NGHIÊN CỨU TỔNG QUAN
Tổng quan về kết cấu áo đường mềm
Áo đường mềm, hay còn gọi là kết cấu áo đường mềm, bao gồm một tầng mặt được làm từ các vật liệu hạt hoặc hỗn hợp vật liệu hạt với nhựa đường Tầng móng được cấu tạo từ nhiều loại vật liệu khác nhau, được đặt trực tiếp lên nền đường hoặc trên lớp đáy móng.
Tầng mặt là bộ phận chịu tác động trực tiếp từ bánh xe và các yếu tố thiên nhiên, bao gồm cả lực ngang lớn Để đảm bảo khả năng chịu lực, tầng mặt cần được làm từ vật liệu có cường độ và sức liên kết tốt, như các khoáng chất có cường độ cao hoặc hỗn hợp vật liệu có chất dính kết Lớp mặt trên thường sử dụng vật liệu kích cỡ nhỏ vừa để giảm thiểu hư hại do lực ngang Nếu bề dày lớp mặt trên dưới 3cm, nó được gọi là lớp hao mòn Khi sức liên kết không đủ để chịu lực từ xe chạy, lớp hao mòn và lớp bảo vệ sẽ được bổ sung nhằm giảm thiểu tác động xung kích, xô trượt và mài mòn từ bánh xe cũng như các ảnh hưởng tiêu cực khác từ thiên nhiên.
Lớp hao mòn là lớp mỏng 1-3cm được làm từ vật liệu có độ dính kết khác nhau, được đặt lên lớp mặt chính Trong quá trình tính toán kết cấu áo đường, lớp hao mòn và lớp bảo vệ không được tính vào độ dày của tầng mặt.
Lớp mặt dưới (lớp liên kết) thường dùng làm bằng bê tông nhựa rỗng, nhiều hoặc vừa đá dăm và bắt buộc phải bố trí trong trường hợp sau:
- Lưu lượng xe lớn và nhiều xe nặng khi bề dày lớp mặt trên dưới 5cm
- Mặt đường có yêu cầu cao về độ bằng phẳng
- Tầng móng là vật liệu gia cố chất liên kết vô cơ (có thể lan truyền nứt lên phía trên)
Tầng móng khác với tầng mặt ở chỗ chỉ chịu lực thẳng đứng, với nhiệm vụ chính là truyền và phân bố lực này xuống nền đất Mục tiêu là giảm ứng suất đến mức an toàn để nền đường không bị biến dạng thẳng đứng hoặc trượt quá mức cho phép Để tiết kiệm vật liệu, tầng móng có thể được cấu tạo từ nhiều lớp với các loại vật liệu có cường độ giảm dần từ trên xuống dưới.
Hình 1.1 Sơ đồ các tầng, lớp của kết cấu áo đường mềm và kết cấu nền - áo đường
Tầ n g m ặ t Tầ n g m ó n g Lớ p m ó ng trê n (Ba se)
Lớ p đá y m ó ng (Ca p p ing la yer)
K h u v ự c t á c d ụ n g 80 -1 0 0 c m (S u b g ra d e ) (K ế t c ấ u t ổ n g t h ể n ề n m ặ t đ - ờ n g ) á o đ - ờ n g (h a y kế t c ấ u á o đ - ờ n g ) (P a v e m e n t st ru c tu re ) K ế t c ấ u n ề n á o đ - ờ n g
Hỗn hợp vật liệu cho các lớp kết cấu mặt đường bao gồm cốt liệu và vật liệu liên kết Cốt liệu, thường là đất, đá, cuội sỏi, là thành phần thiết yếu cho mọi lớp trong kết cấu mặt đường Vật liệu liên kết được trộn vào cốt liệu với tỷ lệ nhất định nhằm tăng cường sự liên kết giữa các hạt cốt liệu, từ đó nâng cao độ bền của hỗn hợp Tuy nhiên, một số lớp có thể không cần vật liệu liên kết tùy thuộc vào yêu cầu và điều kiện làm việc Vật liệu liên kết được chia thành ba loại: liên kết thiên nhiên (như đất sét dính), liên kết vô cơ (xi măng, vôi) và liên kết hữu cơ (nhựa, hóa chất).
Ngoài cốt liệu và vật liệu liên kết, việc sử dụng các chất phụ gia vô cơ hoặc hữu cơ là phổ biến nhằm cải thiện điều kiện tiếp xúc và bao bọc Mục đích chính của các phụ gia là tăng cường hiệu quả của vật liệu liên kết với cốt liệu, từ đó nâng cao cường độ của hỗn hợp vật liệu Bên cạnh đó, phụ gia còn giúp thi công dễ dàng hơn và tăng cường các tính chất đặc biệt như tính dẻo và tính ổn định nhiệt của hỗn hợp.
Cấu trúc áo đường được hình thành từ các lớp vật liệu có cường độ giảm dần từ trên xuống dưới Việc lựa chọn và phối hợp thành phần vật liệu cùng tỷ lệ giữa các lớp dựa trên các nguyên lý thiết kế cụ thể.
+ Nguyên lý đá chèn đá:
+ Nguyên lý gia cố đất:
Xuất phát từ yêu cầu về cường độ và điều kiện khai thác, lựa chọn loại tầng mặt và vật liệu làm tầng mặt cho phù hợp:
Bảng 1.1: Lựa chọn loại tầng mặt và vật liệu làm tầng mặt[2]
Loại tầng mặt Vật liệu và cấu tạo tầng mặt
Thời hạn thiết kế (năm)
Số trục xe tiêu chuẩn tích lũy trong thời hạn thiết kế (trục xe tiêu chuẩn/làn)
Cấp I, II, III và cấp IV Cấp cao A1
Bê tông nhựa chặt loại I hạt nhỏ, hạt trung làm lớp mặt trên; hạt trung, hạt thô (chặt hoặc hở loại I hoặc loại II) làm lớp mặt dưới
Loại tầng mặt Vật liệu và cấu tạo tầng mặt
Thời hạn thiết kế (năm)
Số trục xe tiêu chuẩn tích lũy trong thời hạn thiết kế (trục xe tiêu chuẩn/làn)
Cấp III, IV và cấp V Cấp cao A2
- Bê tông nhựa chặt loại II, đá dăm đen và hỗn hợp nhựa nguội trên có láng nhựa
- Láng nhựa (cấp phối đá dăm, đá dăm tiêu chuẩn, đất đá gia cố trên có láng nhựa)
Cấp IV, V và VI Cấp thấp B1
Cấp phối đá dăm, đá dăm nước, hoặc cấp phối thiên nhiên trên có lớp bảo vệ rời rạc (cát) hoặc có lớp hao mòn cấp phối hạt nhỏ
Cấp V và cấp VI Cấp thấp B2
- Đất, đá tại chỗ, phế liệu công nghiệp gia cố (trên có lớp hao mòn, bảo vệ)
Tổng quan về bê tông nhựa
1.2.1 Khái niệm và phân loại
Hỗn hợp bê tông nhựa được sản xuất từ đá, cát, bột khoáng và nhựa bitum ở nhiệt độ cao Quá trình trộn diễn ra trong thiết bị của trạm bê tông, cho phép kiểm soát chặt chẽ tỷ lệ các thành phần của hỗn hợp.
