Nghiên cứu đánh giá công nghệ sử dụng sma làm lớp mặt trên kết cấu áo đường ở việt nam luận văn thạc sĩ chuyên ngành xây dựng đường ô tô và đường thành phố

LỜI CẢM ƠN Để hoàn thành luận văn này, tác giả xin chân thành cảm ơn Thầy TS Nguyễn Quang Phúc tận tình hướng dẫn bảo trình làm luận văn Tác giả trân trọng cảm ơn thầy cô, Ban giám hiệu trường Đại học GTVT đóng góp ý kiến quý báu Luận văn khơng thể hồn thành thiếu giúp đỡ Phòng Quản lý dự án, Phòng Quản lý chất lượng Công ty cổ phần đầu tư xây dựng BMT tạo điều kiện cung cấp tài liệu quan trọng với hỗ trợ, động viên nhiệt tình từ phía gia đình, bạn bè suốt thời gian hoàn thành luận văn Một lần xin chân thành cảm ơn giúp đỡ, hỗ trợ động viên tất người Xin trân trọng cảm ơn! TP HCM, NGÀY THÁNG 07 NĂM 2016 HỌC VIÊN THỰC HIỆN LUẬN VĂN NGUYỄN XUÂN NGUYỄN MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN MỤC LỤC CÁC THUẬT NGỮ VÀ ĐỊNH NGHĨA DANH SÁCH CÁC TỪ VIẾT TẮT DANH SÁCH BẢNG 10 DANH SÁCH HÌNH 11 PHẦN MỞ ĐẦU Tính cấp thiết đề tài Mục tiêu đề tài Ý nghĩa đề tài Phương pháp luận nghiên cứu Nội dung nghiên cứu CHƢƠNG TỔNG QUAN VỀ STONE MASTIC ASPHALT 1.1 Khái niệm 1.2 So sánh thành phần cấp phối hạt Stone Mastic Asphalt với loại hỗn hợp Asphalt khác 1.3 Các ưu điểm hỗn hợp Stone Mastic Asphalt 11 1.4 Các đặc tính bề mặt SMA 12 1.5 Tình hình ứng dụng SMA giới 14 1.6 Tình hình ứng dụng SMA Việt Nam 23 1.7 Thảo luận kết nghiên cứu tổng quan SMA 25 CHƢƠNG PHÂN TÍCH ĐÁNH GIÁ TIÊU CHUẨN THIẾT KẾ HỖN HỢP SMA VÀ KHẢ NĂNG ÁP DỤNG Ở VIỆT NAM 28 2.1 Đặt vấn đề 28 2.2 Các loại hỗn hợp stone mastic asphalt sử dụng 28 2.3 Thành phần vật liệu chế tạo 29 2.4 Một số tính chất tiêu chuẩn kỹ thuật Stone Mastic Asphalt 41 2.5 Thiết kế thành phần Stone Mastic Asphalt 59 2.6 Kết luận thành phần vật liệu phương pháp thiết kế SMA 77 2.7 Nội dung thiết kế cấp phối thực nghiệm 78 CHƢƠNG PHÂN TÍCH ĐÁNH GIÁ CƠNG NGHỆ THI CÔNG SMA VÀ KHẢ NĂNG ÁP DỤNG Ở VIỆT NAM 88 3.1 Thực tiễn công nghệ thi công Việt Nam 88 3.2 Sản xuất SMA trạm trộn 88 3.3 Vận chuyển hỗn hợp SMA 98 3.4 Điều kiện thi công 102 3.5 Chuẩn bị bề mặt 104 3.6 Lớp dính bám 104 3.7 Thi công rải thảm hỗn hợp SMA 105 3.8 Lu lèn 109 3.9 Công tác tạo độ nhám ban đầu 116 3.10 Điều kiện thông xe 117 3.11 Kiểm tra nghiệm thu 117 3.12 Các vấn đề ứng dụng SMA 118 3.13 Thực nghiệm thi công SMA 123 3.14 Đánh giá khả áp dụng công nghệ thi công SMA Việt Nam 127 3.15 Kết luận công nghệ thi công SMA 130 CHƢƠNG ĐỀ XUẤT CÁC KẾT CẤU MẶT ĐƢỜNG SỬ DỤNG SMA 131 4.1 Sử dụng SMA kết cấu sửa chữa mặt đường cũ: 131 4.2 Sử dụng SMA kết cấu áo đường làm 131 4.3 Sử dụng SMA kết cấu khác 132 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 133 Kết luận 133 Kiến nghị 134 TÀI LIỆU THAM KHẢO 136 CÁC THUẬT NGỮ VÀ ĐỊNH NGHĨA Hỗn hợp đá- vữa asphalt (Stone matrix asphalt Stone mastic asphalt-SMA) Là loại Bê tông asphalt sử dụng cấp phối gián đoạn Hỗn hợp Bê tông asphalt bao gồm bitum, cốt liệu chất ổn định (sợi) SMA thường sử dụng lượng bột khoáng bitum nhiều so với Bê tông asphalt cấp phối chặt Độ rỗng dư SMA (từ 2-4%) Bê tông asphalt nóng (Hot mix asphalt-HMA) Hỗn hợp bao gồm cốt liệu (đá dăm, cát, bột đá) trộn đồng bitum bọc kín Tại trạm trộn, cốt liệu sấy nóng trộn với sau trộn với bitum theo tỷ lệ thiết kế để tạo hỗn hợp bê tơng asphalt nóng Hỗn hợp vận chuyển công trường đổ vào máy rải, máy rải phân bố mặt đường thành lớp phẳng Lớp hỗn hợp bê tông nhựa vừa rải lu lèn đến đạt độ chặt thích hợp Tất cơng tác vận chuyển, rải lu lèn tiến hành hỗn hợp bê tơng asphalt cịn nóng Bê tơng nhựa nóng sau gọi tắt bê tông nhựa ký hiệu BTN Bê tông asphalt cấp phối chặt (Dense-graded