Một số kết quả nghiên cứu, ứng dụng mặt đường bán mềm tại Việt Nam góp phần đảm bảo ATGT đường bộ

Bài viết Một số kết quả nghiên cứu, ứng dụng mặt đường bán mềm tại Việt Nam góp phần đảm bảo ATGT đường bộ giới thiệu một số kết quả nghiên cứu về bê tông bán mềm và các kết quả ứng dụng tại Việt Nam.

MỘT SỐ KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU, ỨNG DỤNG MẶT ĐƯỜNG BÁN MỀM TẠI VIỆT NAM GÓP PHẦN ĐẢM BẢO ATGT ĐƯỜNG BỘ ThS Nguyễn Anh Dũng Vụ Khoa học Công nghệ - Bộ GTVT TS Nguyễn Văn Thành ThS Nguyễn Minh Trí ThS Nguyễn Tuấn Hiển Viện Khoa học Cơng nghệ GTVT TĨM TẮT: Trên giới Việt Nam, đường ô tô cao tốc đường cấp cao thường sử dụng kết cấu mặt đường mềm (điển hình mặt đường bê tơng nhựa) kết cấu mặt đường cứng (có lớp mặt bê tơng xi măng); loại mặt đường có ưu, nhược điểm khác Trong số trường hợp cụ thể, kết cấu mặt đường bán mềm (có lớp mặt bê tông bán mềm) sử dụng nhằm khắc phục nhược điểm phát huy ưu điểm hai loại mặt đường mềm mặt đường cứng; đặc biệt vị trí có lưu lượng, tải trọng giao thơng lớn, tốc độ khai thác thấp, có nguy lún vệt bánh xe cao Bài báo giới thiệu số kết nghiên cứu bê tông bán mềm kết ứng dụng Việt Nam Từ khóa: Mặt đường bán mềm, bê tơng bán mềm, bê tông nhựa rỗng, vữa xi măng GIỚI THIỆU Kết cấu mặt đường gồm nhiều lớp vật liệu, chia thành tầng mặt tầng móng Lớp mặt lớp tiếp xúc trực tiếp với tải trọng tác dụng phương tiện giao thông điều kiện môi trường; lớp mặt phải đáp ứng yêu cầu đủ cường độ, có độ ổn định cao, đảm bảo độ nhám/sức kháng trượt, đảm bảo độ phẳng thân thiện với môi trường Hai loại mặt đường thường sử dụng rộng rãi giới Việt Nam mặt đường mềm (thường dùng mặt đường bê tông nhựa, BTN) mặt đường cứng (mặt đường bê tông xi măng, BTXM) Mặt đường BTN có nhiều ưu điểm bật dễ thi công giới, dễ sửa chữa, thông xe sau thi công, dễ sửa chữa, nâng cấp nên sử dụng rộng rãi Tuy nhiên, mặt đường BTN có nhược điểm chủ yếu tính nhạy cảm với nhiệt độ, dễ phát sinh biến dạng tác động nhiệt độ cao, nứt nhiệt độ thấp; phát triển lún vệt bánh xe tác động tải trọng trùng phục Các nhược điểm gia tăng sử dụng móng rời (móng đá dăm), sử dụng nhựa đường thông thường để chế tạo BTN, lưu lượng, tải trọng xe lớn, tốc độ khai thác chậm (ngã 3, ngã 4, khu vực đông dân cư, ) Mặt đường BTXM có ưu điểm tuổi thọ tương đối cao (thường vào khoảng 20-50 năm), cao mặt đường bê tơng nhựa (10-15 năm); mặt đường có khả chống bào mịn tốt; chi phí tu, bảo dưỡng thấp Với ưu điểm này, mặt đường 144 BTXM sử dụng thích hợp cho đường ô tô có tải trọng lớn, nơi khó có