Theo phương pháp thi công
- Bê tông nhựa không cần lu lèn
- Bê tông nhựa cần lu lèn
Theo nhiệt độ lúc rải
- Bê tông nhựa rải nóng: chế tạo ở t 0 : 140-170 0 C; rải ở t 0 >100 0 C
- Bê tông nhựa rải ấm: chế tạo ở t 0 : 110-130 0 C; rải ở t 0 >60 0 C
- Bê tông nhựa rải nguội: chế tạo ở t 0 : 110-120 0 C; rải ở t 0 không khí Theo độ rỗng còn dư
- Bê tông nhựa chặt: độ rỗng còn dư từ 3-6%
- Bê tông nhựa rỗng: độ rỗng còn dư từ 6-10%
Theo kích thước của hạt lớn nhất
- Bê tông nhựa hạt thô: dmax = 40mm
- Bê tông nhựa hạt trung: dmax = 25mm
- Bê tông nhựa hạt mịn: dmax = 15mm
- Bê tông nhựa cát: dmax = 5mm
Theo hàm lượng đá dăm (cỡ hạt từ 5mm trở lên)
- Bê tông nhựa nhiều đá dăm (A): đá dăm chiếm từ 50-65%
- Bê tông nhựa vừa đá dăm (B): đá dăm chiếm từ 35-50%
- Bê tông nhựa ít đá dăm (C): đá dăm chiếm 20-35%
- Bê tông nhựa cát xay (D)
- Bê tông nhựa cát thiên nhiên (E)
Theo chất lượng: Bê tông nhựa loại I, loại II, loại III và loại IV
1.2.2 Yêu cầu về vật liệu đối với hỗn hợp bê tông nhựa
Đá dăm là loại đá được nghiền từ các khối đá núi, tảng đá, cuội và xỉ lò cao, không bị phân hủy, được sử dụng để sản xuất bê tông nhựa.
Theo [3] thành phần hạt yêu cẩu của cấp phối đá dăm dùng để chế tạo hỗn hợp được quy định ở Bảng 1.1 - Phụ lục
Các chỉ tiêu cơ lý của đá dăm dùng cho từng loại bê tông nhựa phải thoả mãn các quy định ở Bảng 1.2 - Phụ lục
Cát là thành phần quan trọng trong cốt liệu bê tông nhựa, giúp lấp đầy các khoảng trống giữa các hạt vật liệu lớn Trong bê tông nhựa, cát đóng vai trò cốt yếu và cần sử dụng cát thiên nhiên hoặc cát xay Đá được xay thành cát phải có cường độ nén không thấp hơn đá dùng để sản xuất đá dăm.
Cát thiên nhiên sử dụng trong xây dựng cần có môđun độ lớn (MK) lớn hơn 2 Nếu MK nhỏ hơn 2, cần trộn thêm cát hạt lớn hoặc cát xay từ đá Tiêu chuẩn xác định theo TCVN 342-86 Đối với bê tông nhựa, cát phải là cát hạt lớn hoặc cát hạt trung với MK lớn hơn 2 và hàm lượng cỡ hạt từ 5mm đến 1,25mm không được dưới 14%.
Bột khoáng được sản xuất từ đá cácbônát như đá vôi canxit, đô lô mit và đá dầu, với cường độ nén tối thiểu 200 daN/cm² Nguyên liệu sản xuất bột khoáng phải đảm bảo độ sạch, với bụi, bùn và sét không vượt quá 5% Ngoài ra, bột khoáng cũng có thể được làm từ xỉ bazơ của lò luyện kim hoặc xi măng.
Các chỉ tiêu quy định cho bột khoáng ở Bảng 1.3 - Phụ lục
Nhựa dùng làm chất liên kết trong bê tông nhựa cần có khả năng dính bám tốt với đá, ổn định nhiệt độ, không thấm nước và ít chóng hóa già Nhựa có hoạt tính và cực tính cao sẽ tăng cường khả năng dính bám với đá, đồng thời cải thiện tính kết dính giữa các phân tử nhựa.
Loại rải nóng: dùng nhựa đặc có độ kím lún 70/60,60/100, và 40/60
Loại rải ấm: dùng nhựa đặc có độ kim lún 200/300, 120/150 hay nhựa lỏng đông đặc vừa
Loại rải nguội: dùng nhựa lỏng hoặc nhũ tương
1.2.3 Yêu cầu về thi công
1.2.3.1 Thi công bê tông nhựa rải nóng, rải ấm
Yêu cầu về nhiệt độ: Tùy theo giai đoạn áp dụng khác nhau mà yêu cầu về nhiệt độ lúc thi công của bê tông nhựa cũng khác nhau
Ví dụ như đối với vật liệu bê tông nhựa:
Yêu cầu về nhiệt độ trước khi rải hỗn hợp bê tông nhựa rất quan trọng và phụ thuộc vào loại nhựa sử dụng Đối với nhựa đặc có độ kim lún từ 40-130, nhiệt độ cần đạt từ 140-160 °C, trong khi nhựa lỏng yêu cầu nhiệt độ khoảng 90-120 °C Nếu hỗn hợp nhựa có chất phụ gia hoạt tính bề mặt, nhiệt độ cần giảm 20 °C, nhưng nếu sử dụng nhựa cải thiện bằng polymer, nhiệt độ sẽ tăng lên khoảng 10 °C.
Bảng 1.2: Nhiệt độ hỗn hợp bê tông nhựa khi tháo từ máy trộn vào thùng xe ô tô tự đổ - 0 C [9]
Loại bê tông nhựa rải
Nóng Ấm Nóng; với nhựa cải thiện polyme
Khi rải bê tông nhựa, nhiệt độ của hỗn hợp cần đạt mức quy định trong Bảng 1.3, tùy thuộc vào loại nhựa sử dụng Điều này đảm bảo bê tông nhựa vẫn giữ được độ linh động, dễ dàng rải đều và có đủ thời gian để lu lèn, đặc biệt là đối với bê tông nhựa rải nóng.
Nhiệt độ hỗn hợp lúc rải 0 C, không nhỏ hơn
Không có chất phụ gia
Có chất phụ gia hoạt tính bề mặt
Yêu cầu về nhiệt độ trong quá trình lu lèn bê tông nhựa rất quan trọng Máy lu phải tiến theo máy rải bê tông nhựa để lu lèn ngay khi hỗn hợp còn nóng, với nhiệt độ hiệu quả từ 100°C đến 140°C Đối với hỗn hợp ấm, nhiệt độ lu lèn cần phải trên 60-80°C; nếu nhiệt độ rải nóng hạ xuống dưới 80°C, hiệu quả lu lèn sẽ giảm đáng kể Do đó, nguyên tắc đầu tiên là phải lu lèn ngay trong giai đoạn đầu khi hỗn hợp còn nóng Nhiệt độ lu lèn hiệu quả cũng phụ thuộc vào loại nhựa sử dụng trong hỗn hợp, và khi có chất phụ gia hoạt tính bề mặt, nhiệt độ này có thể giảm xuống khoảng 10°C.
20 0 C so với trị số trong bảng, khi dùng nhựa cải thiện bằng polyme thì tăng nhiệt độ lên khoảng 10 0 C
Bảng 1.4: Nhiệt độ lu lèn hiệu quả đối với hỗn hợp bê tông nhựa [9]
Loại hỗn hợp bê tông nhựa Nhiệt độ lu lèn có hiệu quả tốt 0 C
Bê tông nhựa nhiều đá dăm 140-160
Bê tông nhựa vừa đá dăm 120-140
Bê tông nhựa ít đá dăm 100-130
Bê tông nhựa cát xay 130-140
Bê tông nhựa cát thiên nhiên 90-120
Bê tông nhựa dùng cho lớp dưới 120-140
Cự ly áp dụng cho việc vận chuyển vật liệu làm kết cấu áo đường phụ thuộc vào hiệu quả kinh tế và yêu cầu nhiệt độ của các loại vật liệu, đặc biệt là với chất liên kết bi tum Đối với vật liệu bê tông nhựa, cự ly vận chuyển hỗn hợp bê tông nhựa nóng và ấm cần phải được hạn chế theo điều kiện thời tiết Cụ thể, phạm vi chuyên chở bê tông nhựa rải nóng không nên vượt quá 40-50 km và bê tông nhựa rải ấm không quá 60-80 km trong thời tiết nắng nóng Ngược lại, trong điều kiện thời tiết lạnh, cự ly vận chuyển bê tông nhựa nóng giảm xuống còn 20-30 km, trong khi bê tông nhựa rải ấm chỉ còn 40-50 km.