HMA) Bê tông asphalt sử dụng cấp phối cốt liệu chặt (thường gọi Bê tông asphalt chặt) Cấp phối cốt liệu chặt loại cấp phối có lượng hạt thơ, hạt trung gian hạt mịn gần tương đương nhau, tạo điều kiện để đầm nén hạt cốt liệu dễ chặt khít với nhất, Bê tơng asphalt cấp phối chặt có độ rỗng dư nhỏ, thường từ 3-5% (hoặc 36%) Bê tông asphalt cấp phối gián đoạn (Gap-graded HMA) Bê tông asphalt sử dụng cấp phối cốt liệu gián đoạn Cấp phối cốt liệu gián đoạn loại cấp phối có lượng hạt thơ lượng hạt mịn lớn, lượng hạt trung gian nhỏ Đường cong cấp phối loại có xu gần nằm ngang vùng cỡ hạt trung gian Cấp phối cốt liệu tạo khả để hạt cốt liệu thơ chèn móc tốt với nhau, nhiên có xu dễ bị phân tầng q trình rải Bê tơng asphalt cấp phối gián đoạn có độ rỗng dư lớn so với Bê tông asphalt chặt Bê tông asphalt cấp phối hở (Open-graded HMA) Bê tông asphalt sử dụng cấp phối cốt liệu hở (còn gọi Bê tông asphalt rỗng) Cấp phối cốt liệu hở loại cấp phối có lượng hạt mịn chiếm tỷ lệ nhỏ hỗn hợp Đường cong cấp phối loại vùng hạt mịn có xu nằm ngang có giá trị gần khơng (0) Cấp phối có độ rỗng dư lớn khơng đủ lượng hạt mịn lấp đầy lỗ lỗng hạt thô Bê tơng asphalt rỗng có độ rỗng dư lớn so với Bê tông asphalt chặt Bê tông asphalt cấp phối gián đoạn Loại Bê tông asphalt rỗng làm lớp móng (base course), thường khơng sử dụng bột khống, có độ rỗng dư từ 6-12% Bê tơng asphalt có độ nhám cao, tăng khả kháng trƣợt Là loại Bê tông asphalt rỗng (Open-graded friction course –OGFC Porous friction course-PFC ) có độ rỗng dư 15-22% Bê tơng asphalt cấp phối gián đoạn (Very thin friction course-VTO) có độ rỗng dư 10-15% Loại lớp phủ có tác dụng ngăn ngừa tượng màng nước gây xe chạy với tốc độ cao, tăng khả kháng trượt mặt đường giảm đáng kể tiếng ồn xe chạy Loại Bê tông asphalt thường sử dụng bitum cải thiện polymer Cỡ hạt lớn cốt liệu (Maximum size of aggregate) Cỡ sàng nhỏ mà lượng lọt qua cỡ sàng 100% Cỡ hạt lớn danh định cốt liệu (Nominal maximum size of aggregate) Cỡ sàng lớn mà lượng sót riêng biệt cỡ sàng khơng lớn 10% Cốt liệu thô (Coarse aggregate) Cốt liệu hầu hết có kích cỡ nằm sàng 4,75 mm Cịn gọi đá dăm Cốt liệu mịn (Fine aggregate) Cốt liệu có kích cỡ lọt qua sàng 4,75 mm hầu hết nằm sàng 0,075 mm Còn gọi cát Là sản phẩm khoáng thiên nhiên (cát tự nhiên) sản phẩm nghiền từ đá tảng (cát xay) Bột khoáng (Mineral filler) Sản phẩm nghiền mịn từ đá bô nát ( đá vôi can xit, đolomit ), từ xỉ bazơ lò luyện kim xi măng, có 70% lọt qua sàng 0,075 mm Hàm lƣợng bitum (Bitumen content) Lượng bitum hỗn hợp BTN Có hai cách biểu thị hàm lượng bitum, tính theo phần trăm tổng khối lượng hỗn hợp BTN (cốt liệu thơ, cốt liệu mịn, bột khống, bitum), tính theo phần trăm tổng khối lượng cốt liệu (cốt liệu thơ, cốt liệu mịn, bột khống) Cách biểu thị hàm lượng bitum theo phần trăm tổng hỗn hợp BTN, ký hiệu Pb, áp dụng phổ biến giới sử dụng Tiêu chuẩn Hàm lƣợng bitum tối ƣu (Optimum Asphalt content) Hàm lượng bitum xác định thiết kế BTN, tương ứng với tỷ lệ phối trộn cốt liệu chọn, thỏa mãn tất yêu cầu kỹ thuật quy định với cốt liệu BTN Tiêu chuẩn thi công nghiệm thu Bê tơng asphalt Hàm lƣợng bitum hấp phụ (Absorbed Asphalt Content) Lượng bitum bị cốt liệu hấp phụ vào lỗ rỗng bề mặt hạt cốt liệu, biểu thị tỷ lệ phần trăm khối lượng hỗn hợp cốt liệu; ký hiệu Pba Hàm lƣợng bitum có hiệu (Effective Asphalt content) Hàm lợng bitum có hiệu hỗn hợp BTN tính lượng bitum có hỗn hợp BTN trừ lượng bitum bị hấp phụ vào hạt cốt liệu, ký hiệu Pbe Hàm lượng bitum có hiệu biểu thị tỷ lệ phần trăm khối lượng hỗn hợp BTN Lượng bitum có hiệu tạo nên lớp phủ bề hạt cốt liệu lượng bitum chi