi. 3.3. Thí nghiệm cƣờng độ kéo uốn Cường độ kéo uốn là thông số quan trọng thể hiện khả năng chịu lực của hỗn hợp BTN được sử dụng trong tính toán thiết kế kết cấu mặt đường mềm theo tiêu chuẩn TCCS 38:2022 và kết quả đảm bảo độ chụm theo tiêu chuẩn đánh giá. Kết quả thí nghiệm cường kéo uốn thể hiện ở Hình 3.7 cho thấy, so với BTN đối chứng không sử dụng sợi bazan, sử dụng sợi bazan đã cải thiện đáng kể cường độ kéo uốn của BTN. Khi sử dụng sợi bazan với hàm lượng 0,3%, cường độ kéo uốn đạt giá trị lớn nhất (10,19 MPa). BTN sử dụng sợi bazan với hàm lượng 0,4% có cường độ kéo uốn đạt giá trị lớn thứ hai (9,819MPa). BTN đối chứng không sử dụng sợi bazan, cường độ kéo uốn đạt giá trị nhỏ nhất (8,168 MPa). BTN sử dụng sợi bazan với hàm lượng tăng dần từ từ 0,1% lên 0,3% thì cường độ kéo uốn tăng dần, mức độ tăng so với BTN đối chứng lần lượt là 14%, 19% và 25%. Khi tiếp tục tăng hàm lượng sợi lên 0,4% và 0,5%, thì giá trị cường độ kéo uốn bắt đầu giảm, tuy nhiên vẫn tăng so với BTN đối chứng tương ứng là 20% và 15%. Có thể thấy, việc bổ sung sợi bazan đã làm tăng độ bền kéo uốn của hỗn hợp BTN. Sợi bazan giúp làm tăng tính linh hoạt của hỗn hợp nhựa đường, hoạt động như một chất gia cường và nâng cao khả năng chống nứt của hỗn hợp nhựa đường ở nhiệt độ thấp. Sợi bazan bám vào nhựa đường, giúp làm cứng các sợi, hiệu ứng làm cứng này đã tránh sự hình thành các vết nứt, hấp thụ một phần ứng suất và tăng khả năng chống lại các vết nứt của vật liệu ở nhiệt độ thấp. 3.4. Thí nghiệm đánh giá khả năng kháng nứt của hỗn hợp BTN Thí nghiệm đánh giá khả năng kháng nứt tiến hành theo tiêu chuẩn ASTM D8225-19. Kết quả chỉ số kháng nứt CTIndex thể hiện ở Hình 3.14 cho thấy cả 6 loại BTN trong nghiên cứu đều lớn hơn giá trị tối thiểu (CTIndex ≥ Hình 3.7. Kết quả thí nghiệm cƣờng độ kéo uốn của các loại BTN với hàm lƣợng sợi khác nhau. 8,17 9,32 9,74 10,19 9,82 9,38 0,00 2,00 4,00 6,00 8,00 10,00 12,00 Cường độ kéo uốn (MPa) Loại bê tông nhựa Hình 3.14. Kết quả thí nghiệm chỉ số kháng nứt CTIndex của các loại bê tông nhựa với hàm lƣợng sợi khác nhau.13 Hình 3.20. Mô đun đàn hồi tĩnh của 6 loại BTN. 80) của Bang Oklahoma đưa ra. So với BTN đối chứng không sử dụng sợi bazan, BTN sử dụng sợi bazan với hàm lượng từ 0,1% lên 0,4% có chỉ số CTIndex tăng cao hơn đáng kể, mức tăng tương ứng lần lượt với mức tăng hàm lượng sợi 0,1%, 0,2%, 0,3% và 0,4% là 8,29%; 21,13%; 64,78%; 90,97%. Chỉ số CTIndex đạt giá trị lớn nhất (309,20) là hỗn hợp BTN sử dụng sợi bazan với hàm lượng 0,4%. Tuy nhiên, khi hàm lượng sợi bazan sử dụng cho BTN lên đến 0,5% thì chỉ số CTIndex bắt đầu giảm chỉ còn 218,91. Điều này cho thấy tỷ lệ nhựa đường trong hỗn hợp BTN và tác dụng của sợi bazan đã ảnh hưởng lớn đến chỉ số kháng nứt CTIndex. Sử dụng sợi bazan giúp cải thiện đáng kể khả năng kháng nứt của BTN, BTN có chỉ số kháng nứt CTIndex đạt giá trị lớn nhất khi sử dụng hàm lượng sợi 0,4%. 3.5. Thí nghiệm xác định mô đun đàn hồi tĩnh Mô đun đàn hồi tĩnh (E tĩnh) được thí nghiệm theo mô hình thí nghiệm nén từ biến tĩnh và tham khảo theo phụ lục C của tiêu chuẩn TCCS 38:2022. Mẫu BTN được chế bị dạng hình trụ có đường kính và chiều cao bằng 100mm, chịu tác dụng của tải trọng dài hạn đáp ứng ứng suất nén trong mẫu BTN đạt mức 0,5 MPa. Thí nghiệm sử dụng thiết bị đầm xoay (Gyratory Testing machines) do hãng Daiwa Kenko, Nhật Bản sản xuất. Quá trình nén mẫu sử dụng thiết bị UTM do hãng Cooper, Vương quốc Anh sản xuất. Kết quả thí nghiệm mô đun đàn hồi tĩnh ở 15°C, 30°C và 60°C của 6 loại hỗn hợp được thể hiện ở Hình 3.20. Kết quả cho thấy, ở cả 3 mức nhiệt độ thí nghiệm 15°С, 30°С và 60°С, mô đun đàn hồi tĩnh của BTN sử dụng sợi bazan (ở tất cả 5 hàm lượng sợi) đều cao hơn mô đun đàn hồi tĩnh của BTN đối chứng (không sử dụng sợi bazan). Ở nhiệt độ 15°С, mô đun đàn hồi tĩnh của BTN sử dụng sợi bazan với hàm lượng 0,4% đạt giá trị lớn nhất (1.210,20 MPa), cao hơn so với BTN đối chứng là 57%. Tiếp theo là BTN sử dụng sợi bazan với hàm lượng 0,3%, 0,2%,0,5% và 0,1%. Ở nhiệt độ 30°С và 60°С, mô đun đàn hồi tĩnh của BTN sử dụng sợi bazan với hàm lượng 0,3% đạt giá trị lớn nhất (524,21 MPa và 284,83 MPa), cao hơn so với BTN đối chứng tương ứng là 54% và 22%. Sợi bazan có thể hấp thụ một số thành phần nhẹ của nhựa đường để cải thiện độ nhớt của nó, đồng thời sợi bazan phân bố ngẫu nhiên trong không gian ba chiều của hỗn hợp BTN, giúp phân tán ứng suất và tránh ứng suất quá mức. Vì vậy, mô đun đàn hồi tĩnh của BTN có thể được tăng cường khi bổ sung sợi bazan. Tuy nhiên, cần lưu ý sử dụng sợi bazan với hàm lượng hợp lý để có thể phát huy hiệu quả tốt nhất. Bởi vì khi sử dụng sợi bazan với hàm lượng cao, có thể dẫn đến hiện tượng sợi bị vón cục hoặc sự phân bố không đồng đều trong BTN14 3.6. Thí nghiệm đánh giá mô đun đàn hồi động Thí nghiệm mô đun đàn hồi động được thực hiện trong phòng thí nghiệm theo hướng dẫn của tiêu chuẩn AASHTO TP 62. Tất cả các mẫu được đặt trong buồng ổn định nhiệt để có thể duy trì nhiệt độ ổn định. Thử nghiệm được tiến hành trên thiết bị CRT NU-14 (của hãng Cooper - Anh sản xuất). Vùng nhiệt độ thí nghiệm nằm trong khoảng từ 10°C-60°C. Thí nghiệm |E*| cho các mẫu BTN sử dụng hàm lượng sợi bazan là 0%; 0,1%; 0,2%; 0,3%; 0,4%; 0,5% được tiến hành ở 6 mức tần số từ 0,1 Hz đến 10 Hz (0,1 Hz; 0,5 Hz; 1 Hz; 5 Hz; 10 Hz và 25 Hz) và 6 mức nhiệt độ từ 10°C-60°C (10°C, 20°C, 30°C, 40°C, 50°C, 60°C), đảm bảo mẫu được đầm sao cho đạt được độ rỗng dư Va = 7±0.5 %. Mức độ ảnh hưởng của tần số và nhiệt độ đến |E*| được thể hiện rõ ràng hơn ở Hình 3.25, Hình 3.26. Ở nhiệt độ 10°C và tần số 25 Hz, |E*| có giá trị lớn nhất đối với tất cả 6 loại hỗn hợp BTN; Ở nhiệt độ 60°C và tần số 0,1 Hz, |E*| có giá trị nhỏ nhất đối với tất cả 6 loại hỗn hợp BTN. Hình 3.25. Ảnh hƣởng của tần số đến |E*| của 6 loại BTN. 0 2000 4000 6000 8000 10000 12000 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 Mô đun đàn hồi động |E*| (MPa) Tần số (Hz) (a) BTN 0,0% basalt T=10°C T=20°C T=30°C T=40°C T=50°C T=60°C 0 2000 4000 6000 8000 10000 12000 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 Mô đun đàn hồi động |E*| (MPa) Tần số (Hz) (b) BTN 0,1% basalt T=10°C T=20°C T=30°C T=40°C T=50°C T=60°C 0 2000 4000 6000 8000 10000 12000 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 Mô đun đàn hồi động |E*| (MPa) Tần số (Hz) (c) BTN 0,2% bazan T=10°C T=20°C T=30°C T=40°C T=50°C T=60°C 0 2000 4000 6000 8000 10000 12000 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 Mô đun đàn hồi động |E*| (MPa) Tần số (Hz) (d) BTN 0,3% bazan T=10°C T=20°C T=30°C T=40°C T=50°C T=60°C 0 2000 4000 6000 8000 10000 12000 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 Mô đun đàn hồi động |E*| (MPa) Tần số (Hz) (e) BTN 0,4% bazan T=10°C T=20°C T=30°C T=40°C T=50°C T=60°C15 Hình 3.26. Ảnh hƣởng của nhiệt độ đến |E*| của 6 loại BTN. Sự thay đổi mô đun đàn hồi động của các hỗn hợp ứng với tần số và nhiệt độ được thể hiện ở Hình 3.27. Kết quả thí nghiệm ở tất cả các hỗn hợp cho thấy, |E*| đều giảm xuống khi nhiệt độ thí nghiệm tăng từ 10°C lên 60°C. 0 2000 4000 6000 8000 10000 10 20 30 40 50 60 Mô đun đàn hồi động |E*| (MPa) Nhiệt độ ( C) (a) Tần số = 0.1 Hz BTN_Bazan 0.0 BTN_Bazan 0.1 BTN_Bazan 0.2 BTN_Bazan 0.3 BTN_Bazan 0.4 BTN_Bazan 0.5 0 2000 4000 6000 8000 10000 10 20 30 40 50 60 Mô đun đàn hồi động |E*| (MPa) Nhiệt độ ( C) (b) Tần số = 0.5 Hz BTN_Bazan 0.0 BTN_Bazan 0.1 BTN_Bazan 0.2 BTN_Bazan 0.3 BTN_Bazan 0.4 BTN_Bazan 0.5 0 2000 4000 6000 8000 10000 10 20 30 40 50 60 Mô đun đàn hồi động |E*| (MPa) Nhiệt độ ( C) (c) Tần số = 1 Hz BTN_Bazan 0.0 BTN_Bazan 0.1 BTN_Bazan 0.2 BTN_Bazan 0.3 BTN_Bazan 0.4 BTN_Bazan 0.5 0 2000 4000 6000 8000 10000 10 20 30 40 50 60 Mô đun đàn hồi động |E*| (MPa) Nhiệt độ ( C) (d) Tần số = 5 Hz BTN_Bazan 0.0 BTN_Bazan 0.1 BTN_Bazan 0.2 BTN_Bazan 0.3 BTN_Bazan 0.4 BTN_Bazan 0.5 0 2000 4000 6000 8000 10000 10 20 30 40 50 60 Mô đun đàn hồi động |E*| (MPa) Nhiệt độ ( C) (e) Tần số = 10 Hz BTN_Bazan 0.0 BTN_Bazan 0.1 BTN_Bazan 0.2 BTN_Bazan 0.3 BTN_Bazan 0.4 BTN_Bazan 0.5 0 2000 4000 6000 8000 10000 10 20 30 40 50 60 Mô đun đàn hồi động |E*| (MPa) Nhiệt độ ( C) (f) Tần số = 25 Hz BTN_Bazan 0.0 BTN_Bazan 0.1 BTN_Bazan 0.2 BTN_Bazan 0.3 BTN_Bazan 0.4 BTN_Bazan 0.516 Hình 3.27. Mô đun đàn hồi động |E*| của các hỗn hợp BTN ứng với 6 tần số và 6 mức nhiệt độ. 3.6.1. Xây dựng đường cong chủ mô đun động Đường cong chủ |E*| là đường cong đặc trưng cho tính chất đàn nhớt của BTN trong một vùng rộng của tần số và nhiệt độ. Đường cong chủ được xây dựng từ quy tắc tương quan tần số - nhiệt độ. Để xây dựng đường cong chủ |E*|, các kết quả thí nghiệm được tập hợp để có dữ liệu về |E*| trong một dải nhiệt độ và tần số. Chọn nhiệt độ tham chiếu là 30°C. Các đường cong đẳng nhiệt tương ứng với nhiệt độ lớn hơn 30°C sẽ được dịch chuyển sang trái, trong khi các đường cong tương ứng với nhiệt độ thấp hơn 30°C sẽ được dịch chuyển sang phải bằng các hệ số dịch chuyển aT. Quá trình dịch chuyển này được lặp lại cho đến khi các đường cong hòa vào nhau tạo ra một đường cong trơn liên tục (xem Hình 3.29). 