NCKH: LỰA CHỌN CÔNG NGHỆ HIỆN ĐẠI TRONG BẢO TRÌ CÔNG TRÌNH ĐƯỜNG BỘ part 3

CHƯƠNG NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ LÁNG NHỰA KIỂU CHIP SAEL TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU, ÁP DỤNG CÔNG NGHỆ LÁNG NHỰA KIỂU CHIP SEALS TRÊN THẾ GIỚI VÀ TẠI VIỆT NAM 1.1 Khái niệm láng nhựa kiểu Chip Seal Láng nhựa kiểu Chip Seal (hoặc gọi láng nhựa Chip Seal Chip Seal) giải pháp phun chất kết dính (nhựa đường, nhũ tương) lên mặt đường với tỷ lệ thích hợp Sau dùng thiết bị, dụng cụ chuyên dụng để rắc cốt liệu đá dăm có kích cỡ đồng phù hợp lên mặt lớp kết dính Ngay lu lèn mặt đường để găm đá xuống mặt đường Có thể áp dụng giải pháp láng nhựa kiểu Chip Sal lớp nhiều lớp (thường lớp) Láng nhựa kiểu Chip Seal áp dụng phổ biến với mặt đường có lưu lượng xe chạy thấp trung bình, nhiên áp dụng cho mặt đường lưu lượng xe lớn 1.2 Tình hình nghiên cứu áp dụng láng nhựa Chip Seal giới Láng nhựa Chip Seal giới áp dụng sớm, từ năm 1920, giai đoạn đầu chủ yếu cho đường đá dăm không phủ mặt, lưu lượng xe thấp, sau áp dụng cho đường có lưu lượng xe thấp lưu lượng xe cao Hiện nay, với cải tiến vật liệu chất kết dính, máy móc thiết bị thi cơng, Chip Seal áp dụng phổ biến hơn, cho đường quốc lộ có lưu lượng xe lớn Chip Seal áp dụng phổ biến Mỹ, Canada, Australia, New Zealand, Vương quốc Anh, nước Châu Âu, Châu Á, Nam Phi Tại nước Mỹ, hầu hết Bang áp dụng phổ biến phương pháp Chip Seal xây dựng đường bộ, Bang như: California, Ohio, Texas, Wyoming, North Dakota, South Dakota, Michigan Thống kê chiều dài đường tính theo đơn vị dặm Anh- mile (1 mile sấp xỉ 1,6 km) áp dụng Chip Seal số nước (năm 2001) chi tiết Hình 3.1 75 Hình 3.1 Thống kê áp dụng Chip Seal giới (đơn vị chiều dài mile) Trên giới, tên gọi cho phương pháp láng nhựa Chip seal, có tên gọi khác như: Bituminous Surface Treatment (BST); Asphaltic Surface Treatment; Seal Coat; Chip and Seal; Tar and Chip; Shoot & Chip; Tar and Chip Seal; Sprayed Seal, Tarseal, Tar & Chip Paving Công nghệ láng nhựa Chip Seal bao gồm yếu tố cấu thành như: cốt liệu, chất kết dính, thiết bị thi cơng, tiêu chuẩn thiết kế vật liệu, tiêu chuẩn thi công nghiệm thu, cụ thể sau: 1.2.1 Về thiết bị thi công Công nghệ thi công láng nhựa Chip Seal phát triển theo thời gian, từ lúc áp dụng theo phương pháp thi công chủ yếu thủ công bán thủ cơng (tưới chất kết dính, đá lu lèn), đến công nghệ giới (nhất nước phát triển nước Mỹ, Canada…) phát triển theo hướng giới hóa Hệ thống dây truyền thiết bị thi công đồng đưa vào áp dụng, bao gồm: máy quét mặt đường; máy phun tưới vật liệu dính kết (nhũ tương, nhựa đường) có phân điều chỉnh liệu lượng phun; máy rải đá dăm có phân điều chỉnh liều lượng rải, lu cuối để lu lèn mặt đường Với hệ thống thiết bị này, việc thi công Chip Seal tiến hành với tốc độ nhanh, chất lượng đảm bảo 1.2.2 Về chất kết dính 76 Trước chủ yếu sử dụng nhựa đường, sau áp dụng nhũ tương nhựa đường Ngày phát triển thành nhiều loại, nhựa đường cải tiến (latex, polime), nhũ tương nhựa đường cải thiện (latex, polime) Tuy nhiên, nhũ tương nhựa đường nhũ tương cải thiện áp dụng phổ biến 1.2.3 Về dẫn kỹ thuật thi cơng nghiệm thu Nhìn chung, nước phát triển giới (Mỹ, Canada, Autralia…) nghiên cứu ban hành Chỉ dẫn kỹ thuật thi công nghiệm thu láng nhựa Chip Seal, quy định tiêu chuẩn vật liệu (đá dăm, chất kết dính), hướng thiết kế tỷ lệ chất kết dính, tỷ lệ đá dăm, trình tự thi cơng Tại nước Mỹ, nhiều Bang (California, Alaska, Arizona, Minnesota, Montana, Sounth Dakota…) ban hành Tiêu chuẩn thi công nghiệm thu láng nhựa Chip Seal cho riêng sở điều kiện vật liệu, thiết bị tình trạng giao thông ASTM đưa Tiêu chuẩn phục vụ cho công tác thiết kế vật liệu, thi công, kiểm tra chất lượng lớp láng nhựa Chip Seal, cụ thể như: − ASTM-D 1139 Tiêu chuẩn vật liệu đá dăm dùng cho láng nhựa lớp nhiều lớp (Specification for Aggregate for