phối đặc tính lý hỗn hợp BTN Độ rỗng dƣ (Air voids) Tổng thể tích tất bọt khí nhỏ nằm hạt cốt liệu bọc bitum hỗn hợp BTN đầm nén Độ rỗng dư biểu thị phần trăm thể tích mẫu hỗn hợp BTN đầm nén, ký hiệu Va Độ rỗng cốt liệu (Voids in the mineral aggregate) Thể tích khoảng trống hạt cốt liệu hỗn hợp BTN đầm nén, thể tích bao gồm độ rỗng dư thể tích bitum có hiệu cộng lại Độ rỗng cốt liệu biểu thị phần trăm thể tích mẫu hỗn hợp BTN đầm nén, ký hiệu VMA Độ rỗng lấp đầy bitum (Voids filled with asphalt) Thể tích khoảng trống hạt cốt liệu (VMA) bị phần bitum có hiệu lấp đầy Độ rỗng lấp đầy bitum biểu thị phần trăm thể tích bitum có hiệu chia cho độ rỗng cốt liệu (VMA), ký hiệu VFA Tỷ trọng lớn (Maximum Specific Gravity) Tỷ trọng hỗn hợp BTN hỗn hợp khơng có độ rỗng dư (độ rỗng dư 0), ký hiệu Gmm Tỷ trọng khối (Bulk Specific Gravity) Là tỷ lệ khối lượng cân khơng khí (sau sấy khơ) đơn vị thể tích cốt liệu (bao gồm thể tích lỗ rỗng bề mặt hạt cốt liệu) chia cho khối lượng cân khơng khí thể tích nước cất tương đương nhiệt độ xác định Tỷ trọng khối (bão hịa-khơ bề mặt)( Bulk Specific Gravity-saturated surface-dry) Là tỷ lệ khối lượng cân khơng khí (sau ngâm bão hịa làm khơ bề mặt) đơn vị thể tích cốt liệu (bao gồm thể tích lỗ rỗng bề mặt hạt cốt liệu) chia cho khối lượng cân khơng khí thể tích nước cất tương đương nhiệt độ xác định Tỷ trọng biểu kiến (Apperent Specific Gravity) Là tỷ lệ khối lượng cân không khí (sau sấy khơ) đơn vị thể tích cốt liệu (khơng bao gồm thể tích lỗ rỗng bề mặt hạt cốt liệu) chia cho khối lượng cân khơng khí thể tích nước cất tương đương nhiệt độ xác định Độ hấp phụ nƣớc (Absorption) Là tăng khối lượng cốt liệu nước thấm vào lỗ rỗng bề mặt hạt cốt liệu Độ hấp phụ nước biểu thị % khối lượng cốt liệu khô DANH SÁCH CÁC TỪ VIẾT TẮT AC-Asphalt Content AASHTO-American Association of State Highway Transportation Officials AIMS-Aggregate Imaging System ASTM-American Society of Testing Materials BTAC - Bê tông asphalt chặt BTAR - Bê tông asphalt rỗng ESAL-Equivalent Single Axle Load F/E - Flat to Elongation Ratio FHWA TWG - Federal Highway Administration Technical Working Group HMA-Hot Mix Asphalt IRI-International Roughness Index JMF-Job Mix Formula L.A Abrasion-LosAngeles Abrasion NAPA-National Asphalt Pavement Association NCAT-National Center for Asphalt Technology NCHRP-National Cooperative Highway Research Program NMAS-Nominal Maximum Aggregate Size RAP-Recycled Asphalt Pavement SMA-Stone Matrix Asphalt SHRP-Strategic Highway Research Plan TMD -Theoretical Maximum Density, also called "Rice Density” TSR-Tensile Strength Ratio TWG-Technical Working Group UF - Unified Facilities Va- Air Voids VCA-Voids in Coarse Aggregate VFA-Voids Filled with Asphalt VMA-Voids in the Mineral Aggregate WSDOT- Washington State Department of Transportation - 124 SMA vận chuyển tới cơng trường xe tải có thùng bảo ôn che phủ bạt sợi thủy tinh để đảm bảo nhiệt độ tới công trường > 150oC Cự ly trạm sản xuất tới công trường 40km 3.13.1.3 Thi công SMA Kết cấu sử dụng đoạn thử nghiệm: Sử dụng kết cấu SMA 12.5 dày 5cm thiết kế thực nghiệm mục 2.7 – Chương làm lớp mặt kết cấu áo đường Phía lớp BTNC19 dày 7cm mặt đường bê tơng nhựa cũ cào bóc 12cm SMA 12.5 dày 5cm T-ới dính bám 0.3Kg/m2 Lớp BTNC19 thay Lớp dính bám 0.5kg/m2 Kết cấu mặt đ-ờng bê tông nhùa cị sau cµo bãc 12cm Hình 3-36 Kết cấu sử dụng SMA thực nghiệm Vị trí đoạn thực nghiệm thuộc tuyến đường có mật độ xe lưu thơng lớn, nhiều xe tải trọng nặng (ra vào cảng) Hình thức sửa chữa cào bóc thay BTN cũ kết cấu BTNC19 SMA 12.5 để thử nghiệm công nghệ thi công khả kháng hằn lún SMA Kích thước