Mặt đường bán cứng đã được nghiên cứu và ứng dụng nhiều trên thế giới. Đồng thời nó đã chứng tỏ được những ưu điểm nổi bật của mình đối với các loại mặt đường truyền thống (mặt đường bê tông nhựa và bê tông xi măng). Song cho tới nay việc nghiên cứu ứng dụng mặt đường bán cứng ở nước ta vẫn chưa được nhiều. Bài báo đưa ra cái nhìn tổng quan, cũng như các yêu cầu cơ bản về mặt đường bán cứng. Ngoài ra bài báo còn đưa ra kết quả bước đầu thiết kế cấp phối mặt đường bán cứng sử dụng nguồn vật liệu ở phía Nam và xem xét ảnh hưởng đầm nén đến sự xâm nhập vữa vào trong bê tông nhựa hở.
BƯỚC ĐẦU NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ HỖN HỢP BÊ TÔNG NHỰA BÁN CỨNG ỨNG DỤNG CẤP PHỐI HỞ VÀ VỮA CẢI TIẾN PRELIMINARY RESEARCH ON MIX DESIGN OF SEMI-RIGID PAVEMENT BASED ON OPEN GRADATION AND RESIN GROUT MODIFIER TS Nguyễn Mạnh Tuấn, Ks Nguyễn Bảo Quốc TÓM TẮT Mặt đường bán cứng nghiên cứu ứng dụng nhiều giới Đồng thời chứng tỏ ưu điểm bật loại mặt đường truyền thống (mặt đường bê tông nhựa bê tông xi măng) Song việc nghiên cứu ứng dụng mặt đường bán cứng nước ta chưa nhiều Bài báo đưa nhìn tổng quan, yêu cầu mặt đường bán cứng Ngoài báo đưa kết bước đầu thiết kế cấp phối mặt đường bán cứng sử dụng nguồn vật liệu phía Nam xem xét ảnh hưởng đầm nén đến xâm nhập vữa vào bê tông nhựa hở Từ khóa: Áo đường, mặt đường bán cứng, bê tông nhựa hở, vữa cải tiến ABSTRACT Semi rigid pavement has been studied and applied much of the world It also has more significant advantages than traditional pavements including asphalt concrete and cement concrete But so far there is not too many researches and applications of semi rigid pavement in our country The paper focuses on an overview, requirements, and construction process of semi rigid pavement In addition, the paper shows some preliminary mix design using materials from South of Vietnam and effect of compaction numbers on intrusion of grouting into the open asphalt concrete skeleton Keywords: Pavement, semi-rigid pavement, open-graded asphalt concrete, modified grouting TS Nguyễn Manh Tuấn Giảng viên, Khoa Kỹ Thuật Xây Dựng , Trường Đại Học Bách Khoa – Đại Học Quốc Gia Tp.HCM Email: nmanhtuan@hcmut.edu.vn Điện thoại: +84-933-48-1368 Ks Nguyễn Bảo Quốc Học viên cao học , Khoa kỹ thuật Xây dựng , Trường Đại Học Bách Khoa – Đại Học Quốc Gia Tp.HCM Email: baoquocbk@gmail.com Điện thoại: +84-945-244-648 Giới thiệu chung Ngày phát triển kinh tế mạnh mẽ làm gia tăng phương tiện giao thông nhanh chóng, đặc biệt xe có tải trọng lớn tham gia lưu thông nhiều góp phần làm xuống cấp hệ thống đường nước ta Các loại mặt đường truyền thống mặt đường bê tông nhựa (chiếm tỷ lệ lớn nhất) xảy tượng trồi nhựa, nứt phản ánh, vệt hằn bánh xe … làm thẩm mỹ gây nguy hiểm cho người phương tiện tham gia lưu thông Ngoài ra, kho chứa hàng, bãi