Single or Multiple Bituminous Surface Treatments) − ASTM-D 1369 Tiêu chuẩn hướng dẫn xác định lượng chất kết dính cho láng nhựa Chip Seal (Standard Practice for Quantities of Materials for Bituminous Surface Treatments) − ASTM-D 5360 Tiêu chuẩn hướng dẫn thiết kế xây dựng lớp láng nhựa Chip Seal (Standard Practice for Design and Construction of Bituminous Surface Treatments) − ASTM- D 5624 Tiêu chuẩn thí nghiệm xác định tốc độ rải đá dăm cho lớp láng nhựa Chip Seal (Standard Test Method for Determining the TransverseAggregate Spread Rate for Surface Treatment Applications ) Tổ chức NCHRCP (Mỹ) triển khai nghiên cứu lý thuyết thực nghiệm để so sánh đánh giá 05 phương pháp thiết kế Chip Seal: Phương pháp Asphalt Institute (AI); 77 Phương pháp Austroads (Úc); Phương pháp Nam Phi (South Afriaca); Phương pháp Texas; Phương pháp Vương quốc Anh (UK) (tại báo cáo NCHRP 14-17) NCHRCP rút kết luận: Phương pháp thiết kế Chip Seal Austroad có nhiều ưu điểm, Tỷ lệ rải đá dăm thiết kế Tỷ lệ tưới nhũ tương thiết kế phù hợp so với thực tế nên khuyến nghị áp dụng để thiết kế Chip Seal Tổ chức NCHRP ban hành Sổ tay thiết kế Chip Seal khuyến nghị áp dụng (NCHRP -Report 680/2011) 1.3 Tình hình áp dụng Chip Seal Việt Nam Nhìn chung Chip Seal chưa áp dụng Việt Nam Hiện nay, nước áp dụng phương pháp láng nhựa theo TCVN 8863:2011 (Mặt đường láng nhựa nóng-Thi cơng nghiệm thu) So sánh với phương pháp láng nhựa theo TCVN 8863:2011 phương pháp Chip Seal có điểm giống khác sau: 1.3.1 Sự giống Theo TCVN 8863:2011: − Về lớp láng nhựa: bao gồm láng nhựa lớp lớp − Về kích cỡ đá: quy định Bảng 3.1 (Trích Bảng TCVN 8863:2011) Bảng 3.1 - Các loại kích cỡ đá nhỏ làm lớp láng nhựa (TCVN 8863:2011) Loại kích cỡ đá nhỏ (sàng vuông), mm Dmin danh định, mm Dmax danh định, mm Cỡ 12,5/19 12,5 19 Cỡ 9,5/12,5 9,5 12,5 Cỡ 4,75/9,5 4,75 9,5 CHÚ THÍCH − Lượng hạt có kích cỡ lớn Dmax danh định khơng vượt q 15% khối lượng − Lượng hạt có kích cỡ nhỏ dmin danh định không vượt 10% khối lượng − Về tỷ lệ đá dăm hàm lượng nhựa: Bảng 3.2 (Trích Bảng TCVN 8863:2011) 78 Bảng 3.2 - Định mức lượng đá lượng nhựa để thi công lớp láng nhựa Loại láng mặt Chiều dày Hai lớp Ba lớp Thứ tự tưới Lượng nhựa (kg/m2) 1,0 Chỉ lần 1,5 (cm) Một lớp Nhựa đường 2,0- 2,5 3,0- 3,5 Đá nhỏ Thứ tự rải Kích cỡ đá (mm) Lượng đá (L/m2) 1,2 * Chỉ lần 4,75/9,5 10-12 Chỉ lần 1,5 (1,8) Chỉ lần 9,5/12,5 15-17 Lần thứ 1,5 (1,8) Lần thứ 9,5/12,5 14-16 Lần thứ hai 1,2 Lần thứ hai 4,75/9,75 10-12 Lần thứ 1,7 (1,9) Lần thứ 12,5/19 18-20 Lần thứ hai 1,5 Lần thứ hai 9,5/12,5 14-16 Lần thứ ba 1,1 Lần thứ ba 4,75/9,5 9-11 CHÚ THÍCH: – (*) Chỉ dùng láng nhựa lớp mặt đường nhựa cũ có lưu lượng xe – Trị số ngoặc ( ) lượng nhựa tưới lần thứ láng nhựa nóng mặt đường đá dăm làm – Khi thi công thủ công phép tăng lượng nhựa lên 5% – Định mức nhựa Bảng 3.2 chưa kể đến lượng nhựa thấm bám Nhận xét: − Với quy định cốt liệu (đá nhỏ) nêu Bảng 3.1, nhận xét là cốt liệu đồng kích cỡ, theo khái niệm “đồng kích cỡ “ láng nhựa Chip Seal − Đã quy định tỷ lệ cốt liệu (đá nhỏ) tỷ lệ chất kết dính (nhựa đường) tương ứng cho việc láng nhựa lớp, hai lớp ba lớp (Bảng 3.2) 1.3.2 Sự khác − Về quy định cốt liệu: Láng nhựa Chip Seal thường quy định rõ, chi tiết thành phần hạt cốt liệu (đá nhỏ) nhiều cỡ sàng, đặc biệt với cỡ sàng 0,075 mm (quy định lượng lọt sàng nhỏ, 0-3%) để đảm bảo cốt liệu có tính đồng TCVN 8863:2011 khơng quy định rõ hàm lượng lọt qua sàng 0,075 79 − Về thiết kế vật liệu (hàm lượng chất kết dính, hàm lượng đá dăm): nhiều Chỉ dẫn Chip Seal có thiết kế cụ thể, dựa tình trạng lưu lượng xe, tình trạng mặt đường cũ, loại chất kết dính (nhựa đường, nhũ tương có khơng cải thiện) TCVN 8863:2011 áp dụng tỷ lệ tưới nhựa đường theo kinh nghiệm − Láng nhựa Chip Seal khuyến nghị áp dụng nhiều loại chất kết dính nhựa đường, nhựa đường cải thiện, nhũ tương, nhũ tương cải