đoạn thử nghiệm: 100x4m Thiết bị thi công: Dây chuyền thi công sử dụng thiết bị nguồn nhân lực thi công BTN thông thường: + 01 xe tưới nhựa tự động có chức điều chỉnh hàm lượng tưới + 01 máy rải có chức bám cao độ tự động, hệ thống bàn là, đầm, guồng xoắn hoạt động tốt + 02 lu bánh thép 10-12T có chức rung đa chế độ, có gắn kèm đĩa cắt/ép để xử lý mối nối + 01 lu bánh lốp 25T (sử dụng riêng) + thiết bị phụ trợ: máy nén khí, máy chà quét vệ sinh,… + nhân công - 125 - Hình 3-37 Đoạn thi cơng thử nghiệm sau thi công Chuẩn bị mặt thi cơng lớp dính bám: Điều kiện thời tiết: trời nắng có gió nhẹ, nhiệt độ mơi trường 35oC Lớp dính bám BTNC19 SMA12.5 Nhũ tương nhựa đường polime gốc axit CRS1-P tưới với hàm lượng 0.3kg/m2 Kiểm sốt q trình rải lu lèn: Trong q trình rải, máy rải hoạt động với tốc độ ổn định 6-8m/phút trình rải phải liên tục không dừng nghỉ lâu Hệ số tơi xốp (lu lèn) sử dụng 1.20 Lu lèn sau máy rải, sử dụng lu bánh thép tải trọng 10T, số lượt lu sử dụng: - Lu tĩnh sơ cấp: lượt, tốc độ 4-6km/h - Lu rung: 3-4 lượt, tốc độ 4-6km/h - Lu tĩnh hoàn thiện: 2-3 lượt, tốc độ 4-6km/h Hình 3-38 Máy rải cao độ tự động Hình 3-39 Kiểm sốt nhiệt độ hỗn hơp - 126 - Hình 3-40 Lu lèn Hình 3-41 Bề mặt SMA sau lu Hình 3-42 Bề mặt SMA sau lu lèn hoàn thiện 3.13.2 Kết nghiệm thu Công tác sản xuất, thi công đảm bảo yêu cầu kỹ thuật Các kết thí nghiệm, nghiệm thu cho thấy: - Thí nghiệm độ phẳng (bằng thước 3m): đạt yêu cầu Thí nghiệm độ chặt: đạt yêu cầu K>95% Thí nghiệm moduyn đàn hồi mặt đường: E>280Mpa Kết quan trắc vệt lún bánh xe: sau 12 tháng khai thác, kết quan trắc cho thấy lưu lượng giao thơng trung bình 100.000 trục đơn tương đương/ tháng độ lún quan trắc 6mm (phương pháp đo thước thẳng theo ASTM E1703) Qua kết nhận xét hỗn hợp SMA sau thi công đưa vào khai thác có kết tốt, đặc biệt việc khắc phục hằn lún vệt bánh xe - 127 - Hình 3-43 Bề mặt đoạn thi công SMA sau thông xe Hình 3-44 Bề mặt đoạn thi cơng SMA sau thời gian thông xe 3.14 Đánh giá khả áp dụng công nghệ thi công SMA Việt Nam 3.14.1 Đánh giá công nghệ thi công SMA Công nghệ thi cơng SMA có u cầu khắt khe địi hỏi kỹ thuật cao khơng phức tạp, áp dụng phương tiện thiết bị thi công điều kiện nhân lực kỹ thuật có Việt Nam để thi cơng SMA - Yêu cầu thiết kế lựa chọn vật liệu, ngồi nội dung trình bày mục 2.7 – Chương có số vấn đề thực tiễn sau: + Phương pháp thiết kế Marshall phổ biến Việt Nam, phù hợp với điều kiện sẵn có nhân lực, kỹ thuật sở vật chất Do đó, áp dụng để thiết kế SMA không gây thêm trở ngại hay vấn đề phát sinh Tuy - 128 - - - - nhiên cần lưu ý việc bổ sung thêm số tiêu độ bền mỏi, thí nghiệm vệt lún bánh xe + Vật liệu SMA sử dụng nguồn vật liệu đá, bột khoáng nhựa đường tương tự cho hỗn hợp bê tông nhựa khác mà với điều kiện nước chủ động sản xuất Đặc biệt có nguồn chất ổn định phải phụ thuộc vào nhập bên đa dạng nhà cung cấp với giá cạnh tranh CFF,… Yêu cầu sản xuất: + Trạm sản xuất phải đáp ứng yêu cầu dự trữ, phân loại bảo quản vật liệu Chất lượng vật liệu đầu vào phải kiểm soát chặt chẽ theo tiêu chuẩn kỹ thuật + Trạm trộn phải đặt gần công trường để đảm bảo cho cự ly vận chuyển + Trạm trộn cần có hệ thống kiểm soát ổn định thành phần mẻ trộn cơng nghệ đại có hệ thống cân đong, nạp chất ổn định vào buồng trộn + Thời gian trộn nhiệt độ trộn phải tính tốn phù hợp với loại nhựa đường sử dụng phải đủ để chất ổn định phân bố hỗn hợp mà không bị suy giảm thay thay đổi đặc tính lý + Phải có silo cách nhiệt để lưu trữ hỗn hợp sau sản xuất Nhận xét: nhìn chung, u cầu sản xuất SMA có địi hỏi cao so với sản xuất BTN thơng thường, điều kiện hồn tồn đáp ứng với điều