LUẬN VĂN THẠC SĨ NGÀNH XÂY DỰNG ĐƯỜNG Ô TÔ NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ NOVACHIP (HOA KỲ) LÀM LỚP PHỦ MỎNG ĐỂ TẠO NHÁM MẶT ĐƯỜNG TRONG XÂY DỰNG CÔNG TRÌNH GIAO THÔNG Ở VIỆT NAM

Bộ giáo dục và đào tạo Tr"ờng Đại học giao thông vận tải Nguyễn mạnh thắng luận án thạc sĩ kỹ thuật Nghiên cứu ứng dụng công nghệ novachip (hoa kỳ) làm lớp phủ mỏng để tạo nhám mặt đ"ờng trong xây dựng công trình giao thông ở việt nam Hà nội, 2007 Bộ giáo dục và đào tạo Tr"ờng Đại học giao thông vận tải Nguyễn mạnh thắng Nghiên cứu ứng dụng công nghệ novachip (hoa kỳ) làm lớp phủ mỏng để tạo nhám mặt đ"ờng trong xây dựng công trình giao thông ở việt nam chuyên ngành : xây dựng đ ờng ô tô và đ ờng thành phố Mã số : 60.58.30 luận án thạc sĩ kỹ thuật Ng"ời h"ớng dẫn khoa học : PGS. TS bùi xuân cậy Hà nội, 2007 Luận án thạc sỹ kỹ thuật Nguyễn Mạnh Thắng Tr"ờng Đại học GTVT hà nội i Mục lục Trang ch ơng 1 - Đặt vấn đề và nhiệm vụ nghiên cứu 1 !"!" #$% &'( )* &+ )$% (, / &0 (1,-2( 345 1 !"6" 7,89(1 ,8:(1 1-;- <5=>% )* %+- 4 1.2.1 Mục tiêu nghiên cứu 4 1.2.2 Nhiệm vụ nghiên cứu 5 1.2.3 Ph ơng pháp nghiên cứu 5 1.2.4 ? nghĩa khoa học của đề tài 5 !"@" AB- C5(1 )* %+- 5 ch ơng 2 - nghiên cứu tổng quan về độ nhám mặt đ ờng và lớp phủ bê tông nhựa tạo nhám 6"!" DE/ <5F( %GH(1 I:J J,K /L(1 %MN (,O/ 7 6"6" P;( 3,'% 3KF )B (,O/ /$% )8Q(1 8 2.2.1 Các nhân tố ảnh h ởng đến độ nhám vĩ mô 12 2.2.2 Các nhân tố ảnh h ởng đến độ nhám vi mô 13 1.2.5 Ph ơng pháp nghiên cứu 6"@" DR(, ,R(, (1,-2( 345S OJ C0(1 I:J J,K /L(1 %MN (,O/ %G2( %,> 1-:- &+ T & % (F/ 15 2.3.1 Tình hình nghiên cứu, áp dụng lớp phủ mỏng tạo nhám trên thế giới 15 2.3.2. Tình hình nghiên cứu, áp dụng lớp phủ mỏng bê tông nhựa tạo nhám ở Việt Nam 18 6"U" 1-:- %, 5 &* I:J J,K %MN (,O/ %,VN 3W(1 (1,. AN&F3,-J 20 ch ơng 3 - Nghiên cứu Ph ơng pháp thiết kế thành phần hỗn hợp bê tông nhựa, các yêu cầu vật liệu của novachip @"!" 3O3 J,89(1 J,OJ %,->% X> ,Y( ,ZJ [2 %W(1 (,\F 23 Luận án thạc sỹ kỹ thuật Nguyễn Mạnh Thắng Tr"ờng Đại học GTVT hà nội ii Mục lục Trang 3,$% 3.1.1. Nguyên tắc thiết kế 23 3.1.2. Ph ơng pháp thiết kế hỗn hợp bê tông nhựa theo Marshall 23 3.1.3. Ph ơng pháp thiết kế hỗn hợp bê tông nhựa Superpave 26 3.1.4. Ph ơng pháp thiết kế hỗn hợp bê tông nhựa áp dụng cho các loại hỗn hợp bê tông nhựa rỗng, bê tông nhựa cấp phối gián đoạn: 31 @"6" J,89(1 J,OJ %,->% X> ,Y( ,ZJ [2 %W(1 (,\F %MN (,O/ %,VN 3W(1 (1,. A]^_`ab7 31 3.2.1. Xác định hàm l ợng nhựa thiết kế 31 3.2.2. Ph ơng pháp thí nghiệm, tính toán 32 3.2.3. Nhận xét về ph ơng pháp thiết kế hỗn hợp bê tông nhựa theo h ớng dẫn của NOVACHIP 43 @"@" 3O3 =25 3E5 Xc %,5d% 3,N I:J J,K /L(1 [2 %W(1 (,\F %MN (,O/ %,VN 3W(1 (1,. (N&F3,-J 44 3.3.1. Vt liu 44 3.3.2. Quy nh v thnh phn ht hn hp NOVACHIP 47 @"U" (1,-2( 345 )O(, 1-O 3O3 3,e %-25 =25 3E5 &d% I 5 48 3.4.1. Đánh giá tính phù hợp với lý thuyết Fuller của cấp phối Novachip 48 3.4.2. So sánh thành phần cấp phối cốt liệu VTO và NOVACHIP 51 @"f" A,d( gh%S )O(, 1-O 52 ch"ơng 4 - Nghiên cứu công nghệ thi công và nghiệm thu lớp phủ mỏng tạo nhám Novachip U"!" `W(1 %O3 `,5i( [j &d% I 5 55 U"6" DGF(1 %, >% [j 56 U"@" `,5i( [j /$% )8Q(1 %G8:3 X,- G;- 56 U"U" D,- 3W(1 I:J (,\F Ck(, [O/ 7lml 57 U"f" D,- 3W(1 I:J J,K (,O/ n-25 /L(1 opPq`r 58 U"s" `W(1 %O3 X-t/ %GF &+ [;N );/ 3,'% I8Z(1 60 Luận án thạc sỹ kỹ thuật Nguyễn Mạnh Thắng Tr"ờng Đại học GTVT hà nội iii Mục lục Trang U"u" `vAw DO` Awab.l Dap aYA aZ7 67 U"x" A,d( gh% &* 3,e )y( 3W(1 (1,. %,- 3W(1 3KF AN&F3,-J 72 ch"ơng 5. Kết luận-kiến nghị f"!" A,z(1 X>% I5d( 3,5(1 74 f"6" A,z(1 X->( (1,j 75 f"@" %{( %M- &+ )j(, ,8:(1 (1,-2( 345 %->J %,VN 76 Tài liệu tham khảo chính Lời cảm ơn Trong khuôn khổ một luận án thạc sĩ, chắc rằng còn nhiều thiếu sót, rất mong nhận đ ợc ý kiến góp ý của các Thầy giáo, Cô giáo và bạn bè, đồng nghiệp. Tôi xin trân trọng cảm ơn Khoa công trình Tr ờng Đại học Giao thông vận tải, Bộ môn đ ờng bộ, PGS.TS. Bùi Xuân Cậy - đã h ớng dẫn tôi thực hiện luận án này. Tôi cũng trân trọng cảm ơn Phòng thí nghiệm Trọng điểm Đ ờng bộ I thuộc Viện Khoa học và Công nghệ GTVT đã cung cấp tài liệu và giúp đỡ tôi hoàn thành luận án này. Học viên Nguyễn Mạnh Thắng Luận án thạc sỹ kỹ thuật Nguyễn Mạnh Thắng Tr"ờng Đại học GTVT hà nội 1 ch"ơng 1. Đặt vấn đề và nhiệm vụ nghiên cứu 1.1. Đặt vấn đề Bê tông nhựa là vật liệu chủ yếu để xây dựng đ ờng ô tô và đ ợc sử dụng rộng rãi trên thế giới cũng nh ở Việt Nam. Việc nâng cao chất l ợng và tuổi thọ lớp mặt bê tông nhựa ở n ớc ta sẽ góp phần nâng cao chất l ợng của cả mạng l ới đ ờng ôtô và có ý nghĩa kinh tế kỹ thuật to lớn. Những cố gắng nhằm nâng cao chất l ợng và tuổi thọ của lớp mặt bê tông nhựa của kết cấu áo đ ờng có thể đi theo các h ớng cơ bản sau đây: - Nghiên cứu sử dụng các loại bê tông nhựa có cấu trúc khác với các loại bê tông nhựa thông th ờng, có c ờng độ và tuổi thọ cao, chịu đ ợc tác dụng của tải trọng nặng, có những đặc tính phù hợp với điều kiện khí hậu nhiệt đới, đảm bảo xe chạy an toàn, thuận lợi với tốc độ khai thác cao. - Sử dụng kết cấu áo đ ờng phù hợp với tải trọng giao thông (tải trọng trục xe và l u l ợng xe) và các điều kiện môi tr ờng. - Hoàn thiện công nghệ thi công áo đ ờng và chế tạo hỗn hợp bê tông nhựa theo h ớng hiện đại hoá thiết bị và công nghệ: từ thiết kế thành phần hỗn hợp, thí nghiệm đánh giá và kiểm tra chất l ợng. - Hoàn thiện ph ơng pháp và cải tiến tổ chức để công tác duy tu sửa chữa kết cấu áo đ ờng đạt hiệu quả ngày càng cao hơn, đặc biệt trong lĩnh vực tái tạo độ nhám và phòng ngừa h hỏng. Việc xây dựng