thiện Trong đó, nhiều Chỉ dẫn khuyến nghị sử dụng nhũ tương nhũ tương cải thiện TCVN 8863:2011 áp dụng với nhựa đường NGHIÊN CỨU PHẠM VI ÁP DỤNG, CỐT LIỆU, CHẤT KẾT DÍNH, THIẾT BỊ CỦA CƠNG NGHỆ LÁNG NHỰA CHIP SEAL 2.1 Các kiểu láng nhựa Chip seal phạm vi áp dụng Có số loại láng nhựa kiểu Chip Seal Tùy thuộc vào truyền thống, nước khác nhau, hãng khác áp dụng loại Chip Seal phù hợp với kinh nghiệm, cơng nghệ Một số loại Chip Seal tiêu biểu nêu 1) Láng nhựa lớp (Single Chip Seal): Láng nhựa lớp bao gồm việc tưới lớp nhựa rải lớp đá bề mặt đường hữu, lu lèn để kết cấu ổn định, sau tiến hành quét đá thừa Láng nhựa lớp dùng bảo dưỡng phòng ngừa mặt đường với chức cải thiện độ nhám mặt đường, hàn gắn vết nứt nhỏ (Hình 3.2) Kiểu láng nhựa áp dụng phổ biến Hình 3.2 Láng nhựa Chip Sal lớp 80 2) Láng nhựa lớp (Double Chip Seal): Láng nhựa lớp (Hình 3.3) bao gồm lớp nhựa, đá xen kẽ Láng nhựa hai lớp thường áp dụng phổ biến, bao gồm việc phun tưới nhựa lần thứ mặt đường cũ; rải đá lần thứ nhất, lu lèn để cốt liệu thâm nhập vào màng nhựa; tưới nhựa rải đá lần thứ hai với kích cỡ đá nhỏ lu lèn để ổn định Láng nhựa lớp thường đường sử dụng mặt đường bị bào mòn nhiều với mục đích kéo dài thời gian phục vụ mặt đường so với láng nhựa lớp Kiểu láng nhựa áp dụng phổ biến Hình 3.3 Láng nhựa Chip Seal lớp 3) Láng nhựa lớp chèn khe (Racked-in Seal): trường hợp đặc biệt láng nhựa lớp Tiến hành tưới nhựa, rải đá dăm lu lèn láng nhựa lớp Sau đó, rải đá dăm có kích cỡ nhỏ lu lèn để cốt liệu nhỏ chêm chèn vào khe hở cốt liệu lớn (Hình 3.4) Kiểu láng nhựa nhằm chống bong bật cốt liệu khu vực xe chạy đường cong, xuất lực xơ ngang lớn Hình 3.4 Láng nhựa lớp chèn khe (Racked-in Seal) 4) Láng nhựa kiểu xen kẹp (Sandwich-Seal): bao gồm việc rải hai lớp đá lớp nhựa xen kẹp Tiến hành rải lớp đá có kích cỡ lớn, phun nhựa rải lớp đá có kích cỡ nhỏ hơn, sau lu lèn Kiểu láng nhựa (Hình 3.5) hiệu chống bong bật cốt liệu 81 Hình 3.5 Láng nhựa kiểu xen kẹp (Sandwich-Seal) 5) Láng nhựa kiểu ngược (Inverted Seal): Đây trường hợp đặc biệt láng nhựa hai lớp (Hình 3.6) Láng nhựa hai lớp thơng thường có cốt liệu hạt lớp lớn lớp Tuy nhiên, với lớp láng nhựa kết cấu ngược, lớp cốt liệu nhỏ bố trí phía lớp cốt liệu lớn Kết cấu ngược sử dụng rộng rãi để khắc phục tượng mặt đường nhựa Autralia sử dụng thành cơng loại hình láng nhựa với đường có lưu lượng xe lên tới 30.000 xe/ngày Hình 3.6 Láng nhựa kiểu ngược (Inverted Seal) 6) Màng hấp thụ ứng suất (Stress Absorbing Membrane- SAM): dạng đặc biệt láng nhựa lớp (Hình 3.7), nhằm khắc phục tương nứt mặt đường cũ Giải pháp thông thường bao gồm : tứơi nhựa dính bám, rải vải đại lỹ thuật, phun tưới chất kết dính (thường nhựa đường cải thiện cao su), rải đá lu lèn Lượng nhựa sử dụng cao nhiều so với láng nhựa lớp thơng thường Hình 3.7 Màng hấp thụ ứng suất (Stress Absorbing Membrane- SAM) 7) Màng ngăn cách hấp thụ ứng suất (Stress Absorbing Membrane Inter-layer SAMI): lớp màng hấp thụ ứng suất SAMI bố trí xen kẽ mặt đường cũ lớp phủ BTN để hạn chế tượng nứt phản xạ xây dựng lớp phủ mặt đường 82 cũ Phun tưới chất kết dính (thường nhựa đường cải thiện), rải đá lu lèn để tạo nên lớp SAMI, sau phủ lớp BTN lên 8) Cap Seal: giải pháp kết hợp lớp láng nhựa Chip Seal (phía dưới) lớp vữa nhựa Slurry Seal (phía trên) nhằm mục đích khắc phục tượng văng đá Chip Seal gây ra, tăng khả liên kết cốt liệu Chip Seal, giảm thiểu khả thấm nước tiếng ồn chạy xe (Hình 3.8) Hình 3.8 Kết hợp Chip Seal Slurry Seal (Cap Sal) 2.2 Cốt liệu sử dụng cho Chip Seal Việc xem xét cốt liệu sử dụng cho Chip Seal xem quan trọng nhằm xác định kiểu Chip Seal áp dụng, loại chất kết dính, cách thiết kế lựa chọn tỷ lệ cốt liệu chất kết dính lựa chọn Quy trình cơng nghệ thi cơng cho phù hợp Các tiêu chất lượng cốt liệu bao gồm: Kích cỡ hạt và cấp phối, hình dạng hạt, độ sạch, độ bền 2.2.1 Kích cỡ hạt