container, sân đậu máy bay nơi chịu tải trọng tĩnh lớn, rơi vãi nhiên liệu (xăng dầu), hóa chất gây hư hỏng cho mặt đường Có nhiều giải pháp đề giải vấn đề làm mặt đường bê tông xi măng - áo đường cứng Kết cấu áo đường cứng có ưu điểm chịu tải trọng lớn, kháng trồi tốt có nhược điểm giá thành thời gian thi công đưa vào sử dụng lâu (28 ngày) Khắc phục vấn đề hai loại mặt đường truyền thống (bê tông nhựa bê tông xi măng) người ta dùng loại mặt đường bán cứng Mặt đường bán cứng kết hợp ưu điểm loại mặt đường nhựa truyền thống chịu tải trọng lớn, kháng trồi, kháng hóa chất, xăng dầu…giá thành rẻ bê tông xi măng thời gian thi công đưa vào sử dụng khoảng hai tuần [1, 2] Trên giới, Pháp nước nghiên cứu ứng dụng mặt đường bán cứng từ năm đầu thập niên 1960 Sau thành công hiệu kinh tế mặt đường này, số quốc gia châu Âu, Á, châu Mỹ bắt đầu ứng dụng Theo thống kê đến năm 1990 có 25 nước sử dụng mặt đường bán cứng, tiêu biểu Anh (307 x 103 m2), Bồ Đào Nha (976 x 103 m2), Pháp (8356 x 103 m2) [3] Năm 1996, có 288 x 103m2 mặt đường bán cứng xây dựng Mỹ [3] Ở châu Á, Nhật Bản có 602 x 103m2 mặt đường bán cứng tính đến 1990 Thời gian gần quốc gia Singapore ứng dụng để xây dựng bãi đậu máy bay Changi, giao lộ xe tải nặng [4], Trung Quốc thử nghiệm đoạn tỉnh Sơn Đông [5] Đầu năm 2015, có 300m mặt đường bán cứng thử nghiệm đoạn đường dẫn cao tốc Trung Lương – Bình Thuận, thành phố Hồ Chí Minh Mặt đường bán cứng dày 5cm thi công lớp móng gia cố theo công nghệ tái chế nguội sử dụng bitum bọt xi măng Với ưu điểm trội mặt đường bán cứng, báo tập trung giới thiệu yêu cầu vật liệu mặt đường bán cứng số kết thí nghiệm ban đầu mặt đường bán cứng Cấu tạo mặt đường bán cứng Cấu tạo lớp mặt đường bán cứng kết hợp bê tông nhựa có cấp phối hở vữa xi măng lớp Hình thành lớp bề mặt với phẩm chất tốt tốt bê tông xi măng bê tông nhựa, cụ thể linh hoạt, tự với đặc trưng nhựa đường khả chịu lực tĩnh cao, kháng lún bê tông xi măng [1] Hình thể hai thành phần hình trái thể mặt đường bán cứng hoàn thiện hình phải Yêu cầu hai thành phần loại mặt đường gồm bê tông nhựa cấp phối hở vữa xi măng trình bày Hình Cấu tạo lớp mặt bán cứng [2] Trang 2.1 Yêu cầu bê tông nhựa cấp phối hở Bê tông nhựa cấp phối hở phải đạt yêu cầu độ rỗng để vữa xi măng lèn qua lấp đầy sau Bê tông nhựa hở giữ vai trò khung xương chịu lực Độ rỗng đảm bảo cho vữa di chuyển lèn qua lấp đầy, độ rỗng đạt 25-30%, nhỏ 25% vữa khó lèn qua, lớn 30% kết cấu giảm độ linh hoạt bê tông nhựa [1] Yêu cầu cấp phối cốt liệu: Theo Anderton tác giả tài liệu hướng dẫn Hiệp Hội Kỹ Sư Đường Thuỷ Quân Đội Hoa Kỳ (WES), hay Hãng Densiphalt hãng tiếng sản phẩm vữa cho mặt đường bán cứng, hay luận văn tiến sỹ Oliveira cấp phối cốt liệu hình [1, 2, 3] Bên cạnh yêu cầu cấp phối, quy định tiêu lý cốt liệu quan trọng thể Bảng Tiêu chuẩn cốt liệu