điều kiện tu bảo dưỡng Tuy nhiên, mặt đường BTXM có nhược điểm khơng thơng xe sau thi cơng, phải có thiết bị thi công đồng bộ, đảm bảo chất lượng độ phẳng mặt đường, khó sửa chữa mặt đường BTXM bị hư hỏng; việc nâng cấp cải tạo mặt đường BTXM địi hỏi chi phí cao, chi phí xây dựng ban đầu mặt đường BTXM cao so với mặt đường BTN Để khắc phục nhược điểm chủ yếu mặt BTN mặt đường BTXM, số nước giới nghiên cứu ứng dụng loại mặt đường bán mềm (MĐBM) Hình - Lún vệt bánh xe mặt đường BTN Hình - Nứt mỏi mặt đường BTN Trong năm qua, Việt Nam đầu tư xây dựng mới, cải tạo nâng cấp nhiều dự án đường Tuy nhiên, nhiều lý khác mà có tượng hư hỏng cục xuất sớm, điển lún vệt bánh xe, đặc biệt đoạn tuyến có lưu lượng, tải trọng lớn; vị trí ngã 3, ngã tư; đoạn tuyến có tốc độ khai thác thấp Viện KHCN GTVT nghiên cứu đề xuất nhiều giải pháp nhằm nâng cao chất lượng cơng trình giao thơng, khắc phục tượng lún vệt bánh xe, có giải pháp xử dụng MĐBM Bài báo trình bày số kết nghiên cứu, ứng dụng loại MĐBM Việt Nam thời gian qua đề xuất định hướng xây dựng TCVN GIỚI THIỆU VỀ MẶT ĐƯỜNG BÁN MỀM Mặt đường bán mềm (Semi-Flexible Pavement, MĐBM) cũng được gọi với những tên khác mặt đường hỗn hợp bê tông nhựa - xi măng (Asphalt-Portland Cement Concrete Composite), mặt đường đá dăm tưới vữa (Grouted Macadam), mặt đường bán cứng (Semi-Rigid Pavement), Là loại mặt đường có sử dụng bê tơng bán mềm (BTBM) làm lớp mặt; có cách sử dụng vữa xi măng (VXM) có cường độ cao với thành phần, độ nhớt phù hợp để phun tưới lên bề mặt lớp bê tông nhựa rỗng (BTNR) có độ rỗng dư phù hợp (thường từ 20%-30%) thi cơng trước XVM thấm nhập xuống hết chiều sâu lớp BTNR, sau hình thành cường độ tạo nên bợ khung có tính cứng, làm giảm tính mềm của BTN, giảm tính nhạy cảm (suy giảm cường độ) của BTN nhiệt độ cao, tăng khả chịu tải của kết cấu, hạn chế lún vệt hằn bánh xe Cấu tạo BTBM gồm thành phần: (1) BTNR đóng vai trò khung Hỗn hợp BTNR thiết kế cho có độ rỗng dư phù hợp để rót VXM, BTNR phải có tiêu lý thỏa mãn yêu cầu kỹ thuật quy định (2) VXM đóng vai trị chất làm đầy lỗ rỗng có khung BTNR, VXM sử dụng chất liên kết xi măng, loại có cường độ cao, thể tính cứng vật liệu liên kết vơ Hỗn hợp VXM thiết kế cho có độ linh động phù hợp để rót thấm nhập vào khung BTNR, VXM phải 145 có tiêu lý thỏa mãn yêu cầu kỹ thuật quy định Với thành phần trên, thấy nguyên lý để chế tạo BTBM sử dụng kết hợp đồng thời hai loại chất kết dính nhựa đường xi măng Hai chất kết dính bổ trợ làm việc kết cấu BTBM, nhờ khắc phục nhược điểm chủ yếu mặt đường