Yêu cầu về máy móc thi công trong ngành xây dựng mặt đường là rất quan trọng, đặc biệt đối với các loại mặt đường sử dụng bít-tum Để thi công bê tông nhựa, không chỉ cần máy móc chuyên dụng mà còn phải đảm bảo điều kiện nhiệt độ phù hợp Hơn nữa, khi các công trình ở xa, việc vận chuyển bê tông nhựa cũng đòi hỏi các thiết bị chuyên dụng để đảm bảo chất lượng thi công.
1.2.3.2 Thi công bê tông nhựa rải nguội
Mặt đường bê tông nhựa rải nguội có thể thi công trong mùa rét với nhiệt độ không dưới +5°C Để đảm bảo chất lượng cho mặt đường, cần hoàn thành thi công trước mùa mưa ít nhất 20-30 ngày, nhằm tránh tác động của nước trong quá trình sử dụng.
Quá trình công nghệ thi công mặt đường bê tông nhựa rải nguội gồm có các bước chính sau:
- Vận chuyển hỗn hợp bê tông nhựa nguội
- Rải bê tông nhựa nguội
- Bảo dưỡng trong thời kỳ đầu để mặt đường hình thành
Công việc chuẩn bị móng cho bê tông nhựa nguội tương tự như thi công mặt đường bê tông nhựa nóng Vận chuyển bê tông nhựa nguội có thể thực hiện qua đường thủy, đường sắt hoặc bằng xe ô tô tự đổ, với yêu cầu nhiệt độ hỗn hợp không vượt quá 35°C để tránh hiện tượng vón hòn Hỗn hợp có thể được lưu trữ tại các kho bãi trung gian từ 4 đến 8 tháng tùy thuộc vào loại nhựa lỏng sử dụng Nếu cần đổ hỗn hợp trước khi thi công, thời gian không nên quá 3-4 tuần và cần chú ý đến điều kiện thời tiết Các kho bãi lưu trữ phải đảm bảo thoát nước tốt Để rải hỗn hợp bê tông nhựa nguội, sử dụng máy rải chuyên dụng và hệ số đầm nén cần đạt từ 1.6 đến 1.7.
Máy san tự hành có thể được sử dụng để rải bê tông nhựa nguội, đặc biệt khi hỗn hợp đã được chuẩn bị sẵn ở móng đường Tuy nhiên, chất lượng rải bằng máy san thường không cao, do đó chỉ nên áp dụng trong trường hợp thiếu máy rải chuyên dụng và cho các tuyến đường ít quan trọng với mật độ xe thấp Để lu lèn mặt đường bê tông nhựa rải nguội, có thể sử dụng lu nhẹ bánh sắt, lu bánh hơi và lu rung.
Sử dụng lu nhẹ bánh sắt chỉ cần 4-5 lần mỗi điểm, trong khi lu bánh hơi có thể lu từ 6-8 lần mỗi điểm Điều này giúp rút ngắn thời gian hình thành cường độ và cải thiện khả năng chống thấm nước trong giai đoạn đầu của mặt đường.
Tổng quan về vật liệu và công nghệ thi công mặt đường bằng hỗn hợp đá trộn nhựa
1.3.1 Đặc điểm chung và phân loại
Mặt đường được làm từ hỗn hợp đá trộn nhựa, thường dày từ 3-8cm, nhưng hiện nay có thể lu lèn lớp hỗn hợp này dày đến 20cm nhờ vào sự phát triển của các loại lu nặng hiệu quả Hỗn hợp đá dăm hoặc sỏi sạn trộn với nhựa không chỉ có khả năng dính bám tốt mà còn ổn định với nước, chịu lực xung kích và chống bào mòn hiệu quả hơn so với lớp đá thấm nhập nhựa.
Lớp hỗn hợp đá trộn nhựa có ưu điểm vượt trội so với lớp đá dăm thấm nhập nhựa, vì lượng vật liệu cần sử dụng ít hơn và nhựa được phân bố đồng đều trên bề mặt cốt liệu khoáng Ngoài ra, có thể áp dụng nhiều loại nhựa với độ nhớt khác nhau tùy thuộc vào phương pháp thi công.
Hỗn hợp đá nhựa có cấu trúc ngưng tụ, với cường độ phụ thuộc vào màng nhựa bọc quanh từng viên đá Cường độ của màng nhựa lại được xác định bởi loại nhựa và phương pháp thi công Đặc biệt, nhựa có độ nhớt cao sẽ tạo ra cường độ màng nhựa lớn hơn Sử dụng hỗn hợp đá nhựa cho phép áp dụng loại nhựa có độ nhớt cao hơn trong phương pháp thấm nhập nhựa.
Hỗn hợp đá trộn nhựa có thể được thực hiện theo hai phương pháp: trộn trực tiếp tại đường hoặc trộn trong thiết bị tại các xí nghiệp Khi trộn tại đường, đá không cần được rang nóng, nhưng yêu cầu sử dụng nhựa có độ nhớt thấp, dẫn đến cường độ hỗn hợp kém hơn Ngược lại, khi trộn trong thiết bị, đá cần được rang nóng đến nhiệt độ nhất định trước khi kết hợp với nhựa, tạo ra hỗn hợp có cường độ tốt hơn.
Theo thành phần cấp phối hạt, có hai loại chính: loại chặt và loại hở Loại chặt được cấu tạo theo nguyên tắc của hỗn hợp bê tông nhựa, trong khi loại hở có độ rỗng lớn Đá dăm cùng kích cỡ trộn nhựa và rải theo phương pháp chèn được gọi là đá dăm đen, thuộc loại hỗn hợp hở.
Theo nhiệt độ rải trên mặt đường, hỗn hợp đá trộn nhựa được chia thành ba loại: nguội, ấm và nóng Hỗn hợp nguội có nhiệt độ rải từ 10 độ C trở xuống, trong khi hỗn hợp ấm và nóng có nhiệt độ cao hơn, phục vụ cho các mục đích thi công khác nhau.
Hỗn hợp nguội sử dụng nhựa lỏng hoặc nhũ tương nhựa, trong khi hỗn hợp ấm cần nhựa đặc với độ kim lún 200/300 hoặc nhựa lỏng có độ nhớt cao Đối với hỗn hợp nóng, loại nhựa có độ nhớt cao với độ kim lún 40/60 hoặc 60/70 được khuyến cáo Điều này dẫn đến cường độ của hỗn hợp nóng cao hơn so với hỗn hợp ấm và nguội, đặc biệt trong giai đoạn đầu sử dụng.
1.3.2 Mặt đường làm bằng hỗn hợp đá trộn nhựa tại đường
1.3.2.1 Yêu cầu về vật liệu
Vật liệu đá, sỏi sạn để trộn nhựa tại đường phải có thành phần hạt theo một cấp phối tương đối chặt theo Bảng 1.4 - Phụ lục
Khi hỗn hợp thiếu hạt mịn (10% chiều dài mặt đường
- Nứt dọc: Vết nứt dọc nằm trong phạm vi phần xe chạy, song song với tim đường
Hình 1.5: Nứt dọc theo tim đường trên phần xe chạy
Vết nứt nhẹ được định nghĩa là những vết nứt có bề rộng nhỏ hơn 6 mm hoặc các vết nứt đã được xử lý tốt, với chất lượng vật liệu xử lý còn tốt và khe nứt không xuất hiện rõ ràng.
+ Trung bình: bề rộng từ 6 - 19 mm
Vết nứt nặng được xác định khi bề rộng lớn hơn 19mm Để đánh giá mức độ nứt (nặng, nhẹ, trung bình), cần đo tổng chiều dài vết nứt trong và ngoài vệt bánh xe Cần lưu ý rằng trong một số trường hợp, nứt dọc có thể trùng với nứt do mỏi.
