Có nhiều biện pháp để tăng độ nhám, sức kháng trượt của mặt đường bê tông nhựa. Chọn lựa cách nào là tuỳ vào mức độ quan trọng của con đường, điều kiện vật liệu, trình độ công nghệ, thiết bị có sẵn và chi phí xây dựng nó. Giải pháp hữu hiệu nhất để tăng độ nhám cho lớp mặt đường là dùng một lớp phủ tạo nhám mỏng, rất mỏng hoặc cực mỏng (khoảng 1,5cm 3cm) bằng bêtông nhựa có hỗn hợp cốt liệu gián đoạn, với độ rỗng khá lớn (12% đến 15%), độ chịu bào mòn cao và dùng chất dính kết là nhựa polime.Một điều quan trọng cần chú ý là lớp phủ tạo nhám làm bằng hỗn hợp bê tông nhựa có độ rỗng lớn và mỏng nên chịu tác động của nước nhiều hơn các loại bê tông nhựa chặt thông thường. Chỉ có dùng nhựa bitum cải thiện bằng polime (hoặc nhựa cải thiện bằng các hoá chất thích hợp khác) thì mới giữ cho màng nhựa không bong khỏi hạt cốt liệu đá khi bị nước tác dụng. Đặc biệt, nhựa bitum polime chịu được nhiệt độ cao, dù vào mùa hè nhiệt độ mặt đường có lên tới 60 – 65oC cũng không sợ lớp phủ mỏng tạo nhám bị biến dạng, làn sóng, chảy nhựa.Lớp phủ tạo nhám bằng bê tông nhựa polime cần phải đạt được các yêu cầu sau: Độ chống trơn trượt cao, an toàn cho phương tiện giao thông trên đường. Giảm tiếng ồn, giảm bắn bụi nước từ phương tiện giao thông. Thoát nước rất tốt. Lớp nhũ tương Polyme phải ngăn được nước thấm từ trên xuống. Có tuổi thọ cao hơn BTN thông thường. Chi phí bảo trì, bảo dưỡng thấp. Lớp phủ tạo nhám bằng bê tông nhựa polime cũng đã được thử nghiệm trên một số tuyến đường có tốc độ xe chạy cao như: Flexxipave của ESSO Singapo trên đường Bắc Thăng Long Nội Bài cuối năm 1994, lớp phủ mỏng có độ nhám cao tại quốc lộ 51 năm 1997, đường Pháp Vân Cầu Giẽ năm 2001, lớp bê tông nhựa tạo nhám công nghệ thuộc loại tiên tiến nhất hiện nay – Novachip của Mỹ trên đường Bắc Thăng Long Nội Bài năm 2008 và gần đây nhất là lớp bê tông nhựa tạo nhám công nghệ SMA trên cầu Thăng Long năm 2009. Trong các công nghệ trên đây thì công nghệ SMA có vẻ bị lép vế hơn so với các công nghệ khác do sự cố “nứt” trên công trình thử nghiệm và khả năng chống bắn tóe kém hơn. Qua các đoạn rải thử nghiệm trên đây, Bộ GTVT đã có các đánh giá kết quả ban đầu và quyết định lựa chọn công nghệ NovaChip để tạo lớp phủ tạo nhám siêu mỏng cho đường cao tốc đầu tiên ở nước ta – đó là đường cao tốc Thành phố Hồ Chí Minh – Trung Lương.
Trang 1NGHIÊN CỨU SỬ DỤNG VẬT LIỆU BÊ TÔNG NHỰA ĐỘ NHÁM CAO, THOÁT NƯỚC NHANH CHO MẶT ĐƯỜNG
CẤP CAO TRONG ĐIỀU KIỆN VIỆT NAM
Ngành: Kỹ thuật xây dựng công trình giao thông
LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT
TP Hồ Chí Minh, năm 2014
Trang 2Tóm tắt luận văn
Danh mục bảng biểu và hình ảnh
MỞ ĐẦU 1
1 SỰ CẦN THIẾT CỦA ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU 1
1.1.Tình hình nghiên cứu và sử dụng bê tông nhựa rỗng (BTNR) làm lớptrên cùng và mặt đường trên thế giới 7
2 TÊN ĐỀ TÀI LUẬN VĂN 16
3 MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU CỦA ĐỀ TÀI17
4 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 17
5 BỐ CỤC TÓM TẮT LUẬN VĂN 17
CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ CÁC LOẠI BÊ TÔNG NHỰA, BÊ TÔNG NHỰA RỖNG ĐỘ NHÁM CAO TRONG XÂY DỰNG ĐƯỜNG
Ô TÔ HIỆN NAY. 18
1.1 TỔNG QUAN VỀ CÁC LOẠI BÊ TÔNG NHỰA 18
26
Trang 31.4.2 Lịch sử phát triển của bê tông nhựa rỗng 34
2.2 THIẾT KẾ HỖN HỢP BTNR ĐỘ NHÁM CAO 61
2.2.1.Giới thiệu chung 61
2.3.1 Kết luận chương 2 71
CHƯƠNG III: NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ MẶT ĐƯỜNG CÓ LỚP BÊ TÔNG NHỰA RỖNG THOÁT NƯỚC NHANH72
Trang 43.2 Cấu tạo lớp mặt BTN rỗng 74
3.3 Thiết kế hệ thống thoát nước 82
3.4 Kết luận chương 3 91
CHƯƠNG 4: ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO HỖN HỢP VẬT LIỆU, THI CÔNG LỚP VẬT LIỆU ĐỘ NHÁM CAO, THOÁT NƯỚC NHANH TRONG ĐIỀU KIỆN VIỆT NAM. 92
4.1 Công nghệ chế tạo hỗn hợp vật liệu 92
4.1.2 Giai đoạn thiết kế hoàn chỉnh 95
4.2 Công nghệ thi công, nghiệm thu lớp vật liệu 96
4.2.1 Yêu cầu về mặt bằng, kho chứa, bãi tập kết vật liệu 96
4.2.5 Nghiệm thu lớp phủ BTNR NC 110
4.4 Kết luận chương 4 116
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 117
I Những đóng góp của luận văn về mặt khoa học 117
II Những đóng góp của luận văn về mặt thực tiễn 118
III.Kiến nghị 118
Trang 6nước nhanh dùng cho mặt đường cấp cao trong điều kiện Việt Nam.