các lớp kết cấu mặt đ ờng bê tông nhựa đảm bảo chất l ợng cao, kéo dài tuổi thọ, chịu đ ợc tác động của xe chạy và các yếu tố môi tr ờng là một nhiệm vụ quan trọng của chuyên ngành đ ờng ô tô trên thế giới cũng nh ở Việt Nam. Để đáp ứng đ ợc các yêu cầu trên, cần phải thực hiện đồng bộ ở tất cả các khâu (nh thiết kế, thi công, giám sát, duy tu bảo d ỡng), trong đó quan Luận án thạc sỹ kỹ thuật Nguyễn Mạnh Thắng Tr"ờng Đại học GTVT hà nội 2 trọng nhất là công tác quản lý chất l ợng trong thiết kế hỗn hợp bê tông nhựa, quản lý chất l ợng vật liệu, chất l ợng thi công. Việc sử dụng lớp phủ mỏng để tạo nhám cho hệ thống đ ờng ô tô, đặc biệt là đ ờng cấp cao và đ ờng cao tốc là cần thiết nhằm cải thiện tốc độ xe chạy, hạn chế tai nạn xảy ra trên đ ờng khi xe chạy với tốc độ cao, nhất là trong điều kiện đ ờng ẩm ớt. Công nghệ lớp phủ mỏng tạo nhám đ ợc áp dụng khá phổ biến trên thế giới, nó đ ợc sử dụng rộng rải trên các tuyến đ ờng ô tô và đ ờng cao tốc của Hoa Kỳ, châu Âu, Nhật Bản, Trung Quốc và một số n ớc ASEAN. Hệ thống đ ờng ô tô cấp cao và đ ờng cao tốc ở Việt Nam đang đ ợc đầu t xây dựng và phát triển trong t ơng lai gần, cụ thể nh dự án cầu Giẽ - Ninh Bình, Tp.Hồ Chí Minh - Trung L ơng, Láng - Hòa Lạc, Hà Nội - Hải Phòng vv., nên việc nghiên cứu, ứng dụng để triển khai công nghệ lớp phủ mỏng tạo nhám là cần thiết. Lớp phủ mỏng bê tông nhựa để tạo nhám b ớc đầu đã đ ợc thử nghiệm trên đ ờng Bắc Thăng Long - Nội Bài, đ ờng QL1A đoạn Hà Nội - Cầu Giẽ. Qua hơn 10 năm khai thác, lớp phủ này đã khẳng định đ ợc đặc tính độ nhám cao và độ bền qua thời gian khai thác. Từ những kinh nghiệm thu nhận đ ợc qua thi công các đoạn tạo nhám trên, b ớc đầu đã khẳng định đ ợc khả năng làm chủ công nghệ lớp phủ mỏng bê tông nhựa tạo nhám của Ngành xây dựng công trình giao thông trong n ớc. Trên cơ sở kết quả thu nhận đ ợc từ các đoạn thử nghiệm tạo nhám, trên cơ sở kết quả nghiên cứu lý thuyết, Quy trình công nghệ thi công và nghiệm thu lớp phủ mỏng bê tông nhựa tạo nhám đã đ ợc biên soạn và đ ơc Bộ GTVT ban hành mã số 22 TCN 345-06. Quy trình này dựa trên cơ sở các Chỉ dẫn kỹ thuật của ESSO, Shell áp dụng cho các đoạn thử nghiệm trên đ ờng Bắc Thăng Long - Nội Bài, đ ờng QL1A đoạn Hà Nội - Cầu Giẽ, và đ ợc chỉnh sửa cho phù hợp với cơ sở lý thuyết và trình độ công nghệ trong n ớc. Quy trình 22 TCN 345-06 đã đ a ra những quy định chặt chẽ liên quan Luận án thạc sỹ kỹ thuật Nguyễn Mạnh Thắng Tr"ờng Đại học GTVT hà nội 3 đến công tác kiểm soát chất l ợng vật liệu và sản phẩm trong các giai đoạn: tr ớc, trong và sau thi công; bổ sung những h ớng dẫn trong công tác thiết kế mẫu hỗn hợp bê tông nhựa, công tác sản xuất hỗn hợp bê tông nhựa. Do thực tế công nghệ trong n ớc hiện nay ch a có máy rải chuyên dụng, ch a có loại