Tổng quan về công tác bảo trì đường bộ
1.5.1 Một số khái niệm về bảo trì đường bộ
Bảo dưỡng thường xuyên là công việc sửa chữa nhỏ định kỳ được thực hiện hàng tuần hoặc hàng tháng, nhằm ngăn ngừa hư hỏng và tai nạn giao thông Công việc này diễn ra quanh năm trên toàn bộ mạng lưới và từng tuyến đường, giúp duy trì tình trạng tốt của các bộ phận công trình đường như nền đường, hệ thống thoát nước, mặt đường, cầu, cống, công trình phòng hộ, trang thiết bị báo hiệu và các công trình phụ trợ dọc tuyến Ở một số nước như Malaysia, quy trình bảo dưỡng thường xuyên còn được phân biệt theo tiêu chí thực hiện định kỳ hàng tuần và hàng tháng.
Việc chăm sóc thảm cỏ ở dải phân cách, lề đường và taluy, bảo dưỡng hệ thống thoát nước, chăm sóc cảnh quan, làm vệ sinh đường, và bảo trì cọc tiêu biển báo là những nhiệm vụ quan trọng Các công việc sửa chữa nhỏ được phân loại dựa trên khối lượng sửa chữa ít hoặc tình trạng hư hỏng nhẹ, chẳng hạn như việc vá ổ gà trên mặt đường khi diện tích ổ gà chiếm dưới 10% bề mặt đường.
Sửa chữa vừa là các công việc được thực hiện định kỳ từ hàng năm đến 5 năm một lần, nhằm khắc phục hư hỏng và duy trì khả năng phục vụ của đường Các công việc này thường được tiến hành trên từng đoạn đường dài hoặc với khối lượng vừa phải, đảm bảo chất lượng và an toàn cho người sử dụng.
Sửa chữa lớn là các công việc định kỳ dài hạn nhằm khôi phục và nâng cao khả năng phục vụ của các bộ phận công trình đường, tương đương với thời gian sử dụng của chúng Những công việc này không chỉ phục hồi lại trạng thái như mới xây dựng mà còn cải thiện một số yếu tố hình học và mặt đường Ví dụ, sửa chữa lớn có thể bao gồm việc nâng cấp mặt đường và các hạng mục liên quan để đảm bảo chất lượng và an toàn cho người sử dụng.
Xây dựng các công trình chống đỡ và gia cố nền đường, bao gồm kè và các biện pháp chống xói, nhằm tăng cường ổn định cho mặt đường Đồng thời, mở rộng và tôn cao mặt đường, cũng như điều chỉnh một số đoạn đường cong để cải thiện an toàn giao thông.
Xáo xới làm lại tầng mặt áo đường, rải lớp tăng cường trên một số đoạn quan trọng
Thay thế, tăng cường các bộ phận công trình, cầu cống bị hư hỏng, thay thế các cầu gỗ bằng cầu vĩnh cửu
Cải tạo và nâng cấp đường [6] là công việc thiết yếu nhằm nâng cao khả năng phục vụ của hệ thống giao thông, đáp ứng nhu cầu vận tải ngày càng tăng Khi đường hiện tại không còn đủ khả năng phục vụ, dẫn đến ùn tắc, mất an toàn, giảm tốc độ và kéo dài thời gian hành trình, việc cải tạo trở nên cấp bách để đảm bảo hiệu quả và an toàn trong giao thông.
1.5.2 Quy trình và thời điểm áp dụng
Đối với các dự án đường bộ mới, nâng cấp hoặc cải tạo sử dụng công nghệ và vật liệu mới, đặc biệt là các dự án có chuyển giao công nghệ từ cấp II trở lên, quy trình bảo trì phải được lập bởi nhà thầu thiết kế hoặc nhà thầu cung cấp thiết bị kỹ thuật Quy trình này sẽ được bàn giao cho cơ quan quản lý đường bộ hoặc tổ chức, cá nhân chịu trách nhiệm bảo trì và khai thác đường bộ, kèm theo hồ sơ hoàn công Chi phí lập quy trình bảo trì sẽ được tính vào tổng mức đầu tư của dự án Đối với các dự án có chuyển giao công nghệ quản lý khai thác, việc tổ chức đào tạo cần hoàn thành trước khi bàn giao dự án.
Các dự án có thiết bị và nhà cung cấp thiết bị cần phải cung cấp quy trình công nghệ vận hành, hướng dẫn bảo quản, cùng với các quy định về an toàn lao động và phòng ngừa cháy nổ.
Các tổ chức và cá nhân chịu trách nhiệm quản lý và bảo trì các công trình đường bộ không thuộc mục a cần tuân thủ các tiêu chuẩn kỹ thuật và quy định hiện hành.
Đối với các công trình đầu tư theo hình thức BOT, BTO, BT, nhà đầu tư cần căn cứ vào quy mô công trình để lập quy trình bảo trì Quy trình này phải được gửi tới cơ quan nhà nước có thẩm quyền để ký kết và thực hiện hợp đồng dự án.
Theo thông tư 10/2010/TT-BGTVT, điều 6, khoản 3, thời hạn sửa chữa vừa và sửa chữa lớn đường bộ được xác định dựa trên loại kết cấu mặt đường và lưu lượng xe tính toán thiết kế.
Bảng 1.9 Thời hạn sửa chữa vừa và sửa chữa lớn đường bộ [7]
TT Loại kết cấu mặt đường Thời hạn sửa chữa vừa (năm)
Thời hạn sửa chữa lớn (năm)
3 Đá dăm trộn nhựa, đá dăm đen 3 9
4 Thấm nhập nhựa; láng nhựa 2, 3 lớp 3 6
5 Đá dăm tiêu chuẩn, cấp phối đá dăm 2 4
Thời hạn sửa chữa đường bộ vừa và lớn được điều chỉnh bằng hệ số triết giảm, phù hợp với thời gian sử dụng và lưu lượng phương tiện giao thông Các hệ số này áp dụng theo quy định giống như hệ số (Kt), (Kl) trong các Phụ lục của Định mức bảo dưỡng thường xuyên đường bộ.
1.5.5 Vật liệu sử dụng trong công tác bảo trì
1.5.5.1 Một số loại vật liệu hiện đang dùng trong công tác bảo trì mặt đường tại Việt Nam
Các loại vật liệu đang dùng phổ biến trong công tác bảo trì mặt đường hiện nay ở Việt Nam:
+ Sử dụng vá ổ gà: bê tông nhựa pha dầu, bê tông nhựa nguội và bê tông nhựa nóng
+ Sử dụng để làm lớp tăng cường hoặc lớp hao mòn: bê tông nhựa nóng
Hiện nay, ngoài các loại vật liệu truyền thống, việc bảo trì mặt đường ở Việt Nam còn áp dụng vữa nhựa colas cho lớp hao mòn Tuy nhiên, loại vật liệu này mới chỉ được sử dụng trên một số tuyến đường giao thông nông thôn.
1.5.5.2 Ưu điểm và nhược điểm Ưu điểm của các loại vật liệu truyền thống:
Mặt đường bê tông nhựa nóng đã được sử dụng lâu dài và quen thuộc với các nhà thầu cũng như các đơn vị sửa chữa đường bộ tại Việt Nam, mang lại chất lượng tốt Tuy nhiên, vẫn tồn tại một số nhược điểm cần được lưu ý.
Việc sử dụng vật liệu truyền thống trong xây dựng yêu cầu máy móc thi công lớn và đồng bộ Do đó, bảo trì mặt đường thường chỉ được thực hiện khi con đường đã xuống cấp nghiêm trọng.
Các nghiên cứu có liên quan tới đề tài
Trong quá trình thực hiện luận văn, học viên đã tham khảo và nghiên cứu công trình của GS.TS Dương Học Hải thuộc Bộ môn Đường ô tô và Đường đô thị tại Đại học Xây Dựng.
Đánh giá chất lượng khai thác đường bộ là một công tác quan trọng, đặc biệt trong việc bảo trì đường bộ Học viên đã cập nhật và sử dụng các chỉ tiêu đánh giá chất lượng khai thác đường bộ trong luận văn của mình, nhằm so sánh chất lượng mặt đường trước và sau khi áp dụng vật liệu Carboncor Asphalt Ngoài ra, học viên cũng đã có cơ hội tiếp xúc trực tiếp với đề cương và kết quả thí nghiệm về các chỉ tiêu cơ lý của vật liệu Carboncor Asphalt tại Viện Khoa học Giao thông Vận tải, thực hiện trong giai đoạn 2009-2010.