Tóm tắt: Nghiên cứu lựa chọn vật liệu và công nghệ xây dựng lớp bê tôngnhựa rỗng, có độ nhám cao, thoát nước nhanh, ứng dụng trong xây dựngđường cấp cao ở Việt Nam (Nghiên cứu ứng dụng cho địa bàn các Tỉnh PhíaNam)
Trang 7Bảng 0.3: Kết quả thí nghiệm trên đoạn đường thử nghiệm OGDM 13
Bảng 1.1: Các chỉ tiêu kỹ thuật của bê tông nhựa chặt (BTNC) 30
Bảng 1.2: Các chỉ tiêu yêu cầu đối với bê tông nhựa rỗng (BTNR) 31
Bảng 1.3: Các chỉ tiêu cơ lý của bê tông nhựa 31
Bảng 2.1: Ví dụ về thành phần hỗn hợp BTNR 44
Bảng 2.2: Ví dụ về thành phần hỗn hợp BTN thông thường 45
Bảng 2.3:Yêu cầu về chỉ tiêu cơ lý của loại mác nhựa & mác nhựa polyme cải tiến 45
Bảng 2.4: Yêu cầu về chỉ tiêu cơ lý của nhũ tương nhựa đường có thành phần hạt nhựa (JEAAS) 49
Bảng 2.5 : Quy định về tỷ lệ hạt của đá dăm loại I và II (JISK) 51
Bảng 2.6: Tiêu chuẩn kỹ thuật của đá dăm loại I và đá dăm loại II 52
Bảng 2.7: Tiêu chuẩn kỹ thuật của tính bền 53
Bảng 2.8:Tiêu chuẩn kỹ thuật trong trường hợp lẫn tạp chất 53
Bảng 2.9: Chỉ tiêu kỹ thuật của xỉ thép (SS) 54
Bảng 2.10: Phạm vi mức độ hạt tiêu chuẩn của sản phẩm lọt sàng 56
Bảng 2.11:Tiêu chuẩn về tỷ lệ hạt đối với chất phụ gia 57
Bảng 2.12: Các chỉ tiêu kỹ thuật khi sử dụng bụi thu làm một phần của phụ gia 58
Bảng 2.13: Một số đặc tính của nhựa có TPS 60
Bảng 2.14: Giá trị mục tiêu của hỗn hợp BTNR 61
Bảng 2.15: Phạm vi tỷ lệ hạt cốt liệu tiêu chuẩn của hỗn hợp BTNR 65
Bảng 2.16: Ví dụ về phạm vi tỷ lệ hạt của hỗn hợp BTNR hạt nhỏ 65
Bảng 2.17: Tiêu chuẩn kỹ thuật của Hỗn hợp BTNR 70
Bảng 3.1: Yêu cầu về độ bằng phẳng của mặt đường theo chỉ số IRI 73
Bảng 3.2: Yêu cầu về độ nhám mặt đường 74
Bảng 3.3: Các chỉ tiêu cơ lý quy định cho đá dăm 75
Bảng 3.4: Các chỉ tiêu cơ lý quy định cho cát xay 75
Bảng 3.5: Thành phần hạt quy định của bột khoáng 76
Trang 8Bảng 3.8:Đề xuất giá trị kỹ thuật giới hạn cho hỗn hợp nghiên cứu 80
Bảng 3.9: Hàm lượng nhựa tối ưu cho ba hỗn hợp đề xuất 81
Bảng 3.10: Xác lập thành phần các hỗn hợp cấp phối 81
Bảng 3.11: Đề xuất các chỉ tiêu kỹ thuật cho bê tông nhựa tạo nhám 82
Bảng 4-1:Thành phần cấp phối hỗn hợp cốt liệu của BTNR NC 92
Bảng 4-2: Yêu cầu về các chỉ tiêu kỹ thuật của BTNR NC 94
Bảng 4-3: Chuyển đổi kích cỡ sàng thí nghiệm về kích cỡ thực tế của sàng rung tại trạm trộn 97
Bảng 4-4: Dung sai cho phép so với công thức chế tạo hỗn hợp BTNR NC 98
Bảng 4-5: Các giá trị nhiệt độ yêu cầu nhà sản xuất nhựa đường polyme công bố 100
Bảng 4-6 : Sai số cho phép về kích thước hình học 110
Bảng 4-7: Tiêu chuẩn nghiệm thu độ bằng phẳng 111
Bảng 4-8:Tiêu chuẩn nghiệm thu độ nhám mặt đường 111
Trang 9bê tông nhựa 24
Hình 1-2: Ảnh hưởng của hàm lượng đá dăm đến cường độ nén của bê tông nhựa 26
Hình 1-3: Tình hình sử dụng BTNR tại Nhật Bản 35
Hình 1-4: Mặt đường BTNR tại Hoa kỳ 35
Hình 1-5: Khả năng thoát nước của mặt đường BTNR so với BTN thường 36
Hình 1-6: So sánh BTNR và BTN thường 37
Hình 1-7: Giảm tiếng ồn của BTNR 40
Hình 1-8: Giảm tai nạn GT của BTNR 41
Hình 2-1: Cấu tạo bề mặt của BTNR và BTN thường 45
Hình 2-2: Thí nghiệm uốn nhựa đánh giá độ bền nhựa 48
Hình 2-3: Các bước thiết kế hỗn hợp 63
Hình 3-1: Kết cấu mặt đường bê tông nhựa rỗng 72
Hình 3-2: Nguyên lý thoát nước của kết cấu bê tông nhựa rỗng 83
Hình 3-3: Cấu tạo lỗ thoát nước của mặt đường BTNR 84
Hình 3-4: Mặt đường bê tông nhựa rỗng tự thấm nước 85
Hình 3-5: Mặt cắt ngang rãnh biên 88
Hình 3-6: Mặt cắt ngang đường điển hình 88
Hình 3-7: Giếng thu nước mặt 89
Hình 3-8: Rãnh biên thu nước về hố ga 90
Hình 4-1: Sơ đồ chế tạo BTNR tại trạm trộn 101
Hình 4-2: Tưới nhựa dính bám 105
Hình 4-3: Thi công rải lớp BTNR 107
Hình 4-4: Lu lèn lớp BTNR 108
Hình 4-5: Lớp BTNR trước và sau khi lu lèn 110
Trang 10Hệ thống giao thông đường bộ được đầu tư nâng cấp một bước rất cơ bản(Đã hoàn thành nâng cấp, cải tạo được gần 14.000 km quốc lộ; hiện cònkhoảng 6.000 km chưa được nâng cấp cải tạo) Bước đầu xây dựng khoảng
150 km đường bộ cao tốc Đang triển khai xây dựng một số tuyến đường bộcao tốc: Hà Nội – Hải Phòng, Hà Nội – Thái Nguyên, Hà Nội – Lào Cai, SàiGòn – Long Thành – Dầu Giây; chuẩn bị khởi công các tuyến cao tốc: BếnLức – Long Thành, Đà Nẵng – Quảng Ngãi, Dầu Giây – Phan Thiết và đangtích cực kêu gọi vốn đầu tư cho các tuyến: Ninh Bình – Thanh Hóa, Biên Hòa– Vũng Tàu, Trung Lương – Mỹ Thuận – Cần Thơ…
Riêng trong giai đoạn 2009-2011 đã hoàn thành xây dựng, nâng cấp cải tạocác quốc lộ 22, QL70, QL6, QL2, QL4A, QL4B, QL4C, cầu Rạch Miễu, cầuĐồng Nai; hoàn thành xây dựng và đưa vào khai thác cao tốc HCM – TrungLương, đại lộ Thăng Long, cầu Cần Thơ, cầu Thanh Trì, cầu Pá Uôn, cầuHàm Luông, cầu Phùng; cao tốc Cầu Giẽ - Ninh Bình, đường Nam Sông Hậu,cầu Ngọc Tháp, hợp long cầu Đầm Cùng, thông xe các cầu trên QL1 đoạnCần Thơ – Năm Căn,
Hiện nay vận tải đường bộ chiếm số lượng cao nhất so với các phươngthức vận tải khác, Nhưng so với quốc tế và các nước trong khu vực phươngthức vận tải đường bộ của nước ta đang còn kém hơn rất nhiều so với thế giới,
mà quan trong nhất là hệ thống đường sá cầu cống đã qua sử dụng lâu nămkhong được duy tu bảo dưỡng đều đặn chất lượng bề mặt đường xuống cấpnghiêm trọng dẫn tới vận tốc chạy xe còn thấp gây ảnh hưởng lớn đến thờigian vận chuyển hàng hóa và hành khách, gây lãng phí về thời gian và tiền
Trang 11bạc, máy móc xăng dầu ảnh hưởng nhiều tới nền kinh tế đang phát triển mạnhnhư nước ta hiện nay.
Việt Nam là một quốc gia thuộc vùng nhiệt đới có khí hậu nắng ẩm mưanhiều lượng mưa phổ biến hàng năm lớn, mặt khác lương thoát nước bề mặtcủa hệ thống đường bộ chủ yếu phụ thuộc vào cống thoát nước được bố trí 2bên đường ảnh hưởng tới chất lương khai thác vận tải
Mặt khác chất lượng mặt đường và khổ đường của nước ta hiện nay cònthấp và khổ đường nhỏ, kết cấu lớp áo đường thường bị ảnh hưởng nhiều từcác điều kiện thời tiết chủ yếu là ảnh hưởng của nước mưa và nước bề mặt,hạn chế tiếp theo là lớp mặt đường có độ nhám thấp nếu chạy xe tốc độ caothì sức bám của bánh xe với mặt đường bị ảnh hưởng nhiều do điều kiện mặtđường thoát nước kém và độ nhám bề mặt không đảm bảo hiện nay các tuyếnđường lớn của Việt Nam chủ yếu thoát nước bề mặt nhờ hệ thống cống dọc vàcống ngang được bố trí ở 2 bên đường tốc độ thoát nước kém và bề mặtđường khô dáo chậm ảnh hưởng tới tốc độ chạy xe, và gây ra các vụ tai nạnnghiêm trọng do mặt đường trơn trượt, độ nhám của mặt đường cũng còn hạnchế nhiều khi sử dụng bê tông nhựa thường, ảnh hưởng nhiều tới vận tốc khaithác và làm việc của các phương tiện giao thông vận tải
Hệ Thống Giao thông vận tải Đường bộ của nước ta chủ yếu hoạt động theo trục Bắc –Nam với hệ xương sống là tuyến quốc lộ 1A, địa hình Việt Nam có dạng chữ S nhỏ và hẹp kéo dài theo chục Bắc Nam dân cư phân bố không đồng đều Tập chung nhiều ở các thành phố lớn và vùng đồng bằng venbiển
Như vậy để kết nối giữa các khu vực các vùng miền trong cả nước cần thiết phải xây dựng một hệ thống đường giao thông cấp cao an toàn và chất
Trang 12lượng trong khai thác vận tải đường bộ các hạn chế về nước bề mặt đường saumưa và độ dính bám của mặt đường cần được đảm bảo tốt nhất cho hệ thống đường cấp cao của Việt Nam.