kiện trạm BTN có mà cần thực số chuyển đổi nhỏ lắp đặt thêm hệ thống cân đong chất ổn định, … Yêu cầu vận chuyển + Nhiệt độ hỗn hợp SMA vận chuyển đến công trường đổ vào máy rải phải mức 150-170oC Trong trình vận chuyển không để xảy tượng chảy nhựa phân tầng vật liệu + Để đáp ứng yêu cầu trên, Việt Nam có trang bị xe vận tải chuyên dụng trang bị thùng có cách nhiệt (bảo ơn) che phủ vải bạt thủy tinh cách nhiệt Yêu cầu thi công + Điều kiện thi công: không thi cơng điều kiện thời tiết bất lợi mưa, gió, nhiệt độ mơi trường thấp,… + Lớp dính bám: hàm lượng tưới lớp dính bám phải trì mức tối thiểu để hạn chế tượng trượt, “nổi nhựa” + Dây chuyền thi công yêu cầu tối thiểu máy rải có chức gia nhiệt bàn là, kiểm soát cao độ tự động hệ thống băng tải, guồng xoắn, - 129 - - đầm, rung,… hoạt động tốt Theo sau máy rải phải có lu bánh thép tải trọng 10-12T có chức rung kiểm soát tần số, biên độ rung + Công tác thi công rải thảm phải liên tục, nhanh chóng lu lèn SMA khoảng thời gian mà nhiệt độ cho phép >100oC Không nên sử dụng lu lốp để lu lèn SMA Sử dụng lu rung phải kiểm soát chặt chẽ Nhận xét: Các yêu cầu thiết bị, công nghệ thi công với điều kiện trang thiết bị Việt Nam hồn tồn đáp ứng Yêu cầu kiểm soát chất lượng QA/QC: + Kiểm sốt chất lượng trạm: cần có quy trình kiểm sốt chất lượng trạm từ thí nghiệm vật liệu đầu vào, thí nghiệm tần suất vật liệu cho đợt sản xuất; kiểm tra ổn định thành phần mẻ trộn theo dõi thời gian, nhiệt độ trộn + Tại trạm trộn cần phải có phịng thí nghiệm để thực thí nghiệm tiêu lý vật liệu hỗn hợp SMA thành phẩm Phịng thí nghiệm phải có đầy đủ phép thử theo tiêu chuẩn kỹ thuật phương pháp thiết kế tương ứng hỗn hợp SMA Phải lập đề cương thí nghiệm phù hợp đầy đủ tiêu đặc tính thể tích, tiêu lý theo tiêu chuẩn phương pháp thiết kế + Kiểm sốt chất lượng cơng trường: phải kiểm soát nhiệt độ hỗn hợp suốt q trình thi cơng, lỗi q trình rải phải nhanh chóng khắc phục sửa chữa + Các tiêu kiểm tra nghiệm thu: Cao độ, kích thước hình học Độ phẳng Độ chặt lu lèn Độ rỗng dư hỗn hợp lu lèn Hàm lượng nhựa, thành phần hạt Các tiêu lý mẫu SMA đầm nén phịng Các kết thí nghiệm vật liệu - Nhận xét: nay, Việt Nam chưa có tiêu chuẩn kỹ thuật, quy trình quy phạm cho cơng nghệ thi cơng SMA Tuy nhiên, vận dụng tiêu chuẩn, quy trình có hỗn hợp bê tông nhựa thông thường, bê tông nhựa polime để áp dụng phần SMA có yêu cầu kỹ thuật tương tự sử dụng phương pháp thiết kế Marshall - 130 - 3.14.2 Kết luận khả áp dụng Việt Nam Qua phân tích u cầu cơng nghệ thi công trên, sau xem xét với điều kiện thực tiễn Việt Nam, kết hợp với q trình thi cơng thử nghiệm thành cơng Tác giả kết luận cơng nghệ thi cơng SMA hồn tồn áp dụng Việt Nam với điều kiện nguyên vật liệu, sở sản xuất, dây chuyền cơng nghệ thi cơng có Việc áp dụng SMA Việt Nam góp phần đưa giải pháp khắc phục tình trạng hư hỏng lún vệt bánh xe nhức nhối, đồng thời nâng cao độ bền kết cấu áo đường, tăng tuổi thọ khai thác cơng trình mang lại hiệu kinh tế lâu dài 3.15 Kết luận công nghệ thi công SMA - - - - Quá trình sản xuất phải sử dụng trạm đáp ứng đầy đủ yêu cầu kỹ thuật về: dự trữ bảo quản vật liệu, kiểm sốt nhiệt độ thành phần hỗn hợp, có biện pháp cho phụ gia chất bảo quản thích hợp có hệ thống kiểm sốt chất lượng đạt u cầu Quá trình vận chuyển phải tuân thủ giới hạn để đảm bảo nhiệt độ trạng thái hỗn hợp tới công trường đạt yêu cầu nhiệt độ độ đồng trạng thái hỗn hợp Q trình thi cơng sử dụng thiết bị dây chuyền thi công thi công bê tông nhựa thông thường, nhiên phải phối hợp công việc nhịp nhàng để trình rải thảm lu lèn liên tục Cần lựa chọn phù hợp kiểm sốt chặt chẽ q trình lu lèn