BTN mặt đường BTXM; đồng thời phát huy ưu điểm hai loại mặt đường BTN BTXM Trên giới, MĐBM được áp dụng chủ yếu tại những vị trí có lưu lượng, tải trọng xe lớn; đường sân bay; đoạn đường qua trạm thu phí, khu vực ngã 3, ngã 4; đường chuyên dụng cho xe tải nặng; bến bãi; [1], [2], [7], [8] Hình - Lớp vật liệu BTBM [nguồn: Internet] Hình - Bề mặt BTBM [nguồn: Internet] MỘT SỐ KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU, ỨNG DỤNG MĐBM TẠI VIỆT NAM 3.1 Nghiên cứu thử nghiệm tại đường dẫn cao tốc Bình Thuận - Chợ Đệm Năm 2015, Công ty Infasol đơn vị triển khai thi công thí điểm đoạn mặt đường bán mềm tại đường dẫn cao tốc Bình Thuận - Chợ Đệm (đoạn từ trụ điện 08-07 đến trụ điện 07-37), bên phải tuyến (hướng từ Chợ Đệm QL.1A) Phịng Thí nghiệm điểm đường III - Viện KHCN GTVT đơn vị thực cơng tác thí nghiệm, theo dõi đánh giá đoạn thí điểm (theo hợp đồng tháng); nhóm nghiên cứu tiếp tục theo dõi đánh giá thời điểm khác 32 tháng Lớp BTBM có chiều dày 5cm; BTNR sử dụng cấp phối 67 AASHTO M43, hàm lượng nhựa thiết kế 3,0%, độ rỗng dư 29,4 %; vữa xi măng loại Vinkems Asphalsol Kết theo dõi, đánh giá dự án đưa số nhận xét quan trọng [2], [3]: Hình - MĐBM tại đường dẫn cao tốc Bình Thuận - Chợ Đệm (tháng 6/2016) - Chất lượng BTBM phụ thuộc nhiều vào tính phù hợp cấp phối BTNR, chất lượng VXM Chất lượng độ đồng MĐBM phụ thuộc nhiều vào công nghệ thi công, 146 điều kiện môi trường thi công; công nghệ thi công chưa ổn định, thi công nhiệt độ mơi trường q cao, khơng có giải pháp hợp lý để VXM thấm nhập sâu xuống lớp BTNR mặt đường rễ bị nứt Vết nứt ngang xảy chủ yếu tượng co ngót VXM thường xuất tháng đầu Khi vết nứt xuất hiện, giải pháp xử dụng vữa chuyên dụng để chám vá có hiệu quả, cho phép tiếp tục khai thác tốt - Nếu khe tiếp xúc MĐBM mặt đường BTN cũ khơng thực kín làm cho nước mưa đọng lại, thâm nhập vào lớp vật liệu; có xe chạy với tải trọng, lưu lượng lớn làm mặt đường bị nứt; vết nứt nứt kết cấu Nên có giải pháp san gạt để khơng cịn VXM thừa bề mặt tạo nhám để tăng cường độ nhám mặt đường BTBM - Cường độ chịu nén mẫu khoan, cường độ ép chẻ, mơ đun đàn hồi trung bình mặt đường tăng tháng đầu, sau ổn định (gần không phát triển thêm) 3.2 Nghiên cứu thử nghiệm tại nút giao đường Võ Chí Cơng, TP Đà Nẵng Tháng 9/2017, Công ty TNHH Taiyu Việt Nam phối hợp với Công ty CP Tư vấn Đầu tư xây dựng EEC tiến hành thi công đoạn thí điểm Km1+160 ÷ Km1+220, đường Võ Chí Cơng (dài 60m, ngồi (rộng 3,75m) bên phải tuyến) theo công nghệ Công ty TNHH Taiyu Việt Nam đề xuất Theo [4], [5], lớp