Kết luận chương 1
Nghiên cứu tổng quan chỉ ra rằng bảo trì đường bộ hiện nay đóng vai trò quan trọng trong việc duy trì chất lượng khai thác của đường và mặt đường Tuy nhiên, việc áp dụng các phương pháp bảo trì còn gặp nhiều hạn chế về vật liệu và cách thi công Thực tế, bảo trì thường chỉ được thực hiện khi chất lượng đường đã xuống cấp nghiêm trọng, khiến người tham gia giao thông phải chịu đựng điều kiện mặt đường kém trong thời gian dài Hơn nữa, quá trình bảo trì thường sử dụng máy móc phức tạp, gây cản trở lưu thông và dẫn đến tổn thất về kinh tế xã hội cũng như mất an toàn giao thông.
Một trong những nguyên nhân chính gây ra những hạn chế hiện tại là sự thiếu hụt một loại vật liệu thi công đơn giản, có tính cơ động cao và giá thành hợp lý.
Với sự tồn tại và hạn chế trong công tác bảo trì đường bộ hiện nay, việc nghiên cứu ứng dụng vật liệu mới Carboncor Asphalt là rất cần thiết Chương 1 đã chỉ ra mục đích sử dụng của vật liệu này trong bảo trì mặt đường, đòi hỏi tiến hành nghiên cứu sâu hơn về các nội dung liên quan.
Để đánh giá chất lượng khai thác của mặt đường khi sử dụng làm lớp hao mòn, cần thực hiện các chỉ tiêu như đo độ nhám, áp dụng phương pháp PDI và đo độ bằng phẳng bằng thước 3 mét.
Để sử dụng làm lớp mặt đường, cần đánh giá các chỉ tiêu liên quan đến chất lượng của vật liệu, bao gồm các chỉ tiêu cơ lý của vật liệu được quy định trong Bảng 1.6 của Viện.
Thí nghiệm Marshall được sử dụng để đo mô đun đàn hồi của mặt đường sau khi thi công, từ đó đánh giá chất lượng mặt đường khai thác, bao gồm các yếu tố như độ nhám, độ bằng phẳng và chỉ số PDI.
- Sử dụng để vá ổ gà: Đánh giá chất lượng miếng vá theo PDI, tính kinh tế
Đánh giá hiệu quả kinh tế kỹ thuật là quá trình phân tích thời gian lưu kho của vật liệu và so sánh hiệu quả kinh tế của chúng với các loại vật liệu hiện đang sử dụng Việc này giúp xác định lựa chọn vật liệu tối ưu, nhằm giảm thiểu chi phí và nâng cao hiệu suất trong sản xuất.
Mục đích và tiêu chí đánh giá khả năng áp dụng vật liệu Carbononcor Asphalt tại Việt Nam sẽ được trình bày chi tiết trong chương 2 và chương 3.
GIỚI THIỆU VỀ VẬT LIỆU CARBONCOR ASPHALT
Giới thiệu về vật liệu Carboncor Asphalt
Carboncor Asphalt là một loại vật liệu ở được trộn sẵn trong nhà máy và được chuyên chở ra ngoài hiện trường thi công bằng phương pháp rải nguội
Cốt liệu của Carboncor Asphalt bao gồm than sít và đá, trong khi chất kết dính của hỗn hợp này là bột đá, nhựa đường và các phụ gia đặc biệt.
Cường độ của mặt đường Carboncor Asphalt được hình thành nhờ vào việc kích hoạt các phần tử carbon hoạt tính kết hợp với chất phụ gia đặc biệt, tạo ra các liên kết hóa học giúp tăng cường sự kết dính giữa các cốt liệu Do đó, vật liệu này cũng được xem như là bê tông Asphalt.
Một số đặc tính cơ bản:
Carboncor Asphalt là một loại hỗn hợp nguội, được sản xuất và sử dụng mà không cần nhiệt Điều này cho phép thi công mặt đường Carboncor Asphalt mà không bị giới hạn về thời gian giữa quá trình sản xuất và sử dụng.
Carboncor Asphalt không cần lớp dính bám như BTN nóng thông thường Thay vào đó, nước được sử dụng để tưới thấm ướt bề mặt trước khi thi công.
Vật liệu này không bị giới hạn bởi điều kiện nhiệt độ của sản phẩm cuối cùng và việc sử dụng nước, tạo điều kiện thuận lợi cho việc áp dụng mà không bị ảnh hưởng bởi địa lý hay thời tiết.
Carboncor Asphalt không bị ảnh hưởng bởi điều kiện thời tiết, cho phép sử dụng hiệu quả ở nhiệt độ thấp dưới 0°C và cao trên 50°C Sau khi lu phẳng, đường có thể đưa vào sử dụng ngay lập tức, nhưng đối với các tuyến đường có lưu lượng giao thông cao hoặc trọng tải lớn, cần chờ từ 4 đến 8 giờ tùy thuộc vào thời tiết và độ ẩm của hỗn hợp Sự hạn chế này giúp đảm bảo chất lượng mặt đường đạt tiêu chuẩn.
Carboncor Asphalt có khả năng được rải với độ dày tối thiểu chỉ 10mm sau khi đầm chặt, trong khi các loại Bêtông nhựa thông thường yêu cầu độ dày tối thiểu lên đến 30mm.
Sản phẩm thân thiện với môi trường, không gây độc hại và nguy hiểm; đồng thời, tận dụng hiệu quả lượng lớn than rác Quá trình thi công không sử dụng nhiệt, đảm bảo an toàn cho sức khỏe của công nhân và bảo vệ môi trường xung quanh trong quá trình xây dựng mặt đường.
Tỉ lệ thất thoát gần như không có, do cách lưu giữ và thi công đảm bảo tận dụng được toàn bộ vật liệu khi sử dụng
Thi công BTN nóng mang lại sự tiện lợi nhờ vào việc sử dụng các thiết bị máy móc hiện có mà không cần thay đổi Phương pháp thi công này có thể tận dụng được nhân công địa phương, giúp giảm chi phí lao động và cho phép sử dụng nhân công có trình độ thấp hơn so với các loại mặt đường khác.
Áp dụng công nghệ Carboncor Asphalt trong xây dựng mặt đường giúp tiết kiệm chi phí đáng kể so với các phương pháp truyền thống.
2.1.2 Tình hình áp dụng trên thế giới
Carboncor Asphalt là công nghệ mới được phát minh và phát triển tại Cộng hòa Síp và Nam Phi Sản phẩm này do công ty Carboncor (Pty) Nam Phi sản xuất và đã được ứng dụng rộng rãi tại Nam Phi, đặc biệt trong lĩnh vực vá sửa chữa Hiện nay, Carboncor Asphalt là vật liệu chính được sử dụng trong công tác vá sửa chữa ổ gà tại Nam Phi.
Carboncor Nam Phi đã chuyển giao công nghệ sản xuất đến nhiều quốc gia trên thế giới, với sản phẩm Carboncor Asphalt được áp dụng tại 33 quốc gia, bao gồm Nam Phi, Angola, Mozambique, Nigeria, Ireland và Ấn Độ Đặc biệt, tại Ấn Độ, Carboncor Asphalt chiếm 30% thị phần vật liệu làm mặt đường và đã trở thành một thành viên chính thức tham gia Đại hội đường bộ Ấn Độ.
Indonesia đang tiến hành thử nghiệm và đánh giá chất lượng công nghệ để áp dụng trong lĩnh vực giao thông và cơ sở hạ tầng tại Đông Nam Á.