Cần tổ chức đoạn thi công thử trước áp dụng loại kết cấu SMA - 131 CHƢƠNG ĐỀ XUẤT CÁC KẾT CẤU MẶT ĐƢỜNG SỬ DỤNG SMA 4.1 Sử dụng SMA kết cấu sửa chữa mặt đƣờng cũ: - SMA có ưu điểm kháng lún cao, điều kiện thực tế Việt Nam vấn đề hư hỏng vệt hằn bánh xe nhức nhối Qua thực nghiệm cho thấy SMA phù hợp để khắc phục hư hỏng tuyến đường bị hằn lún lâu năm, bị lặp lại sau áp dụng nhiều phương án khác mà không cải thiện tình hình - Nên sử dụng SMA làm lớp mặt kết cấu áo đường, bên sử dụng bê tông nhựa chặt thông thường Một số kết cấu đề xuất ứng dụng SMA làm lớp mặt kết cấu sửa chữa mặt đường cũ: - Sử dụng SMA 12.5 dày 5cm thảm tái lập lớp mặt sau cào bóc sửa chữa: Áp dụng: Mặt đường có tượng lún SMA 12.5 dµy 5cm vệt bánh xe, hư hỏng rạn nứt vừa, nhẹ T-íi dính bám 0.3Kg/m2 Kết cấu mặt đ-ờng bê tông nhựa cị Mặt đường tu sửa chữa sau cµo bãc 3-5cm xư lý bỊ mỈt - Sử dụng SMA 12.5 dày 5cm kết hợp BTNC19 dày 7cm để sửa chữa mặt đường cũ sau cào bóc Áp dụng: Mặt đường hư hỏng lún vệt SMA 12.5 dµy 5cm T-íi dÝnh b¸m 0.3Kg/m2 bánh xe, rạn nứt vừa nặng Mặt Líp BTNC19 thay thÕ đường nâng cấp sửa chữa, tải trng Lớp dính bám 0.5kg/m2 Kết cấu mặt đ-ờng bê tông nhựa cũ nng, lu lng ụng sau cào bóc 7-12cm - Sử dụng SMA 12.5 dày 5cm kết hợp bù vênh BTNC19 mặt đường cũ Áp dụng: Sửa chữa tăng cường mặt SMA 12.5 dµy 5cm T-íi dÝnh b¸m 0.3Kg/m2 đường cũ mà khơng cần thiết phải Líp bù vênh tăng c-ờng BTNC19 Lớp dính bám 0.5kg/m2 co búc bờ tụng nha c Kết cấu mặt đ-ờng bê tông nhựa cũ - S dng SMA 9.5 dy 3cm làm lớp phủ mỏng để tăng cường mặt đường cũ Áp dụng: Sửa chữa mặt đường cũ hư hỏng nhẹ, tăng cường, cải thiện bề mặt Líp sưa ch÷a tăng c-ờng SMA 9.5 Lớp dính bám Kết cấu mặt đ-ờng bê tông nhựa cũ t-ơng đối phẳng 4.2 Sử dụng SMA kết cấu áo đƣờng làm - - SMA mặt đường: tương tự kết cấu sửa chữa mặt đường cũ, áp dụng SMA mặt đường làm để tăng khả làm việc tuổi thọ kết cấu sau Tuy nhiên cần xem xét tính tốn kỹ lưỡng mặt giá thành Kết hợp SMA12.5 dày 5cm BTNC19 lớp móng cấp phối đá dăm - 132 - Áp dụng: Mặt đường làm thơng thường SMA 12.5 dµy 5cm T-íi dÝnh b¸m 0.3Kg/m2 Líp BTNC19 T-íi thÊm b¸m 1.0Kg/m2 Cấp phối đá dăm - Kt hp SMA 12.5 dày 5cm BTNC19 lớp móng đá dăm gia cố nhựa SMA 12.5 dµy 5cm Áp dụng: Mặt đường làm mới, tải T-íi dÝnh b¸m 0.3Kg/m2 Líp BTNC19 (líp 2) trọng nặng lưu lượng xe tính tốn Líp BTNC 19 (líp 1) T-íi dÝnh b¸m TC 0.5Kg/m2 nhiều, ng cp cao Lớp móng đá dăm gia cố nhựa (Asphalt Treated Base) Cấp phối đá dăm 4.3 S dng SMA kết cấu khác Với đặc tính ưu việt hỗn hợp, SMA cịn ứng dụng nhiều lĩnh vực như: - SMA làm đường sân bay - SMA mặt cầu thép: qua thực tế quan sát dự án thí điểm Việt Nam, SMA chưa thể phù hợp, hư hỏng xảy chủ yếu dính bám SMA mặt cầu ứng suất nhiệt lớn số cầu dầm thép Tuy nhiên, với hướng nghiên cứu sâu áp dụng thận trọng thực tế hồn tồn áp dụng kết cấu - SMA màu Hiện chưa có nghiên cứu ứng dụng SMA vai trò khác kết cấu áo đường, nhiên, tác giả tin tưởng với nghiên cứu đầy đủ áp dụng SMA phạm vi rộng hơn, để nâng cao chất lượng cơng trình - 133 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Kết luận Thông qua kết nghiên cứu lý thuyết SMA nước nước kết hợp với trình nghiên cứu thực nghiệm Tác giả đưa số kết luận sau: Phạm vi ứng dụng SMA - Sử dụng SMA làm lớp mặt kết cấu áo đường làm sửa chữa nâng cấp để khắc phục, hạn chế hư hỏng vệt bánh xe; đồng thời tăng tuổi thọ kết cấu, thời gian khai thác cơng trình - Nên sử dụng SMA cho cơng trình có lưu lượng xe lớn, tải trọng nặng công trình cấp hạng cao để cân đối phương án giá thành Tiêu chuẩn thiết kế SMA  Tiêu chuẩn thiết kế thành phần sử dụng theo AASHTO, BS Đức, Thụy