BTBM có chiều dầy 9cm; BTNR12,5 có hàm lượng nhựa thiết kế 3,5%, độ rỗng dư 22,3%; VXM sử dụng phụ gia STP Công ty TNHH Taiyu Việt Nam Theo [5], sau 1,5 năm sử dụng mặt đường có chất lượng tốt, khơng có tượng LVBX, có vài vết nứt nhỏ 0,3 mm (chiều dài nứt khoảng 10 cm) - vết nứt dạng sợi tóc, giới hạn cho phép Theo đánh giá Phịng Thí nghiệm trọng điểm đường II - Viện KHCN GTVT, đến sau năm sử dụng, đoạn thử nghiệm có chất lượng tốt, đáp ứng yêu cầu khai thác (đây vị trí có lưu lượng, tải trọng giao thơng lớn, trước vị trí dừng xe chờ đèn đỏ, trước sử dụng BTN truyền thống có tượng lún vệt bánh xe mức độ nghiêm trọng) Hình - Thi cơng rót VXM [4] Hình - MĐBM thời điểm tháng 4/2019 3.3 Đề tài KHCN cấp Bộ GTVT mã số DT164028 147 Năm 2016-2017, TS Nguyễn Văn Thành trì đề tài cấp Bộ GTVT “Nghiên cứu ứng dụng mặt đường bán mềm xây dựng đường ô tô Việt Nam” mã số DT164028 [2], số kết đạt bao gồm: (1) Đề xuất loại BTBM (BTBM12.5, BTBM19), BTNR, VXM; yêu cầu kỹ thuật BTBM, BTNR, VXM; phương pháp thiết kế hỗn hợp BTNR, VXM phù hợp với điều kiện Việt Nam (2) Đề tài nghiên cứu chế tạo loại vữa VXM-VIE.2 (thành phần gồm: Xi măng PCB40, tro bay, phụ gia Sika Viscorete 3000-20, nước) có tiêu kỹ thuật gần tương tự VXM-STP (sản phẩm Công ty TNHH Taiyu Việt Nam) VXM-VIN (VinkemAsphalsol) sử dụng cho BTBM (3) Đã tiến hành nghiên cứu thực nghiệm loại hỗn hợp BTBM tương ứng với loại BTNR (BTNR12.5 BTNR19) loại VXM (VXM-VIE.2, VXM-STP, VXM-VIN) Một số kết thử nghiệm thể Hình đến Hình 16 Hình - Chế tạo mẫu thử phịng thí nghiệm Hình -Rn VXM theo thời gian Hình 10 -Rku VXM theo thời gian Hình 11 -Rn BTBM theo thời gian Hình 12 -Rku BTBM theo thời gian 148 Hình 13 - Cường độ ép chẻ BTBM Hình 14 - Độ ổn định Marshall BTBM Loại BTBM R12.5-VIE.2 R12.5-STP Mẫu 3,02 2,04 3,15 Mẫu 2,01 2,95 2,90 Trung bình 2,52 2,50 3,03 Độ sâu LVBX (RDw), mm Hình 15 - Mơ đun đàn hồi tĩnh BTBM R12.5-VIN Hình 16- Độ sâu LVBX phòng (4) Đã đề xuất giá trị Eđh (trường hợp sử dụng đá vơi) phục tính tốn kết cấu mặt đường theo 22TCN211:2006 nhiệt độ 15oC / 30oC / 60oC 1100 MPa/ 1000 MPa / 800 MPa Đã đề xuất thiết kế cấu tạo MĐBM có sử dụng lớp BTBM phạm vi áp dụng cụ thể (5) Đề xuất công nghệ thi công nghiệm thu MĐBM 3.4 Nghiên cứu xây dựng Quy định kỹ thuật thi công nghiệm thu MĐBM Bảng - Chỉ tiêu kỹ thuật quy định BTBM TT Chỉ tiêu kỹ thuật Lượng VXM thấm hình trụ trịn, % nhập vào mẫu BTNR Quy định Phương pháp thử ≥ 80 - Thí nghiệm cường độ chịu kéo uốn (mẫu ngày) - Cường độ chịu kéo uốn (Rku), MPa - Biến dạng dầm thời điểm