Từ năm 2004, công ty Cổ phần quốc tế Bước Tiến Mới đã nghiên cứu và chuyển giao công nghệ áp dụng vật liệu Carboncor Asphalt tại Việt Nam, góp phần nâng cao chất lượng và hiệu quả trong ngành xây dựng.
Từ năm 2004 đến 2008, việc đánh giá chất lượng Carboncor Asphalt chủ yếu dựa trên phân tích tác động môi trường và các thí nghiệm trong phòng thí nghiệm do hạn chế trong liên lạc với nhà cung cấp Tuy nhiên, vào ngày 20/5/2008, Bộ Giao thông vận tải đã tổ chức cuộc họp cho phép thử nghiệm vật liệu Carboncor Asphalt cả trong phòng thí nghiệm và ngoài hiện trường Bộ cũng thành lập hội đồng khoa học để theo dõi và đánh giá chất lượng mặt đường sử dụng vật liệu này Đề cương thử nghiệm đã được thông qua vào ngày 27/10/2008, và việc rải thử nghiệm tại hiện trường diễn ra tại tỉnh lộ 414, 418 vào ngày 07/11/2008.
Hình 2.1: Một số hình ảnh sử dụng Carboncor Asphalt ở nước ngoài
Hình 2.2: Sử dụng hiệu quả cao cho đường nông thôn
Hình 2.3: Thi công sử dụng các loại máy móc hiện dùng
Hình 2.4: Thi công sử dụng nhân công lao động thông thường
Quy trình công nghệ sản xuất
Theo tài liệu của nhà sản xuất và tiêu chuẩn Nam Phi, Carboncor Asphalt hiện có ba loại sản phẩm: loại hạt thô (13.2mm), loại hạt trung (9.5mm) và loại hạt mịn (6.7mm) Thành phần cấp phối hạt của ba loại này được quy định rõ ràng trong Bảng 2.1.
Hàm lượng hạt (%) lọt qua mắt sàng cỡ (mm) Hàm lượng nhựa,
Cốt liệu đá là yếu tố quan trọng để đảm bảo khả năng chịu lực và điều kiện khai thác cho mặt đường Để chế tạo Carboncor Asphalt, cốt liệu đá cần phải đáp ứng các chỉ tiêu cơ lý theo quy định trong Bảng 2.2.
Bảng 2.2: Chỉ tiêu cơ lý của cốt liệu đá chế tạo vật liệu Carboncor Asphalt [19]
TT Các chỉ tiêu Đơn vị Trị số quy định
1 Cường độ nén dập trong xi lanh, không lớn hơn % 10
2 Độ mài mòn LosAngeles, không lớn hơn % 30
4 Độ hấp phụ nước, không lớn hơn % 1
Sử dụng loại than sít sau khi đã được nghiền có đường kính từ 0-10mm
Hiện nay, tại Nam Phi, nhà sản xuất đang sử dụng nhựa lỏng 80/100 Tuy nhiên, khi áp dụng tại Việt Nam, nhà sản xuất khuyến cáo nên sử dụng nhựa lỏng 60/70 để phù hợp với điều kiện khí hậu nơi đây.
Thành phần cấu tạo của hỗn hợp Carboncor Asphalt:
(Nhũ tương đặc biệt: Tên gọi quy ước của nhà sản xuất đối với sản phẩm của việc kết hợp nhựa đường với phụ gia đặc biệt)
Carboncor Asphalt được sản xuất theo các công đoạn như sau:
+ Bước 1: Sản xuất nhũ tương đặc biệt
Nhũ tương đặc biệt được sản xuất thông qua máy trộn, là kết quả của việc kết hợp nhựa đường với các phụ gia đặc biệt Sản phẩm này được lưu trữ trong các thùng chứa hoặc được bơm trực tiếp vào trạm trộn.
+ Bước 2: Chế tạo Carboncor Asphalt
- Các loại vật liệu yêu cầu được đưa lên trạm trộn theo đúng tỉ lệ cần thiết
Bơm nhũ tương đặc biệt vào trạm trộn theo tỉ lệ chính xác để đảm bảo sự đồng nhất Dưới tác động của quá trình trộn cưỡng bức, các thành phần được kết hợp đều đặn, giúp nhũ tương đặc biệt hòa quyện hoàn hảo với tất cả các loại cốt liệu.
+ Bước 3: Bảo quản và lưu giữ sản phẩm
Tùy thuộc vào mục đích và yêu cầu sử dụng, sản phẩm có thể được đóng bao hoặc vận chuyển trực tiếp bằng ô tô tự đổ đến công trường.
Sản phẩm đóng bao có thể bảo quản trong 12 tháng, trong khi sản phẩm không đóng bao chỉ có thể lưu giữ ngoài công trường trong khoảng 14 ngày, nhưng cần phải được che phủ cẩn thận.
Trong quá trình sản xuất Carboncor Asphalt, cốt liệu đá không cần phải rang như các loại vật liệu khác Sản phẩm này được trộn hoàn toàn ở nhiệt độ nguội.
Quy trình thi công
2.3.1 Thi công sử dụng phương pháp thủ công
Trình tự và yêu cầu thi công mặt đường Carboncor Asphalt theo phương pháp thủ công như được tiến hành như sau:
Công tác chuẩn bị là bước quan trọng trước khi thi công, bao gồm việc chuẩn bị vật liệu và vệ sinh bề mặt thi công Trước khi tưới nước, cần phải vệ sinh sạch sẽ bề mặt, đảm bảo không còn rác hay bụi bẩn, và sắp xếp các bao vật liệu lên bề mặt cần rải.
- Rải vật liệu Carboncor Asphalt:
+ Chuẩn bị cốp pha để cố định chiều dày thi công, đảm bảo chính xác khi thi công
Để đảm bảo bề mặt thi công đạt yêu cầu, cần tưới nước đều và vừa đủ, tránh tình trạng ngập úng Sau khi tưới, hãy sử dụng chổi để quét sạch những khu vực có nước đọng lại, đảm bảo bề mặt luôn ướt đều.
+ Xếp các bao vật liệu lên bề mặt cần thi công và mở bao đổ vật liệu ra bề mặt rải
Tiến hành san gạt bằng thước nhôm để đảm bảo bề mặt được san phẳng đúng yêu cầu Sử dụng cốp pha để định vị chiều dày thi công một cách chính xác.
- Lu lèn: Sau khi san gạt bằng tay thì tiến hành lu lèn
Trước khi tiến hành lu lèn, cần tưới nước đều lên bề mặt vật liệu Carboncor Asphalt Lượng nước tưới phải vừa đủ, tránh tình trạng đẫm nước để đảm bảo hiệu quả thi công.
+ Làm ướt bánh lu trước khi lu lèn và trong suốt quá trình lu để đảm bảo cho vật liệu không bị dính bám vào bánh lu
Để đảm bảo độ phẳng của mặt đường, cần tiến hành lu lèn theo đúng yêu cầu kỹ thuật Chỉ sử dụng loại lu nhẹ và thực hiện từ 4-5 lần tại mỗi điểm là đủ để đạt được yêu cầu này.
2.3.2 Thi công bằng phương pháp rải máy
Trình tự và yêu cầu thi công mặt đường Carboncor Asphalt rải bằng máy như được tiến hành như sau:
Công tác chuẩn bị cho việc rải vật liệu cần được thực hiện cẩn thận, bao gồm việc vệ sinh bề mặt trước khi thi công Đối với giai đoạn thử nghiệm, vật liệu được đóng bao và chuyển đến công trình, vì vậy cần đổ từ bao vào phễu máy rải Tuy nhiên, trong các công trình sau, vật liệu có thể được vận chuyển bằng xe ô tô như bê tông nhựa.
- Rải vật liệu Carboncor Asphalt:
+ Tưới nước lên bề mặt thi công giống như đối với thi công thủ công, phải đảm bảo cho bề mặt thi công được ướt đều
+ Cho máy rải rải vật liệu theo đúng chiều dày yêu cầu
Trước khi tiến hành lu lèn, cần tưới nước đều lên bề mặt vật liệu Carboncor Asphalt Lượng nước phải vừa đủ, không để bề mặt bị đẫm, nhằm đảm bảo quá trình lu lèn diễn ra hiệu quả.