Trong những năm gần đây giao thông đường bộ trong nước phát triểnmạnh, nhiều đường tốc độ cao, các đường cao tốc có quy mô lớn bắt đầu đượcxây dựng Các nhà tư vấn thiết kế, các chủ đầu tư đã đặc biệt chú ý đến vấn đềđảm bảo một mặt đường không những đủ cường độ chịu lực, bằng phẳng màcòn phải có độ nhám cao để đảm bảo xe chạy an toàn trong mọi điều kiện thờitiết.Tại Việt Nam, việc sử dụng loại nhựa đường thông thường đã trở nên kháquen thuộc trong quá trình xây mới, nâng cấp hoặc duy tu bảo dưỡng lớp mặtđường mềm trong những năm vừa qua Tuy nhiên, đối với mặt đường cao tốc,
do những yêu cầu đặc biệt để đảm bảo an toàn khi phương tiện lưu hành vớitốc độ cao nên việc sử dụng lớp mặt đường BTN thông thường không thể đảmbảo độ nhám theo yêu cầu về an toàn giao thông Việc áp dụng hỗn hợp BTN
sử dụng các loại vật liệu nhựa đường cải thiện polime phù hợp để sản xuất cácloại bê tông nhựa phủ mặt có độ nhám lớn, độ bền cao là hết sức cần thiết
Có nhiều biện pháp để tăng độ nhám, sức kháng trượt của mặt đường
bê tông nhựa Chọn lựa cách nào là tuỳ vào mức độ quan trọng của conđường, điều kiện vật liệu, trình độ công nghệ, thiết bị có sẵn và chi phí xâydựng nó Giải pháp hữu hiệu nhất để tăng độ nhám cho lớp mặt đường là dùngmột lớp phủ tạo nhám mỏng, rất mỏng hoặc cực mỏng (khoảng 1,5cm - 3cm)bằng bê-tông nhựa có hỗn hợp cốt liệu gián đoạn, với độ rỗng khá lớn (12%đến 15%), độ chịu bào mòn cao và dùng chất dính kết là nhựa polime
Một điều quan trọng cần chú ý là lớp phủ tạo nhám làm bằng hỗn hợp
bê tông nhựa có độ rỗng lớn và mỏng nên chịu tác động của nước nhiều hơncác loại bê tông nhựa chặt thông thường Chỉ có dùng nhựa bitum cải thiện
Trang 13bằng polime (hoặc nhựa cải thiện bằng các hoá chất thích hợp khác) thì mớigiữ cho màng nhựa không bong khỏi hạt cốt liệu đá khi bị nước tác dụng Đặcbiệt, nhựa bitum polime chịu được nhiệt độ cao, dù vào mùa hè nhiệt độ mặtđường có lên tới 60 – 65oC cũng không sợ lớp phủ mỏng tạo nhám bị biếndạng, làn sóng, chảy nhựa.
Lớp phủ tạo nhám bằng bê tông nhựa polime cần phải đạt được các yêu cầusau:
- Độ chống trơn trượt cao, an toàn cho phương tiện giao thông trên đường
- Giảm tiếng ồn, giảm bắn bụi nước từ phương tiện giao thông
- Thoát nước rất tốt
- Lớp nhũ tương Polyme phải ngăn được nước thấm từ trên xuống
- Có tuổi thọ cao hơn BTN thông thường
- Chi phí bảo trì, bảo dưỡng thấp
- Lớp phủ tạo nhám bằng bê tông nhựa polime cũng đã được thử nghiệm trênmột số tuyến đường có tốc độ xe chạy cao như: Flexxipave của ESSO -Singapo trên đường Bắc Thăng Long - Nội Bài cuối năm 1994, lớp phủ mỏng
có độ nhám cao tại quốc lộ 51 năm 1997, đường Pháp Vân - Cầu Giẽ năm
2001, lớp bê tông nhựa tạo nhám công nghệ thuộc loại tiên tiến nhất hiện nay– Novachip của Mỹ trên đường Bắc Thăng Long - Nội Bài năm 2008 và gầnđây nhất là lớp bê tông nhựa tạo nhám công nghệ SMA trên cầu Thăng Longnăm 2009 Trong các công nghệ trên đây thì công nghệ SMA có vẻ bị lép vếhơn so với các công nghệ khác do sự cố “nứt” trên công trình thử nghiệm vàkhả năng chống bắn tóe kém hơn Qua các đoạn rải thử nghiệm trên đây, BộGTVT đã có các đánh giá kết quả ban đầu và quyết định lựa chọn công nghệ
Trang 14NovaChip để tạo lớp phủ tạo nhám siêu mỏng cho đường cao tốc đầu tiên ởnước ta – đó là đường cao tốc Thành phố Hồ Chí Minh – Trung Lương.
Công nghệ NovaChip để tạo lớp phủ mỏng cho mặt đường, lần đầu tiênđược giới thiệu và áp dụng tại Pháp Công nghệ này được SCREG RoutesSTP (Pháp) phát minh đầu tiên vào năm 1986 Novachip ™ là tên thươnghiệu được đăng ký của Hiệp hội Đường Quốc gia, là một đơn vị trực thuộcSCREG Routes STP Công nghệ này đã được phát triển nhằm tăng khả năngchống trượt của mặt đường và nhằm phủ kín các lớp mặt đường cũ và sau đó
đã được sử dụng rộng rãi ở Châu Âu Novachip ™ đã được sử dụng cho cáctuyến đường cao tốc, các tuyến đường có lưu lượng xe lớn và các tuyến quốclộ Nó cũng được sử dụng thành công trong các khu vực cạnh bó vỉa và cửathu nước trong khu vực đô thị Công dụng chính của công nghệ này là dùng
để tạo ra lớp phủ mỏng, tạo nhám và độ bằng phẳng mặt đường trên các loạimặt đường cũ Công nghệ NovaChip thường được sử dụng làm lớp phủ trênmặt đường có xe chạy với tốc độ cao, lưu lượng xe lớn, trên đường cao tốc vàcác quốc lộ quan trọng
Công nghệ NovaChip được giới thiệu lần đầu tiên tại Mỹ vào năm 1990
Dự án đầu tiên sử dụng công nghệ NovaChip tại Mỹ được thực hiện vào năm
1992 tại bang Alabama với thiết bị rải được nhập từ Pháp Trong cùng thờigian đó, nhiều đoạn đường thử nghiệm công nghệ NovaChip cũng được ápdụng ở các bang Mississipi và Texas Đến nay, đã có 42 bang ở nước Mỹ sửdụng công nghệ NovaChip trong việc tạo lớp phủ mỏng mặt đường với diệntích trên 40 triệu m2 bề mặt các tuyến đường bộ
Khi so sánh với công nghệ Flexxipave (đã được hãng ESSO - Singapogiới thiệu tại Việt Nam và rải thí điểm 500 m trên đường Thăng Long - NộiBài vào tháng 9.1994) và SMA trên cầu Thăng Long có thể thấy:
Trang 15Công nghệ Flexxipave: Lớp phủ mỏng tạo nhám mặt đường có độ dày
tối thiểu là 25 mm và bắt buộc phải dùng nhựa Polymer có tính bám dính đặcbiệt trộn trực tiếp với cốt liệu đá Giá thành 1m2 chi phí đầu tư ban đầu củalớp phủ mỏng tạo nhám cao hơn khoảng 2 lần so với lớp phủ mỏng dùng nhựathông thường Tuổi thọ của lớp phủ mỏng dày 30 mm dùng nhựa Flexxipave
có thể đạt trên 8 - 10 năm Tốc độ rải thông thường đạt từ 3-5 m/phút Do hỗnhợp Flexxipave nguội nhanh hơn nhiều so với hỗn hợp bêtông nhựa thôngthường, nên hỗn hợp này phải được trộn nóng tại trạm và cự ly vận chuyển đểrải không xa quá 20 km, sao cho nhiệt độ lu lèn sau khi rải phải đảm bảotrong khoảng 110-1600 C Tuy nhiên công nghệ này lại không đòi hỏi thiết bịrải đặc chủng