3.6.2. Mô hình hóa mô đun động Việc mô phỏng các số liệu thực nghiệm |E*| của BTN được thực hiện bởi mô hình 2S2P1D. Mô hình 2S2P1D là một mô hình tổng quát xây dựng dựa trên sự kết hợp các thành phần vật lý, bao gồm 2 lò xo (2 Springs), 2 thành phần hỗn hợp (2 Parabolic elements), và 1 thành phần nhớt (1 Dashpot). Mô hình sử dụng 7 thông số đầu vào để mô hình hóa đặc tính đàn nhớt tuyến tính của BTN được trình bày ở Bảng 3.17. Kết quả mô hình hóa đường cong chủ |E*| của BTN được thể hiện ở Hình 3.32. Hình 3.29. Đƣờng cong chủ |E*| của 6 loại BTN ở nhiệt độ tham chiếu 30 C. Hình 3.32. Mô hình hóa đƣờng cong chủ |E*| của BTN theo mô hình 2S2P1D. 5,E+02 5,E+03 1,E-05 1,E-03 1,E-01 1,E+01 1,E+03 1,E+05 Mô đun động (M Tần số (Hz) BTN_Bazan 0.0 BTN_Bazan 0.1 BTN_Bazan 0.2 BTN_Bazan 0.3 BTN_Bazan 0.4 BTN_Bazan 0.5 Tref =300C Đƣờng cong chủ |E*| của BTN 3,E+02 3,E+03 1,E-08 1,E-06 1,E-04 1,E-02 1,E+00 1,E+02 1,E+04 1,E+06 1,E+08 Mô đun động (MPa) Tần số (Hz) Master curve_BTN_Bazan 0.0 Master curve_BTN_Bazan 0.1 Master curve_BTN_Bazan 0.2 Master curve_BTN_Bazan 0.3 Master curve_BTN_Bazan 0.4 Master curve_BTN_Bazan 0.5 2S2P1D_BTN_Bazan 0.0 2S2P1D_BTN_Bazan 0.1 2S2P1D_BTN_Bazan 0.2 2S2P1D_BTN_Bazan 0.3 2S2P1D_BTN_Bazan 0.4 2S2P1D_BTN_Bazan 0.5 Tref =300C Mô hình hóa |E*| của bê tông nhựa theo mô hình 2S2P1D17 Bảng 3.17. Các thông số của mô hình 2S2P1D mô phỏng đƣờng cong chủ |E*|. Bảng 3.18. Đánh giá kết quả dự báo |E*| của BTN bằng mô hình 2S2P1D. Loại BTN E00 (MPa) E0 (MPa) k h  s  Loại BTN R2 Se/Sy Đánh giá BTN_ Bazan 0.0 400 14 600 0,280 0,35 9,25 0,63 2 100 BTN_Bazan 0.0 0,9875 0,129 Rất tốt BTN_ Bazan 0.1 420 16 000 0,260 0,41 6,90 0,45 2 800 BTN_Bazan 0.1 0,9621 0,223 Rất tốt BTN_ Bazan 0.2 490 16 500 0,240 0,51 7,85 0,45 3 050 BTN_Bazan 0.2 0,9773 0,173 Rất tốt BTN_ Bazan 0.3 520 17 000 0,239 0,58 8,27 0,55 3 200 BTN_Bazan 0.3 0,9770 0,1743 Rất tốt BTN_ Bazan 0.4 560 19 000 0,233 0,59 8,72 0,55 3 300 BTN_Bazan 0.4 0,9801 0,1621 Rất tốt BTN_ Bazan 0.5 500 16 600 0,238 0,57 8,21 0,55 3 100 BTN_Bazan 0.5 0,9726 0,1901 Rất tốt Để đánh giá sự phù hợp của mô hình 2S2P1D với kết quả thí nghiệm, nghiên cứu sử dụng phương pháp mức độ phù hợp (Goodness of Fit). Kết quả xác định hệ số xác định R2 và Se/Sy thể hiện ở Bảng 3.18. Từ kết quả bảng trên cho thấy, mô hình 2S2P1D phù hợp để mô phỏng đường cong chủ |E*| của BTN sử dụng sợi bazan và BTN đối chứng. 3.7. Kết luận chƣơng 3  BTN sử dụng sợi bazan có khả năng kháng LVBX trong môi trường nước tốt hơn so với hỗn hợp BTN thông thường không sử dụng sợi bazan. BTN sử dụng sợi bazan với hàm lượng 0,4% có chiều sâu LVBX nhỏ nhất (3,67 mm), hỗn hợp BTN đối chứng không sử dụng sợi bazan có chiều sâu LVBX lớn nhất (5,83 mm).  Cường độ kéo uốn của BTN khi sử dụng sợi bazan được cải thiện đáng kể. Khi sử dụng sợi bazan với hàm lượng 0,3%, cường độ kéo uốn đạt giá trị lớn nhất (10,19 MPa). BTN sử dụng sợi bazan với hàm lượng 0,4% có cường độ kéo uốn đạt giá trị lớn thứ hai (9,819MPa). BTN đối chứng không sử dụng sợi bazan, cường độ kéo uốn đạt giá trị nhỏ nhất (8,168 MPa).  Sử dụng sợi bazan giúp cải thiện khả năng kháng nứt của BTN ở tất cả các hàm lượng sợi từ 0,1% lên 0,5%. Chỉ số kháng nứt CTIndex đạt giá trị lớn nhất (309,20) khi sử dụng sợi bazan với hàm lượng 0,4%.  Mô đun đàn hồi tĩnh của BTN sử dụng sợi bazan ở tất cả 5 hàm lượng sợi và ở 3 mức nhiệt độ thí nghiệm 15°С, 30°С và 60°С đều cao hơn mô đun đàn hồi tĩnh của BTN đối chứng (không sử dụng sợi bazan). Ở nhiệt độ 15°С, mô đun đàn hồi tĩnh của BTN sử dụng sợi bazan với hàm lượng 0,4% đạt giá trị lớn nhất, cao hơn so với BTN đối chứng là 57%. Ở nhiệt độ 30°С và 60°С, mô đun đàn hồi tĩnh của BTN sử dụng sợi bazan với hàm lượng 0,3% đạt giá trị lớn nhất cao hơn so với BTN đối chứng tương ứng là 54% và 22%.  BTN sử dụng sợi bazan có mô đun đàn hồi |E*| cao hơn BTN đối chứng không sử dụng sợi bazan ở tất các các nhiệt độ và tần số. BTN sử dụng sợi bazan với hàm lượng 0,4% có mô đun đàn hồi |E*| cao nhất ở tất cả các nhiệt độ và tần số, tiếp18 theo đó là BTN sử dụng sợi bazan với hàm lượng từ 0,3%; 0,5%, 0,2%, 0,1%. BTN không sử dụng sợi bazan có mô đun đàn hồi |E*| thấp nhất.  Các đường cong chủ của |E*| ở nhiệt độ tham chiếu 30°C được xây dựng cho thấy |E*| của BTN sử dụng sợi bazan đều cao hơn BTN đối chứng không sử dụng sợi bazan ở các nhiệt độ và tần số khác nhau.  Mô hình 2S2P1D được xây dựng phù hợp để mô hình hóa |E*| của các loại BTN (sử dụng sợi bazan, BTN đối chứng) và dùng để xác định mộ đun động của BTN sử dụng sợi bazan ở nhiệt độ và tần số bất kỳ. Tổng hợp các kết quả nghiên cứu ở Chương 3 cho thấy, hỗn hợp BTN sử dụng sợi bazan có các tính chất cơ học tốt hỗn hợp BTN không sử dụng sợi bazan. Trong đó, BTN sử dụng 0,4% sợi bazan có nhiều đặc tính cơ học tốt hơn BTN thông thường và BTN sử dụng sợi bazan với hàm lượng 0,1%, 0,2%, 0,3%, 0,5%. Do vậy, BTN sử dụng sợi bazan với hàm lượng 0,4% được sử dụng để nghiên cứu ở chương tiếp theo. CHƢƠNG 4. NGHIÊN CỨU DỰ BÁO TÍNH CHẤT CƠ LÝ CỦA VẬT LIỆU THEO HỌC MÁY VÀ ỨNG DỤNG BÊ TÔNG NHỰA SỬ DỤNG SỢI BAZAN TRONG KẾT CẤU MẶT ĐƢỜNG Chương 4 ứng dụng Machine Learning - Học máy để xây dựng công cụ dự báo ổn định Marshall của BTN sử dụng sợi bazan nhằm định hướng cho các nghiên cứu về sau. Ngoài ra, từ các kết quả thực nghiệm các chỉ tiêu cơ lý của BTN sử dụng sợi bazan như mô đun đàn hồi tĩnh, cường độ kéo uốn và mô đun động ở Chương 3, chương này sử dụng BTN sợi bazan với hàm lượng 0,4% làm lớp mặt trong kết cấu áo đường ô tô. Một số kết cấu áo đường mềm điển hình trên tuyến quốc lộ ở Việt Nam sử dụng lớp mặt BTNC 12,5 được chọn, sau đó thay thế BTNC 12,5 bằng BTN sử dụng sợi bazan với hàm lượng 0,4% với chiều dày theo tính toán để phân tích, so sánh và đánh giá theo tiêu chuẩn TCCS 38:2022/TCĐBVN và phương pháp thiết kế cơ học thực nghiệm (ME). Cuối cùng, Chương 4 tính toán chi phí xây dựng kết cấu áo đường khi sử dụng sợi bazan và đề xuất hướng chế tạo BTN sử dụng sợi bazan ngoài trạm trộn. 4.1. Ứng dụng học máy trong dự báo độ ổn định Marshall 4.1.1. Xây dựng cơ sở dữ liệu các mẫu thí nghiệm độ ổn định Marshall Cơ sở dữ liệu các mẫu thí nghiệm MS được tập hợp từ các công bố quốc tế (bao gồm 99 mẫu) và các mẫu BTN do NCS thí nghiệm tại Chương 2 (bao gồm 90 mẫu). Bộ cơ sở dữ liệu thí nghiệm MS được tập hợp bao gồm tổng 189 mẫu và 10 biến đầu vào như đã giới thiệu ở Chương 2. 4.1.2. Các công cụ ML và mô hình tính toán độ ổn định Marshall Tương tự như tại Chương 2, mô hình XGB được sử dụng để dự báo MS của BTN sử dụng sợi bazan tại Chương 4. Quá trình tối ưu hóa tham số của mô hình XGB được thực hiện tương tự tại Chương 2 với hai thuật toán tối ưu hóa là AO và SFO.19 Hình 4.2. Biểu đồ hồi quy so sánh kết quả thí nghiệm MS và các giá trị đƣợc tính toán bởi mô hình XGB. 4.1.3. Xây dựng mô hình ML dự báo độ ổn định Marshall của BTN sử dụng sợi bazan Biểu đồ hồi quy của thí nghiệm và mô phỏng XGB được thể hiện ở Hình 4.2. Có thể quan sát thấy rằng các giá trị thực nghiệm và dự báo bởi XGB đều nằm gần đường hồi quy và đường chéo của biểu đồ. Mô hình XGB_SFO_40 có hiệu suất R = 0,901, RMSE = 0,352 kN, MAE = 0,290 kN và MAPE = 0,024. Có thể thấy khả năng dự đoán của mô hình XGB_SFO_40 đối với bài toán dự đoán MS của BTN sợi bazan là tốt. 4.1.4. Xây dựng giao diện GUI dự báo MS của BTN sử dụng sợi bazan Phần này trình bày công cụ GUI được thiết lập để dự báo MS của BTN sử dụng sợi bazan. Đây là một ứng dụng phần mềm tiên tiến, cung cấp giao diện người dùng đồ họa trực quan. Nó cho phép người dùng nhập dữ liệu, điều chỉnh các tham số, và xem kết quả dự báo MS dựa trên mô hình hóa, qua đó phân tích dữ liệu về sự tương tác và hiệu suất của sợi bazan trong BTN. Đây là công cụ đặc biệt hữu ích cho các kỹ sư và nhà nghiên cứu trong việc đánh giá và cải tiến chất lượng BTN (Hình 4.4). 4.2. Thực trạng giao thông trên các tuyến đƣờng cấp cao ở Việt Nam và đề xuất cấu tạo kết cấu áo đƣờng mềm 4.2.1. Quy mô giao thông trên các tuyến đường cấp cao hiện nay ở Việt Nam Thực tế cho thấy các tuyến quốc lộ (QL) ở Việt Nam hiện nay như QL 1, QL 5, QL 18, QL 3 và một số QL khác đang khai thác đều có lưu lượng giao thông rất lớn và lớn với số lượng xe có tải trọng trục lớn, xe nhiều trục chiếm tỷ lệ tương đối cao. Hiện tượng LVBX xảy ra nhiều trên các tuyến QL đã chứng minh các tuyến đường đang phải chịu tải trọng cũng như lưu lượng lớn, và đây là nguyên nhân chính dẫn đến hư hỏng. 4.2.2. Một số kết cấu áo đường điển hình trên các tuyến đường QL ở Việt Nam Ở Việt Nam, các tuyến đường quốc lộ (QL) thường được sử dụng kết cấu áo đường mềm (KCAĐM) điển hình: – Tầng mặt: Được cấu tạo từ 1  2 lớp BTNC rải nóng, có hoặc không có lớp BTN chức năng trên cùng, chiều dày tầng mặt thông thường từ 12  14 cm. – Tầng móng: Được chia thành lớp móng trên và móng dưới. Lớp móng trên thường dùng CPĐD loại 1 có hoặc không gia cố xi măng. Lớp móng dưới có thể dùng CPĐD loại 1, CPĐD loại 2, cấp phối đồi, cấp phối sỏi cuội, và cát gia cố xi măng. Lớp đáy áo đường thường sử dụng đất đồi chọn lọc hoặc cát có chiều dày 30  50 cm đạt độ chặt K  0,9820 Hình 4.4. Giao diện GUI để dự báo MS của bê tông nhựa sử dụng sợi bazan. 4.2.3. Đề xuất KCAĐ mềm ứng dụng BTN sử dụng sợi bazan làm lớp mặt trong KCAĐ ô tô ở Việt Nam Để so sánh và đánh giá BTN sử dụng sợi bazan khi ứng dụng làm lớp mặt, nghiên cứu lựa chọn KCAĐ của QL32 như Bảng 4.3. 4.3. Phân tích kết cấu áo đƣờng mềm theo TCCS 38:2022/TCĐBVN21 Bảng 4.3. Các KCAĐ sử dụng trong nghiên cứu Bảng 4.9. Kết quả phân tích kết cấu theo M-E sau 15 năm sử dụng. Kết quả kiểm toán KCAĐ theo TCCS 38:2022 cho thấy ưu điểm của BTN_Bazan 0.4 khi được sử dụng làm lớp mặt trên của kết cấu áo đường mềm. Cụ thể, có thể sử dụng BTN_Bazan 0.4 dày 4cm thay thế cho lớp BTNC12.5 dày 5cm nhưng vẫn đảm bảo các điều kiện về độ võng đàn hồi, cường độ kéo uốn và khả năng chống cắt trượt tương đương nhau. Trường hợp sử dụng BTN_Bazan 0.4 có chiều dày tương đương BTN đối chứng thì mô đun đàn hồi chung của kết cấu có sử dụng sợi cao hơn kết cấu đối chứng. 4.4. Phân tích KCAĐ mềm sử dụng BTN sợi bazan theo phương pháp cơ học thực nghiệm Sử dụng phần mềm Darwin-ME 2.3.1 để phân tích một số KCAĐ mềm theo phương pháp M-E. Trong đó, các số liệu về giao thông được khảo sát và lựa chọn đặc trưng quy mô giao thông trên các tuyến đường QL ở Việt Nam; Số liệu về khí hậu thu thập đặc trưng cho Hà Nội; Các số liệu của các lớp vật liệu được thí nghiệm trong phòng. Kết quả phân tích KCAĐ theo M-E sau 15, 16 năm sử dụng được thể hiện ở Bảng 4.9 và Bảng 4.10. Từ các kết quả này có thể rút ra một số nhận xét sau: - Khi thời gian khai thác là 15 năm, KC2 sử dụng BTN chứa 0,4% sợi bazan làm lớp mặt trên có chiều dày giảm 20% so với KC1 nhưng vẫn đảm bảo các đặc tính khai thác tương đương với KC1. - Khi thời gian khai thác là 16 năm, KC3 thỏa mãn tất cả các đặc tính khai thác, trong khi KC1 và KC2 không đạt tổng chiều sâu LVBX toàn kết cấu.22 Bảng 4.10. Kết quả phân tích kết cấu theo M-E sau 16 năm sử dụng. Bảng 4.11. Tổng hợp chi phí xây dựng các KCAĐ. Như vậy, với kết quả phân tích KCAĐ phương pháp M-E khi thời gian sử dụng 15 năm và 16 năm cho thấy, BTN sử dụng 0,4% sợi bazan khi được ứng dụng làm lớp mặt trên của KCAĐ mềm sẽ đem lại những lợi ích nhất định về mặt kinh tế và kỹ thuật so với BTN không sử dụng sợi bazan. 