mẫu bị phá hoại, mm/ mm ≥ 2,5 Phụ lục A ≥ 3x10-3 Thí nghiệm cường độ kéo gián tiếp (mẫu ngày, thí nghiệm 25 °C) - Cường độ kéo gián tiếp, MPa > 0,9 - Hệ số cường độ kéo gián tiếp, % > 80 TCVN 8862:2011 Trên sở nghiên cứu lý thuyết, nghiên cứu thực nghiệm phòng kết thực tế áp dụng thí điểm dự án, năm 2020, Viện KHCN GTVT chủ trì biên soạn 149 trình Bộ GTVT ban hành “Quy định tạm thời thiết kế, thi công nghiệm thu lớp bê tông bán mềm” (ban hành kèm theo Quyết định số 189/QĐ-BGTVT ngày 08/02/2020 Bộ GTVT), số yêu cầu BTBM, BTNR VXM xem Bảng 1, 2, Đây sở quan trọng để triển khai áp dụng MĐBM phạm vi rộng Bảng - Chỉ tiêu kỹ thuật quy định BTNR TT Chỉ tiêu kỹ thuật Quy định Phương pháp thử 2x50 chày TCVN 8860-1:2011 Đầm mẫu Marshall Khối lượng thể tích (g/cm3) ≥ 1,9 TCVN 8860-5:2011 Độ bền Marshall, kN ≥ 3,0 TCVN 8860-1:2011 Độ dẻo Marshall, mm 2,0-4,0 TCVN 8860-1:2011 Độ rỗng dư, % 22 - 28 TCVN 8860-9:2011 Đô rỗng liên thông ≥ 13 Phụ lục B Độ chảy nhựa đường, % ≤ 1,0 QĐ số 431/QĐ-BGTVT Bảng - Chỉ tiêu kỹ thuật quy định VXM TT Chỉ tiêu thí nghiệm Quy định Phương pháp thử Độ chảy (độ nhớt), s 10÷14 ASTM C939 Cường độ chịu nén (mẫu ngày tuổi), MPa 15÷36 TCVN 3121-11:2003 Cường độ chịu kéo uốn (mẫu ngày tuổi), MPa ≥ 2,0 TCVN 3121-11:2003 3.5 Dự án cải tạo nâng cấp QL13 - BOT Bình Phước Trong năm 2020, Phịng Thí nghiệm trọng điểm Đường III - Viện KHCN GTVT phối hợp với Công ty TNHH Taiyu Việt Nam, Công ty Infrasol nghiên cứu thiết kế hỗn hợp, thi công, thí nghiệm kiểm tra đánh giá BTBM đoạn trước ngã thuộc Dự án cải tạo nâng cấp QL13 - BOT Bình Phước, thuộc địa phận Huyện Chơn Thành - Tỉnh Bình Phước BTBM thi cơng đường số (làn xe tải, hướng từ Bình Phước Tp Hồ Chí Minh), lý trình Km77+680 - Km77+740 Dự án sử dụng BTBM có chiều dầy 5cm, BTNR19 có độ rỗng dư 25,3%, sử dụng VXM loại STP-VN Cơng ty Taiyu Việt Nam (có tiêu lý Bảng 4) Việc thiết kế hỗn hợp, thi công nghiệm thu thực theo Quy định kỹ thuật ban hành kèm theo Quyết định số 189/QĐ-BGTVT Kết thí nghiệm kiểm tra cho thấy MĐBM có độ phẳng đạt mức tốt theo TCVN8864:2011, độ nhám xác định phương pháp rắc cát từ (0,67÷1,04) mm, sức kháng trượt xác định lắc Anh theo TCVN8866:2011 từ (62÷71); chất lượng khai thác tốt 150 Bảng - Chỉ tiêu thí nghiệm hỗn hợp BTBM19 TT Chỉ tiêu kỹ thuật Kết thí nghiệm Quy định Phương pháp thử Lượng VXM thấm nhập vào mẫu BTNR hình trụ trịn, % 85,1 ≥ 80 - Thí nghiệm cường độ chịu kéo uốn (mẫu ngày tuổi) - Cường độ chịu kéo uốn (Rku), MPa 3,27 ≥ 2,5 Phụ lục A - Biến dạng dầm thời điểm mẫu bị phá hoại, mm/mm 