cấp phối cốt liệu Kích cỡ hạt (kích cỡ hạt lớn định- nominal maximum size) cốt liệu lựa chọn sở lưu lượng giao thơng, tình trạng mặt đường kiểu láng nhựa Chip Seal Chip Seal với kích cỡ hạt lớn yêu cầu lớp nhựa tưới dày hơn, có tác dụng cải thiện chất lượng lớp láng nhựa; nhiên, khơng có biện pháp thích hợp để găm đá quét đá thừa dẫn đến nguy hại cho xe chạy, thời điểm thi cơng xong, có độ ồn cao xe chạy Cốt liệu có độ nhám cao, có giới hạn đường bao cốt liệu (cận dưới-cận trên) hẹp để có xu hướng đồng kích cỡ, với lượng cốt liệu mịn nhỏ sở đảm bảo chất lượng áp dụng cho láng nhựa Chip Seal Nhiều Tiêu chuẩn quy định lượng hạt nhỏ lọt qua sàng 0,075 mm phải nhỏ 1% 83 Thống kê cấp phối cốt liệu làm Chip Seal áp dụng số Bang nước Mỹ Bảng 3.3 Bảng 3.3 Cấp phối áp dụng số Bang nước Mỹ (theo NCHRCP-342) Cấp phối, lượng lọt sàng (%) Cỡ sàng (mm) Alaska Arizona Minnesota E Chip Lưu lượng thấp Lưu lượng cao Aggregate Stone 12,5 100 - 100 100 9,5 90–100 100 70–90 6,3 - 70–90 4,75 10–30 2,36 Montana Choke Stone Sounth Dakota Grade 4A Type 1A Type 1B - - 100 100 90–100 - 100 40–70 100 0–10 40–70 100 - - - 1–10 - 0–15 85–100 0–30 0–15 10–90 0–8 0–5 0–5 0–5 10–40 0–15 0–5 0–30 0,06 - - - - 0–5 - - 0–4 0,075 0–1 0–1 0–1 0–1 0–1 0–2 0–1 - Cấp phối theo Austroad, NCHRP (Project 14-17), NCHRP 680 (2011) , với cấp phối A, B, C có cỡ hạt lớn khác chi tiết Bảng 3.4 Bảng 3.4 Cấp phối Austroad, NCHRP Lượng lọt sàng, % Cỡ sàng vuông, mm A B max C max max 19 100 100 12.5 90 100 100 100 9.5 30 90 100 100 100 4.75 10 30 90 100 10 30 10 2.38 1.19 0.60 0.30 0.075 84 - Độ rỗng đá dăm sau lu lèn giảm xuống 30% - Độ rỗng đá dăm lớp Chip Seal tác động xe chạy giảm xuống 20 % - Độ rỗng cốt liệu lấp đầy nhựa từ 60 đến 75% 3.3.2 Phương pháp Kearby - Tỷ lệ rải đá thiết kế phụ thuộc vào chiều dầy trung bình lớp, % đá ngập nhựa đường, tỷ trọng khối đá Khuyến nghị sử dụng đá đồng kích cỡ - Tỷ lệ phun chất kết dính dựa chiều dầy trung bình lớp đá, độ sâu đá ngập chất kế dính, độ rỗng hỗn hợp đá - Độ sâu đá ngập chất kế dính phụ thuộc vào độ cứng đá (tăng với đá có độ cứng lớn, giảm với đá có độ cứng nhỏ) - Cốt liệu có kích cỡ lớn có độ sâu ngập đá hơn, áp dụng cho đường có lưu lượng lớn - Cốt liệu có kích cỡ trung bình có độ sâu ngập đá nhỏ hơn, áp dụng cho đường có lưu lượng nhỏ 3.3.3 Phương pháp Mc.Leod - Dựa sở phương pháp Hanson, có bổ sung Thiết kế chủ yếu cho nhũ tương - Tỷ lệ đá dăm áp dụng phụ thuộc vào: cấp phối, hình dạng hạt tỷ trọng đá, độ đá Tỷ lệ đá dăm rải thiết kế cho lớp Chip Seal có chiều dày tương đương với viên đá - Tỷ lệ nhũ tương áp dụng phụ thuộc vào: Cấp phối đá dăm, độ hấp phụ nhựa, hình dạng hạt, lưu lượng giao thông Tỷ lệ nhũ tương thiết kế cho Độ rỗng cốt liệu lấp đầy nhựa 70% - Phương trình xác định tỷ lệ rải đá là: C=46,8 * (1-(0,4*V)*ALD*G*E Trong đó: 98 (3.1) C: Tỷ lệ rải đá V: Độ rỗng hỗn hợp đá (%), V=1-(W/62,4*G) (3.2.) ALD: Chỉ số kích cỡ hạt trung bình nhỏ (Average Least Dimension), ALD=M/(1,139285 + (0,01156*FI)) (3.3) Trong đó: G: Tỷ trọng cốt liệu E: Hệ số văng đá bánh xe lưu thông (Trafic Whip Off Factor) M: Kích cỡ hạt trung bình, tương ứng với lượng lọt sàng 50 % Phương trình xác định tỷ lệ nhũ tương là: B=((2,44*ALD*T*V)+S+A))/R (3.4) Trong đó: B: Tỷ lệ tưới nhũ tương T: Hệ số điêuc chỉnh lưu lượng xe S: Hệ số điều chỉnh mặt đường cũ A: Hệ số hấp phụ nhựa R: Hàm lượng nhựa đường sau trưng cất nhũ tương (%) 3.2 Các tiêu chuẩn thiết kế Chip Seal hành giới Về nghiên cứu xây dựng Tiêu chuẩn thiết kế Chip Seal giới phân thành nhóm sau: - Nhóm nước dựa tư tưởng phương pháp thiết kế Chip Seal Hanson, Kearby, McLeod, có bổ sung cải tiến cho phù hợp để xây dựng Tiêu chuẩn - Nhóm nước dựa sở kinh nghiệm-thực nghiệm để xây dựng Tiêu chuẩn 99 Thống kê tình hình biên soạn Tiêu chuẩn thiết kế chip Seal Mỹ (USA), Canada, Úc (AU), New Ziland (NZ), Vương quốc Anh (UK), Nam Phi (SA) (Có áp dụng phương pháp thiết kế Chip Seal Hanson, Kearby, McLeod Không áp dụng) biểu thị Hình 3.18 Hình 3.18 Tỷ lệ áp dụng phương pháp Hanson, Kearby, McLeod Thống kê tình hình xây dựng phương pháp thiết kế Chip Seal dựa tư tưởng phương pháp thiết kế Chip Seal Hanson, Kearby, McLeod tóm tắt đây: - Tiêu chuẩn Bang Bắc Mỹ: nhiều Bang dựa theo phương pháp Kearby McLeod Tuy nhiên số Bang phát triển Tiêu chuẩn theo kinh nghiệm riêng mình, ví dụ tiêu chuẩn Bang Minnesota, Bang California (Caltrrans) … - Tiêu chuẩn Viện Atphan Mỹ (Asphalt Insitute MS19), Úc (Austroads), Nam Phi (South Africa- TRH3 2007), New Zeland: dựa quan điểm Hanson, McLeod Chỉ dẫn thiết kế NCHRP 680 (2011) phát triển sở Austroads - Tiêu chuẩn Bang Texas (Mỹ): dựa quan điểm Kearby, bổ sung Benson Gallaway (Benson and Gallaway 1953, Epps, et al 1981) 100 - Tiêu chuẩn Vương quốc Anh (UK), Road Note 39, Road Note 3, Tiêu chuẩn Malaisia, Thái Lan: dựa quan điểm Hanson, kết hợp với ý tưởng Jackson (Jackson 1963) 3.3 Nguyên tắc thiết kế Chip Seal Mặc dù Tiêu chuẩn thiết kế nước có khác nhau, nhìn chung tuân thủ nguyên tắc thiết kế Chip Seal sau: tính tốn xác định yếu tố quan trọng: Tỷ lệ rải đá dăm thiết kế Tỷ lệ chất kết dính phù hợp với liệu sau: - Đặc tính cốt liệu: loại đá dăm, kích cỡ đá dăm, độ rỗng hỗn hợp đá dăm trạng thái rời, tỷ trọng đá dăm, độ bẩn đá dăm, độ hấp phụ đá, độ nhám bề mặt đá… - Đặc tính nhũ tương nhựa đường: loại nhũ tương (thơng thường, polime); chất lượng nhũ tương, hàm lượng nhựa nhũ tương… - Đặc tính mặt đường cũ: độ nhám, tình trạng mặt đường (rỗng hay chặt)… - Tình trạng giao thông: lưu lượng giao thông, lượng xe tải nặng, tình trạng chạy xe (lưu thơng liên tục, xe chạy chậm, dừng xe…) 3.4 So sánh phương pháp thiết kế Chip Seal Tổ chức NCHRCP (Mỹ) (NCHRP 14-17) triển khai nghiên cứu lý thuyết thực nghiệm để so sánh đánh giá 05 phương pháp thiết kế Chip Seal: Phương pháp Asphalt Institute (AI) Phương pháp Austroads (Úc) Phương pháp Nam Phi (South Afriaca) Phương pháp Texas Phương pháp Vương quốc Anh (UK) Việc so sánh tiến hành với tiêu quan trọng: Tỷ lệ rải đá dăm Tỷ lệ tưới nhũ tương đoạn đường thử nghiệm có đặc trưng sau: lưu lượng xe 1000 xe/ngày đêm/làn; mặt đường bê tông nhựa cũ không bị rỗng, phẳng Kết nghiên cứu so sánh NCHRP 14-17 101 3.4.1 Kết so sánh Tỷ lệ rải đá dăm, Tỷ lệ tưới nhũ tương thiết kế Tỷ lệ rải đá dăm thiết kế phương pháp thiết kế Chip Seal ứng với loại đá dăm khác biểu thị Hình 3.19 Tỷ lệ tưới nhũ tương thiết kế ứng phương pháp thiết kế Chip Seal với loại đá dăm khác biểu thị Hình 3.20 Hình 3.19 So sánh tỷ lệ rải đá dăm thiết kế Hình 3.20 So sánh tỷ lệ tưới nhũ tương thiết kế 102 Nhận xét: Qua Hình 3.18 Hình 3.19 rút nhận xét sau: Mặc dù phương pháp thiết kế Chip Seal (Nam Phi, Austroads, Vương quốc Anh Viện Atphan Mỹ) dựa đề xuất Hanson, nhiên giá trị Tỷ lệ rải đá dăm thiết kế Tỷ lệ tưới nhũ tương thiết kế có sai khác đáng kể Từ kết tính tốn thiết kế phương pháp cho thấy: 1).Tỷ lệ rải đá dăm theo thiết kế: theo thứ tự sau: Nhỏ nhất:Texas (TX) Nam Phi (S Africa) Austroads Vương quốc Anh (UK) Lớn nhất: Viện Atphan Mỹ (AI) 2) Tỷ lệ tưới nhũ tương theo thiết kế: theo thứ tự sau: Nhỏ nhất: Viện Atphan Mỹ (AI) Texas (TX) Austroads Nam Phi (S Africa) Lớn nhất: Vương quốc Anh (UK 3.4.2 Kết so sánh Tỷ lệ rải đá dăm thiết kế so với Tỷ lệ rải đá dăm thực tế Kết so sánh Tỷ lệ rải đá dăm thiết kế so với Tỷ lệ rải đá dăm thực tế đoạn thử nghiệm biểu thị Hình 3.21 Nhận xét: - Với đoạn thử nghiệm CR11: Phương pháp thiết kế South Africa UK có Tỷ lệ rải đá dăm thiết kế phù hợp nhất, Phương pháp Austroads Asphalt Institute có Tỷ lệ rải đá dăm thiết kế cao hơn, Phương pháp Texas có Tỷ lệ rải đá dăm thiết kế thấp so với Tỷ lệ rải đá dăm thực tế - Với đoạn thử nghiệm US101 đoạn Arches: Tỷ lệ rải đá dăm thiết kế phương pháp nhìn chung cao từ 15 