Công nghệ NovaChip: Lớp phủ mỏng tạo nhám mặt đường có độ dày
tối thiểu đạt 1,5cm và chỉ cần dùng nhựa nóng thông thường để trộn với cốtliệu đá mà không cần sử dụng nhựa đặc biệt Tuy nhiên, lớp lót trên mặtđường cũ lại cần dùng loại nhũ tương có tính bám dính đặc biệt (NovaBond)
để tăng cường khả năng dính bám với mặt đường Giá thành 1m2 lớp phủmỏng dùng công nghệ NovaChip chỉ cao hơn từ 1,8 – 2 lần dùng nhựa thôngthường Tuổi thọ của lớp phủ mỏng dùng công nghệ NovaChip tương đươngnhư dùng Flexxipave, cự ly vận chuyển không quá xa, sao cho nhiệt độ lu lènsau khi rải đảm bảo trong khoảng 110-1600C Mặc dù có ưu điểm hơnFlexxipave như vậy nhưng công nghệ này lại đòi hỏi thiết bị rải đặc chủng và
xe cấp nhũ tương nhựa có tính dính đặc biệt (đây là công nghệ hiện đang
được hãng Hall Brother International độc quyền sở hữu và cung cấp) Lớp
phủ mỏng dùng công nghệ NovaChip bao gồm 2 phần chính: Phần lớp phủmỏng dùng bêtông nhựa thông thường với thành phần hạt chọn lọc và phầnlớp lót rải trên bề mặt đường cũ (dùng nhũ tương đặc biệt, độc quyềnNovaBond)
Trang 16Công nghệ SMA (Stone mastic asphalt use in Europe, split mastic asphalt in Germany and Japan): Là một hổn hợp chắc, bền và chống biến
dạng ngang (tạo ra vết lõm ở vệt bánh) nhờ vào liên kết đá với đá nhằm tạo racường độ và chất liên kết giữa nhựa đặc và bột khoáng (các hạt nhỏ hơn0,075mm) với chiều dày tối thiểu có thể rải là 15mm tạo ra độ bền và độnhám cao Mặc dù đây là một loại hổn hợp tương đối mới ở Mỹ, đã được ápdụng từ năm 1991 với giá thành ước tính tăng hơn 30% so với rải lớp thôngthường nhưng được bù đắp bởi sự tăng lên của tuổi thọ của mặt đường, trướctiên là giảm vết lồi lõm và tăng cường độ bền SMA được xem như là một cấpphối ưu tiên của các Cơ quan quản lý giao thông và được dùng trong nhữngnơi có mât độ giao thông cao và chi phí bảo dưỡng thường xuyên lớn Côngnghệ này không cần thiết bị rải đặc biệt và tuổi thọ của lớp này có thể đạt 10năm Mặc dù nước không thể thấm qua lớp SMA, nhưng kết cấu bề mặt của
nó tương tự như kết cấu của lớp ma sát thành phần cỡ hạt mở (Open gradedfriction course: OGFC) Vì vậy, SMA có độ bền ma sát lớn, yếu tố nhằm nângcao khả năng giao thông công cộng khi lưu thông trên mặt đường trơn
1.1.Tình hình nghiên cứu và sử dụng bê tông nhựa rỗng (BTNR) làm lớp trên cùng và mặt đường trên thế giới.
Việc sử dụng (BTNR) độ nhám cao làm lớp trên cùng của mặt đường cấpcao hiện nay đang được nghiên cứu và sử dụng rộng rãi ở các nước phát triển
để đáp ứng sự phát triển của giao thông hiện đại do loại mặt đường này chokhả năng thoát nước giảm tiếng ồn và có độ nhám bề mặt tốt, đặc biệt là antoàn cho xe chạy khi mặt đường ẩm ướt
1.1.1 Mỹ
Những năm thập niên 1970, Viện Franklin Philadelphia, Mỹ đã phát minh
ra loại kết cấu mặt đường bê tông nhựa tạo nhám cấp phối hở (OGFCA)
Trang 17không sử dụng hạt cốt liệu có kích thước mịn nhỏ hơn 600µm hay lọt sàngNo30 cho phép nước thấm qua mặt đường nhựa xuống dưới.
Việc sử dụng lớp mặt bê tông nhựa có độ rỗng lớn được khởi thảo đượckhởi thảo từ đầu những năm 70 dựa trên lớp tạo ma sát có nguồn gốc từ Mỹbề dày 25 mm của cốt liệu có kích cỡ danh định 10 mm
Bang Arizona
Thử nghiệm của Arizona sử dụng vật liệu bê tông nhựa tạo nhám cấp phối hở
từ năm 1954, đến năm 1960 kết quả thử nghiệm khá tốt, kể từ đó vật liệuOGFCA đã được sử dụng rộng rãi trên khắp tiểu bang
Bang Oregon
Cuối năm 1970 tiểu bang Oregon – Mỹ (ODOT – Oregon Department ofTransportation) đã thực hiện các thử nghiệm lớp OGFCA trên các đoạn có tảitrọng nặng, tốc độ lớn hơn 80km/h và sử dụng nhựa bitum polime ODOT đãkiến nghị sử dụng OGFCA như một lớp phủ mỏng và không kiểm soát lớp vậtliệu này cho kết cấu áo đường
Bang California
Năm 1944 sở giao thông bang California (Caltrans - California Department ofTransportation) đã sử dụng vật liệu OGFCA như một lớp thoát nước bề mặt.Cantrals sử dụng hỗn hợp với cỡ hạt Dmax=9,5;12,5;25mm, độ rỗng dư thiết kếmin 18% Chiều dày phổ biến nhất là 3,0cm ÷ 4,5cm, với cỡ Dmax=25mm, chophép nâng độ dày 5,0 ÷ 8,0 cm, và từ năm 2006 Caltrans đã đưa ra quy địnhcho phép phủ trực tiếp lớp OGFCA trên lớp bê tông nhựa chặt
Bang Georgia
Bang Georgia (GDOT – Georgia Department of Transportation) đã sử dụngOGFCA từ năm 1950 Hiện tại vật liệu OGFCA của GDOT sử dụng có hailoại là:
Trang 18Loại 1 – vật liệu OGFCA có hai cỡ hạt Dmax=9,5 và 12,5mm, chiều dàythiết kế 2,0cm, độ rỗng dư hỗn hợp 18-20% ;
Loại 2 – vật liệu OGFCA theo tiêu chuẩn của Châu Âu có chiều dày3,0cm với độ rỗng dư hỗn hợp 20-24% GDOT dùng lớp OGFCA làm lớp mặttrên các tuyến liên bang và xa lộ có lưu lượng xe trên hai hướng trung bình25.000 xe con/ngày đêm; với cỡ hạt Dmax=12,5mm, tuổi thọ khai thác từ 10 ÷
12 năm
1.1.2 Châu Âu
Bê tông nhựa rỗng được sử dụng rộng rãi ở một số nước Châu Âu do ưuđiểm của nó với giao thông hiện đại; đặc biệt là trong thời tiết mưa bụi ẩm.Tại Pháp, người ta đã thi công hơn 20 triệu m2mặt đường bê tông nhựa rỗng.Tại Tây Ban Nha con số sử dụng loại vật liệu này cho đường cao tốc là 15triệu m2 Tại một số nước khác như Bỉ, Hà Lan, Thụy Điển, Thụy Sỹ….người
ta dùng loại vật liệu này cho lớp mặt các đường xe tải cao tốc Tuy nhiên tạimột trong những quốc gia sử dụng loại vật liệu này là Anh (1970) thì côngnghệ này lại không được tiếp tục phát triển Tại Đức, người ta không sử dụngvật liệu này rộng rãi mà sử dụng vật liệu SMA (Stone Mastic Asphalt) là loạihỗn hợp đá nhựa có hàm lượng đá dăm lớn, hàm lượng hạt mịn nhỏ, kích cỡ
đá lớn nhất 8-12 mm hàm lượng nhựa lớn, có ưu điểm là tạo độ nhám chomặt đường cao
Trang 1925%-30%; Loại nhựa sử dụng là dùng bitum polymer: SBR- Styren ButadienRubber, sợi tổng hợp và cao su tự nhiên.