4.5. Xác định sơ bộ chi phí xây dựng kết cấu áo đƣờng khi sử dụng sợi bazan Bảng dự toán sơ bộ chi phí xây dựng KCAĐ được trình bày chi tiết ở Bảng 4.11. Kết quả tính toán sơ bộ các chi phí cho thấy, mặc dù chi phí sản xuất BTN_Bazan 0.4 cao hơn BTN đối chứng 1,6 lần nhưng tổng chi phí xây dựng kết cấu áo đường khi sử dụng BTN_Bazan 0.4 dày 4cm và 5cm làm lớp mặt trên cao hơn 1,05 và 1,11 lần nếu thay thế BTNC 12,5 dày 5cm. Tuy nhiên, dự toán sơ bộ đang sử dụng báo giá sợi bazan trên thị trường trong bối cảnh tính ứng dụng thực tế của nó chưa cao, khối lượng sử dụng ít nên giá thành chưa có tính cạnh tranh cao. Trong tương lai, khi sợi bazan được ứng dụng rộng rãi trong xây mặt với khối lượng lớn thì chắc chắn giá thành sợi bazan sẽ được giảm đáng kể. 4.6. Đề xuất sơ bộ hƣớng chế tạo bê tông nhựa sử dụng sợi bazan ngoài trạm trộn23 Hình 4.7. Quy trình sản xuất BTN_bazan ở trạm trộn Nhìn chung, việc sản xuất BTN sợi bazan tại trạm trộn cũng gần giống như BTN thông thường, cần lưu ý khi cho sợi vào hỗn hợp BTN không bị vón cục và đảm bảo tối đa sự phân tán đồng đều. Muốn vậy, sợi phải được đựng trong thùng chứa sạch, kín, chống ẩm tốt và cần có thiết bị phân tán trong quá trình đưa sợi vào máy trộn. Với việc sử dụng phương pháp trộn khô như đã đề cập ở chương 2, nghiên cứu đề xuất các bước chính trong quá trình sản suất BTN_Bazan ngoài trạm trộn như sau:  Cốt liệu lớn, nhỏ, bột khoáng sau khi được sấy nóng ở nhiệt độ (khoảng 165 – 170oC) được cân đo từng loại theo thiết kế rồi đưa vào máy trộn BTN.  Sợi bazan được đựng trong thùng kín cũng được cân đo theo đúng hàm lượng thiết kế và cho vào máy trộn và trộn cùng cốt liệu trong khoảng thời gian 2 phút.  Nhựa đường sau khi được làm nóng đến nhiệt độ đủ lỏng được cân đo theo đúng tỷ lệ và cho vào máy trộn. Tại đây, tiếp tục trộn hỗn hợp trong khoảng thời gian 2 phút. Quá trình sản xuất BTN_Bazan luôn được kiểm soát tốt nhiệt độ (150oC ± 5oC). Cần lưu ý rằng lựa chọn thời gian trộn là 4 phút tạm thời là một sự lựa chọn an toàn, giúp giảm thiểu các sai số trong quá trình thí nghiệm và đảm bảo sợi bazan được trộn đều trong hỗn hợp BTN. Để có thể có thời gian trộn hợp lý hơn, cần tiến hành các thử nghiệm khác để xem xét ảnh hưởng của thời gian trộn tới các chỉ tiêu cơ lý của BTN. Qua đó, có thể giảm thiểu tối đa thời gian trộn mà vẫn đảm bảo hiệu suất làm việc của BTN. 4.7. Kết luận chƣơng 4 Từ các kết quả nghiên cứu ở chương 4, có thể rút ra một số nhận xét sau:  Có thể ứng dụng các thuật toán ML để xây dựng các công cụ dự báo nhanh và chính xác độ ổn định MS của BTN sử dụng sợi bazan. Mô hình ML được so sánh và kiểm chứng với các kết quả thí nghiệm trong luận án và cho thấy hiệu suất dự báo tốt;  Kết quả kiểm toán KCAĐ theo TCCS 38:2022 của 3 kết cấu đề xuất (kết cấu đối chứng BTNC 12,5 và kết cấu sử dụng sợi bazan) đều đạt;  Phân tích KCAĐ mềm theo phương pháp M-E cho thấy ưu điểm của BTN sử dụng 0,4% sợi bazan khi được sử dụng làm lớp mặt trên của KCAĐ mềm so với phương án sử dụng BTNC 12,5. Với thời hạn thiết kế 15 năm, KCAĐ mềm có sử dụng BTN sợi bazan 0,4% dày 4 cm (giảm 20% chiều dày lớp mặt trên) có thể đáp ứng tuyến đường có tổng số xe nặng tích lũy tương đương khi sử dụng BTNC 12,5 dày 5 cm. Khi thời hạn thiết kế 16 năm, BTN sợi bazan 0,4% dày 5cm thỏa mãn tất cả các đặc tính khai thác, trong khi BTNC 12,5 cùng chiều dày không đạt LVBX toàn kết cấu;  Kết quả xác định các chi phí xây dựng kết cấu áo đường cho thấy tổng chi phí xây dựng kết cấu áo đường khi sử dụng BTN_Bazan 0,4% dày 4cm và 5cm làm lớp24 mặt trên cao hơn 1,05 và 1,11 lần nếu thay thế BTNC 12,5 dày 5cm;  Đã đề xuất được sơ bộ hướng chế tạo BTN sử dụng sợi bazan ngoài trạm trộn. KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ I. KẾT LUẬN 1. Những kết quả đạt đƣợc 1 Có thể chế tạo BTN sử dụng sợi bazan trong điều kiện Việt Nam đảm bảo các yêu cầu kỹ thuật của vật liệu xây dựng mặt đường theo tiêu chuẩn hiện hành của Việt Nam. Xác định được hàm lượng nhựa tối ưu của các hỗn hợp BTN tương ứng với các hàm lượng sợi bazan 0,1%; 0,2%; 0,3%; 0,4% và 0,5% khối lượng hỗn hợp; 2 Đề xuất được hàm lượng sợi bazan (0,4% khối lượng hỗn hợp) để chế tạo BTN nhằm cải thiện một số chỉ tiêu cơ lý của BTN như MS, khả năng kháng LVBX, khả năng kháng nứt, cường độ kéo uốn Rku, mô đun đàn hồi tĩnh và mô đun đàn hồi động phù hợp với điều kiện Việt Nam và các vật liệu đầu vào trong nghiên cứu. 3 Đề xuất tính toán, mô phỏng, kiểm toán và đánh giá KCAĐ mềm với lớp mặt sử dụng BTN sợi bazan với hàm lượng 0,4%. Bước đầu cho thấy đây là một giải pháp hiệu quả để giảm chiều dày cũng như nâng cao chất lượng khai thác của KCAĐ. 4 Xây dựng các đường cong chủ |E*| của BTN sử dụng sợi bazan với các hàm lượng 0,1%; 0,2%; 0,3%; 0,4% và 0,5% khối lượng hỗn hợp ở nhiệt độ tham chiếu 30°C cho phép xác định mô đun động |E*| của các loại BTN sử dụng sợi bazan ở nhiệt độ, tần số xác định. Bước đầu chỉ ra khả năng ứng dụng mô hình lưu biến 2S2P1D để mô hình hóa mô đun động |E*| của BTN sử dụng sợi bazan. 5 Xây dựng được công cụ GUI để dự báo MS của BTN sử dụng sợi bazan. Đây là một phần mềm cung cấp giao diện người dùng đồ họa trực quan, cho phép người dùng nhập dữ liệu, điều chỉnh các tham số, qua đó phân tích dữ liệu về sự tương tác và hiệu suất của sợi bazan trong BTN. 2. Những hạn chế 1 Các nghiên cứu của Luận án mới thực hiện ở trong phòng thí nghiệm mà chưa có điều kiện thử nghiệm ở hiện trường; 2 Nghiên cứu mới chỉ thực hiện với một loại sợi bazan, với chiều dài sợi 12mm, chưa có điều kiện thử nghiệm sợi bazan với chiều dài sợi khác như: 3mm, 6mm, 9mm, 18mm và 24mm. II. KIẾN NGHỊ Từ kết quả nghiên cứu trong phòng kiến nghị có thể ứng dụng thử nghiệm tại hiện trường hỗn hợp BTN sử dụng sợi bazan, trên các đoạn đường ô tô cấp cao có quy mô giao thông lớn trong điều kiện Việt Nam. III. HƢỚNG NGHIÊN CỨU TIẾP THEO 1. Nghiên cứu thực nghiệm cho các loại BTN, các loại cốt liệu, nhựa đường khác, tiến tới những số liệu thí nghiệm phổ quát hơn cho điều kiện Việt Nam; 2. Nghiên cứu thử nghiệm với các loại cốt sợi bazan khác (chiều dài, đường kính sợi thay đổi) để tìm hiểu ảnh hưởng của sợi bazan tới đặc tính cơ lý của BTN; 3. Tiến hành phân tích và so sánh chi tiết hơn về kỹ thuật và kinh tế đối với KCAĐM có sử dụng BTN sợi bazan phân tán, qua đó tiến hành đề xuất công nghệ trộn tại trạm trộn và thực hiện thí nghiệm ngoài hiện trường.DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ 1. Ba-Nhan Phung, Thanh-Hai Le, Thuy-Anh Nguyen, Huong-Giang Thi Hoang, Hai-Bang Ly (2023), Novel approaches to predict the Marshall parameters of basalt fiber asphalt concrete, Construction and Building Materials, Accepted 1 August 2023, https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2023.132847. 2. Ba Nhan Phung, Thanh-Hai Le, Minh-Khoa Nguyen, Thuy-Anh Nguyen, HaiBang Ly (2023), Practical Numerical Tool for Marshall Stability Prediction Based On Machine Learning: An Application for Asphalt Concrete Containing Basalt Fiber, Journal of Science and Transport Technology, Accepted 29/9/2023, https://doi.org/10.58845/jstt.utt.2023.en.3.3.27-45. 3. Ba Nhan Phung, Thanh-Hai Le, Hai-Van Thi Mai, Thuy-Anh Nguyen, Hai-Bang Ly (2023), Advancing basalt fiber asphalt concrete design: A novel approach using gradient boosting and metaheuristic algorithms, Case Studies in Construction Materials, Accepted 2 October 2023, https://doi.org/ 10.1016/j.cscm.2023.e02528. 4. ThS. Phùng Bá Nhân, TS. Nguyễn Minh Khoa, TS. Lý Hải Bằng, TS. Lê Thanh Hải (2023), Nghiên cứu đánh giá mô đun đàn hồi tĩnh của hỗn hợp bê tông nhựa sử dụng sợi basalt, Tạp chí Giao Thông Vận Tải, số tháng 10 năm 2023, trang 75- 78. Description: BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ GIAO THÔNG VẬN TẢI TRƢỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ GIAO THÔNG VẬN TẢI ----------------------------------------------- PHÙNG BÁ NHÂN NGHIÊN CỨU BÊ TÔNG NHỰA MẶT ĐƢỜNG SỬ DỤNG SỢI BAZAN PHÂN TÁN TRONG ĐIỀU KIỆN VIỆT NAM Ngành : Kỹ thuật xây dựng công trình giao thông Mã số : 9580205 TÓM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT HÀ NỘI – 2024Công trình được hoàn thành tại: Trƣờng Đại học Công nghệ Giao thông Vận tải Người hướng dẫn khoa học: 1. TS. Lý Hải Bằng Trường Đại học Công nghệ Giao thông Vận tải 2. TS. Nguyễn Minh Khoa Trường Đại học Công nghệ Giao thông Vận tải Phản biện 1: GS.TSKH. Nguyễn Xuân Trục Phản biện 2: GS.TS. Bùi Xuân Cậy Phản biện 3: PGS.TS. Trần Thị Kim Đăng Luận án được bảo vệ trước Hội đồng chấm luận án cấp Trường họp tại Trường Đại học Công nghệ Giao thông Vận tải vào hồi 8h 30 ngày 28 tháng 3 năm 2024 Có thể tìm hiểu luận án tại thư viện: - Thƣ viện Quốc Gia Việt Nam - Thƣ viện Trƣờng Đại học Công nghệ GTVT1 MỞ ĐẦU I. Tính cấp thiết của đề tài Mặt đường bê tông nhựa (BTN) được sử dụng phổ biến trên thế giới và ở Việt Nam. Tại các dự án, các vị trí thông thường thì BTN chặt sử dụng nhựa thông thường không có phụ gia nhìn chung đáp ứng yêu cầu khai thác. Tuy nhiên, trong những điều kiện khắc nghiệt của môi trường ở Việt Nam hiện nay, trên các tuyến đường ô tô cấp cao có quy mô giao thông lớn thì hỗn hợp BTN không dùng phụ gia dễ xuất hiện các hư hỏng, tuổi thọ khai thác chưa đạt được như mong muốn như thiết kế. Nhằm nâng cao chất lượng mặt đường BTN, đã có nhiều giải pháp ở Việt Nam và trên thế giới được áp dụng như: Thay đổi thành phần cấp phối hỗn hợp, cải thiện chất lượng nhựa đường, cải thiện chất lượng hỗn hợp BTN bằng cách sử dụng thêm phụ gia,.... Sử dụng sợi gia cường là một trong những giải pháp để tăng cường một số đặc tính cơ lý của hỗn hợp BTN. Các loại sợi thường được sử dụng như: amiăng, carbon, aramid, sợi cellulose, polyester, polypropylene, sợi thép, sợi thủy tinh, sợi bazan… Sợi bazan là vật liệu có nguồn gốc từ tự nhiên. Sợi bazan có tính chất vượt trội so với sợi thủy