đến 20% so với so với Tỷ lệ rải đá dăm thực tế Phương pháp South African, UK Austroads có Tỷ lệ rải đá dăm thiết kế nhìn chung gần với Tỷ lệ rải đá dăm thực tế Phương pháp Asphalt Institute có Tỷ lệ rải đá dăm thiết kế cao nhiều so với Tỷ lệ rải đá 103 dăm thực tế, phương pháp Texas có Tỷ lệ rải đá dăm thiết kế thấp nhiều so với Tỷ lệ rải đá dăm thực tế Hình 3.21 So sánh Tỷ lệ rải đá dăm thiết kế Tỷ lệ rải đá dăm thực tế 3.4.3 Kết so sánh Tỷ lệ tưới nhũ tương thiết kế so với Tỷ lệ rải đá dăm thực tế Kết so sánh Tỷ lệ tưới nhũ tương thiết kế với Tỷ lệ tưới nhũ tương thực tế đoạn thử nghiệm biểu thị Hình 3.22 Nhận xét: - Với đoạn thử nghiệm CR11: Phương pháp Austroads South African có Tỷ lệ tưới nhũ tương thiết kế phù hợp với Tỷ lệ tưới nhũ tương thực tế, phương pháp Asphalt Institute Texas có Tỷ lệ tưới nhũ tương thiết kế thấp hơn, phương pháp UK có Tỷ lệ tưới nhũ tương thiết kế cao so với Tỷ lệ tưới nhũ tương thực tế - Với đoạn thử nghiệm US101 đoạn Arches: Mặc dù Tỷ lệ tưới nhũ tương thiết kế phương pháp thấp so với Tỷ lệ nhũ tương thực tế, phương pháp Austroads, South Africa UK có khả điều chỉnh Tỷ lệ 104 tưới nhũ tương thiết kế phù hợp so với phương pháp Asphalt Institute Texas Hình 3.22 So sánh Tỷ lệ nhũ tương thiết kế với Tỷ lệ nhũ tương thực tế 3.4.4 Nhận xét phương pháp thiết kế Chip Seal Theo kết nghiên cứu phân tích đánh giá phương pháp thiết kế Chip Seal (NCHRP 14-17), NCHRCP (Mỹ) rút kết luận: Phương pháp thiết kế Chip Seal Austroad có nhiều ưu điểm, Tỷ lệ rải đá dăm thiết kế Tỷ lệ tưới nhũ tương thiết kế phù hợp so với thực tế nên khuyến nghị áp dụng để thiết kế Chip Seal Trên sở kết nghiên cứu NCHRP 14-17, NCHRP Report 680 (2011) ban hành Sổ tay thiết kế Chip Seal khuyến nghị áp dụng 3.5 Lựa chọn phương pháp thiết kế Chip Seal để xây dựng Dự thảo tiêu chuẩn Qua kết nghiên cứu NCHRP, Phương pháp thiết kế Chip Seal Austroad có nhiều ưu điểm, xem xét ảnh hưởng yếu tố: nhũ tương, đá dăm, tình trạng mặt đường, tình trạng chạy xe NCHRP Report 680 (2011) nghiên 105 cứu chỉnh sửa, ban hành hướng dẫn thiết kế Chip Seal khuyến nghị áp dụng giới Vì Đề tài định hướng chọn NCHRP Report 680 (2011) để nghiên cứu biên soạn phần thiết kế vật liệu cho Chip Seal Dự thảo “Mặt đường Láng nhựa kiểu Chip Seal-Thiết kế vật liệu, thi công nghiệm thu” bao gồm hai phần chính, phần thiết kế vật liệu phần thi công nghiệm thu Bố cục phần thiết kế vật liệu Dự thảo bao gồm nội dung sau: Cơ sở thiết kế Thiết kế tỷ lệ tưới nhũ tương: bao gồm - Công thức thiết kế tỷ lệ tưới nhũ tương - Các nhân tố ảnh hưởng đến công thức thiết kế: + VF: hệ số độ rỗng thiết kế, L/m2/mm + ALD: kích cỡ trung bình nhỏ đá dăm + MS: cỡ hạt trung bình đá dăm + PF: hệ số phụ gia polime (chỉ áp dụng sử dụng nhũ tương polime) + Vf : hệ số độ rỗng sở đá dăm (basic voids factor) + Va: hệ số hiệu chỉnh độ rỗng liên quan đến hình dạng đá + Vt: hệ số hiệu chỉnh độ rỗng tác động lưu lượng xe + Bbe: hệ số nhũ tương + Ef: Hệ số nhũ tương polime (khi sử dụng nhũ tương polime) + Hệ số hiệu chỉnh độ nhám mặt đường cũ + Hệ số hiệu chỉnh bong bật đá tác động lưu lượng xe + Hệ số hiệu chỉnh độ hấp phụ nhũ tương với mặt đường cũ + Hệ số hiệu chỉnh độ hấp phụ nhũ tương với đá dăm Thiết kế tỷ lệ rải đá: bao gồm: - Tỷ lệ rải đá dăm kích cỡ đá lớn 10 mm: + Khi lưu lượng xe < 200 xe/ngày/làn + Khi lưu lượng xe ≥200 xe/ngày/làn 106 - Tỷ lệ rải đá dăm kích cỡ đá nhỏ mm: + Khi rải lớp Chip Seal + Khi rải lớp Chip Seal NGHIÊN CỨU LỰA CHỌN TIÊU CHUẨN VẬT LIỆU, THIẾT BỊ THI CÔNG CHO LÁNG NHỰA CHIP SEAL 4.1 Đá dăm 4.1.1 Thành phần hạt Qua Tiêu chuẩn thiết kế Chip Seal áp dụng giới ( phân tích Mục 2.2), lựa chọn cấp phối NCHRP 680 (2011) (Bảng 3.9) có nhiều ưu điểm: - Có loại cấp phối có kích cỡ lớn theo sàng mắt vng ASTM: cấp phối nhỏ (Dmax=9,5 mm) sử dụng cho đường lưu lượng nhỏ, làm lớp (lớp 2) Chip Seal lớp Cấp phối trung