+ Làm ướt bánh lu trước khi lu lèn và trong suốt quá trình lu để đảm bảo cho vật liệu không bị dính bám vào bánh lu
Để đảm bảo độ phẳng của mặt đường, cần tiến hành lu lèn theo đúng yêu cầu kỹ thuật Chỉ sử dụng lu loại nhẹ và thực hiện từ 2-3 lần/điểm là đủ để đạt được kết quả mong muốn.
2.3.3 Thi công sửa chữa vá ổ gà
+ Dùng cuốc chim để làm vuông mép ổ gà, san lại những chỗ hổng cho phẳng hơn
Để vệ sinh khu vực ổ gà, cần nhổ sạch cỏ dại, loại bỏ sỏi đá và các mảnh vụn lỏng lẻo Nếu ổ gà có chiều sâu lớn hơn 30mm, nên chèn thêm đá và đầm lại cho chắc chắn, đảm bảo chiều sâu còn lại không vượt quá 30mm.
+ Đầm nén lại khu vực ổ gà cho chắc chắn
+ Làm ướt bề mặt và vùng rìa quanh mép ổ gà
- Rải vật liệu Carboncor Asphalt:
+ Đổ vật liệu vào ổ gà và san phẳng
+ Lưu ý phải làm nhẵn bề mặt lớp nhựa rải
+ Trong khu vực ổ gà nên san vật liệu cao hơn khoảng 10mm và 5mm ở các vị trí bao quanh mép ổ gà so với bề mặt đường
Để đảm bảo bề mặt được nén phẳng, cần tưới nước lên vật liệu vừa rải và sử dụng đầm cóc hoặc đầm tay để thực hiện việc nén Lưu ý rằng tất cả các bề mặt cần đầm nén phải được làm ướt trước khi tiến hành.
+ Có thể thông đường ngay sau khi sửa xong Nếu thời tiết không nắng thì có thể đợi khoảng 1 đến 2h
Hình 2.5 trình bày một số hình ảnh thi công tại hiện trường ở Việt Nam, nhằm đánh giá chất lượng vật liệu Carboncor Asphalt trong điều kiện thực tế, đặc biệt trên tỉnh lộ 414 và tỉnh lộ khác.
Hình 2.6: Sử dụng Carboncor Asphalt để vá ổ gà (trên tỉnh lộ 414)
Kết luận chương 2
Carboncor Asphalt, với các thành phần cấu tạo và quy trình chế tạo, được phân loại vào nhóm hỗn hợp trộn nguội, tương tự như các loại vật liệu đã đề cập trong Chương 1 Sản phẩm này sở hữu nhiều ưu điểm nổi bật, góp phần nâng cao hiệu quả sử dụng và tính bền vững trong các ứng dụng xây dựng.
Không nên sử dụng chất thấm bám như nhựa đường hoặc nhũ tương cho các loại vật liệu khác Thay vào đó, nước có thể được sử dụng làm chất xúc tác, đóng vai trò như một chất thấm bám thông thường.
Hỗn hợp đá trộn nhựa rải nguội có thời gian sử dụng lâu dài lên đến 8 tháng, vượt trội so với hỗn hợp bê tông nhựa pha dầu, chỉ có thể sử dụng tối đa 15 ngày nếu không có phụ gia và khoảng 6 tháng khi có thêm các loại phụ gia khác.
Carboncor Asphalt được sản xuất và thi công hoàn toàn bằng phương pháp trộn nguội và rải nguội Các loại hỗn hợp này yêu cầu kiểm soát nhiệt độ trong cả quá trình sản xuất và thi công, bao gồm việc tưới nhựa thấm bám.
Thi công Carboncor Asphalt đơn giản và dễ áp dụng, yêu cầu máy móc thiết bị thi công không phức tạp, phù hợp với các điều kiện địa hình hạn chế và khối lượng thi công nhỏ Để đánh giá khả năng áp dụng vật liệu này tại Việt Nam, cần có các luận chứng kỹ thuật và kinh tế đầy đủ Việc đánh giá chất lượng của Carboncor Asphalt sẽ được thực hiện cả trong phòng thí nghiệm và ngoài hiện trường Mục đích sử dụng và nghiên cứu khả năng ứng dụng của vật liệu sẽ được trình bày chi tiết trong Chương 3 của luận văn.
TÌM HIỂU KHẢ NĂNG ÁP DỤNG TẠI VIỆT NAM
Xây dựng thí nghiệm
Các căn cứ tiến hành khảo sát, thí nghiệm:
Trong quá trình khảo sát đánh giá, học viên đảm nhiệm vai trò phụ trách kỹ thuật tại Công ty cổ phần quốc tế Bước Tiến Mới (IIC) đã phối hợp với Viện Khoa học Giao thông vận tải để tuân thủ các thủ tục và căn cứ pháp lý cần thiết.
- Công văn số 771/GTVT-KHCN ngày 15/02/2005 của Bộ Giao thông vận tải về việc “sử dụng vật liệu mới trong kết cấu áo đường”;
- Các ý kiến tại cuộc họp chuyên gia do Bộ Giao thông vận tải tổ chức ngày 20/5/2008 để góp ý kiến về đề cương thử nghiệm vật liệu Carboncor Asphalt
- Công văn số 4041/BGTVT-KHCN ngày 27/5/2008 của Bộ Giao thông vận tải gửi “Về việc thử nghiệm vật liệu Carboncor Asphalt trong kết cấu áo đường”
- Tài liệu giới thiệu về vật liệu Carboncor Asphalt của Công ty Carboncor (Pty,.Ltd) Nam Phi
- Sổ tay hỗn hợp bê tông nhựa nguội của Viện Asphalt (Asphalt Cold Mix Manual, MS-14)
- Căn cứ tiêu chuẩn, quy trình hiện hành có liên quan tại Việt Nam
3.1.1 Các chỉ tiêu cần xác định trong phòng thí nghiệm
Vật liệu Carboncor Asphalt được xem như là vật liệu Asphalt thông thường, tuy nhiên, do đặc tính được trộn và thi công nguội, việc xác định các chỉ tiêu cơ lý của Carboncor Asphalt sẽ tuân theo các chỉ tiêu khuyến cáo của nhà sản xuất và các tiêu chuẩn tương ứng với bê tông nhựa nguội theo hướng dẫn của Viện Asphalt.
Các chỉ tiêu thí nghiệm theo khuyến cáo của nhà sản xuất:
+ Độ bền Marshall - S (thí nghiệm ở điều kiện 60 o C, 40 phút): là độ lớn của lực khi phá hoại mẫu có kích thước tiêu chuẩn
Độ dẻo Marshall - F được xác định qua thí nghiệm ở 60 o C trong 40 phút, đo biến dạng mẫu theo phương thẳng đứng đến khi mẫu bị phá hoại Mẫu bê tông Asphalt có độ dẻo cao dễ gây hiện tượng hằn vệt bánh xe vào mùa hè, trong khi độ dẻo thấp làm tăng nguy cơ nứt do giòn vào mùa đông, dẫn đến hư hỏng mặt đường.
+ Độ cứng quy ước (thương số Marshall): Là giá trị biểu thị bằng tỉ số giữa độ bền và độ dẻo của mẫu thí nghiệm
+ Cường độ chịu kéo gián tiếp ở 25 o C (Cường độ ép chẻ): là chỉ số đánh giá khả năng chịu kéo của bê tông Asphalt
+ Tỷ số Bột khoáng/Hàm lượng chất kết dính
Các chỉ tiêu thí nghiệm theo khuyến cáo của Viện Asphalt
+ Độ bền Marshall (thí nghiệm ở điều kiện 22.21.1 o C)
+ Lượng tổn thất độ bền Marshall
3.1.2 Các chỉ tiêu cần xác định ngoài hiện trường
Trong chương 1, chúng ta đã thảo luận về các phương pháp đánh giá chất lượng mặt đường hiện nay Đối với đoạn đường sử dụng vật liệu Carboncor Asphalt, các chỉ tiêu đánh giá được lựa chọn dựa trên các phương pháp thí nghiệm cụ thể.