tinh về độ cứng, khả năng chịu kéo rất cao, bền với hóa chất, nhiệt độ, thân thiện với môi trường. Sợi bazan được sử dụng làm vật liệu chống cháy trong ngành hàng không vũ trụ, ô tô, đồng thời, cũng được sử dụng làm vật liệu tổng hợp để sản xuất nhiều sản phẩm phổ biến khác. Về mặt giá thành, sợi bazan có giá tương đối hợp lý so với các loại sợi khác đang được sử dụng phổ biến trên thế giới như sợi thủy tinh, sợi cellulose, sợi carbon… Ở Việt Nam đã có một số tác giả nghiên cứu sử dụng sợi thủy tinh, sợi Forta FI, sợi cellulose… cho BTN, tuy nhiên chưa có nghiên cứu nào về việc sử dụng sợi bazan cho hỗn hợp BTN. Chính những căn cứ trên, lựa chọn đề tài: “Nghiên cứu bê tông nhựa mặt đường sử dụng sợi bazan phân tán trong điều kiện Việt Nam”, trong đó tập trung nghiên cứu ảnh hưởng của sợi bazan đến các tính chất cơ lý của hỗn hợp bê tông nhựa là cần thiết, có ý nghĩa khoa học và thực tiễn. II. Mục đích nghiên cứu  Nghiên cứu cơ chế liên kết và phân bố sợi bazan trong BTN, qua đó xác định hàm lượng nhựa tối ưu cho hỗn hợp BTN sử dụng sợi bazan;  Thiết kế hỗn hợp BTN sử dụng sợi bazan với các hàm lượng khác nhau, so sánh với bê tông nhựa đối chứng cùng thành phần thông qua các chỉ tiêu cơ lý của BTN;  Ứng dụng các thuật toán học máy (ML) để hỗ trợ thiết kế và dự báo một số tính chất cơ lý của BTN sử dụng sợi bazan;  Đề xuất KCAĐM của BTN sử dụng sợi bazan cho một số tuyến đường ô tô tại Việt Nam, kiểm toán với các phương pháp, tiêu chuẩn hiện hành, xác định sơ bộ chi phí và hướng chế tạo BTN sử dụng sợi bazan ngoài trạm trộn. III. Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu  Hỗn hợp bê tông nhựa với cỡ hạt lớn nhất danh định 12,5mm sử dụng sợi bazan các hàm lượng sợi khác nhau làm lớp mặt cho KCAĐM.2  Phân tích tổng quan tình hình sử dụng sợi gia cường và sợi bazan sử dụng cho hỗn hợp BTN ở Việt Nam và trên thế giới;  Nghiên cứu thí nghiệm trong phòng, xác định các chỉ tiêu kỹ thuật của hỗn BTN sử dụng sợi bazan với các hàm lượng sợi khác nhau và hỗn hợp BTN đối chứng;  Phạm vi nghiên cứu chỉ dừng ở nghiên cứu với: BTN 12,5 mm, nhựa đường 60/70; sợi bazan có nguồn gốc tự nhiên của Trung Quốc có đường kính 12 µm, chiều dài 12mm. IV. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài nghiên cứu – Phân tích, làm rõ cơ sở khoa học việc sử dụng cốt sợi bazan phân tán trong hỗn hợp BTN, và phân tích được cơ chế liên kết giữa sợi bazan và nhựa đường; – Phân tích thành phần và cấu trúc của hỗn hợp BTN sử dụng cốt sợi bazan phân tán, qua đó nêu bật được ưu nhược điểm thông qua các chỉ tiêu cơ lý và đưa ra phạm vi áp dụng của loại vật liệu mới này trong điều kiện Việt Nam; – Phân tích và đề xuất được KCAĐM của hỗn hợp BTN sử dụng sợi bazan thỏa mãn tất cả các đặc tính khai thác theo tiêu chuẩn hiện hành của Việt Nam. – Ứng dụng mô hình học máy xây dựng được công cụ dự báo nhanh một số đặc tính cơ lý của BTN sử dụng sợi bazan phân tán; – Xác định được các chỉ tiêu kỹ thuật của BTN sử dụng sợi bazan khi thiết kế KCMĐ theo tiêu chuẩn TCCS38:2022 và phương pháp cơ học – thực nghiệm (ME); – Đề xuất một số KCAĐ mềm cấp cao cho BTN sử dụng cốt sợi bazan phân tán trong điều kiện Việt Nam. CHƢƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ SỢI GIA CƢỜNG VÀ SỢI BAZAN SỬ DỤNG CHO HỖN HỢP BÊ TÔNG NHỰA 1.1. Bê tông nhựa có phụ gia dạng sợi làm lớp mặt đƣờng ô tô Sử dụng sợi gia cường là một trong những giải pháp để tăng cường một số đặc tính cơ lý của hỗn hợp BTN. Các loại sợi thường được sử dụng như: amiăng, carbon, aramid, sợi cellulose, polyester, polypropylene, sợi thép, sợi thủy tinh… Phương pháp này đã được nghiên cứu từ những năm 50 của thế kỷ trước và đã được sử dụng ở nhiều nước như Hoa Kỳ, Nhật Bản, Hàn Quốc, Trung Quốc …. Về cơ bản, sợi được thêm vào hỗn hợp BTN có hai vai trò chính: (i) Hạn chế khả năng chảy của nhựa đường trong hỗn hợp BTN (như hỗn hợp SMA, BTN cấp phối hở); (ii) Tăng khả năng chịu kéo khi uốn, tăng tuổi thọ mỏi dưới tác dụng của tải trọng trùng phục cũng như cải thiện đặc tính lún vệt bánh xe. 1.2. Sợi bazan dùng cho bê tông nhựa 1.2.1. Tổng quan về sợi bazan Sợi bazan là vật liệu có nguồn gốc từ tự nhiên. Sợi bazan có tính chất vượt trội so với sợi thủy tinh về độ cứng, khả năng chịu kéo rất cao, bền với hóa chất, nhiệt độ, thân thiện với môi trường. Sợi bazan được sử dụng làm vật liệu chống cháy trong ngành hàng không vũ trụ, ô tô, đồng thời, cũng được sử dụng làm vật liệu tổng hợp để sản3 Hình 1.2. Quy trình sản xuất sợi bazan. xuất nhiều sản phẩm phổ biến khác. Về mặt giá thành, sợi bazan có giá tương đối hợp lý so với các loại sợi khác đang được sử dụng phổ biến trên thế giới như sợi thủy tinh, sợi cellulose, sợi carbon… Được hình thành từ đá bazan núi lửa do đó sợi bazan có nhiều đặc tính có lợi. Bên cạnh có mô đun đàn hồi cao và chịu nhiệt độ cao, sợi bazan còn có tính cách âm và chống rung rất cao. Với nhiều đặc tính vượt trội thì việc nghiên cứu về ứng dụng sợi bazan được phát triển mạnh mẽ và là hướng nghiên cứu được nhiều nhà khoa học quan tâm 1.2.2. Tính chất của sợi bazan và các ứng dụng Các nghiên cứu đã chỉ ra rằng, khi so sánh tính chất của các sợi thương phẩm phổ biến, sợi bazan có tính chất vượt trội so với sợi thủy tinh về độ cứng, khả năng chịu kéo rất cao, bền với hóa chất, nhiệt độ, thân thiện với môi trường. Một số nghiên cứu đã có những đánh giá ảnh hưởng của chiều dài sợi và chất xơ sợi bazan trên tính chất cơ học của vật liệu composite chế tạo trên nền nhựa polyester. Kết quả các đặc tính của các vật liệu tổng hợp cho thấy chiều dài sợi là có ảnh hưởng đáng kể trên các tính chất cơ học của vật liệu composite và cũng như hàm lượng xơ 1.2.3. Các nghiên cứu thiết kế thành phần bê tông nhựa sử dụng sợi bazan Các đặc tính vật lý quan trọng cần xem xét khi phân tích sợi bazan là chiều dài, cường độ chịu kéo, mô đun đàn hồi, độ giãn dài khi đứt và nhiệt độ nóng chảy. Những đặc tính này có tác động trực tiếp đến hiệu suất chất kết dính và hỗn hợp BTN. Sự phân phối đồng nhất của sợi giống như một loại gia cường không định hướng có tác động đáng kể đến khả năng nâng cao chất lượng của hỗn hợp BTN. Hiện nay, các nhà nghiên cứu trên thế giới đã sử dụng ba phương pháp để thêm sợi bazan vào hỗn hợp BTN, đó là: trộn ướt, trộn khô và kết hợp cả trộn ướt và trộn khô.  Phương pháp trộn ướt: sử dụng máy trộn cắt tốc độ cao và sợi được trộn với chất kết dính trước khi trộn với cốt liệu.  Phương pháp trộn khô: sợi được trộn cùng cốt liệu trước, sau đó trộn với chất kết dính. Phương pháp trộn khô ưu việt và thông dụng hơn phương pháp trộn ướt vì không yêu cầu máy trộn cắt tốc độ cao. Hơn nữa, nhược điểm của sự kết tụ sợi trong phương pháp trộn khô là ít hơn so với phương pháp trộn ướt.  Phương pháp kết hợp trộn khô và trộn ướt: cốt liệu và chất kết dính được trộn với nhau trước, sau đó sợi được thêm vào. 1.3. Các nghiên cứu về bê tông nhựa sử dụng sợi bazan Các nghiên cứu thế giới cho thấy sợi bazan phân bố ngẫu nhiên trong không gian ba chiều của hỗn hợp BTN, sợi bazan giúp phân tán ứng suất và tránh ứng suất quá mức. Kết quả cho thấy sợi bazan đóng một vai trò "cầu nối" giúp cải thiện khả năng kháng nứt của hỗn hợp BTN, đồng thời làm chậm sự phát triển của các vết nứt.4 Ngoài ra, các chỉ tiêu cơ lý cơ bản của BTN khi sử dụng sợi bazan đã được đánh giá như các thông số Marshall, lún vệt bánh xe và độ ổn định động, sức kháng ẩm, mô đun đàn hồi. Tuy nhiên vẫn còn nhiều các chỉ tiêu quan trọng của BTN chưa được nghiên cứu. Hiện nay, tại Việt Nam chưa có công bố nào về BTN sử dụng sợi bazan. 1.4. Nghiên cứu sử dụng học máy dự báo các đặc trƣng bê tông nhựa Trong những năm gần đây, với sự phát triển mạnh mẽ của công nghệ 4.0, cùng với tính đơn giản, tự động, hiệu quả và ứng dụng cao, nhiều nghiên cứu đã tập trung vào việc sử dụng học máy (Machine learning - ML) dựa trên các kết quả thử nghiệm. Kỹ thuật này đang trở nên phổ biến và được sử dụng trong nhiều lĩnh vực đặc biệt là ngành xây dựng và giao thông vận tải. 1.5. Đánh giá các kết quả nghiên cứu trong và ngoài nƣớc Dựa vào các kết quả tổng hợp về các loại sợi gia cường và sợi bazan sử dụng cho hỗn hợp BTN ở Việt Nam và trên thế giới, có thể thấy rằng sử dụng sợi nói chung và sợi bazan nói riêng, giúp tăng cường một số đặc tính cơ lý của hỗn hợp BTN, đặc biệt là khả năng kháng LVBX và cải thiện DS. 1.6. Xác định các vấn đề nghiên cứu của luận án  Nghiên cứu nghiên cứu hình thái, phân bố sợi, cấu trúc BTN sử dụng sợi bazan với các hàm lượng sợi bazan.  Đề xuất quy trình chế tạo BTN sử dụng sợi bazan và nhựa đường 60/70 gốc dầu mỏ, xác định nhiệt độ trộn và đầm nén hỗn hợp BTN.  Nghiên cứu thực nghiệm các chỉ tiêu cơ lý của BTN sử dụng sợi bazan nhằm phục vụ cho thiết kế KCAĐ mềm theo TCCS 38:2022/TCĐBVN và phương pháp cơ học thực nghiệm. Qua đó đánh giá khả năng ứng dụng của vật liệu BTN sử dụng sợi bazan trong xây dựng mặt đường BTN.  Ứng dụng các thuật toán ML để xây dựng các công cụ dự báo nhanh và chính xác một số đặc tính cơ lý của BTN sử dụng sợi bazan. Điều này hữu ích cho các kỹ sư vật liệu, giúp tiết kiệm thời gian và chi phí trong các nghiên cứu về sau. 1.7. Phƣơng pháp nghiên cứu Luận án sử dụng tổng hợp các phương pháp nghiên cứu lý thuyết, thực nghiệm, xác suất thống kê, mô hình hóa, và học máy. CHƢƠNG 2. NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ, CHẾ TẠO HỖN HỢP BÊ TÔNG NHỰA SỬ DỤNG SỢI BAZAN VỚI TỶ LỆ HỢP LÝ Chương 2 của luận án tập trung vào nghiên cứu và phân tích về sợi bazan trong hỗn hợp BTN. Mục tiêu của chương này là xây dựng cơ sở lý thuyết và thực tiễn để hiểu rõ5 Hình 2.2. Đƣờng cong cấp phối thiết kế hỗn hợp BTN sau khi phối trộn. 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 0,075 0,75 7,5 Cận trên Cận dưới Thiết kế Hàm lượng lọt sàng (%) Cỡ sàng (mm) hơn về nguyên lý sợi bazan cải thiện tính chất của BTN, qua đó xây dựng chương trình thực nghiệm và xác định hàm lượng nhựa tối ưu cho hỗn hợp BTN sử dụng sợi bazan. 