nhũ t ơng cải thiện sử dụng phụ gia Polime hoặc phụ gia cao su nên Quy trình 22 TCN 345-06 áp dụng với loại máy rải thông th ờng. Chính vì vậy, quy trình này chỉ quy định với 1 loại đ ờng bao cấp phối cốt liệu phù hợp với chiều dầy rải trung bình 2,5 (2,0-3,0) cm. Do không áp dụng nhũ t ơng nhựa đ ờng cải thiện-loại phân tách nhanh hoặc rất nhanh (chỉ sử dụng nhũ t ong nhựa đ ờng thông th ờng) làm lớp dính bám nên thời gian thi công lớp phủ này sẽ kéo dài và bị gián đoạn do phải chờ nhũ t ơng phân tách (th òi gian gián đoạn đến 6 giờ). Đây cũng là hạn chế của Quy trình 22 TCN 345-06. Công nghệ Novachip dùng làm lớp bê tông nhựa phủ mỏng mặt đ ờng lần đầu tiên đ ợc giới thiệu và sử dụng tại Pháp vào năm 1986. Từ năm 1986 cho đến nay, công nghệ này đã đ ợc dùng phổ biến ở nhiều n ớc Châu Âu để làm lớp phủ tạo nhám trên các đ ờng ô tô cấp cao, đ ờng cao tốc. Novachip là công nghệ rải một lớp bê tông nhựa nóng có độ nhám cao, cấp phối gián đoạn, có chiều dầy mỏng (từ 0,95 - 1,9 cm) trên một mặt đ ờng khi đã t ới dính bám bằng nhũ t ơng nhựa đ ờng polime. 8u điểm nổi bật của công nghệ Novachip là: - Thời gian thi công nhanh: do sử dụng máy rải chuyên dụng (máy rải Novapaver), tốc độ rải trung bình 1,1-1,36 Km/giờ/vệt rải; do dùng nhũ t ơng nhựa đ ờng polime phân tách nhanh làm lớp dính bám (gọi là Novabond) nên việc thi công không bị gián đoạn do phảỉ chờ nhũ t ơng phân tách. [...]... dụng được công nghệ này vào Việt Nam Như vậy đề tài : Nghiên cứu ứng dụng công nghệ Novachip làm lớp phủ mỏng để tạo nhám mặt đường trong xây dựng công trình giao thông ở Việt Nam là cần thiết và có tính thời sự 1.2 Phương hướng giải quyết đề tài 1.2.1 Mục tiêu nghiên cứu Nghiên cứu tổng quan về độ nhám mặt đường, các loại bê tông nhựa làm lớp mặt đường để tăng độ nhám, nghiên cứu công nghệ Novachip, ... phần, về công nghệ thi công và nghiệm thu Phân tích các ưu, nhược điểm của Novachip và khả năng áp dụng trong điều kiện thực tế Việt Nam 1.2.3 Phương pháp nghiên cứu - Nghiên cứu lý thuyết bê tông nhựa: tổng quan về bê tông nhựa làm đường, bê tông nhựa tạo nhám, các phương pháp thiết kế thành phần bê tông nhựa, công nghệ thi công bê tông nhựa - Nghiên cứu đánh giá công nghệ Novachip được thực hiện ở Hoa... về lớp phủ tạo nhám theo công nghệ Novachip Công nghệ Novachip dùng làm lớp phủ mỏng mặt đường lần đầu tiên được giới thiệu và sử dụng tại Pháp vào năm 1986 Sau đó công nghệ Novachip được đăng ký thành thương hiệu của Hiệp hội đường bộ Quốc tế Công dụng chính của công nghệ này để dùng làm lớp phủ mỏng tạo nhám và Trường Đại học GTVT hà nội 20 Luận án thạc sỹ kỹ thuật Nguyễn Mạnh Thắng độ bằng phẳng mặt. .. áp dụng trong điều kiện thực tế Việt Nam hiện nay 1.2.2 Nhiệm vụ nghiên cứu - Nghiên cứu tổng quan về độ nhám mặt