- TCVN 88192011: Mặt đường bêtông nhựa nóngYêu cầu Thi công nghiệm thu.
VỆT BÁNH XE
3.1. Đặt vấn đề
Về nguyên nhân gây ra vệt lún về cả lý thuyết và thực tế là do:
1. Thiết kế kết cấu nền-áo đường chưa phù hợp
2. Thiết kế lựa chọn thành phần hỗn hợp bê tông nhựa chưa phù hợp. 3. Vấn đề xe vượt tải trọng quy định.
4. Điều kiện môi trường, nhiệt độ. 5. Công nghệ trộn BTN.
6. Kỹ thuật công nghệ thi công; kỹ thuật giám sát, kiểm tra trong quá trình thi công và nghiệm thu mặt đường bê tông nhựa chưa đảm bảo.
7. Sự kết hợp của tất cả các vấn đề trên.
Qua số liệu khảo sát tại hiện trường, trong các nguyên nhân trên luận văn sẽ lần lượt đi sâu vào nghiên cứu lần lượt các nguyên nhân.
Hình 3.1. dưới đây thể hiện tóm tắt sơ đồ các nguyên nhân lún vệt bánh xe của các nhóm nội yếu tố và ngoại yếu tố tác động.
Hình 3.1. Nguyên nhân lún vệt bánh xe-nhóm ngoại yếu tố và nhóm nội yếu tố
3.2. Phân tích nguyên nhân hằn lún vệt bánh xe3.2.1. Thiết kế kết cấu nền - áo đường chưa phù hợp 3.2.1. Thiết kế kết cấu nền - áo đường chưa phù hợp
Nền đất là bộ phận quan trọng trong kết cấu tổng thể nền mặt đường đảm bảo các lớp móng và lớp mặt của áo đường làm việc bình thường, đảm bảo cường độ chịu lực chung của áo đường (Ech), đảm bảo lớp mặt trên của kết cấu áo đường bằng phẳng,không lượn sóng, hạn chế vết hằn lún bánh xe... Với chức năng của nền đất có tầm quan trọng như vậy, nhưng nền đất thông thường có cường độ chịu lực (Eđh nhỏ hơn nhiều so với các lớp vật liệu móng đường và lớp mặt đường và thường phải làm việc trong điều kiện độ ẩm bất lợi do hệ thống thoát nước không được quan tâm đầy đủ, do việc lu lèn không đủ độ chặt theo tiêu chuẩn quy định, do sử dụng các loại đất không đủ tiêu chuẩn và trong thi công không đảm bảo sự đồng nhất về loại đất và lu lèn theo các lớp đất đắp. Với những đặc điểm nói trên nên mặc dù ứng suất thẳng đứng và ứng suất tiếp do xe chạy khi phân bố xuống nền đất đã giảm đáng kể so với các lớp áo đường bên trên khi truyền xuống nền đất, nhưng thông thường phần biến dạng dư (biến dạng vĩnh cửu) do nền đất cũng chiếm một tỷ lệ phần trăm đáng kể. Để khắc phục hiện tượng vệt hằn lún bánh xe trên mặt đường không phát triển vượt quá ngưỡng cho phép, việc đầu tiên là phải áp dụng các giải pháp hạn chế tối đa phần biến dạng dư tích lũy do nền đất như phải bảo đảm đất sử dụng đắp nền đường có đủ các tiêu chuẩn về thành phần hạt, về đặc trưng cơ lý của vật liệu như tiêu chuẩn hiện 73
hành quy định, đảm bảo khu vực tác dụng của nền đường khô ráo, đảm bảo độ chặt đầm nén các lớp đất theo tiêu chuẩn thiết kế và thi công nền đường. Trong một số trường hợp còn cần bố trí lớp đáy móng (capping layer) bằng vật liệu có cường độ cao và ổn định đối với nước thay cho, Ebd ) lớp đất thông thường để tăng khả năng chống biến dạng của nền đất.
Đối với đường ô tô cấp cao và đường cao tốc có lưu lượng xe lớn, nhiều xe tải nặng và xe container lưu thông nhưng kết cấu lớp móng vẫn được thiết kế theo truyền thống là lớp móng trên bằng vật liệu cấp phối đá dăm loại 1 và lớp móng dưới bằng vật liệu cấp phối đá dăm loại 2 là không hợp lý. Đó là về phần thiết kế cấu tạo lớp móng như vậy là chưa hợp lý đối với đường cấp cao; còn về phần tính toán chiều dày các lớp móng dựa theo cường độ chung Ech của toàn bộ kết cấu áo đường thì trên các tuyến đường BTN có xuất hiện các vệt hằn lún bánh xe với diện rộng và sâu như kết quả điều tra cho thấy phần nhiều là do việc dự báo lưu lượng xe thiết kế và phần trăm xe tải nặng, xe container không chính xác, do đó chiều dày các lớp vật liệu lớp móng không đủ chiều dày vì trong thực tế điều kiện giao thông hoàn toàn khác với các giả thiết khi lập dự án.