2.1. Xây dựng chƣơng trình thực nghiệm hỗn hợp bê tông nhựa sử dụng sợi bazan – Phương pháp thiết kế: Marshall; – Loại BTN: BTNC 12,5; – Cốt liệu: Lấy tại mỏ đá Sunway, Quốc Oai, Hà Nội; – Bột khoáng lấy từ mỏ đá Kiện Khê, Hà Nam; – Chất kết dính: Nhựa đường 60/70 do Công ty TNHH Nhựa đường Petrolimex - Việt Nam cung cấp; – Sợi: Sợi bazan được sử dụng trong nghiên cứu có nguồn gốc từ Trung Quốc, có màu nâu vàng, chiều dài sợi 12 mm; – Hàm lượng sợi được thêm vào hỗn hợp BTN trong quá trình trộn khô với hàm lượng thay đổi từ 0%; 0,1%; 0,2%; 0,3%; 0,4% và 0,5% theo khối lượng hỗn hợp; – Lựa chọn phương pháp trộn: trộn khô. Thời gian trộn sợi bazan và nhựa đường được chọn là 2 phút, dựa trên đa số kết quả thực nghiệm ở các nghiên trước đó sử dụng thời gian trộn trong khoảng 90 giây đến 2 phút; 2.2. Phân tích liên kết và phân bố sợi bazan trong hỗn hợp bê tông nhựa 2.2.1. Phương pháp nghiên cứu hình thái vật chất bằng kính hiển vi điện tử quét SEM Nghiên cứu sử dụng phương pháp nghiên cứu hình thái vật chất bằng kính hiển vi điện tử quét SEM để chụp ảnh, phân tích hình thái sợi bazan, sợi bazan đã trộn trong BTN; 2.2.2. Kết quả thí nghiệm phân tích hình thái SEM của các vật liệu 2.2.2.1. Liên kết và sự phân bố giữa sợi bazan và nhựa đường Hình 2.6. Liên kết giữa sợi bazan và chất kết dính. Hình 2.6. cho thấy không chỉ bề mặt sợi được phủ nhựa đường, sự kết dính giữa rễ các sợi bazan vào nhựa đường cũng rất tốt. Kết quả của hình ảnh SEM có thể được giải thích dựa trên ba lý thuyết, đó là lý thuyết về thẩm thấu bề mặt, lý thuyết về lớp chuyển6 tiếp và lý thuyết về liên kết hóa học. Với các lý thuyết này, việc bổ sung sợi bazan vào trong BTN, hiệu ứng giao thoa của các pha trong hỗn hợp nhựa đường về cơ bản đã thay đổi, giúp nâng cao hiệu suất vĩ mô của BTN. 2.2.2.2. Ảnh hưởng của hàm lượng sợi bazan trong hỗn hợp BTN a) Hỗn hợp không có sợi bazan b) Hỗn hợp 0,1% sợi bazan c) Hỗn hợp 0,2% sợi bazan d) Hỗn hợp 0,3% sợi bazan e) Hỗn hợp 0,4% sợi bazan f) Hỗn hợp 0,5% sợi bazan Hình 2.7. Phân bố của sợi bazan với các hàm lƣợng khác nhau a) Hỗn hợp 0,3% sợi bazan b) Hỗn hợp 0,4% sợi bazan c) Hỗn hợp 0,5% sợi bazan Hình 2.8. Liên kết giữa các sợi bazan với nhau trong hỗn hợp BTN Từ Hình 2.7 b, c có thể thấy, khi hàm lượng sợi bazan thấp (0,1%; 0,2%), trong hỗn hợp sợi được phân bố đều, tuy nhiên do hàm lượng sợi bazan ít, vì vậy chưa đủ để hình thành kết cấu mạng lưới không gian, liên kết giữa sợi với sợi kém. Khi hàm lượng sợi bazan đạt giá trị 0,3% và 0,4%, sợi bazan được phân bố đều trong hỗn hợp (Hình 2.7 d, e), sợi đan chéo dọc ngang, hình thành kết cấu mạng không gian (Hình 2.7 a, b). Mạng không gian được tạo ra giữa các sợi vừa có tác dụng phân tán tải trọng, vừa có khả7 năng khắc phục hiện tượng trượt trơn giữa các hạt, liên kết hỗn hợp thành một khối thống nhất, đồng thời làm chậm, và giảm tốc độ phát triển của vết nứt. Khi hàm lượng sợi lớn, đạt giá trị 0,5% (Hình 2.7 f, Hình 2.8 c), sợi sẽ phân bố không đều dẫn đến hiện tượng kết bó, tác dụng của sợi sẽ không được phát huy tối đa. 2.3. Ứng dụng học máy trong hỗ trợ thiết kế thành phần BTN sử dụng sợi bazan 2.3.1. Ứng dụng học máy trong dự báo tính chất cơ lý của vật liệu Nội dung phần này trình bày ứng dụng các thuật toán học máy (ML) để xây dựng mô hình dự báo MS và MF của BTN sử dụng sợi bazan. Để xây dựng tương quan giữa các thông số thí nghiệm với các chỉ tiêu dự báo, nghiên cứu này xây dựng hai bộ dữ liệu cho tham số MS và MF. Các dữ liệu được sử dụng cho quá trình đào tạo xác thực và kiểm chứng được thu thập từ các nghiên cứu đã công bố trên thế giới 2.3.2. Một số thuật toán và các kỹ thuật được sử dụng  Mô hình độ dốc tăng cường cấp cao Extreme Gradient Boosting;  Thuật toán tối ưu hóa Sailfish Optimizer;  Thuật toán tối ưu hóa Aquila Optimizer;  Kỹ thuật xác thực chéo;  Các chỉ tiêu đánh giá năng lực dự báo của mô hình: hệ số xác định (R2), căn của sai số toàn phương trung bình (RMSE), sai số tuyệt đối trung bình (MAE), và sai số phần trăm tuyệt đối trung bình (MAPE). 2.3.3. Quy trình xây dựng công cụ hỗ trợ thiết kế thành phần bê tông nhựa sử dụng sợi bazan Luận án nghiên cứu đưa ra công cụ hỗ trợ dự báo một số chỉ tiêu cơ lý của BTN sử dụng sợi bazan, bao gồm MS và MF. Quy trình được thực hiện thông qua các bước chính gồm:  Chuẩn bị cơ sở dữ liệu cho bài toán dự báo;  Xây dựng mô hình dự báo và tối ưu hoá siêu tham số của mô hình;  Đánh giá mô hình được tối ưu hoá và xác định mô hình tốt nhất;  Xây dựng công cụ hỗ trợ thiết kế thành phần BTN.  Chi tiết về các bước này được trình bày ở các bước tiếp theo. 2.3.4. Xây dựng cơ sở dữ liệu Cơ sở dữ liệu MS gồm 99 mẫu thí nghiệm, cơ sở dữ liệu MF gồm 59 mẫu thí nghiệm. Hai cơ sở dữ liệu có 10 thông số đầu vào, bao gồm: độ bền kéo sợi (X1), hàm lượng sợi (X2), chiều dài sợi (X3), đường kính sợi (X4), độ kim lún (X5), điểm hóa mềm (X6), hàm lượng chất kết dính (X7), cốt liệu 2,36 mm (X8), cốt liệu 4,75 mm (X9) và cốt liệu 9,5 mm (X10). Cần lưu ý rằng, ở đây, các đầu vào như X8, X9 và X10 biểu thị lượng cốt liệu (% trọng lượng) lọt qua các kích thước sàng khác nhau lần lượt là 2,36, 4,75, và 9,5 mm.8 2.3.5. Điều chỉnh siêu tham số của mô hình XGB Hai thuật toán AO và SFO được sử dụng để điều chỉnh siêu tham số của mô hình XGB. Trong thuật toán AO và SFO, các tham số quan trọng cần hiệu chỉnh là kích thước dân số (np) và số lần lặp để tìm kiếm tối ưu. 2.3.6. Kết quả xây dựng mô hình dự báo XGB cho MS và MF Hình 2.10. Phân tích hồi quy trong dự đoán MS dữ liệu đào tạo và kiểm chứng Hình 2.11. Phân tích hồi quy trong dự đoán MF dữ liệu đào tạo và kiểm chứng  Hình 2.10 cho thấy mối quan hệ giữa các giá trị MS thử nghiệm và các giá trị được tạo ra từ mô hình XGB_SFO_40. Mô hình XGB_SFO_40 có hiệu suất R = 0,998, RMSE = 0,189 kN, MAE = 0,036 kN và MAPE = 0,005 cho dữ liệu đào tạo. Đối với dữ liệu kiểm chứng, các giá trị này lần lượt là R = 0,976, RMSE = 0,451 kN, MAE = 0,367 kN và MAPE = 0,033. Có thể thấy khả năng dự đoán của mô hình XGB_SFO_40 đối với bài toán dự đoán MS của BTN sợi bazan là tốt.  Hình 2.11 hiển thị mối quan hệ giữa giá trị MF thực tế và giá trị MF dự đoán được đưa ra dưới dạng biểu đồ hồi quy. Mô hình XGB_SFO_30 đưa ra sai số R = 0,927, RMSE = 0,185 mm, MAE = 0,144 mm và MAPE = 0,043 cho dữ liệu đào tạo. Đối với dữ liệu kiểm chứng, các giá trị này lần lượt là R = 0,909, RMSE = 0,1572 mm, MAE = 0,125 mm và MAPE = 0,036. Với kết quả dự đoán như trên9 Hình 2.14. Biểu đồ tổng hợp độ ổn định Marshall (MS) của hỗn hợp BTN. của mô hình cho thấy, mô hình XGB_SFO_30 cho dự đoán MF của BTN sử dụng sợi bazan có khả năng dự đoán mạnh. 2.3.7. Xây dựng công cụ hỗ trợ thiết kế thành phần bê tông nhựa Phần này trình bày quá trình tối ưu hóa thiết kế thành phần BTN, mô hình XGB_SFO_40 được sử dụng để tìm ra các giá trị của các biến đầu vào (X1-X10) sao cho giá trị MS của hỗn hợp BTN sử dụng sợi bazan đạt giá trị cao nhất. Những xu thế được tìm ra ở 40 mẫu BTN sử dụng AIML là những chỉ dẫn tốt để tiến hành thực nghiệm trong luận án. Đáng chú ý, mô hình AIML được đề xuất không hề sử dụng dữ liệu thực nghiệm của NCS mà hoàn toàn được sử dụng dựa trên các công bố về BTN sử dụng sợi bazan thu thập được (Hình 2.12). Hình 2.12. 40 mẫu BTN đƣợc đề xuất bởi mô hình XGB_SFO_40 2.4. Xác định hàm lƣợng nhựa tối ƣu cho hỗn hợp bê tông nhựa sử dụng sợi bazan 2.4.1. Phân tích độ ổn định Marshall (MS) MS đạt giá trị cao nhất ở tất cả các hàm lượng nhựa đường khi sử dụng sợi bazan với hàm lượng 0,4%. Khi không sử dụng sợi bazan thì MS đạt giá trị thấp nhất khi sử dụng hàm lượng nhựa đường là 3,5%; 4,0%; 5,0% và 5,5%. Khi sử dụng sợi bazan với10 hàm lượng 0,5% thì MS đạt giá trị thấp nhất với hàm lượng nhựa đường sử dụng là 4,5%. 2.4.2. Phân tích độ dẻo Marshall (MF) Hình 2.16 là biểu đồ tổng hợp MF của hỗn hợp BTN theo hàm lượng nhựa đường và hàm lượng bazan. Tham khảo yêu cầu kỹ thuật theo QĐ 858 và TCVN 13567:2022, MF của hỗn hợp BTN nằm trong khoảng 1,5 đến 4,0 mm. Như vậy, ngoại trừ hỗn hợp BTN không sử dụng sợi bazan với hàm lượng nhựa đường 5,5%, thì tất cả các hỗn hợp BTN còn lại đều thỏa mãn yêu cầu kỹ thuật về MF. 2.4.3. Xác định hàm lượng chất kết dính tối ưu của hỗn hợp BTN với các hàm lượng sợi bazan khác nhau Các kết quả chi tiết thiết kế lựa chọn hàm lượng nhựa đường với các hàm lượng sợi: 0,0%; 0,1%; 0,2%; 0,3%; 0,4% và 0,5% được thể hiện ở Bảng 2.15. Hàm lƣợng nhựa tối ƣu tƣơng ứng với từng hàm lƣợng sợi. Hàm lƣợng/ Ký hiệu BTN_ Bazan 0.0 BTN_ Bazan 0,1 BTN_ Bazan 0,2 BTN_ Bazan 0,3 BTN_ Bazan 0,4 BTN_ Bazan 0,5 Hàm lượng sợi bazan (%) 0,0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 Hàm lượng nhựa tối ưu (%) 4,6 4,7 4,9 5,1 5,3 5,4 2.5. Kết luận chƣơng 2  Phương pháp trộn khô được lựa chọn để đưa sợi bazan vào hỗn hợp BTN, và đã xác định được đường cong cấp phối thiết kế hỗn hợp BTN sau khi phối trộn;  Dựa theo phân tích hình ảnh SEM, hàm lượng sợi bazan là 0,3% và 0,4% giúp sợi phân bố đều trong hỗn hợp BTN hơn so với các hàm lượng sợi còn lại;  Xây dựng được công cụ mô phỏng số cho hai chỉ tiêu MS và MF, qua đó sử dụng công cụ ML để mô phỏng tối ưu hóa thiết kế BTN sử dụng sợi bazan và tìm được các khoảng giá trị về hàm lượng cốt liệu, nhựa, sợi bazan cần được quan tâm khi tiến hành nghiên cứu thực nghiệm;  BTN sử dụng sợi bazan với hàm lượng 0,4% sẽ được sử dụng để tiến hành các thí nghiệm chỉ tiêu cơ lý ở các chương tiếp theo của LATS. Ngoài ra, các mẫu BTN với các hàm lượng sợi khác (0; 0,1%; 0,2%; 0,3%; 0,5%) cũng sẽ được sử dụng để đánh giá và so sánh các chỉ tiêu cơ lý. Hình 2.16. Biểu đồ tổng hợp độ dẻo Marshall của hỗn hợp BTN.11 Hình 3.4 Biểu đồ chiều sâu LVBX của các loại BTN sử dụng hàm lƣợng sợi bazan khác nhau. CHƢƠNG 3. NGHIÊN CỨU THÍ NGHIỆM XÁC ĐỊNH CÁC CHỈ TIÊU CƠ HỌC CỦA HỖN HỢP BÊ TÔNG NHỰA SỬ DỤNG SỢI BAZAN Chương 3 tiến hành lựa chọn các chỉ tiêu đánh giá hỗn hợp BTN sử dụng sợi bazan, sau đó tiến hành nghiên cứu thí nghiệm và đánh giá các kết quả thu được. 3.1. Lựa chọn các chỉ tiêu trong nghiên cứu Các chỉ tiêu đánh giá hỗn hợp BTN trong nghiên cứu được đề xuất dựa trên các đặc tính của hỗn hợp BTN, đồng thời phục vụ tính toán thiết kế kết cấu áo đường mềm theo TCCS 38:2022/TCĐBVN, gồm các chỉ tiêu sau: 1. Thí nghiệm đánh giá chiều sâu lún vệt bánh xe (LVBX); 2. Cường độ kéo uốn ở 15°C. 3. Thí nghiệm đánh giá khả năng kháng nứt của vật liệu BTN - theo tiêu chuẩn ASTM D8225-19 thông qua chỉ số CTIndex. 