1.1.4 Úc
Thiết kế thành phần vật liệu OGFCA gồm ba loại hỗn hợp; ký hiệu: OG-10,OG-14 và OG-20 Tiêu chuẩn phân ra hai loại OG-I và OG-II được xác địnhtheo lưu lượng giao thông thiết kế; trong đó vật liệu OG-II dùng thêm phụ giasợi và đề nghị sử dụng tuyến đường có lượng giao thông cao hơn 5×106 xetrục tiêu chuẩn và hơn 500xe/làn/ngày
Độ mài mòn Losangeles, LA: max 12%, chỉ số nghiền mặt, %: max 100 Chấtliên kết là bitum polime: 80/100+SBS hoặc phụ gia sợi tổng hợp, bột cao su;hàm lượng nhựa (%): 4,0%-6,0%; đầm nén mẫu : theo phương pháp Marshall
50 chày/mặt; độ rỗng dư %: min 18-23%, độ chảy nhựa không quy định, độmài mòn (Cantabro Test): max 25%-30%; độ thấm nước không quy định
1.1.5 Châu Á
Tại Nhật Bản mặt đường BTNR được áp dụng lần đầu tiên vào năm 1989.Tính đến cuối tháng 3 năm 2002; 40% (9700Km) mạng lưới đường ô tô trênkhắp nước Nhật Bản đã được thay thế bằng mặt đường bê tông nhựa rỗng.Các chỉ tiêu kỹ thuật yêu cầu cho vật liệu OGFCA của Nhật bao gồm:
Độ rỗng dư : 18-22%; hàm lượng nhựa : 4,4÷4,6%; độ thấm nước: 52÷56mm/sec; độ chảy nhựa : ≤ 0,3%; độ mài mòn Cantabro: 17÷23%; cường độchịu kéo gián tiếp (ITS): 5÷10kg/cm2;
Tại Trung Quốc, mặt đường BTNR trên đường cao tốc sân bay Tây An đãbắt đầu đưa vào sử dụng năm 2003
Trang 201.2 Tình hình nghiên cứu áp dụng bê tông nhựa rỗng cho các tuyến đường cấp cao tại Việt Nam.
Tháng 4 năm 1994 hãng ESSO phối hợp với viện Khoa Học Công NghệGTVT, Cục Đường Bộ Việt Nam (Công Ty 288) đã triển khai rải thử lớpBTNR (Được gọi là lớp thoát nước–OGDM), sử dụng nhựa cải thiện củaESSO Trên đường Bắc Thăng Long– Nội Bài với chiều dài là 500m ViệnKhoa Học Công Nghệ GTVT chịu trách nhiệm cùng với ESSO nghiên cứuchế tạo thí nghiệm các mẫu hỗn hợp BTNR trong phòng và hiện trường, tiếnhành kiểm định chất lượng trong và sau khi thi công
Cấp phối cốt liệu của OGDM theo khuyến nghị của ESSO thỏa mãn yêu cầutại Bảng 0.1 thể hiện bằng đồ thị tại Hình 0.1
Bảng 0.1 Cấp phối cốt liệu OGDM
Trang 21Hình 0.1: Đồ thị đường cong cấp phối cốt liệu OGDMHỗn hợp bê tông nhựa OGDM có các đặc tính kỹ thuật thỏa mãn yêu cầu quy định theo khuyến nghị của ESSO được thể hiện trong Bảng 0-2
Bảng 0.2 Đặc tính kỹ thuật hỗn hợp BTNRĐộ bền chặt Marshall (50 Chày/mặt)
Bảng 0.3:Kết quả thí nghiệm trên đoạn đường thử nghiệm OGDM
Chiều sâu trung bình rắc cát, H (mm)
Trang 221.3 Sự cần thiết cần nghiên cứu, áp dụng loại BTNR ở Việt Nam hiện nay
1.3.1 Quy hoạch hệ thống đường cao tốc ở khu vực phía Nam
Trên cơ sở dự báo nhu cầu vận tải, định hướng phát triển kinh tế xã hộiđến năm 2020 của đất nước, định hướng phát triển kinh tế của 3 vùng kinh tếtrọng điểm; chiến lược phát triển GTVT đến năm 2020, Quy hoạch xác lậpmạng lưới đường bộ cao tốc Việt Nam với tổng chiều dài 6.313kmgồm: Tuyến cao tốc Bắc – Nam; hệ thống đường cao tốc khu vực phía Bắc;
Hệ thống đường cao tốc khu vực miền Trung và Tây Nguyên, hệ thống đườngcao tốc khu vực phía Nam
Trong đó hệ thống đường cao tốc khu vực phía Nam: Gồm 2 tuyến đã vàđang thi công trước mắt với tổng chiều dài 116,8km cụ thể:
- Đường cao tốc Thành phố Hồ Chí Minh – Trung Lương, dài 61.90km,
là đường cao tốc nối Thành phố Hồ Chí Minh với Tiền Giang nói riêng và cáctỉnh Đồng bằng sông Cửu Long nói chung Đây là một phần của tuyến Đườngcao tốc Bắc - Nam Đường cao tốc Thành phố Hồ Chí Minh – Trung Lương
có điểm đầu tuyến là nút giao thông Chợ Đệm, xã Tân Túc, huyện BìnhChánh, Thành phố Hồ Chí Minh Điểm cuối là nút giao thông Thân CửuNghĩa (km 50) huyện Châu Thành, Tiền Giang
- Đường cao tốc TP.Hồ Chí Minh - Long Thành - Dầu Giây, dài 54.90
km, là một đường cao tốc đang được xây dựng thuộc tuyến đường cao tốc Bắc
điểm đầu tuyến là nút giao thông An Hòa, thuộc quận 2, thành phố Hồ ChíMinh, huyện Thống Nhất, tỉnh Đồng Nai và điểm cuối là lý trình 1829+800trên quốc lộ 1A cách ngã ba Dầu Giây 2.7 km
Trang 23Hệ thống đường cao tốc phía Nam còn có 7 tuyến quy hoạch cho tương laivới chiều dài 984km, cụ thể như sau:
+ Biên Hòa (Đồng Nai) - Vũng Tàu (Bà Rịa - Vũng Tàu), dài 76 km
+ Dầu Giây (Đồng Nai) - Đà Lạt (Lâm Đồng), dài 209 km
+ Thành phố Hồ Chí Minh - Thủ Dầu Một (Bình Dương) - Chơn Thành(Bình Phước), dài 69 km
+ Thành phố Hồ Chí Minh - Mộc Bài (Tây Ninh), dài 55 km
+ Châu Đốc (An Giang) - Cần Thơ - Sóc Trăng, dài 200 km
+ Hà Tiên - Rạch Giá (Kiên Giang) - Bạc Liêu, dài 225 km
+ Cần Thơ - Cà Mau, dài 150 km
1.3.2 Ưu điểm của loại vật liệu tạo nhám, thoát nước nhanh
- Mặt đường được rải bằng vật liệu có cấu trúc thô, tạo độ nhám cao làmtăng tiếp xúc giữa lốp xe chạy với tốc độ cao với bề mặt đường trong điềukiện thời tiết ẩm ướt, nhờ vậy nó giúp duy trì tính kháng trượt cao, giảm đáng
kể hiệu ứng màng nước khi xe chạy, tăng tính an toàn cho phương tiện giaothông chạy trên đường
- Giảm tiếng ồn: Tiếng ồn do xe chạy trên mặt đường đá nhựa nhám,thoát nước nhanh thấp hơn đáng kể so với khi xe chạy trên mặt đường thôngthường có cùng độ nhám (thấp hơn 3-4 dB(A) trong điều kiện khô ráo và thấphơn 7-8 dB(A) trong điều kiện ẩm ướt)
- Giảm sự bắn nước
- Thoát nước rất tốt: Lớp vật liệu này được thiết kế cho phép nước thấmqua một lượng nhất định xuống tới lớp không thấm nước phía dưới mặt
Trang 24đường, sau đó theo các rãnh ngang chảy vào các rãnh thoát được lấp đầy cáchạt cốt liệu.
1.3.3 Khả năng trình độ công nghệ của Việt Nam hiện nay
- Hiện nay trình độ công nghệ của Việt Nam đã phát triển cao, có thể ápdụng những công nghệ mới và tiên tiến trên thế giới trong công tác thi côngxây dựng mặt đường bê tông nhựa tạo nhám thoát nước nhanh như: công nghệNovachip, Flexxipave, SMA Trong đó công nghệ Novachip được ứng dụngrộng rãi hơn cả, do những ưu điểm đã nêu ở trên và trong nước rất sẵn cácloại đá theo đúng yêu cầu của cốt liệu NovaChip; tự sản xuất được nhũ tươngnhựa, không phải mua nhựa đặc biệt Tuy nhiên vẫn cần phải nhập bột hoáchất để pha trộn với nhũ tương để tạo ra chất NovaBond có tính dính bám đặcbiệt và dây chuyền công nghệ thi công phù hợp
2 TÊN ĐỀ TÀI LUẬN VĂN
Thực tế, vật liệu bê tông nhựa có nhiều ưu điểm Về cường độ bê tôngnhựa có thể chống lại các biến dạng không hồi phục, có khả năng chịu lựcngay trong quá trình thi công, tương đối bền, có khả năng chống mài mòn vàcao khả năng chịu ảnh hưởng của một số điều kiện khí hậu Trong thi côngvới công nghệ hiện nay, có thể thi công lớp mặt bê tông nhựa với năng xuấtcao, chất lượng đảm bảo Về mặt khai thác sử dụng mặt đường bê tông nhựa
dễ bảo dưỡng, thuận lợi trong việc đề ra các biện pháp sửa chữa tăng cườngmặt đường
Về mặt an toàn và môi trường, với vật liệu bê tông nhựa có thể tạo ra lớpmặt có độ nhám phù hợp, hoặc lớp mặt chống trượt trong điều kiện thời tiếtbất lợi bằng loại bê tông nhựa đặc thù tạo ra lớp mặt có thể thoát nước tốt vàhạn chế tiếng ồn… Các khả năng đề cập trên đồng thời cũng là các yêu cầu
Trang 25đối với bê tông nhựa làm đường Tùy vị trí lớp trong kết cấu mặt đường, vậtliệu bê tông nhựa cũng có các yêu cầu khác nhau, với bê tông nhựa làm lớpmặt trên cùng cần các yêu cầu về cường độ, độ nhám, giảm tiếng ồn, thoátnước tốt.