gian (Dmax=12,5 mm) thích hợp cho đường lưu lượng trung bình lớn cấp phối lớn (Dmax=19 mm) thích hợp cho đường có lưu lượng lớn lớn, làm lớp (lớp 1) Chip Seal lớp Lượng lọt sàng 0,075 mm nhỏ (từ 0% đến %) đảm bảo tốt liên kết đá-nhũ tương - Kích cỡ sàng: sử dụng sàng lưới mắt vuông ASTM phù hợp với Việt Nam Bảng 3.9 Cấp phối lựa chọn cho Chip Seal Cỡ sàng, mm 19 12.5 9.5 4.75 2.38 1.19 0.60 0.30 0.075 A 100 90 0 max 100 100 30 10 Lượng lọt sàng, % B max 107 100 90 0 100 100 30 10 C max 100 90 0 100 100 30 10 4.1.2 Các tiêu chất lượng đá dăm Trên sở kết phân tích chất lượng đá dăm làm lớp Chip Seal nêu Mục 2.2, lựa chọn tiêu chất lượng đá dăm sử dụng làm Chip Seal Bảng 3.10 (có xét đến mức lưu lượng xe chạy) Bảng 3.8 Chất lượng đá dăm sử dụng cho Chip Seal Chỉ tiêu Độ hao mòn LA, max Chỉ số hạt dẹt FA, max Mức lưu lượng xe (xe/ngày đêm/làn) 1 500 40 35 30 35 30 25 Chỉ số nghiền đá dăm: Phương pháp thử AASHTO T 96 BS ASTM D 5821 - Một mặt vỡ, - Hai mặt vỡ, Độ bẩn, max 90 85 95 90 100 100 Độ bền vững, max 10 10 10 AASHTO T 11 AASHTO T 104 4.2 Chất kết dính Như phân tích trên, nhựa đường, nhựa đường cải thiện, nhựa lỏng, nhũ tương, nhũ tương cải thiện áp dụng cho Chip Seal Tuy nhiên nhũ tương sử dụng cho Chip Seal có nhiều ưu điểm: dễ thi cơng điều kiện thời tiết khác nhau; dễ khống chế tỷ lệ nhũ tương áp dụng có hiệu đảm bảo đủ chất kết dính để dính bám đá-nhựa tốt (do nhũ tương có độ nhớt nhỏ nhựa đường) Ngày nay, công nghệ sản xuất nhũ tương nhũ tương cải thiện polime hoàn thiện, đảm bảo có chất lượng thỏa mãn yêu cầu Vì định hướng sử dụng chủ yếu nhũ tương nhũ tương polime sử dụng cho Chip Seal Nhũ tương phân tách nhanh (RS) áp dụng có hiệu để làm lớp Chip Seal Hiện nay, nhũ tương a xít có nhiều ưu điểm sử dụng phổ biến Việt Nam Nhũ tương đề xuất áp dụng là: 108 - Nhũ tương gốc a xít phân tách nhanh CRS-2, theo TCVN 8817: 2011 - Nhũ tương polime gốc a xít phân tách nhanh CRS-2P, theo TCVN 8816: 2011 4.3 Thiết bị thi công Để chất lượng thi công Chip Seal đảm bảo, thi công với tốc độ nhanh, nước giới sử dụng hệ thống thiết bị đại, có phân kiểm sốt tự động Tại Việt nam nay, thiết bị lu sẵn có phù hợp cho Chip Seal Ngoài thiết bị khác chưa có chưa thỏa mãn yêu cầu Hệ thống thiết bị cần thiết sử dụng cho Chip Seal là: - Thiết bị tưới nhũ tương có phận kiểm sốt tốc độ phun, áp lực phun (Hình 3.10) - Thiết bị rải đá có phân kiểm sốt tỷ lệ rải (Hình 3.12) - Thiết bị quét đá thừa làm bề mặt ( Hình 3.15, Hình 3.16) - Lu: Gồm lu bánh lốp 12 tấn, 10 Quy định tính kỹ thuật thiết bị chi tiết Dự thảo thảo “Mặt đường Láng nhựa kiểu Chip Seal-Thiết kế vật liệu, thi công nghiệm thu” biên soạn kèm theo báo cáo (Sản phẩm đề tài) NGHIÊN CỨU XÂY DỰNG QUY TRÌNH THI CƠNG LỚP LÁNG NHỰA KIỂU CHIP SEAL 5.1 Nhận xét quy trình thi cơng láng nhựa Chip Seal giới Mặc dù có khác Tiêu chuẩn vật liệu quy trình thi cơng giới nhìn chung khơng khác nhau, tuân thủ bước thi công: chuẩn bị mặt bằng, phun chất kết dính, rải đá, lu lèn, quét đá thừa, bảo dưỡng sau thi công, kiểm tra nghiệm thu Có Quy trình xây dựng theo hướng quy định nội dung chủ yếu, chi tiết tham chiếu Tiêu chuẩn khác Dạng Quy trình khó áp dụng nước ta, hệ thống tài liệu tham chiếu chưa hoàn chỉnh, người sử dụng khó có điều kiện làm theo khó khăn tài liệu 109 Có Quy trình xây dựng chi tiết, hướng dẫn cụ thể nêu Quy trình Việc xây dựng Quy trình theo hướng phù hợp với trình độ Việt Nam 5.2 Xây dựng quy trình cơng nghệ thi cơng láng nhựa Chip Seal Quy trình thi cơng láng nhựa Chip Seal NCHRP 680 (2011), Caltrans, Minesota quy định chi tiết Định hướng sử dụng NCHRP 680 (2011) có tham khảo Caltrans, Minesota để xây dựng quy trình thi cơng láng nhựa Chip Seal Bố cục phần Thi công nghiệm thu Dự thảo “Mặt đường láng nhựa kiểu Chip Seal-Thiết kế vật liệu, thi công nghiệm thu” xây dựng bao gồm mục sau: Yêu cầu với đá dăm Yêu cầu