4. Mô đun đàn hồi tĩnh ở các nhiệt độ 15°C, 30°C, 60°C; 5. Thí nghiệm đánh giá mô đun đàn hồi động theo tiêu chuẩn AASHTO TP62; Tổng cộng 05 chỉ tiêu cơ học được thí nghiệm cho 06 loại BTN với hàm lượng sợi bazan khác nhau: 0,0% (đối chứng); 0,1%; 0,2%; 0,3%; 0,4% và 0,5%. 3.2. Thí nghiệm đánh giá lún vệt bánh xe Trong nghiên cứu này, việc đánh giá LVBX được thực hiện theo phương pháp A theo quyết định 1617/QĐ-BGTVT. Kết quả thu được là chiều sâu LVBX trong môi trường nước và điểm bong màng nhựa (nếu có). Kết quả thí nghiệm chiều sâu LVBX của BTN_60/70 và BTN sợi bazan được thể hiện chi tiết ở Hình 3.4. Kết quả thử nghiệm cho thấy, sau 15.000 lượt chạy trong môi trường nước ở 50oC, chiều sâu LVBX của tất cả 6 loại BTN đều nhỏ hơn giá trị cho phép (12,5 mm) theo yêu cầu của Quyết định số 1617/QĐ-BGTVT. BTN sử dụng sợi bazan với hàm lượng 0,4% có chiều sâu LVBX nhỏ nhất (3,67 mm), tiếp theo là BTN sử dụng sợi bazan với hàm lượng 0,3% (4,18 mm); BTN sử dụng sợi bazan với hàm lượng 0,5% (4,81 mm), BTN sử dụng sợi bazan với hàm lượng 0,2% (4,99 mm), BTN sử dụng sợi bazan với hàm lượng 0,1% (5,13 mm). Hỗn hợp BTN đối chứng không sử dụng sợi bazan có chiều sâu LVBX lớn nhất (5,83 mm), xem Hình 3.4. Như vậy, việc sử dụng sợi bazan cho BTN với hàm lượng sợi 0,1%, 0,2%, 0,3%, 0,4% và 0,5% có hiệu quả trong việc giảm chiều sâu LVBX, các giá trị giảm tương ứng là 12%; 14%; 28%; 37%; và 17% so với mẫu12 đối chứng. Kết quả thí nghiệm đã cho thấy khả năng kháng LVBX tốt của hỗn hợp BTN sử dụng sợi bazan so với hỗn hợp BTN thông thường không sử dụng sợi. 3.3. Thí nghiệm cƣờng độ kéo uốn Cường độ kéo uốn là thông số quan trọng thể hiện khả năng chịu lực của hỗn hợp BTN được sử dụng trong tính toán thiết kế kết cấu mặt đường mềm theo tiêu chuẩn TCCS 38:2022 và kết quả đảm bảo độ chụm theo tiêu chuẩn đánh giá. Kết quả thí nghiệm cường kéo uốn thể hiện ở Hình 3.7 cho thấy, so với BTN đối chứng không sử dụng sợi bazan, sử dụng sợi bazan đã cải thiện đáng kể cường độ kéo uốn của BTN. Khi sử dụng sợi bazan với hàm lượng 0,3%, cường độ kéo uốn đạt giá trị lớn nhất (10,19 MPa). BTN sử dụng sợi bazan với hàm lượng 0,4% có cường độ kéo uốn đạt giá trị lớn thứ hai (9,819MPa). BTN đối chứng không sử dụng sợi bazan, cường độ kéo uốn đạt giá trị nhỏ nhất (8,168 MPa). BTN sử dụng sợi bazan với hàm lượng tăng dần từ từ 0,1% lên 0,3% thì cường độ kéo uốn tăng dần, mức độ tăng so với BTN đối chứng lần lượt là 14%, 19% và 25%. Khi tiếp tục tăng hàm lượng sợi lên 0,4% và 0,5%, thì giá trị cường độ kéo uốn bắt đầu giảm, tuy nhiên vẫn tăng so với BTN đối chứng tương ứng là 20% và 15%. Có thể thấy, việc bổ sung sợi bazan đã làm tăng độ bền kéo uốn của hỗn hợp BTN. Sợi bazan giúp làm tăng tính linh hoạt của hỗn hợp nhựa đường, hoạt động như một chất gia cường và nâng cao khả năng chống nứt của hỗn hợp nhựa đường ở nhiệt độ thấp. Sợi bazan bám vào nhựa đường, giúp làm cứng các sợi, hiệu ứng làm cứng này đã tránh sự hình thành các vết nứt, hấp thụ một phần ứng suất và tăng khả năng chống lại các vết nứt của vật liệu ở nhiệt độ thấp. 3.4. Thí nghiệm đánh giá khả năng kháng nứt của hỗn hợp BTN Thí nghiệm đánh giá khả năng kháng nứt tiến hành theo tiêu chuẩn ASTM D8225-19. Kết quả chỉ số kháng nứt CTIndex thể hiện ở Hình 3.14 cho thấy cả 6 loại BTN trong nghiên cứu đều lớn hơn giá trị tối thiểu (CTIndex ≥ Hình 3.7. Kết quả thí nghiệm cƣờng độ kéo uốn của các loại BTN với hàm lƣợng sợi khác nhau. 8,17 9,32 9,74 10,19 9,82 9,38 0,00 2,00 4,00 6,00 8,00 10,00 12,00 Cường độ kéo uốn (MPa) Loại bê tông nhựa Hình 3.14. Kết quả thí nghiệm chỉ số kháng nứt CTIndex của các loại bê tông nhựa với hàm lƣợng sợi khác nhau.13 Hình 3.20. Mô đun đàn hồi tĩnh của 6 loại BTN. 80) của Bang Oklahoma đưa ra. So với BTN đối chứng không sử dụng sợi bazan, BTN sử dụng sợi bazan với hàm lượng từ 0,1% lên 0,4% có chỉ số CTIndex tăng cao hơn đáng kể, mức tăng tương ứng lần lượt với mức tăng hàm lượng sợi 0,1%, 0,2%, 0,3% và 0,4% là 8,29%; 21,13%; 64,78%; 90,97%. Chỉ số CTIndex đạt giá trị lớn nhất (309,20) là hỗn hợp BTN sử dụng sợi bazan với hàm lượng 0,4%. Tuy nhiên, khi hàm lượng sợi bazan sử dụng cho BTN lên đến 0,5% thì chỉ số CTIndex bắt đầu giảm chỉ còn 218,91. Điều này cho thấy tỷ lệ nhựa đường trong hỗn hợp BTN và tác dụng của sợi bazan đã ảnh hưởng lớn đến chỉ số kháng nứt CTIndex. Sử dụng sợi bazan giúp cải thiện đáng kể khả năng kháng nứt của BTN, BTN có chỉ số kháng nứt CTIndex đạt giá trị lớn nhất khi sử dụng hàm lượng sợi 0,4%. 3.5. Thí nghiệm xác định mô đun đàn hồi tĩnh Mô đun đàn hồi tĩnh (E tĩnh) được thí nghiệm theo mô hình thí nghiệm nén từ biến tĩnh và tham khảo theo phụ lục C của tiêu chuẩn TCCS 38:2022. Mẫu BTN được chế bị dạng hình trụ có đường kính và chiều cao bằng 100mm, chịu tác dụng của tải trọng dài hạn đáp ứng ứng suất nén trong mẫu BTN đạt mức 0,5 MPa. Thí nghiệm sử dụng thiết bị đầm xoay (Gyratory Testing machines) do hãng Daiwa Kenko, Nhật Bản sản xuất. Quá trình nén mẫu sử dụng thiết bị UTM do hãng Cooper, Vương quốc Anh sản xuất. Kết quả thí nghiệm mô đun đàn hồi tĩnh ở 15°C, 30°C và 60°C của 6 loại hỗn hợp được thể hiện ở Hình 3.20. Kết quả cho thấy, ở cả 3 mức nhiệt độ thí nghiệm 15°С, 30°С và 60°С, mô đun đàn hồi tĩnh của BTN sử dụng sợi bazan (ở tất cả 5 hàm lượng sợi) đều cao hơn mô đun đàn hồi tĩnh của BTN đối chứng (không sử dụng sợi bazan). Ở nhiệt độ 15°С, mô đun đàn hồi tĩnh của BTN sử dụng sợi bazan với hàm lượng 0,4% đạt giá trị lớn nhất (1.210,20 MPa), cao hơn so với BTN đối chứng là 57%. Tiếp theo là BTN sử dụng sợi bazan với hàm lượng 0,3%, 0,2%,0,5% và 0,1%. Ở nhiệt độ 30°С và 60°С, mô đun đàn hồi tĩnh của BTN sử dụng sợi bazan với hàm lượng 0,3% đạt giá trị lớn nhất (524,21 MPa và 284,83 MPa), cao hơn so với BTN đối chứng tương ứng là 54% và 22%. Sợi bazan có thể hấp thụ một số thành phần nhẹ của nhựa đường để cải thiện độ nhớt của nó, đồng thời sợi bazan phân bố ngẫu nhiên trong không gian ba chiều của hỗn hợp BTN, giúp phân tán ứng suất và tránh ứng suất quá mức. Vì vậy, mô đun đàn hồi tĩnh của BTN có thể được tăng cường khi bổ sung sợi bazan. Tuy nhiên, cần lưu ý sử dụng sợi bazan với hàm lượng hợp lý để có thể phát huy hiệu quả tốt nhất. Bởi vì khi sử dụng sợi bazan với hàm lượng cao, có thể dẫn đến hiện tượng sợi bị vón cục hoặc sự phân bố không đồng đều trong BTN14 3.6. Thí nghiệm đánh giá mô đun đàn hồi động Thí nghiệm mô đun đàn hồi động được thực hiện trong phòng thí nghiệm theo hướng dẫn của tiêu chuẩn AASHTO TP 62. Tất cả các mẫu được đặt trong buồng ổn định nhiệt để có thể duy trì nhiệt độ ổn định. Thử nghiệm được tiến hành trên thiết bị CRT NU-14 (của hãng Cooper - Anh sản xuất). Vùng nhiệt độ thí nghiệm nằm trong khoảng từ 10°C-60°C. Thí nghiệm |E*| cho các mẫu BTN sử dụng hàm lượng sợi bazan là 0%; 0,1%; 0,2%; 0,3%; 0,4%; 0,5% được tiến hành ở 6 mức tần số từ 0,1 Hz đến 10 Hz (0,1 Hz; 0,5 Hz; 1 Hz; 5 Hz; 10 Hz và 25 Hz) và 6 mức nhiệt độ từ 10°C-60°C (10°C, 20°C, 30°C, 40°C, 50°C, 60°C), đảm bảo mẫu được đầm sao cho đạt được độ rỗng dư Va = 7±0.5 %. Mức độ ảnh hưởng của tần số và nhiệt độ đến |E*| được thể hiện rõ ràng hơn ở Hình 3.25, Hình 3.26. Ở nhiệt độ 10°C và tần số 25 Hz, |E*| có giá trị lớn nhất đối với tất cả 6 loại hỗn hợp BTN; Ở nhiệt độ 60°C và tần số 0,1 Hz, |E*| có giá trị nhỏ nhất đối với tất cả 6 loại hỗn hợp BTN. Hình 3.25. Ảnh hƣởng của tần số đến |E*| của 6 loại BTN. 0 2000 4000 6000 8000 10000 12000 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 Mô đun đàn hồi động |E*| (MPa) Tần số (Hz) (a) BTN 0,0% basalt T=10°C T=20°C T=30°C T=40°C T=50°C T=60°C 0 2000 4000 6000 8000 10000 12000 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 Mô đun đàn hồi động |E*| (MPa) Tần số (Hz) (b) BTN 0,1% basalt T=10°C T=20°C T=30°C T=40°C T=50°C T=60°C 0 2000 4000 6000 8000 10000 12000 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 Mô đun đàn hồi động |E*| (MPa) Tần số (Hz) (c) BTN 0,2% bazan T=10°C T=20°C T=30°C T=40°C T=50°C T=60°C 0 2000 4000 6000 8000 10000 12000 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 Mô đun đàn hồi động |E*| (MPa) Tần số (Hz) (d) BTN 0,3% bazan T=10°C T=20°C T=30°C T=40°C T=50°C T=60°C 0 2000 4000 6000 8000 10000 12000 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 Mô đun đàn hồi động |E*| (MPa) Tần số (Hz) (e) BTN 0,4% bazan T=10°C T=20°C T=30°C T=40°C T=50°C T=60°C15 Hình 3.26. Ảnh hƣởng của nhiệt độ đến |E*| của 6 loại BTN. Sự thay đổi mô đun đàn hồi động của các hỗn hợp ứng với tần số và nhiệt độ được thể hiện ở Hình 3.27. Kết quả thí nghiệm ở tất cả các hỗn hợp cho thấy, |E*| đều giảm xuống khi nhiệt độ thí nghiệm tăng từ 10°C lên 60°C. 0 2000 4000 6000 8000 10000 10 20 30 40 50 60 Mô đun đàn hồi động |E*| (MPa) Nhiệt độ ( C) (a) Tần số = 0.1 Hz BTN_Bazan 0.0 BTN_Bazan 0.1 BTN_Bazan 0.2 BTN_Bazan 0.3 BTN_Bazan 0.4 BTN_Bazan 0.5 0 2000 4000 6000 8000 10000 10 20 30 40 50 60 Mô đun đàn hồi động |E*| (MPa) Nhiệt độ ( C) (b) Tần số = 0.5 Hz BTN_Bazan 0.0 BTN_Bazan 0.1 BTN_Bazan 0.2 BTN_Bazan 0.3 BTN_Bazan 0.4 BTN_Bazan 0.5 0 2000 4000 6000 8000 10000 10 20 30 40 50 60 Mô đun đàn hồi động |E*| (MPa) Nhiệt độ ( C) (c) Tần số = 1 Hz BTN_Bazan 0.0 BTN_Bazan 0.1 BTN_Bazan 0.2 BTN_Bazan 0.3 BTN_Bazan 0.4 BTN_Bazan 0.5 0 2000 4000 6000 8000 10000 10 20 30 40 50 60 Mô đun đàn hồi động |E*| (MPa) Nhiệt độ ( C) (d) Tần số = 5 Hz BTN_Bazan 0.0 BTN_Bazan 0.1 BTN_Bazan 0.2 BTN_Bazan 0.3 BTN_Bazan 0.4 BTN_Bazan 0.5 0 2000 4000 6000 8000 10000 10 20 30 40 50 60 Mô đun đàn hồi động |E*| (MPa) Nhiệt độ ( C) (e) Tần số = 10 Hz BTN_Bazan 0.0 BTN_Bazan 0.1 BTN_Bazan 0.2 BTN_Bazan 0.3 BTN_Bazan 0.4 BTN_Bazan 0.5 0 2000 4000 6000 8000 10000 10 20 30 40 50 60 Mô đun đàn hồi động |E*| (MPa) Nhiệt độ ( C) (f) Tần số = 25 Hz BTN_Bazan 0.0 BTN_Bazan 0.1 BTN_Bazan 0.2 BTN_Bazan 0.3 BTN_Bazan 0.4 BTN_Bazan 0.516 Hình 3.27. Mô đun đàn hồi động |E*| của các hỗn hợp BTN ứng với 6 tần số và 6 mức nhiệt độ. 3.6.1. Xây dựng đường cong chủ mô đun động Đường cong chủ |E*| là đường cong đặc trưng cho tính chất đàn nhớt của BTN trong một vùng rộng của tần số và nhiệt độ. Đường cong chủ được xây dựng từ quy tắc tương quan tần số - nhiệt độ. Để xây dựng đường cong chủ |E*|, các kết quả thí nghiệm được tập hợp để có dữ liệu về |E*| trong một dải nhiệt độ và tần số. Chọn nhiệt độ tham chiếu là 30°C. Các đường cong đẳng nhiệt tương ứng với nhiệt độ lớn hơn 30°C sẽ được dịch chuyển sang trái, trong khi các đường cong tương ứng với nhiệt độ thấp hơn 30°C sẽ được dịch chuyển sang phải bằng các hệ số dịch chuyển aT. Quá trình dịch chuyển này được lặp lại cho đến khi các đường cong hòa vào nhau tạo ra một đường cong trơn liên tục (xem Hình 3.29). 