Việc tạo nên một loại bê tông nhựa phù hợp với đặc điểm của lớp mặt trêncùng trong kết cấu mặt đường với giá thành không quá cao, có thể sử dụngcác vật liệu thông thường là một yêu cầu cần thiết trong ngành đường bộ hiệnnay
Nghiên cứu thành phần và cấu tạo mặt đường bê tông nhựa rỗng thoát nướcnhanh, nghiên cứu lí thuyết kết cấu và đề xuất và đề xuất công nghệ thi côngmặt đường bê tông nhựa rỗng độ nhám cao áp dụng trong điều kiện Việt Nam
là nhiệm vụ của đề tài này Vì vậy đề tài có tên là:
“Nghiên cứu sử dụng lớp vật liệu bê tông nhựa độ nhám cao, thoát nước nhanh dùng cho mặt đường cấp cao trong điều kiện Việt Nam”
3 MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU CỦA ĐỀ TÀI
Nghiên cứu lựa chọn vật liệu và công nghệ xây dựng lớp bê tông nhựarỗng, có độ nhám cao, thoát nước nhanh, ứng dụng trong xây dựng đường cấpcao ở Việt Nam (Nghiên cứu ứng dụng cho địa bàn các Tỉnh Phía Nam)
4 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
Nghiên cứu lí thuyết
Đối tượng nghiên cứu: Đường ô tô cấp cao
5 BỐ CỤC TÓM TẮT LUẬN VĂN
Mở đầu
Trang 26Chương 1: Tổng quan về các loại bê tông nhựa, bê tông nhựa rỗng độ nhámcao trong xây dựng đường ô tô hiện nay.
Chương 2: Nghiên cứu về thành phần cốt liệu và cấu tạo mặt đường có lớp bêtông nhựa rỗng thoát nước nhanh
Chương 3: Nghiên cứu thiết kế mặt đường có lớp BTNR thoát nước nhanh
Chương 4: Ứng dụng công nghệ chế tạo hỗn hợp vật liệu, thi công lớp vật liệuđộ nhám cao, thoát nước nhanh trong điều kiện Việt Nam
Kết luận và kiến nghị
Trang 27CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ CÁC LOẠI BÊ TÔNG NHỰA, BÊ TÔNG NHỰA RỖNG ĐỘ NHÁM CAO TRONG XÂY DỰNG ĐƯỜNG
Ô TÔ HIỆN NAY.
1.1 TỔNG QUAN VỀ CÁC LOẠI BÊ TÔNG NHỰA
1.1.1 Những tồn tại và vấn đề đặt ra khi sử dụng bê tông thường
- Ổn định nhiệt kém: Khi nhiệt độ khi nhiệt độ thay đổi thì cấu trúc bê tôngnhựa thay đổi, dẫn đến các đặc trưng về cường và biến dạng cũng thay đổitheo
+ Ở nhiệt độ cao, bê tông nhựa thể hiện tính dẻo, cường độ chịu nén rấtkém, sức chống cắt thấp, biến dạng bị tăng Vì vậy mặt đường dễ gây trượtlượn sóng, hằn vết bánh xe nổi nhựa lên mặt ảnh hưởng nhiều đến chất lượngkhai thác và tuổi thọ của công trình
+ Ở nhiệt độ thấp bê tông nhựa thể hiện tính giòn, khả năng chịu kéokém, mặt đường dễ bị nứt nẻ
Hiện tượng lão hóa theo thời gian: do sự bay hơi của các thành phần dầu nhẹ,quá trình oxy hóa và trùng hợp của các hợp chất cao phân tử có trong thànhphần của nhựa đường
- Kém ổn định với nước vì mặt đường rất dễ bị phá hỏng ở những nơi ẩmướt lớn hoặc ngập nước
- Cường độ mặt đường bị giảm dần theo thời gian do hiện tượng lão hóacủa nhựa
Trang 28- Các loại xe bánh xích bánh sắt đi lại trên mặt đường bê tông nhựa thườnghay để lại những dấu vết làm hư hỏng mặt đường lớp mặt trên, nênthường không làm mặt đường bê tông nhựa chi các loại xe này chạy
- Hệ số bám sẽ giảm đi khi mặt đường ẩm ướt nên xe dễ bị trượt Khắcphục nhược điểm này bằng cách dải lên trên lớp bề mặt vật liệu tạo nhám
- Tuổi thọ của mặt đường bê tông nhựa thông thường không cao, thườngxuyên phải duy tu bảo dưỡng
Những vấn đề đặt ra khi sử dụng mặt đường bê tông nhựa thông thường:
Dưới tác dụng của tải trọng giao thông và các điều kiện thời tiết môi trường,mặt đường bê tông nhựa xuất hiện một số vấn đề sau:
- Mặt đường bị biến dạng, gồm:
+ Biến dạng vĩnh cửu (vết hằn bánh xe);
+ Lớp bê tông nhựa bị xô dồn
- Mặt đường bị nứt, gồm :
+ Nứt do mỏi;
+ Nứt do nhiệt độ thấp;
+ Nứt phản ánh
- Vật liệu mặt đường bị bong bật
- Hiện tượng phùi nhựa lên bề mặt
- Bề mặt bị ăn mòn
Trang 29Để lớp mặt bê tông nhựa có chất lượng tốt, bền vững đáp ứng được nhucầu sử dụng của tải trọng xe và các điều kiện khí hậu, yêu cầu lớp bê tôngnhựa và kết cấu mặt đường phải được thiết kế hợp lý dựa trên các đặc tính
cơ học của nó
1.1.2 Tình hình sử dụng bê tông nhựa làm mặt đường hiện nay
Bê tông nhựa là loại vật liệu mặt đường được dùng rất phổ biến ở nước tacũng như trên thế giới Mạng lưới đường quốc gia hiện nay có khoảng trên90% là lớp mặt có xử lý nhựa bitum mà hầu hết đã có lớp mặt bê tông nhựa,hoặc sẽ được bổ sung lớp mặt bằng bê tông nhựa Thực tế cho thấy cho đếnnay vật liêu bitum và bê tông nhựa đã trở nên rất thông dụng trong lĩnh vựcxây dựng đường ô tô, công nghệ chế tạo và thi công mặt đường bê tông nhựacũng trở nên quen thuộc với các nhà thầu Việt Nam
Bê tông nhựa là hỗn hợp dùng chất liên kết là bitum Hỗn hợp bê tông nhựa
đã đầm nén gồm có 3 phần: Cốt liệu (pha rắn), chất kết dính bitum (pha lỏng),
và các lỗ rỗng (pha khí) Việc phát hiện và sử dụng bitum trong xây dựngđường là một bước ngoặt lớn trong lĩnh vực giao thông vận tải, nó đáp ứngđược nhu cầu ngày càng tăng của tải trọng xe và lưu lượng xe
Với các nước phát triển, lượng tiêu thụ bitum (đồng nghĩa với việc sử dụng
bê tông nhựa làm mặt đường) tăng vọt vào những năm 70, vào thời kỳ mà mặtđường bê tông nhựa thay thế cho toàn bộ toàn bộ hệ thống mặt đường đá dămMacadam Khi mạng lưới đường tương đối hoàn thiện, Mức tiêu thụ giảmxuống và lại bắt đầu tăng vào những năm 90, khi yêu cầu bảo dưỡng và cảitạo đồng bộ cho hệ thống đường
Ở Việt Nam, sau thời điểm bắt đầu chính sách mở cửa năm 1989, sự pháttriển đồng bộ của các ngành kinh tế sự tăng trưởng nhanh của các loại xe và
Trang 30tải trọng xe, đòi hỏi sự phát triển hoàn thiện của mạng lưới giao thông đườngbộ một loạt các dự án nâng cấp và cải tạo giao thông đường bộ, quốc lộ, vớikết cấu mặt đường mềm và lớp mặt bê tông nhựa như, Quốc lộ 1A, Quốc lộ 5,Quốc lộ 18, Quốc lộ 10, và các quốc lộ khác, và phần lớn dự án xa lộ Bắc-Nam Với các nguồn vốn quốc tế, sự có mặt của tư vấn nước ngoài, đồng thờivới sự chuyển giao công nghệ, nhập thiết bị máy móc đào tạo kỹ sư côngnhân… Các nhà thầu Việt Nam đã làm quen và đã có thể xây dựng mặtđường bê tông nhựa có chất lượng tốt Bê tông nhựa đã thực sự trở thành loạivật liệu có tính chiến lược trong ngành GTVT của Việt Nam.