đường, cách đánh giá tiêu chuẩn độ nhám và tầm quan trọng của độ nhám trong khai thác đường ô tô Trường Đại học GTVT hà nội 4 Luận án thạc sỹ kỹ thuật Nguyễn Mạnh Thắng - Nghiên cứu các loại lớp mặt bê tông nhựa tạo nhám và thực tế sử dụng hiện nay ở Việt Nam - Nghiên cứu về công nghệ Novachip, ... xuống lớp dứới mặt đường Ngoài ra lớp nhũ tưong này cũng làm tăng khả năng liên kết giữa lớp phủ mỏng với mặt đưòng cũ Với sự tài trợ của Công ty Hall Brother (Hoa Kỳ), công nghệ Novachip dự kiến được đưa vào áp dụng ở Việt nam Đối với Việt Nam, đây là công nghệ hoàn toàn mới, chưa từng được nghiên cứu và áp dụng thử nghiệm Do vậy việc nghiên cứu về công nghệ Novachip là rất cần thiết để sớm có thể áp dụng. .. nhựa đường polime Trong công nghệ Novachip: - Hỗn hợp bê tông nhựa được gọi là hỗn hợp bê tông nhựa Novachip; lớp mặt đường bê tông nhựa gọi là lớp mặt đường bê tông nhựa Novachip; - Vật liệu nhũ tương nhựa đường polime dùng cho lớp dính bám gọi là vật liệu dính bám Novabond; lớp dính bám gọi là lớp dính bám Novabond Bê tông nhựa Novachip có thể được rải trên bề mặt đường bê tông nhựa hoặc bê tông xi... nhựa Novachip được rải lên và lu lèn Công dụng chính của lớp phủ mỏng dùng công nghệ Novachip là ở chỗ : - Dùng làm lớp phủ bảo vệ mặt đường của đường cao tốc và đường ô tô cấp cao - Dùng làm lớp bảo dưỡng phủ trên mặt đường cũ, tạo nên độ bằng phẳng và độ nhám cao - Có thể rải một lớp rất mỏng (từ 0,9 cmữ2,5 cm) - Độ bền cao - Độ nhám mặt đường và khả năng chống văng bụi nước dưới bánh xe rất tốt khi... vụ nghiên cứu Chương 2: Nghiên cứu tổng quan về độ nhám và lớp phủ bê tông nhựa tạo nhám Chương 3: Nghiên cứu phương pháp thiết kế thành phần hỗn hợp bê tông nhựa, các yêu cầu vật liệu của Novachip Chương 4: Nghiên cứu công nghệ thi công và nghiệm thu lớp phủ mỏng tạo nhám của Novachip Chương 5: Kết luận Kiến nghị Trường Đại học GTVT hà nội 6 Luận án thạc sỹ kỹ thuật Nguyễn Mạnh Thắng chương 2 nghiên. .. nghiên cứu về độ nhám mặt đường Các kết quả nghiên cứu về độ nhám mặt đường được phản ảnh trên các lĩnh vực sau: - Nghiên cứu bản chất cấu trúc của độ nhám mặt đường, các nhân tố ảnh hưởng đến độ nhám, hệ thống thí nghiệm đánh giá các ảnh hưởng; Trường Đại học GTVT hà nội 15 Luận án thạc sỹ kỹ thuật Nguyễn Mạnh Thắng - Nghiên cứu công nghệ xây dựng lớp phủ mặt đường có độ nhám cao; - Nghiên cứu các giải... chương 2 nghiên cứu tổng quan về độ nhám mặt đường và lớp phủ bê tông nhựa tạo nhám 2.1 Tầm quan trọng lớp phủ mỏng tạo nhám Trong những năm gần đây, một vấn đề lớn của chuyên ngành đường ô tô được các nước trên thế giới quan tâm là an toàn giao thông Những tai nạn giao thông đường bộ xảy ra ngoài các nguyên nhân do tổ chức giao thông chưa tốt, điều kiện địa hình hạn chế thì một nguyên nhân không nhỏ là