3.6.2. Mô hình hóa mô đun động Việc mô phỏng các số liệu thực nghiệm |E*| của BTN được thực hiện bởi mô hình 2S2P1D. Mô hình 2S2P1D là một mô hình tổng quát xây dựng dựa trên sự kết hợp các thành phần vật lý, bao gồm 2 lò xo (2 Springs), 2 thành phần hỗn hợp (2 Parabolic elements), và 1 thành phần nhớt (1 Dashpot). Mô hình sử dụng 7 thông số đầu vào để mô hình hóa đặc tính đàn nhớt tuyến tính của BTN được trình bày ở Bảng 3.17. Kết quả mô hình hóa đường cong chủ |E*| của BTN được thể hiện ở Hình 3.32. Hình 3.29. Đƣờng cong chủ |E*| của 6 loại BTN ở nhiệt độ tham chiếu 30 C. Hình 3.32. Mô hình hóa đƣờng cong chủ |E*| của BTN theo mô hình 2S2P1D. 5,E+02 5,E+03 1,E-05 1,E-03 1,E-01 1,E+01 1,E+03 1,E+05 Mô đun động (M Tần số (Hz) BTN_Bazan 0.0 BTN_Bazan 0.1 BTN_Bazan 0.2 BTN_Bazan 0.3 BTN_Bazan 0.4 BTN_Bazan 0.5 Tref =300C Đƣờng cong chủ |E*| của BTN 3,E+02 3,E+03 1,E-08 1,E-06 1,E-04 1,E-02 1,E+00 1,E+02 1,E+04 1,E+06 1,E+08 Mô đun động (MPa) Tần số (Hz) Master curve_BTN_Bazan 0.0 Master curve_BTN_Bazan 0.1 Master curve_BTN_Bazan 0.2 Master curve_BTN_Bazan 0.3 Master curve_BTN_Bazan 0.4 Master curve_BTN_Bazan 0.5 2S2P1D_BTN_Bazan 0.0 2S2P1D_BTN_Bazan 0.1 2S2P1D_BTN_Bazan 0.2 2S2P1D_BTN_Bazan 0.3 2S2P1D_BTN_Bazan 0.4 2S2P1D_BTN_Bazan 0.5 Tref =300C Mô hình hóa |E*| của bê tông nhựa theo mô hình 2S2P1D17 Bảng 3.17. Các thông số của mô hình 2S2P1D mô phỏng đƣờng cong chủ |E*|. Bảng 3.18. Đánh giá kết quả dự báo |E*| của BTN bằng mô hình 2S2P1D. Loại BTN E00 (MPa) E0 (MPa) k h  s  Loại BTN R2 Se/Sy Đánh giá BTN_ Bazan 0.0 400 14 600 0,280 0,35 9,25 0,63 2 100 BTN_Bazan 0.0 0,9875 0,129 Rất tốt BTN_ Bazan 0.1 420 16 000 0,260 0,41 6,90 0,45 2 800 BTN_Bazan 0.1 0,9621 0,223 Rất tốt BTN_ Bazan 0.2 490 16 500 0,240 0,51 7,85 0,45 3 050 BTN_Bazan 0.2 0,9773 0,173 Rất tốt BTN_ Bazan 0.3 520 17 000 0,239 0,58 8,27 0,55 3 200 BTN_Bazan 0.3 0,9770 0,1743 Rất tốt BTN_ Bazan 0.4 560 19 000 0,233 0,59 8,72 0,55 3 300 BTN_Bazan 0.4 0,9801 0,1621 Rất tốt BTN_ Bazan 0.5 500 16 600 0,238 0,57 8,21 0,55 3 100 BTN_Bazan 0.5 0,9726 0,1901 Rất tốt Để đánh giá sự phù hợp của mô hình 2S2P1D với kết quả thí nghiệm, nghiên cứu sử dụng phương pháp mức độ phù hợp (Goodness of Fit). Kết quả xác định hệ số xác định R2 và Se/Sy thể hiện ở Bảng 3.18. Từ kết quả bảng trên cho thấy, mô hình 2S2P1D phù hợp để mô phỏng đường cong chủ |E*| của BTN sử dụng sợi bazan và BTN đối chứng. 3.7. Kết luận chƣơng 3  BTN sử dụng sợi bazan có khả năng kháng LVBX trong môi trường nước tốt hơn so với hỗn hợp BTN thông thường không sử dụng sợi bazan. BTN sử dụng sợi bazan với hàm lượng 0,4% có chiều sâu LVBX nhỏ nhất (3,67 mm), hỗn hợp BTN đối chứng không sử dụng sợi bazan có chiều sâu LVBX lớn nhất (5,83 mm).  Cường độ kéo uốn của BTN khi sử dụng sợi bazan được cải thiện đáng kể. Khi sử dụng sợi bazan với hàm lượng 0,3%, cường độ kéo uốn đạt giá trị lớn nhất (10,19 MPa). BTN sử dụng sợi bazan với hàm lượng 0,4% có cường độ kéo uốn đạt giá trị lớn thứ hai (9,819MPa). BTN đối chứng không sử dụng sợi bazan, cường độ kéo uốn đạt giá trị nhỏ nhất (8,168 MPa).  Sử dụng sợi bazan giúp cải thiện khả năng kháng nứt của BTN ở tất cả các hàm lượng sợi từ 0,1% lên 0,5%. Chỉ số kháng nứt CTIndex đạt giá trị lớn nhất (309,20) khi sử dụng sợi bazan với hàm lượng 0,4%.  Mô đun đàn hồi tĩnh của BTN sử dụng sợi bazan ở tất cả 5 hàm lượng sợi và ở 3 mức nhiệt độ thí nghiệm 15°С, 30°С và 60°С đều cao hơn mô đun đàn hồi tĩnh của BTN đối chứng (không sử dụng sợi bazan). Ở nhiệt độ 15°С, mô đun đàn hồi tĩnh của BTN sử dụng sợi bazan với hàm lượng 0,4% đạt giá trị lớn nhất, cao hơn so với BTN đối chứng là 57%. Ở nhiệt độ 30°С và 60°С, mô đun đàn hồi tĩnh của BTN sử dụng sợi bazan với hàm lượng 0,3% đạt giá trị lớn nhất cao hơn so với BTN đối chứng tương ứng là 54% và 22%.  BTN sử dụng sợi bazan có mô đun đàn hồi |E*| cao hơn BTN đối chứng không sử dụng sợi bazan ở tất các các nhiệt độ và tần số. BTN sử dụng sợi bazan với hàm lượng 0,4% có mô đun đàn hồi |E*| cao nhất ở tất cả các nhiệt độ và tần số, tiếp18 theo đó là BTN sử dụng sợi bazan với hàm lượng từ 0,3%; 0,5%, 0,2%, 0,1%. BTN không sử dụng sợi bazan có mô đun đàn hồi |E*| thấp nhất.  Các đường cong chủ của |E*| ở nhiệt độ tham chiếu 30°C được xây dựng cho thấy |E*| của BTN sử dụng sợi bazan đều cao hơn BTN đối chứng không sử dụng sợi bazan ở các nhiệt độ và tần số khác nhau.  Mô hình 2S2P1D được xây dựng phù hợp để mô hình hóa |E*| của các loại BTN (sử dụng sợi bazan, BTN đối chứng) và dùng để xác định mộ đun động của BTN sử dụng sợi bazan ở nhiệt độ và tần số bất kỳ. Tổng hợp các kết quả nghiên cứu ở Chương 3 cho thấy, hỗn hợp BTN sử dụng sợi bazan có các tính chất cơ học tốt hỗn hợp BTN không sử dụng sợi bazan. Trong đó, BTN sử dụng 0,4% sợi bazan có nhiều đặc tính cơ học tốt hơn BTN thông thường và BTN sử dụng sợi bazan với hàm lượng 0,1%, 0,2%, 0,3%, 0,5%. Do vậy, BTN sử dụng sợi bazan với hàm lượng 0,4% được sử dụng để nghiên cứu ở chương tiếp theo. CHƢƠNG 4. NGHIÊN CỨU DỰ BÁO TÍNH CHẤT CƠ LÝ CỦA VẬT LIỆU THEO HỌC MÁY VÀ ỨNG DỤNG BÊ TÔNG NHỰA SỬ DỤNG SỢI BAZAN TRONG KẾT CẤU MẶT ĐƢỜNG Chương 4 ứng dụng Machine Learning - Học máy để xây dựng công cụ dự báo ổn định Marshall của BTN sử dụng sợi bazan nhằm định hướng cho các nghiên cứu về sau. Ngoài ra, từ các kết quả thực nghiệm các chỉ tiêu cơ lý của BTN sử dụng sợi bazan như mô đun đàn hồi tĩnh, cường độ kéo uốn và mô đun động ở Chương 3, chương này sử dụng BTN sợi bazan với hàm lượng 0,4% làm lớp mặt trong kết cấu áo đường ô tô. Một số kết cấu áo đường mềm điển hình trên tuyến quốc lộ ở Việt Nam sử dụng lớp mặt BTNC 12,5 được chọn, sau đó thay thế BTNC 12,5 bằng BTN sử dụng sợi bazan với hàm lượng 0,4% với chiều dày theo tính toán để phân tích, so sánh và đánh giá theo tiêu chuẩn TCCS 38:2022/TCĐBVN và phương pháp thiết kế cơ học thực nghiệm (ME). Cuối cùng, Chương 4 tính toán chi phí xây dựng kết cấu áo đường khi sử dụng sợi bazan và đề xuất hướng chế tạo BTN sử dụng sợi bazan ngoài trạm trộn. 4.1. Ứng dụng học máy trong dự báo độ ổn định Marshall 4.1.1. Xây dựng cơ sở dữ liệu các mẫu thí nghiệm độ ổn định Marshall Cơ sở dữ liệu các mẫu thí nghiệm MS được tập hợp từ các công bố quốc tế (bao gồm 99 mẫu) và các mẫu BTN do NCS thí nghiệm tại Chương 2 (bao gồm 90 mẫu). Bộ cơ sở dữ liệu thí nghiệm MS được tập hợp bao gồm tổng 189 mẫu và 10 biến đầu vào như đã giới thiệu ở Chương 2. 4.1.2. Các công cụ ML và mô hình tính toán độ ổn định Marshall Tương tự như tại Chương 2, mô hình XGB được sử dụng để dự báo MS của BTN sử dụng sợi bazan tại Chương 4. Quá trình tối ưu hóa tham số của mô hình XGB được thực hiện tương tự tại Chương 2 với hai thuật toán tối ưu hóa là AO và SFO.19 Hình 4.2. Biểu đồ hồi quy so sánh kết quả thí nghiệm MS và các giá trị đƣợc tính toán bởi mô hình XGB. 4.1.3. Xây dựng mô hình ML dự báo độ ổn định Marshall của BTN sử dụng sợi bazan Biểu đồ hồi quy của thí nghiệm và mô phỏng XGB được thể hiện ở Hình 4.2. Có thể quan sát thấy rằng các giá trị thực nghiệm và dự báo bởi XGB đều nằm gần đường hồi quy và đường chéo của biểu đồ. Mô hình XGB_SFO_40 có hiệu suất R = 0,901, RMSE = 0,352 kN, MAE = 0,290 kN và MAPE = 0,024. Có thể thấy khả năng dự đoán của mô hình XGB_SFO_40 đối với bài toán dự đoán MS của BTN sợi bazan là tốt. 4.1.4. Xây dựng giao diện GUI dự báo MS của BTN sử dụng sợi bazan Phần này trình bày công cụ GUI được thiết lập để dự báo MS của BTN sử dụng sợi bazan. Đây là một ứng dụng phần mềm tiên tiến, cung cấp giao diện người dùng đồ họa trực quan. Nó cho phép người dùng nhập dữ liệu, điều chỉnh các tham số, và xem kết quả dự báo MS dựa trên mô hình hóa, qua đó phân tích dữ liệu về sự tương tác và hiệu suất của sợi bazan trong BTN. Đây là công cụ đặc biệt hữu ích cho các kỹ sư và nhà nghiên cứu trong việc đánh giá và cải tiến chất lượng BTN (Hình 4.4). 4.2. Thực trạng giao thông trên các tuyến đƣờng cấp cao ở Việt Nam và đề xuất cấu tạo kết cấu áo đƣờng mềm 4.2.1. Quy mô giao thông trên các tuyến đường cấp cao hiện nay ở Việt Nam Thực tế cho thấy các tuyến quốc lộ (QL) ở Việt Nam hiện nay như QL 1, QL 5, QL 18, QL 3 và một số QL khác đang khai thác đều có lưu lượng giao thông rất lớn và lớn với số lượng xe có tải trọng trục lớn, xe nhiều trục chiếm tỷ lệ tương đối cao. Hiện tượng LVBX xảy ra nhiều trên các tuyến QL đã chứng minh các tuyến đường đang phải chịu tải trọng cũng như lưu lượng lớn, và đây là nguyên nhân chính dẫn đến hư hỏng. 4.2.2. Một số kết cấu áo đường điển hình trên các tuyến đường QL ở Việt Nam Ở Việt Nam, các tuyến đường quốc lộ (QL) thường được sử dụng kết cấu áo đường mềm (KCAĐM) điển hình: – Tầng mặt: Được cấu tạo từ 1  2 lớp BTNC rải nóng, có hoặc không có lớp BTN chức năng trên cùng, chiều dày tầng mặt thông thường từ 12  14 cm. – Tầng móng: Được chia thành lớp móng trên và móng dưới. Lớp móng trên thường dùng CPĐD loại 1 có hoặc không gia cố xi măng. Lớp móng dưới có thể dùng CPĐD loại 1, CPĐD loại 2, cấp phối đồi, cấp phối sỏi cuội, và cát gia cố xi măng. Lớp đáy áo đường thường sử dụng đất đồi chọn lọc hoặc cát có chiều dày 30  50 cm đạt độ chặt K  0,9820 Hình 4.4. Giao diện GUI để dự báo MS của bê tông nhựa sử dụng sợi bazan. 4.2.3. Đề xuất KCAĐ mềm ứng dụng BTN sử dụng sợi bazan làm lớp mặt trong KCAĐ ô tô ở Việt Nam Để so sánh và đánh giá BTN sử dụng sợi bazan khi ứng dụng làm lớp mặt, nghiên cứu lựa chọn KCAĐ của QL32 như Bảng 4.3. 