1.1.3 Thành phần của bê tông nhựa
Bê tông nhựa là hỗn hợp gồm các thành phần cốt liệu khoáng (đá dăm, cát,bột khoáng), chất liên kết là nhựa đường hoặc phụ gia nếu có Được phối hợpvới nhau theo tỷ lệ hợp lý, mỗi thành phần trong bê tông nhựa đóng một vaitrò nhất định và có liên quan chặt chẽ với nhau trong việc tạo nên một khốiliên kết có đủ cường độ và các tính chất cần thiết cho quá trình sử dụng
Đá dăm: Làm nên bộ khung chủ yếu của bê tông nhựa làm cho bê tôngnhựa có khả năng chịu tác dụng của ngoại lực và tạo độ nhám bề mặt
Cát: Vai trò lấp đầy các lỗ rỗng giữa các hạt đá dăm và cùng với đá dămtạo thành bộ khung chủ yếu của bê tông nhựa
Bột khoáng: Có vai trò lấp đầy các lỗ rỗng giữa các hạt cốt liệu lớn Bộtkhoáng là loại vật liệu có tỷ diện cao (250-300 m2/kg), có ái lực mạnh vớinhựa biến nhựa vốn có ở trạng thái khối, giọt thành trạng thái màng mỏng,bao bọc dễ dàng với các hạt khoáng vật Bột khoáng có vai trò như mộtchất phụ gia làm cho nhựa tăng thêm độ nhớt, tăng thêm khả năng dính
Trang 31bám và tăng tính ổn định nhiệt Bột khoáng cùng với nhựa tạo ra một chấtliên kết mới có tính chất hơn hẳn các tính chất riêng của nhựa đường.
Nhựa Đường : Là chất liên kết, kết dính các hạt cốt liệu khoáng nhau lạithành một khối và góp phần lấp đầy các lỗ rỗng giữa các hạt cốt liệu
Phụ gia : Mặc dù được sử dụng với hàm lượng rất nhỏ, nhưng phụ gia cóvai trò trong việc cải thiện một hoặc một số tính chất nào đó của bê tôngnhựa
1.1.4 Ưu điểm chủ yếu của mặt đường bê tông nhựa
Hiện nay, Bê tông nhựa được sủ dụng rất phổ biến trên thế giới và ViệtNam để làm lớp mặt đường ô tô và sân bay do có những ưu điểm chủ yếu sau:
- Công nghệ chế tạo và thi công đơn giản, thuận lợi cho việc áp dụng cơgiới hóa do có tốc độ thi công nhanh, chất lượng cao;
- Công tác kiểm tra chất lượng trước, trong và sau khi thi công dễ thựchiện và đã được chuẩn hóa;
- Cho phép sử dụng ngay sau khi thi công;
- Mặt đường có tính toàn khối, bằng phẳng êm thuận;
- Ít bụi không ồn ít bị hao mòn;
- Có tuổi thọ tương đối lớn;
- Dễ dàng bảo dưỡng, sửa chữa trong quá trình khai thác;
Cho phép tái phục hồi chất lượng nhờ công nghệ tái sinh mặt đường sau thờigian khai thác nhất định
Trang 321.1.5 Cấu trúc bê tông nhựa
Về mặt cấu trúc, bê tông nhựa là một vật liệu xây dựng có cấu trúc thuộcloại cuội kết nhân tạo, trong đó các cốt liệu khoáng vật được kết dính vớinhau nhờ chất liên kết asphalt Tuy nhiên cũng còn một vài quan điểm về cấutrúc của hỗn hợp
a) Quan điểm theo mô hình đơn giản xem bê tông nhựa gồm 2 pha cơ bản,pha rắn là cốt liệu khoáng vật gồm đá, cát và bột khoáng, còn pha lỏng lànhựa
b) Quan điểm xem bê tông nhựa như là một vật liệu gồm 2 thành phần cấutrúc, một là khung sườn gồm vật liệu khoáng, đá và cát Hai là chất liên kếtasphalt gồm bitum và bột khoáng
c) Quan điểm xem bê tông nhựa là một hệ thống gồm 3 thành phần để thuậnlợi trong việc nghiên cứu điều chỉnh cấu trúc của bê tông nhựa theo các yêucầu sử dụng
- Một là cấu trúc vi mô (tế vi) gồm nhựa và bột khoáng tạo thành chất liênkết asphalt;
- Hai là cấu trúc trung gian gồm cát và asphalt tạo thành vữa asphalt;
- Ba là cấu trúc vĩ mô gồm đá dăm và vữa asphalt tạo thành hỗn hợp bê tôngnhựa
Xét cấu trúc tế vi sẽ thấy rõ các quan hệ số lượng, sự bố trí tương tác giữabitum và bột khoáng – thành phần phân tán hoạt động đồng nhất của bêtông nhựa Cường độ của bê tông nhựa biến đổi rất nhiều tùy thuộc vàohàm lượng bột khoáng, tỷ số bitum đối với bột khoáng (B/BK) Khi nhựanhiều bột khoáng ít, các hạt bột khoáng được bọc màng nhựa dày, không
Trang 33tiếp súc trực tiếp với nhau cấu trúc này cho cường độ nhỏ Khi tăng lượngbột khoáng lên, tỷ lệ bitum trên bột khoáng giảm, đến lúc lượng nhựa vừađủ để bao bọc các hạt bột khoáng bằng một màng nhựa mỏng Các hạt này
sẽ tiếp súc với nhau trực tiếp qua một màng mỏng bitum có định hướngkhoảng (0, 25µm); lúc này cấu trúc tế vi đạt cường độ cao nhất, nếu tiếp tụctăng lượng bột khoáng lên nữa bitum sẽ không đủ để bao bọc màng khắpcác hạt; cấu trúc tế vi sẽ tăng lỗ rộng các hạt sẽ không liên kết được vớinhau, cường độ bê tông sẽ giảm nhanh
Hình 1-2: Ảnh hưởng của tỷ lệ bitum trên bột khoáng đến cường độ nén của
bê tông nhựa
Xét về cấu trúc trung gian của bê tông nhựa thì thấy rằng khi đưa cát vàochất liên kết asphalt để tạo thành vữa asphalt thì sẽ giảm cường độ của hệthống vì cát đã làm giảm tính đồng nhất của hỗn hợp Cấu trúc trung giancũng ảnh hưởng khá lớn đến cường độ, độ biến dạng, độ chặt và các tínhchất khác của bê tông nhựa
Trang 34 Xét cấu trúc vĩ mô của bê tông nhựa, cấu trúc này được xác định bằng quan
hệ số lượng, vị trí tương hỗ, kích thước của đá dăm Đá dăm được liên kếtvới nhau tạo thành một khối sườn không gian trong vữa asphalt Đồng thờitính chất này cũng được xác định bằng quá trình tương tác ở mặt phân giớibitum asphalt –đá
Vai trò cấu trúc hóa của đá dăm cũng như của cát khác nhiều với bột khoáng.Vai trò chính của đá dăm là tạo một sườn không gian đảm bảo cường độcho bê tông nhựa Với lượng đá dăm quá ít chúng chỉ như các hạt trơ bơitrong vữa asphalt dày Người ta thấy rằng với hàm lượng đá dăm khoảng(10-20%) thì còn làm cho cường độ của lớp bê tông nhựa giảm đi so vớivữa asphalt vì số đá dăm đó đã làm giảm tính đồng nhất của hỗn hợp cũngthấy rằng trong trường hợp này, kích cỡ, tính chất bề mặt của đá dăm hìnhdạng của chúng chẳng có ảnh hưởng gì lớn đến tính chất của bê tông nhựa Khi tăng lượng đá lên, sẽ làm tăng các tiếp xúc trực tiếp các viên đá quamột màng bitum mỏng có định hướng Khi đá dăm tăng lên 60-65% thì hỗnhợp trong bê tông nhựa sẽ lập thành một sườn không gian, các hạt đá dăm sẽtiếp xúc trực tiếp qua 1 lớp màng bitum mỏng có tính rắn, khoảng trống giữcác hạt đá dăm này sẽ được asphalt lấp đầy, đó là cấu trúc dạng rỗng của bêtông nhựa, nếu ta tăng lượng đá dăm lên nữa thì đó sẽ là cấu trúc tiếp xúc độrỗng tăng lên nhiều, lớn hơn thể tích vữa asphalt, làm cho bê tông nhựa giảmcường độ