tương ứng với tiêu chuẩn TCVN 8819-2011 [7] Chất kết dính nhựa đường dùng chế tạo bê tông nhựa hở loại nhựa đường sử dụng polime hàm lượng nhựa đường nằm khoảng 3,6÷4,6% [2] nón Marsh (hoặc nón Densiphalt) thể Hình Thời gian dòng vữa chảy qua nón từ 10÷18 giây đạt yêu cầu [3] Trong trình rót vữa dùng đầm rung để vữa dễ dàng xâm nhập vào bê tông nhựa Hình Nón Densiphalt nón Marsh [2] Trình tự tiến hành thi công lớp mặt đường bán cứng thể Hình đây: (a) (b) (c) (d) (e) (f) Hình Yêu cầu cấp phối bê tông nhựa hở [1, 2, 3] Bảng Quy định tiêu lý cho cốt liệu TT Chỉ tiêu Yêu cầu Phương pháp thí nghiệm Giới hạn bền nén đá gốc, daN/cm2 ≥ 1200 TCVN 7572-06 Độ hao mòn Los Angeles (LA), % ≤ 20 22 TCN 318-04 Hàm lượng hạt thoi dẹt, % ≤ 12 TCVN 1772-87 Hàm lượng bụi, bùn, sét % ≤2 TCVN 1772-87 ≤ 0,25 TCVN 1771-87 Hàm lượng sét % Hơn nữa, công tác đầm nén bê tông nhựa hở công trường dùng lu bánh sắt lu vài lược định hình để đảm bảo bê tông nhựa đạt độ rỗng dư cao Trong phòng thí nghiệm, yêu cầu đầm nén tạo mẫu Marshall để thiết kế cấp phối sử dụng số chày 35 hay 50 cho mặt mẫu 2.2 Yêu cầu vữa cải tiến Thành phần xi măng chiếm từ 40÷95% tùy theo hỗn hợp Ngoài ra, có thành phần vi lượng tro bay, cát, muội silic, phụ gia siêu dẻo [3] Tỷ lệ nước thông thường từ 17÷30% hỗn hợp vữa Độ linh động, dẻo vữa đo Hình Hình ảnh thi công mặt đường bán cứng Brunei [4]: (a) Thi công bê tôn nhựa; (b) Bề mặt lớp bê tông nhựa; (c) Chuẩn bị vữa xi măng; (d) Tưới vữa; (e) Mặt đường bán cứng sau vữa khô; (f) Lõi khoan mẫu mặt đường bán cứng Bước đầu thiết kế hỗn hợp bê tông nhựa bán cứng Trong bước đầu thiết kế hỗn hợp bê tông nhựa bán cứng, nhóm nghiên cứu tiến hành đúc mẫu dựa theo phương pháp Marshall hay TCVN 8820-2011 [6] Sau rót vữa quan sát xâm nhập vữa Cốt liệu đá dăm sử dụng lấy từ trạm trộn Công Ty Cổ Phần Đầu Tư Xây Dựng BMT – Bến Lức, Long An, đảm bảo yêu cầu theo TCVN 8819-2011 22TCN 345-06 [8] kết tiêu lý thí nghiệm thể Bảng Với mục tiêu tạo bê tông nhựa cấp phối hở đạt độ rỗng dư khoảng 27÷30%, nên cấp phối cốt liệu bê tông nhựa hở có kích thước hạt danh định 9,5mm chọn nghiên cứu bám theo yêu cầu Densiphalt [2] thể Hình Trang Mẫu cắt ngang thấy Hình Phạm vi vữa xâm nhập mẫu không xuống tận đáy mẫu Tương tự mẫu sử dụng 35 chày đầm mặt vữa xâm nhập vào mẫu tốt Ngoài ra, từ hình cắt đôi mẫu (Hình 9) nhiều vị trí khung xương bê tông nhựa hở mà vữa không len vào được, điều bê tong nhựa có độ rỗng hữu hiệu (độ rỗng cho vữa qua) độ rỗng không hữu hiệu (không cho vữa qua) Do cần phải giảm lỗ rỗng điều chỉnh cốt liệu nhỏ hàm lượng nhựa Phạm vi vữa xâm nhập Hình Cấp phối bê tông nhựa hở sử dụng nghiên cứu Chất kết dính – nhựa đường sử dụng nhựa polime PMB1 Nguồn cung cấp PMB1 lấy từ Công Ty TNHH Stolt Bitumen Việt Nam, Long An Các tiêu quan trọng nhựa đường PMB1 thể Bảng Hình Mặt