với nhũ tương Tỷ lệ nhũ tương thiết kế Tỷ lệ đá dăm thiết kế Công tác chuẩn bị Yêu cầu thiết bị rải đá dăm Thi công láng nhựa Chip Seal Thi công phun nhựa (Fog Seal) (áp dụng sau thi công Chip Seal) Kiểm tra chất lượng 10 An tồn lao động bảo vệ mơi trường Dự thảo “Mặt đường láng nhựa kiểu Chip Seal-Thiết kế vật liệu, thi công nghiệm thu” biên soạn kèm theo Báo cáo (Sản phẩm đề tài) ĐỊNH HƯỚNG ÁP DỤNG CÔNG NGHỆ LÁNG NHỰA KIỂU CHIP SEAL, KIẾN NGHỊ 6.1 Định hướng áp dụng công nghệ láng nhựa Chip seal Trên sở kết nghiên cứu, thảo “Mặt đường Láng nhựa kiểu Chip SealThiết kế vật liệu, thi công nghiệm thu” biên soạn, định hướng áp dụng công nghệ láng nhựa Chip Seal sau: 6.1.1 Phạm vi áp dụng 110 − Áp dụng cho việc làm mới, bảo trì mặt đường tơ, bến bãi − Áp dụng cho đường có lưu lượng xe thấp trung bình (500-1500 xe/ ngày đêm/làn) − Có thể áp dụng cho đường có lưu lượng xe lớn (>1500 xe/ ngày đêm/làn), phải sử dụng nhũ tương cải thiện polime 6.1.2 Yêu cầu vật liệu, chất kết dính 1) Đá dăm: đường bao cấp phối theo quy định sau (Bảng 3.9) Bảng 3.9- Cấp phối đá dăm sử dụng cho láng nhựa Chip Seal Kích cỡ sàng vuông, mm Lượng lọt sàng, % Cấp phối A Cấp phối B Cấp phối C 19 100 100 12.5 90 100 100 100 9.5 30 90 100 100 100 4.75 10 30 90 100 2.38 - - 10 30 1.19 - - 10 0.60 - - - - 0.30 - - - - 0.075 2 2) Chất kết dính: − Nhũ tương axít CRS-2 thỏa mãn TCVN 8817:2011 thường áp dụng láng nhựa với đường có lưu lượng nhỏ trung bình − Nhũ tương polime gốc a xít CRS-1P, CRS-2P thỏa mãn TCVN 8816:2011 áp dụng láng nhựa với đường có lưu lượng trung bình, cao, nhiều xe tải nặng 6.1.3 Giải pháp thi công 111 − Ưu tiên sử dụng hệ thống thiết bị đồng bộ: máy vệ sinh mặt đường quét đá thừa, máy phun nhũ tương, máy rải đá, thiết bị lu, áp dụng đường ô tô cấp cao − Sử dụng thiết bị kết hợp với thủ công: áp dụng đường ô tô cấp thấp (cấp trở xuống), đường có quy mơ sửa chữa khơng lớn… Việc vệ sinh, quét đá thừa, rắc đá dăm tiến hành thủ công Việc tưới nhũ tương ưu tiên sử dụng thiết bị phun kiểm soát tỷ lệ tưới, tưới dụng cụ thủ cơng phải kiểm soát chặt chẽ Thiết bị lu bắt buộc phải có 6.1.4 Thiết kế, thi cơng láng nhựa Chip Seal − Thiết kế vật liệu: nhằm xác định tiêu kỹ thuật đá dăm, nhũ tương; xác định tỷ lệ đá dăm, tỷ lệ nhũ tương theo hướng dẫn Dự thảo “Mặt đường Láng nhựa kiểu Chip Seal-Thiết kế vật liệu, thi công nghiệm thu” − Thi công mặt đường láng nhựa Chip Seal: theo hướng dẫn Dự thảo “Mặt đường Láng nhựa kiểu Chip Seal-Thiết kế vật liệu, thi công nghiệm thu” 6.2 Kiến nghị − Cần đầu tư kinh phí nhập thiết bị (hoặc nghiên cứu chế tạo nước): + Thiết bị rải đá + Thiết bị vệ sinh mặt đường, quét đá thừa (tương tự thiết bị sử dụng cho công nghệ phun nhũ tương a Fog Seal-đã đề xuất Phần nghiên cứu công nghệ phun nhũ tương Fog Seal) + Thiết bị phun nhũ tương (tương tự thiết bị sử dụng cho công nghệ phun nhũ tương Fog Seal- đề xuất Phần nghiên cứu công nghệ phun nhũ tương Fog Seal) − Cần sớm có chủ trương, kế hoạch triển khai thi công thử nghiệm Chip Seal trường để đánh giá hiệu lớp láng nhựa Chip Seal − Cần sớm có chế tạo điều kiện để sở sản xuất nước sớm sản xuất nhũ tương nhựa đường polime gốc a xít CRS-1P, CRS-2P sở TCVN 8816:2011 112 ... - - 16.0mm - 9 8-1 00 9 6-1 00 - - 100 13. 2mm 100 7 5-9 5 6 7-8 6 - - 9 6-1 00 9.5mm 7 5-1 00 5 0-8 0 2 9-5 2 100 100 5 0-7 3 6.7mm 0-4 0 - - - 4 0-8 5 - 4.75mm 0-1 0 2 5-5 0 0-1 0 7 0-1 00 5-2 5 0-1 0 2 .36 mm - - - 1 0-1 00... 0-1 0 - 1.18mm - 1 0-4 0 - 5-9 0 0-5 - 85 Cỡ sàng, mm Lượng lọt sàng, % Class Class Class Class Class Class 600um - - - 3- 7 0 - - 30 0um - 2-2 0 - 2-4 0 - - 150um - 2-1 3 - 0-1 5 - - 75um 0-1 2-7 0-2 0-7 ... 3/ 8" x No 5/16" x No 1/4" x No 10 19 100 — — — 12,5 9 5-1 00 100 — — 9,5 5 0-8 0 9 0-1 00 100 100 4,75 0-1 5 5 -3 0 3 0-6 0 6 0-8 5 2 ,36 0-5 0-1 0 0-1 5 0-2 5 1,18 — 0-5 0-5 0-5 0,06 — — 0 -3 0 -3 0,075 0-2 0-2