Cấu trúc của ba cấu tử đó có liên quan với nhau chặt chẽ khi thiết kếmột hỗn hợp bê tông nhựa nhất định
Trang 35Hình 1-3: Ảnh hưởng của hàm lượng đá dăm đến cường độ nén của bê tông
1.2 PHÂN LOẠI BÊ TÔNG NHỰA TRONG XÂY DỰNG ĐƯỜNG
* Phân loại theo nhiệt độ
1 Bê tông nhựa nóng: Hỗn hợp được nung và trộn ở nhiệt độ từ 140oC –
160oC Khi thi công nhựa phải nóng từ 90oC-100oC theo nguồn công tycổ phần đầu tư xây dựng và thương mại quốc tế
Trang 362 Bê tông nhựa nguội: Được trộn ở nhiệt độ thông thường, điều kiện sử
dụng là phải cho xe chạy lưu thông từ 4 – 6 tháng mới thì mặt đường bêtông nhựa mới hình thành
* Phân loại theo cốt liệu
Bê tông nhựa hạt thô, bê tông nhựa hạt trung, bê tông nhựa hạt mịn và bê tôngnhựa hạt cát
* Phân loại theo kết cấu sử dụng
Bê tông nhựa lớp loại I, bê tông nhựa loại II
* Phân loại theo kích cỡ lớn nhất của viên đá hoặc cát
TCN của bộ giao thông vận tải (22 TCN 249-98) phân ra 4 loại
Bê tông Asphalt hạt lớn, có cỡ hạt lớn nhất 40(mm)
Bê tông Asphalt hạt trung, có cỡ hạt lớn nhất 25 (mm)
Bê tông Asphalt hạt nhỏ có cỡ hạt lớn nhất 15(mm)
Bê tông Asphalt cát có cỡ hạt lớn nhất 5(mm)
* Phân loại theo hàm lượng của đá dăm (cỡ hạt từ 5mm trở lên)
Bê tông Asphalt chặt có độ rỗng còn chỉ từ 2,5-5% thể tích, thành phần hỗnhợp phải có bột khoáng được phân thành các loại
Loại A bê tông Asphalt nhiều đá dăm, khi đá dăm chiếm 50-60% khốilượng
Loại B bê tông Asphalt vừa đá dăm, khi đá dăm chiếm 35-50% khốilượng
Loại C bê tông Asphalt ít đá dăm, khi đá dăm chiếm 20-35% khốilượng
Loại D bê tông Asphalt cát xay, khi cỡ hạt 1,25-5mm, không dưới 33%khối lượng
Trang 37 Loại E bê tông Asphalt cát tự nhiên, khi cỡ hạt 1,25-5 mm không dưới14% khối lượng.
* Phân loại theo chất lượng bê tông
Được chia làm 4 loại : Loại I, loại II, loại III, loại IV
* Phân loại theo độ rỗng còn dư của hỗn hợp, Asphalt bitum
Được chia làm 2 loại :
Bê tông Asphalt chặt có độ rỗng còn dư từ 2, 5-5% thể tích Trongthành phần hỗn hợp phải có bột khoáng
Bê tông Asphalt rỗng, có độ rỗng còn dư là 5-10% thể tích và chỉ đượcdùng làm lớp mặt đường
1.3 CÁC CHỈ TIÊU CƠ LÝ CỦA BÊ TÔNG NHỰA TRONG XÂY DỰNG ĐƯỜNG.
Về các chỉ tiêu cơ lý quy định cho bê tông nhựa làm đường thì được bổsung dần dần và điều chỉnh Cho đến nay các yêu cầu về chỉ tiêu cơ lý của bêtông nhựa ở Mỹ, Nga, Pháp càng xích lại gần nhau Các nhà khoa học đều cóchung một quan điểm như sau:
- Bê tông nhựa phải có đủ độ bền (độ ổn định) ở nhiệt độ 50-600C hoặcbằng phương pháp masshall, Hubbart-Field, Hveem, hoặc bằng phương phápnén nở tự do ở 500C (Nga, Pháp, Việt Nam), vì đó là một chỉ tiêu đặc trưngmột cách gián tiếp sự ổn định (độ bền) chống cắt của bê tông nhựa khi ở nhiệtđộ cao
- Bê tông nhựa phải có đủ cường độ nén ở nhiệt độ bình thường (ở Mỹ là
25oC ở Pháp là 18oC ở Nga và Việt Nam là 30oC) nó biểu thị khả năng làmviệc trong đa số thời gian tải trọng xe của mặt đường
Trang 38- Bê tông nhựa phải có một độ rỗng còn dư tối thiểu và không quá mộtđộ rỗng còn dư tối đa Độ rỗng còn dư của bê tông nhựa đặc trưng cho độ chặtcuối cùng của bê tông nhựa, nó là dấu hiệu chứng tỏ việc lựa chọn cấp phối
có đúng không, hàm lượng nhựa đã tối ưu chưa, độ lu lèn đã đúng mực chưa.Độ rỗng dư của bê tông nhựa nóng không thể bằng không được vì các nguyênnhân khác nhau Do độ rỗng của cốt liệu, do thể tích không khí lẫn vào tronghỗn hợp khi chộn và không thể thoát ra hết được do lu lèn, và do khi hỗn hợp
bê tông nhựa nguội lại thì lượng nhựa tự do lấp các lỗ rỗng bị co rút mà để lạicác lỗ rỗng Hơn nữa bê tông nhựa nóng phải có một tỷ lệ lỗ rỗng nào đó đểnhựa có thể nở ra mà không trồi lên mặt đường khi đường làm việc trong thờitiết nắng nóng
- Độ trương nở trong phương pháp Hveem, cũng được quy định ở Nga,Pháp, Việt Nam dưới hình thức thí nghiệm khác Chỉ tiêu này đòi hỏi bê tôngnhựa không những có một hệ số rỗng nhất định, hút một lượng nước khôngquá quy định mà còn đòi hỏi tính hút ẩm (tính nở) của bột khoáng, tính hútnước của loại nhựa phải nằm trong phạm vi cho phép Độ trương nở càng lớncàng kém ổn định nước và băng giá
- Để làm lớp bề mặt, bê tông nhựa phải đảm bảo tạo bề mặt có độ bằngphẳng, độ nhám tốt, có độ rỗng dư trong khoảng hợp lý để tạo lớp có tínhnăng thích hợp trong kết cấu mặt đường
1.3.1 Chỉ tiêu cơ lý của bê tông nhựa theo tiêu chuẩn Việt Nam hiện
hành
Yêu cầu các chỉ tiêu cơ lý của bê tông nhựa theo tiêu chuẩn Việt Nam hiệnhành(TCVN 8819-2011) Được hiển thị ở bảng sau:
Trang 39Bảng 1.4: Các chỉ tiêu kỹ thuật của bê tông nhựa chặt (BTNC)
Trang 40Bảng 1.5: Các chỉ tiêu yêu cầu đối với bê tông nhựa rỗng (BTNR)
BTNR 37,5 (*)
(*): Thử nghiệm theo phương pháp Marshall cải tiến.
(**): Thời gian ngâm mẫu là 60 phút
1.3.2 Các chỉ tiêu cơ lý của bê tông nhựa theo các tiêu chuẩn của Mỹ
Bảng 1.6: Các chỉ tiêu cơ lý của bê tông nhựa
Cường độ
xe nhỏ
A/ Marshall
+ Số búa đập vào mỗi đầu
của mẫu khi chế bị của
mẫu thí nghiệm
Tùy theo cỡ hạt lớn nhất của cốt liệu
Mà lấy theo đồ thị quy định5) Dung trọng
B/Hubbard-Field
1)Độ ổn định(dộ bền ) lbs