cắt ngang mẫu đầm nén 50 chày Bảng Tiêu chuẩn kỹ thuật cốt liệu Chỉ tiêu TT Kết Giới hạn độ bền chịu nén đá gốc, daN/cm2 1250 Độ mài mòn Los Angeles, % 16,5 Hàm lượng hạt thoi dẹt, % 8,68 Hàm lượng bụi, bùn, sét (tính theo khối lượng cốt liệu),% 0,91 Bảng Tiêu chuẩn kỹ thuật bitum PMB1 TT Chỉ tiêu Kết Độ kim lún (0.1mm) Nhiệt độ hóa mềm (oC) 67.2 Độ nhớt 135oC (Pa.s) 1.24 Nhiệt độ bắt lửa ( C) 323 o 60 Vữa sử dụng nghiên cứu Vinkems Asphalsol Là loại vữa tự san phẳng gốc xi măng polime Tỷ lệ nước hỗn hợp vữa nghiên cứu 30% Mẫu Marshall đầm theo loại: 35 chày 50 chày mặt đầm hai mặt Kết độ rỗng dư mẫu đầm 50 chày 29.31% mẫu đầm 35 chày cho độ rỗng dư 29.67% Phạm vi vữa xâm nhập Hình Mặt cắt ngang đầm nén 35 chày Kết luận Trên sở kết trên, rút kết luận sau: • Mặt đường bán cứng với nhiều ưu điểm để thi công loại mặt đường cần phải thử nghiệm nhiều để tìm thiết kế bê tông nhựa cấp phối hở có độ rỗng cao đảm bảo việc vữa xi măng lèn sâu từ mặt đến mặt mẫu; • Số chày đầm tác động đến khả vữa xâm nhập nhiều, gây biến động độ rỗng dư (29.31% so với 29.67%) Mẫu đầm 35 chày phạm vi vữa xâm nhập lớn đồng Sự xâm nhập vữa phụ thuộc vào độ rỗng hữu hiệu cấu trúc khung xương bê tông nhựa hở; • Các mẫu thí nghiệm mà nhóm nghiên cứu thực xác định độ rỗng theo yêu cầu tìm hiểu khả xâm nhập vữa Các thí nghiệm khác cần thực mô đun đàn hồi vật liệu, thí nghiệm ép chẻ thí nghiệm xác định độ mài mòn Cantabro, đo độ nhám mặt đường lắc Anh kiểm tra thêm để kiểm chứng hiệu mặt đường bán cứng mặt học Tài liệu tham khảo [1] J.R.M.de Oliveira (2006), Grouted Macadam – Material Characterisation for Pavement, Ph.D Thesis, University of Nottingham [2] EucoDensit (2004), Densiphalt® Handbook, Cleveland, Ohio Hình Mẫu đầm nén 50 chày sau rót vữa Bước đầu vữa rót thời gian 30 phút Hình thể mẫu đầm với 50 chày mặt vừa rót vữa Khi vữa chủ yếu thấy bề mặt phủ phần bên thành mẫu [3] G.L.Anderton (2000), Engineering Properties of Resin Modified Pavement (RMP) for Mechanistic Design, Vicksburg [4] D.Q Wu, Daud, and Yanli (2011), The semi-rigid pavement with higher performances for roads and parking aprons, Trang Conference of CAFEO 29, Sustainable Urbanization – Engineering Challenges and Opportunities, Brunei Darussalam [5] Guo, Zhongyin, S Li, and Y Yang (2013), The Strain Field Model and its Modification of Semi-rigid Asphalt Pavement with Graded Granular Interlayer, Procedia-Social and Behavioral Sciences, Vol 96, 933-944 [6] TCVN 8820:2011 (2011), Hỗn hợp bê tông nhựa nóngThiết kế theo phương pháp Marshall, Viện Khoa học Công nghệ Giao thông Vận tải [7] TCVN 8819-2011(2011), Mặt đường bê tông nhựa nóng Yêu cầu thi công nghiệm thu, Bộ Khoa Học Công Nghệ [8] 22TCN 345-06 (2006): Quy trình công nghệ thi công nghiệm thu lớp phủ mỏng bê tông nhựa có độ nhám cao, Bộ Giao thông vận tải Trang