4.3. Phân tích kết cấu áo đƣờng mềm theo TCCS 38:2022/TCĐBVN21 Bảng 4.3. Các KCAĐ sử dụng trong nghiên cứu Bảng 4.9. Kết quả phân tích kết cấu theo M-E sau 15 năm sử dụng. Kết quả kiểm toán KCAĐ theo TCCS 38:2022 cho thấy ưu điểm của BTN_Bazan 0.4 khi được sử dụng làm lớp mặt trên của kết cấu áo đường mềm. Cụ thể, có thể sử dụng BTN_Bazan 0.4 dày 4cm thay thế cho lớp BTNC12.5 dày 5cm nhưng vẫn đảm bảo các điều kiện về độ võng đàn hồi, cường độ kéo uốn và khả năng chống cắt trượt tương đương nhau. Trường hợp sử dụng BTN_Bazan 0.4 có chiều dày tương đương BTN đối chứng thì mô đun đàn hồi chung của kết cấu có sử dụng sợi cao hơn kết cấu đối chứng. 4.4. Phân tích KCAĐ mềm sử dụng BTN sợi bazan theo phương pháp cơ học thực nghiệm Sử dụng phần mềm Darwin-ME 2.3.1 để phân tích một số KCAĐ mềm theo phương pháp M-E. Trong đó, các số liệu về giao thông được khảo sát và lựa chọn đặc trưng quy mô giao thông trên các tuyến đường QL ở Việt Nam; Số liệu về khí hậu thu thập đặc trưng cho Hà Nội; Các số liệu của các lớp vật liệu được thí nghiệm trong phòng. Kết quả phân tích KCAĐ theo M-E sau 15, 16 năm sử dụng được thể hiện ở Bảng 4.9 và Bảng 4.10. Từ các kết quả này có thể rút ra một số nhận xét sau: - Khi thời gian khai thác là 15 năm, KC2 sử dụng BTN chứa 0,4% sợi bazan làm lớp mặt trên có chiều dày giảm 20% so với KC1 nhưng vẫn đảm bảo các đặc tính khai thác tương đương với KC1. - Khi thời gian khai thác là 16 năm, KC3 thỏa mãn tất cả các đặc tính khai thác, trong khi KC1 và KC2 không đạt tổng chiều sâu LVBX toàn kết cấu.22 Bảng 4.10. Kết quả phân tích kết cấu theo M-E sau 16 năm sử dụng. Bảng 4.11. Tổng hợp chi phí xây dựng các KCAĐ. Như vậy, với kết quả phân tích KCAĐ phương pháp M-E khi thời gian sử dụng 15 năm và 16 năm cho thấy, BTN sử dụng 0,4% sợi bazan khi được ứng dụng làm lớp mặt trên của KCAĐ mềm sẽ đem lại những lợi ích nhất định về mặt kinh tế và kỹ thuật so với BTN không sử dụng sợi bazan. 4.5. Xác định sơ bộ chi phí xây dựng kết cấu áo đƣờng khi sử dụng sợi bazan Bảng dự toán sơ bộ chi phí xây dựng KCAĐ được trình bày chi tiết ở Bảng 4.11. Kết quả tính toán sơ bộ các chi phí cho thấy, mặc dù chi phí sản xuất BTN_Bazan 0.4 cao hơn BTN đối chứng 1,6 lần nhưng tổng chi phí xây dựng kết cấu áo đường khi sử dụng BTN_Bazan 0.4 dày 4cm và 5cm làm lớp mặt trên cao hơn 1,05 và 1,11 lần nếu thay thế BTNC 12,5 dày 5cm. Tuy nhiên, dự toán sơ bộ đang sử dụng báo giá sợi bazan trên thị trường trong bối cảnh tính ứng dụng thực tế của nó chưa cao, khối lượng sử dụng ít nên giá thành chưa có tính cạnh tranh cao. Trong tương lai, khi sợi bazan được ứng dụng rộng rãi trong xây mặt với khối lượng lớn thì chắc chắn giá thành sợi bazan sẽ được giảm đáng kể. 4.6. Đề xuất sơ bộ hƣớng chế tạo bê tông nhựa sử dụng sợi bazan ngoài trạm trộn23 Hình 4.7. Quy trình sản xuất BTN_bazan ở trạm trộn Nhìn chung, việc sản xuất BTN sợi bazan tại trạm trộn cũng gần giống như BTN thông thường, cần lưu ý khi cho sợi vào hỗn hợp BTN không bị vón cục và đảm bảo tối đa sự phân tán đồng đều. Muốn vậy, sợi phải được đựng trong thùng chứa sạch, kín, chống ẩm tốt và cần có thiết bị phân tán trong quá trình đưa sợi vào máy trộn. Với việc sử dụng phương pháp trộn khô như đã đề cập ở chương 2, nghiên cứu đề xuất các bước chính trong quá trình sản suất BTN_Bazan ngoài trạm trộn như sau:  Cốt liệu lớn, nhỏ, bột khoáng sau khi được sấy nóng ở nhiệt độ (khoảng 165 – 170oC) được cân đo từng loại theo thiết kế rồi đưa vào máy trộn BTN.  Sợi bazan được đựng trong thùng kín cũng được cân đo theo đúng hàm lượng thiết kế và cho vào máy trộn và trộn cùng cốt liệu trong khoảng thời gian 2 phút.  Nhựa đường sau khi được làm nóng đến nhiệt độ đủ lỏng được cân đo theo đúng tỷ lệ và cho vào máy trộn. Tại đây, tiếp tục trộn hỗn hợp trong khoảng thời gian 2 phút. Quá trình sản xuất BTN_Bazan luôn được kiểm soát tốt nhiệt độ (150oC ± 5oC). Cần lưu ý rằng lựa chọn thời gian trộn là 4 phút tạm thời là một sự lựa chọn an toàn, giúp giảm thiểu các sai số trong quá trình thí nghiệm và đảm bảo sợi bazan được trộn đều trong hỗn hợp BTN. Để có thể có thời gian trộn hợp lý hơn, cần tiến hành các thử nghiệm khác để xem xét ảnh hưởng của thời gian trộn tới các chỉ tiêu cơ lý của BTN. Qua đó, có thể giảm thiểu tối đa thời gian trộn mà vẫn đảm bảo hiệu suất làm việc của BTN. 4.7. Kết luận chƣơng 4 Từ các kết quả nghiên cứu ở chương 4, có thể rút ra một số nhận xét sau:  Có thể ứng dụng các thuật toán ML để xây dựng các công cụ dự báo nhanh và chính xác độ ổn định MS của BTN sử dụng sợi bazan. Mô hình ML được so sánh và kiểm chứng với các kết quả thí nghiệm trong luận án và cho thấy hiệu suất dự báo tốt;  Kết quả kiểm toán KCAĐ theo TCCS 38:2022 của 3 kết cấu đề xuất (kết cấu đối chứng BTNC 12,5 và kết cấu sử dụng sợi bazan) đều đạt;  Phân tích KCAĐ mềm theo phương pháp M-E cho thấy ưu điểm của BTN sử dụng 0,4% sợi bazan khi được sử dụng làm lớp mặt trên của KCAĐ mềm so với phương án sử dụng BTNC 12,5. Với thời hạn thiết kế 15 năm, KCAĐ mềm có sử dụng BTN sợi bazan 0,4% dày 4 cm (giảm 20% chiều dày lớp mặt trên) có thể đáp ứng tuyến đường có tổng số xe nặng tích lũy tương đương khi sử dụng BTNC 12,5 dày 5 cm. Khi thời hạn thiết kế 16 năm, BTN sợi bazan 0,4% dày 5cm thỏa mãn tất cả các đặc tính khai thác, trong khi BTNC 12,5 cùng chiều dày không đạt LVBX toàn kết cấu;  Kết quả xác định các chi phí xây dựng kết cấu áo đường cho thấy tổng chi phí xây dựng kết cấu áo đường khi sử dụng BTN_Bazan 0,4% dày 4cm và 5cm làm lớp24 mặt trên cao hơn 1,05 và 1,11 lần nếu thay thế BTNC 12,5 dày 5cm;  Đã đề xuất được sơ bộ hướng chế tạo BTN sử dụng sợi bazan ngoài trạm trộn. KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ I. KẾT LUẬN 1. Những kết quả đạt đƣợc 1 Có thể chế tạo BTN sử dụng sợi bazan trong điều kiện Việt Nam đảm bảo các yêu cầu kỹ thuật của vật liệu xây dựng mặt đường theo tiêu chuẩn hiện hành của Việt Nam. Xác định được hàm lượng nhựa tối ưu của các hỗn hợp BTN tương ứng với các hàm lượng sợi bazan 0,1%; 0,2%; 0,3%; 0,4% và 0,5% khối lượng hỗn hợp; 2 Đề xuất được hàm lượng sợi bazan (0,4% khối lượng hỗn hợp) để chế tạo BTN nhằm cải thiện một số chỉ tiêu cơ lý của BTN như MS, khả năng kháng LVBX, khả năng kháng nứt, cường độ kéo uốn Rku, mô đun đàn hồi tĩnh và mô đun đàn hồi động phù hợp với điều kiện Việt Nam và các vật liệu đầu vào trong nghiên cứu. 3 Đề xuất tính toán, mô phỏng, kiểm toán và đánh giá KCAĐ mềm với lớp mặt sử dụng BTN sợi bazan với hàm lượng 0,4%. Bước đầu cho thấy đây là một giải pháp hiệu quả để giảm chiều dày cũng như nâng cao chất lượng khai thác của KCAĐ. 4 Xây dựng các đường cong chủ |E*| của BTN sử dụng sợi bazan với các hàm lượng 0,1%; 0,2%; 0,3%; 0,4% và 0,5% khối lượng hỗn hợp ở nhiệt độ tham chiếu 30°C cho phép xác định mô đun động |E*| của các loại BTN sử dụng sợi bazan ở nhiệt độ, tần số xác định. Bước đầu chỉ ra khả năng ứng dụng mô hình lưu biến 2S2P1D để mô hình hóa mô đun động |E*| của BTN sử dụng sợi bazan. 5 Xây dựng được công cụ GUI để dự báo MS của BTN sử dụng sợi bazan. Đây là một phần mềm cung cấp giao diện người dùng đồ họa trực quan, cho phép người dùng nhập dữ liệu, điều chỉnh các tham số, qua đó phân tích dữ liệu về sự tương tác và hiệu suất của sợi bazan trong BTN. 2. Những hạn chế 1 Các nghiên cứu của Luận án mới thực hiện ở trong phòng thí nghiệm mà chưa có điều kiện thử nghiệm ở hiện trường; 2 Nghiên cứu mới chỉ thực hiện với một loại sợi bazan, với chiều dài sợi 12mm, chưa có điều kiện thử nghiệm sợi bazan với chiều dài sợi khác như: 3mm, 6mm, 9mm, 18mm và 24mm. II. KIẾN NGHỊ Từ kết quả nghiên cứu trong phòng kiến nghị có thể ứng dụng thử nghiệm tại hiện trường hỗn hợp BTN sử dụng sợi bazan, trên các đoạn đường ô tô cấp cao có quy mô giao thông lớn trong điều kiện Việt Nam. III. HƢỚNG NGHIÊN CỨU TIẾP THEO 1. Nghiên cứu thực nghiệm cho các loại BTN, các loại cốt liệu, nhựa đường khác, tiến tới những số liệu thí nghiệm phổ quát hơn cho điều kiện Việt Nam; 2. Nghiên cứu thử nghiệm với các loại cốt sợi bazan khác (chiều dài, đường kính sợi thay đổi) để tìm hiểu ảnh hưởng của sợi bazan tới đặc tính cơ lý của BTN; 3. Tiến hành phân tích và so sánh chi tiết hơn về kỹ thuật và kinh tế đối với KCAĐM có sử dụng BTN sợi bazan phân tán, qua đó tiến hành đề xuất công nghệ trộn tại trạm trộn và thực hiện thí nghiệm ngoài hiện trường.DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ 1. Ba-Nhan Phung, Thanh-Hai Le, Thuy-Anh Nguyen, Huong-Giang Thi Hoang, Hai-Bang Ly (2023), Novel approaches to predict the Marshall parameters of basalt fiber asphalt concrete, Construction and Building Materials, Accepted 1 August 2023, https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2023.132847. 2. Ba Nhan Phung, Thanh-Hai Le, Minh-Khoa Nguyen, Thuy-Anh Nguyen, HaiBang Ly (2023), Practical Numerical Tool for Marshall Stability Prediction Based On Machine Learning: An Application for Asphalt Concrete Containing Basalt Fiber, Journal of Science and Transport Technology, Accepted 29/9/2023, https://doi.org/10.58845/jstt.utt.2023.en.3.3.27-45. 3. Ba Nhan Phung, Thanh-Hai Le, Hai-Van Thi Mai, Thuy-Anh Nguyen, Hai-Bang Ly (2023), Advancing basalt fiber asphalt concrete design: A novel approach using gradient boosting and metaheuristic algorithms, Case Studies in Construction Materials, Accepted 2 October 2023, https://doi.org/ 10.1016/j.cscm.2023.e02528. 4. ThS. Phùng Bá Nhân, TS. Nguyễn Minh Khoa, TS. Lý Hải Bằng, TS. Lê Thanh Hải (2023), Nghiên cứu đánh giá mô đun đàn hồi tĩnh của hỗn hợp bê tông nhựa sử dụng sợi basalt, Tạp chí Giao Thông Vận Tải, số tháng 10 năm 2023, trang 75- 78. Mon, 01 Jan 2024 00:00:00 GMT http://thuvien.utt.edu.vn:8080/jspui/handle/123456789/1768 2024-01-01T00:00:00Z http://thuvien.utt.edu.vn:8080/jspui/handle/123456789/1767 Title: MỘT SỐ PHƯƠNG PHÁP GIẢI BÀI TOÁN BẤT ĐẲNG THỨC BIẾN PHÂN ĐA TRỊ TRONG KHÔNG GIAN HILBERT Authors: Hoàng Thị Cẩm, Thạch Sat, 01 Jan 2022 00:00:00 GMT http://thuvien.utt.edu.vn:8080/jspui/handle/123456789/1767 2022-01-01T00:00:00Z