Điển, Đan Mạch, Australia… phải phù hợp với điều kiện Việt Nam  Kiến nghị Việt Nam nên sử dụng phương pháp thiết kế Marshall phương pháp phổ biến, phù hợp với điều kiện thực tiễn với Việt Nam Tiêu chuẩn thiết kế SMA sử dụng theo M325 – 08 R46-08 AASHTO (phiên năm 2012)  Đề xuất sau nên nghiên cứu áp dụng thêm phương pháp thiết kế Supepave theo tiêu chuẩn cập nhật AASHTO Yêu cầu sản xuất – thi cơng - Quy trình sản xuất, kiểm sốt chất lượng tham khảo kinh nghiệm thi cơng thực tế dự án Mỹ, Đức lựa chọn điều kiện phù hợp với Việt Nam - Dây chuyền cơng nghệ thi cơng chuyển đổi từ dây chuyền công nghệ thi công bê tông nhựa có nước, cần đặc biệt trọng đến yêu cầu SMA nhiệt độ, thành phần cấp phối,… Yêu cầu kiểm soát chất lượng - Quy trình kiểm sốt chất lượng SMA tương tự kiểm sốt chất lượng bê tơng nhựa thơng thường, nhiên cần lưu ý bổ sung tiêu thí nghiệm độ chảy nhựa, hàm lượng chất ổn định - 134 Đặc tính kỹ thuật  SMA đáp ứng tốt tiêu kỹ thuật theo quy định, đặc biệt loại vật liệu có khả chống hằn lún tốt đặc biệt cấp phối SMA sử dụng nhựa đường Polime cải tiến Giá thành  Giá thành SMA cao BTN thơng thường ví dụ: Mỹ chi phí ban đầu SMA lớn 76% so với BTN thông thường (Nancy M Myers, 7/2007) Các chi phí cao gây yêu cầu khắt khe vật liệu, nhiên liệu sản xuất, việc thêm phụ gia chất ổn định, chi phí vận hành nhà máy cơng nghệ sản xuất thi công cao hơn, việc gia tăng địi hỏi cao thiết kế, thí nghiệm hỗn hợp,…  Tuy nhiên, đưa SMA vào sử dụng phổ biến chi phí giảm nhiều, 30-50% so với BTN thơng thường Ngoài với khả chống hằn lún tốt vệt bánh xe, SMA có tuổi thọ cao nhiều so với BTN thông thường, kéo dài thời gian tu cơng trình Do tính cho vịng đời dự án SMA có hiệu cao BTN thông thường Kiến nghị Thành phần tiêu chuẩn thiết kế SMA  Cốt liệu 100% có nguồn gốc từ đá nghiền;  Bổ sung thêm sợi Cenlulose thành phần SMA;  Nên sử dụng nhựa đường Polime cải tiến để làm chất kết dính;  Sử dụng tiêu chuẩn ASSHTO M325 để thiết kế thành phần SMA Công nghệ thi công - Sử dụng thiết bị công nghệ có thi cơng bê tơng nhựa thơng thường để thi công SMA - Chỉ sử dụng lu hai bánh thép có chế độ lu tĩnh lu rung; kiểm sốt chặt số lượt lu - Khơng sử dụng lu bánh lốp để lu lèn SMA - Cần theo dõi nhiệt độ chặt chẽ suốt trình sản xuất thi công - Việc thi công SMA phải liên tục điều kiện thời tiết thuận lợi, yếu tố sống - 135 Hướng ứng dụng SMA vào thực tế  Qua kết nghiên cứu đề tài tính chất kỹ thuật SMA Cho thấy SMA loại vật liệu tốt sử dụng làm lớp mặt kết cấu mặt đường tơ để khắc phục trình trạng lún vệt hằn bánh xe mặt đường  Công nghệ thi cơng khơng q phức tạp, sử dụng khả công nghệ, thiết bị nhân lực sẵn có thi cơng bê tơng nhựa thơng thường để thi công SMA Cho thấy khả áp dụng công nghệ thi cơng SMA vào điều kiện Việt Nam hồn tồn phù hợp mà khơng cần phải chuyển đổi hay bổ sung thêm thiết bị Tác giả kiến nghị thời gian tới cần mạnh dạn sử dụng SMA cho tuyến đường cấp cao, đường cao tốc, đường có xe tải trọng nặng lưu thơng thường xun Hướng nghiên cứu Do thời gian điều kiện nghiên cứu có hạn, nên tác giả chưa nghiên cứu tiếp vấn đề sau:  Nghiên cứu sử dụng SMA kết hợp với giải pháp khác tăng cường khả chịu tải đường nhằm đưa giải pháp chống hằn lún vệt bánh xe tồn diện  Nghiên cứu sử dụng cơng nghệ SMA mặt cầu thép, mặt cầu bê tông xi măng  Nghiên cứu lựa chọn loại chất kết dính nhựa đường phù hợp với điều kiện khí hậu Việt Nam  Quy trình kiểm sốt chất lượng sản phẩm SMA từ lựa chọn nguyên vật liệu đầu vào, phương án kết cấu, quy trình sản xuất thi công – nghiệm thu - 136 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] GS.TS Phạm Duy Hữu, PGS.TS Vũ Đức