4,1 ≥ 3x10-3 - Cường độ kéo gián tiếp, MPa 0,97 > 0,9 - Hệ số cường độ kéo gián tiếp, % 84,1 > 80 Thí nghiệm cường độ kéo gián tiếp (mẫu ngày tuổi, thí nghiệm 25 °C) Hình 17 - Thi cơng tưới VXM TCVN 8862:2011 Hình 18 - MĐBM thời điểm 4/2021 KẾT LUẬN, KIẾN NGHỊ MĐBM sử dụng lớp BTBM nghiên cứu áp dụng nhiều nước giới; có nhiều ưu điểm; khắc phục nhược điểm chủ yếu mặt đường BTN mặt đường BTXM Tại Việt Nam, BTBM MĐBM nghiên cứu cách đầy đủ sở lý thuyết, nghiên cứu thực nghiệm phòng trường Các kết áp dụng thực tế trường chứng minh MĐBM có chất lượng tốt, phù hợp vị trí có lưu lượng, tải trọng giao thơng lớn, vị trí dừng xe; Quy định kỹ thuật Bộ GTVT ban hành nhìn chung phù hợp Đề xuất sớm xây dựng TCVN để áp dụng rộng rãi MĐBM thực tế nhằm khắc phục tình trạng lún vệt bánh xe, góp phần đảm bảo an tồn giao thơng đường 151 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Nguyễn Văn Thành, Phan Thành Nhân, Trần Ngọc Huấn, Nguyễn Minh Trí (2015) Kết nghiên cứu bước đầu vật liệu Densiphalt dùng cho mặt đường mềm định hướng áp dụng Việt Nam Tuyển tập báo cáo hội nghị KHCN Viện năm 2015 [2] Nguyễn Văn Thành (2017) Báo cáo tổng kết KHCN đề tài cấp Bộ GTVT “Nghiên cứu ứng dụng mặt đường bán mềm xây dựng đường ô tô Việt Nam” mã số DT164028 [3] Báo cáo kết thử nghiệm mặt đường Densiphalt Phịng Thí nghiệm trọng điểm đường III 2016 [4] Báo cáo tổng kết thi công thực nghiệm mặt đường bê tông nhựa bán cứng, sử dụng phụ gi Strong Pave (STP) nút giao đường Võ Chí Cơng, TP Đà Nẵng Cơng ty CP Tư vấn Đầu tư xây dựng EEC 20117 [5] Báo cáo kết khảo sát mặt đường bán mềm - STP sau thi công năm tháng Công ty TNHH Taiyu Việt Nam 3/2019 [6] “Quy định tạm thời thiết kế, thi công nghiệm thu lớp bê tông bán mềm” ban hành kèm theo Quyết định số 189/QĐ-BGTVT ngày 08/02/2020 Bộ GTVT [7] Densiphalt Handbook Công ty EucoDensit [8] Cement Milk Modifier for Semi-Flexible Pavement Công ty TNHH Taiyu Nhật Bản 152 ... điểm chủ yếu mặt BTN mặt đường BTXM, số nước giới nghiên cứu ứng dụng loại mặt đường bán mềm (MĐBM) Hình - Lún vệt bánh xe mặt đường BTN Hình - Nứt mỏi mặt đường BTN Trong năm qua, Việt Nam đầu tư... đề tài cấp Bộ GTVT ? ?Nghiên cứu ứng dụng mặt đường bán mềm xây dựng đường ô tô Việt Nam? ?? mã số DT164028 [3] Báo cáo kết thử nghiệm mặt đường Densiphalt Phịng Thí nghiệm trọng điểm đường III 2016... 2016-2017, TS Nguyễn Văn Thành trì đề tài cấp Bộ GTVT ? ?Nghiên cứu ứng dụng mặt đường bán mềm xây dựng đường ô tô Việt Nam? ?? mã số DT164028 [2], số kết đạt bao gồm: (1) Đề xuất loại BTBM (BTBM12.5,