Bảng 3.1: Các chỉ tiêu thí nghiệm đánh giá chất lượng mặt đường Carboncor Asphalt
TT Chỉ tiêu thử nghiệm Đơn vị Khối lượng
1 Khoan mẫu kiểm tra chiều dầy và tình trạng dính bám Mẫu 9
2 Thí nghiệm độ bằng phẳng của mặt đường bằng thước 3 mét Mặt cắt 3 22TCN 16-79
3 Thí nghiệm độ nhám mặt đường bằng phương pháp rắc cát Mặt cắt 3 22TCN 278-01
Thí nghiệm mô đun đàn hồi mặt đường bằng cần đo võng
Việc đánh giá chất lượng mặt đường của vật liệu Carboncor Asphalt được thực hiện trong vòng 2 năm sau khi thi công, với các kết quả được ghi nhận trong 9 tháng đầu tiên Các mốc thời gian đánh giá bao gồm 1 tuần, 1 tháng, 2 tháng, 3 tháng và 9 tháng sau khi thi công.
Kế hoạch thí nghiệm
Dựa trên các chỉ tiêu khuyến cáo từ nhà sản xuất và Viện Asphalt, chúng tôi tiến hành thí nghiệm để đánh giá chất lượng vật liệu Carbocor Asphalt Số lượng mẫu thử nghiệm và phương pháp thực hiện được chi tiết trong Bảng 2.1.
Bảng 3.2: Số lượng mẫu và các phương pháp thí nghiệm đánh giá chất lượng vật liệu Carboncor Asphalt trong phòng thí nghiệm
TT Chỉ tiêu thử nghiệm Đơn vị Khối lượng
1 THEO KHUYẾN CÁO CỦA NHÀ SẢN XUẤT
Thử nghiệm trên mẫu rời
1.1 Tỷ trọng lý thuyết lớn nhất Mẫu 3 AASHTO T 209 1.2 Hàm lượng chất kết dính Mẫu 3 AASHTO T 164
1.3 Thành phần hạt của cốt liệu trong hỗn hợp
1.4 Tỷ số Bột khoáng / Hàm lượng chất kết dính
Thử nghiệm trên mẫu chế bị
1.5 Chế bị mẫu (sấy mẫu ở 135 o C,
1.6 Khối lượng thể tích Tổ mẫu 12 AASHTO T 166
1.7 Độ bền, độ dẻo Marshall (60 o C,
1.8 Độ bền Marshall còn lại
TT Chỉ tiêu thử nghiệm Đơn vị Khối lượng
1.9 Cường độ chịu kéo gián tiếp ở
1.10 Độ rỗng dư Tổ mẫu 12 Tính toán
2 THEO KHUYẾN CÁO CỦA VIỆN ASPHALT
2.1 Chế bị mẫu Tổ mẫu 6 (2x50) chày theo MS-14
2.2 Khối lượng thể tích Tổ mẫu 6 AASHTO T 166
2.3 Độ bền Marshall Tổ mẫu 3 MS-14
2.4 Lượng tổn thất độ bền Marshall Tổ mẫu 3 MS-14
Tổng số mẫu thí nghiệm là 63 mẫu Các chỉ tiêu được lựa chọn thí nghiệm ở trên đều là các chỉ tiêu thường phải làm đối với bê tông Asphalt
3.2.2 Thí nghiệm ngoài hiện trường
Số lượng mẫu thí nghiệm và các chỉ tiêu thí nghiệm ngoài hiện trường để đánh giá chất lượng mặt đường Carboncor Asphalt được trình bày ở Bảng 2.1
3.2.2.1 Giới thiệu mẫu thử nghiệm a Lý do chọn thử nghiệm trên tỉnh lộ 414, 418
Hiện nay, việc xin giấy phép thử nghiệm tại Việt Nam gặp nhiều khó khăn do phụ thuộc vào nhiều yếu tố chủ quan và khách quan.
Sở Giao thông vận tải Hà Nội đã phê duyệt kế hoạch thực hiện rải thử nghiệm cho hai đoạn đường thuộc tỉnh lộ 414 và 418 Các đoạn thử nghiệm này sẽ được triển khai nhằm đánh giá hiệu quả và tính khả thi của các biện pháp cải thiện hạ tầng giao thông.
Tỉnh lộ 414: Đoạn lựa chọn rải thử nghiệm nằm trên đoạn từ Thị xã Sơn Tây đến Đá Chông
Kết cấu hiện trạng của mặt đường: Bê tông nhựa dày khoảng 3-4cm trên lớp đá dăm thấm nhập nhựa dày 14cm
Bề mặt hiện trạng không có hiện tượng bong bật vật liệu hay phùi nhựa, chỉ xuất hiện một số vết nứt nhẹ, với bề mặt tương đối bằng phẳng Các vết nứt bao gồm nứt ngang, nứt dọc và một vài vết nứt xiên, có mức độ nhẹ với bề rộng khe nứt nhỏ hơn 4mm, không gây xóc khi xe chạy qua Do đó, không cần thực hiện xử lý trước khi rải lớp phủ thí điểm.
Chiều dài đoạn rải thử nghiệm trên tỉnh lộ 414 nằm trong khoảng lý trình Km3+250 đến Km3+330 Phương pháp thi công bao gồm việc rải thủ công cho đoạn dài 50m và rải bằng máy cho đoạn dài 30m Sau khi lu, chiều dày của lớp rải được tạo phẳng là 3.75cm.
Hình 3.1: Kết cấu hiện trạng tỉnh lộ 414
Tỉnh lộ 418: Đoạn rải thử nghiệm nằm trên đoạn nối từ đường quốc lộ
32 với quốc lộ 21 đi qua địa phận huyện Phúc Thọ
Kết cấu hiện trạng của mặt đường: Mặt đường láng nhựa trên lớp đá dăm 4- 6cm dày 13cm
Mặt đường hiện trạng không bị xô dồn hay bong bật, xuất hiện các vết nứt trên bề mặt nứt thành lưới
Chiều dài đoạn rải thử nghiệm: Lý trình Km 1+100 - Km 1+130
Phương pháp thi công: Rải thủ công
Chiều dày sau lu tạo phẳng: 1.5cm
Hình 3.2: Kết cấu hiện trạng của tỉnh lộ 418
Bảng 3.3: Số liệu về giao thông trên đoạn rải thử nghiệm
Xe tải hạng nặng (3 trục, 8 bánh)
Xe tải hạng nặng (trên 4 trục)
Số trục xe tính toán tiêu chuẩn / làn (trục/làn.năm) 38881 Tỉnh lộ 418
Số trục xe tính toán tiêu chuẩn / làn (trục/làn.năm) 37747
Thời gian thi công: Đoạn thi công thủ công: Ngày 07/11/2008 Đoạn thi công bằng máy: Ngày 29/11/2008
Điều kiện thời tiết, khí hậu:
Ngày 07/11/2008: Trời âm u, không có nắng và mưa nhỏ, thời tiết ẩm ướt, sau khi thi công xong có mưa to
Ngày 29/11/2008: Trời quang mây, nắng to.
Kết quả khảo sát đánh giá chất lượng vật liệu Carboncor Asphalt
3.3.1 Theo các chỉ tiêu của nhà sản xuất
3.3.1.1 Trên mẫu rời Đối với các thí nghiệm thực hiện trên hỗn hợp Carboncor Asphalt (mẫu rời): trước khi thực hiện các thử nghiệm, mẫu được sấy khô ở nhiệt độ 110 o C cho đến khi khối lượng không đổi
Kết quả thử nghiệm cho thấy tỷ trọng lớn nhất, hàm lượng chất kết dính, và tỷ số giữa hàm lượng bột khoáng (hạt