Chính, TS Đào Văn Đông, Bêtông Asphalt hỗn hợp Asphalt, NXB GTVT, 2009 [2] Phịng thí nghiệm trọng điểm đường 1, "Báo cáo kết thiết kế hỗn hợp đá vữa asphalt (SMA9.5 12.5) cho mặt cầu Thăng Long," Hà Nội, 2009 [3] Công ty CPTVXDCTGT 5, "Báo cáo kết thiết kế hỗn hợp đá vữa asphalt SMA9.5 cho mặt cầu Thuận Phước," Đà Nẵng, 2009 [4] Yukio Fukui, "Báo cáo kết thiết kế hỗn hợp đá vữa asphalt SMA13 SMA5 cho mặt cầu Cần Thơ," Cần Thơ, 2009 [5] Nguyễn Quang Phúc, "Nghiên cứu số tính chất ứng dụng Mastic asphalt xây dựng giao thông Việt Nam," Hà Nội, 2010 [6] John Read, David Whiteoak, Robert Hunter, "The Shell bitumen handbook," 2003 [7] Asphalt institute, "Mix design methods for asphalt concrete," 1994 [8] Bernd Schneider, "Stone Mastic Asphalt Pavement Technology for the New Millennium Germany," 1989 [9] E.R.Brow, L.A.Cooley, National Center for Asphalt Technology, "Designing Stone Mastic Asphalt for Rut-Resistant Pavements," Washington, D.C, 1999 [10] Stephen A.Cross, "Aggregate specification for stone mastic asphalt," Kanas, 1999 [11] Dennis Gatchalian, Eyad Masad, Arif Chowdhury and Dallas Little, "Characterization of aggregate resistance to degradation in stone mastic asphalt mixtures," Texas, 2006 [12] Australia road, Technical note 16 Stone Mastics Asphalt, 2004 - 137 - [13] E.R.Brown, John E.Haddock, Rajib B.Mallick and Todd A.Lynn, "Development of mixture design procedure for stone mastic asphalt Natinal," Center for Asphalt Technology, 1997 [14] E.R.Brown, John E.Haddock, Rajib B.Mallick and John Bukowski, "Performance of stone mastic asphalt mixtures in United States," Natinal Center for Asphalt Technology, 1997 [15] E.R.Brown, Rajib Basu Mallick Stone Matrix Asphalt, "Properties related to mixture design," National Center for Asphalt Technology, September 1994 [16] L.Allen Cooley, Jr.E.Ray Brown, "Potential of using Stone Matrix Asphalt (SMA) for thin overlays NCAT Report No 2003-01," April 2003 [17] Craig Campbell, " The Use of Stone Mastic Asphalt On Aircraft Pavements," Craig Campbell BE (Civil) MIEAust CPEng RPEQ, 1999 [18] E.Ray Brown, Jhon E Haddock, "A method to ensure stone-on-stone contact in Stone Matrix Asphalt paving mixture Auburn university (Alabama)," Department of Transportation (Indiana), NCAT Report No97-2, 1997 [19] Ken Wonson, "SMA - the European experience Asphalt review, Vol.15, No2.," AAPA Pavements Industry conference, September 1996 [20] Copyright notice, "Specification for SMA material New Zealand Pavement & Bitumen Contactors Association," August 1999 [21] Lanham, MD, "Guidelines for Materials, Production, and Placement of Stone Matrix Asphalt (SMA)," National Asphalt Pavement Association, Information Series 118, 1994 [22] Brown, E.R, "Evaluation of SMA used in Michigan (1991 )," National Center for Asphalt Technology, Report Number 93-3, 1992,41 Pages [23] AAPA, "Stone Mastic Asphalt Design Guide – AAPA Implementation Guide IG-4 (Draft)," Australian Asphalt Pavement Association, Melbourne, Australia, 1998 - 138 - [24] Prof Simantini Behera, "Laboratory investigation on stone maxtrix asphalt using sisal fibre for Indian roads," Deparment of civil engineering, National institute of technology, 2010 [25] Sayyed Mahdi Abtahi, Mohammad Sheikhzadeh, Sayyed Mahdi Hejazi, "reinforced asphalt-concrete – A review," Iran, 2009 [26] AASHTO 325 08, "Stone Matrix Asphalt (SMA)," 2010 [27] BS EN13108-5:2006, "Bituminous mixtures - Material specifications," 2006 [28] OPSS 1151, "MATERIAL SPECIFICATION FOR SUPERPAVE AND STONE MASTIC ASPHALT MIXTURES," ONTARIO PROVINCIAL STANDARD SPECIFICATION , November 2004