Theo nghiên cứu của luận văn, tiêu chuẩn thiết kế kết cấu mặt đường mềm hiện hành 22 TCN211-06 và Văn bản 858/QĐ-BGTVT vẫn chưa giải quyết hết được các vấn đề ở khâu lựa chọn thiết kế kết cấu nền–áo đường.
- Chưa phân loại các đoạn đường bê tông nhựa có điều kiện khai thác đặc biệt: tải trọng nặng, tốc độ chậm, nhiệt độ cao, lưu lượng lớn để có các yêu cầu đặc biệt tới cường độ và độ ổn định của bê tông nhựa. Đảm bảo bê tông nhựa có đủ khả năng chịu cắt trượt, hạn chế được việc HLVBX;
- Chưa đưa ra được cường độ yêu cầu của bê tông nhựa khi chịu cắt trượt ở nhiệt độ cao.
- Chưa giải quyết cụ thể bài toán kiểm toán khả năng chịu cắt của mặt đường bê tông nhựa dưới tác dụng của tải trọng có áp lực thẳng đứng lớn khi nhiệt độ mặt đường bê tông nhựa cao.
3.2.2. Thiết kế lựa chọn thành phần hỗn hợp bê tông nhựa chưa phù hợp
Hỗn hợp bê tông nhựa với các quy định chặt chẽ về thành phần cấp phối hạt (đá dăm, cát, bột khoáng...) có tỷ lệ cấp phối xác định, được sấy nóng, sau đó được trộn với nhựa đường theo tỷ lệ xác định qua thiết kế, tất cả các khâu này được thực hiện qua trạm trộn.
3.2.2.1. Thành phần bột khoáng
- Thành phần cấp phối đã được nghiên cứu và điều chỉnh thông qua TCVN 8819- 2011và QĐ 858/QĐ-BGTVT, ngày 26 tháng 03 năm 2014 của Bộ GTVT.
- Trong thành phần bê tông nhựa bột khoáng có vai trò rất quan trọng. Bột khoáng có tỷ diện rất lớn vào khoảng 250-300m2/kg nó có lực tương tác mạnh với nhựa, biến nhựa vốn ở trạng thái khối, giọt thành trạng thái màng mỏng, bao bọc các hạt khoáng vật. Bột khoáng có tác dụng như một chất phụ gia làm cho nhựa tăng thêm độ nhớt, tăng thêm khả năng dính kết, tăng tính ổn định nhiệt. Chính bột khoáng cùng với nhựa đã làm thành một chất liên kết có những tính chất hơn hẳn tính chất của nhựa đơn độc để kết dính các cốt liệu khoáng vật trong bê tông nhựa và chất kết dính này được gọi là chất liên kết asphalt. Ngoài ra, bột khoáng còn đóng vai trò của các hạt mịn, dùng để lấp các lỗ rỗng còn lại của sườn cốt liệu sau khi được cát lấp lỗ rỗng.
Như vậy, bê tông nhựa là một vật liệu xây dựng có cấu trúc thuộc loại cuội kết nhân tạo, trong đó có các cốt liệu khoáng vật được kết dính với nhau nhờ chất liên kết asphalt.
Như vậy, bột khoáng và cấu trúc hạt trong thành phần bê tông nhựa tốt sẽ tăng được khả năng ổn định nhiệt của asphalt làm mặt đường.
Theo quy định hiện hành (TCVN 8819-2011), bột khoáng phải được nghiền từ đá gốc có cường độ ≥20Mpa, có thành phần hạt nhất định.
Trong thành phần bê tông nhựa, bột khoáng là loại vật liệu quan trọng và giá thành cao.
Trong quá trình sản xuất, nếu không khống chế được thành phần này thì cường độ và độ ổn định của bê tông nhựa sẽ giảm.
Việc cho phép thu hồi bột khoáng là theo Quyết định số 858/QĐ-BGTVT, ngày 26 tháng 03 năm 2014 của Bộ GTVT về việc “Về việc ban hành hướng dẫn áp dụng hệ thống các tiêu chuẩn kỹ thuật hiện hành nhằm tăng cường quản lý chất lượng thiết kế và thi công mặt đường bê tông nhựa nóng đối với các tuyến đường ô tô có quy mô giao thông lớn”. Theo quyết định này, (mục 3.3.4.2), nếu bột khoáng thu hồi từ trạm trộn đạt được các chỉ tiêu quy định ở bảng 7 TCVN 8819:2011 thì được tận dụng một phần thay thế cho bột khoáng nghiền, nhưng mỗi mẻ trộn lượng bột khoáng tận dụng này không được quá 25% tổng lượng bột khoáng trong hỗn hợp BTN thiết kế.
Hình 3.2. Sơ đồ làm việc của trạm trộn bê tông nhựa nóng
Tuy nhiên việc tận dụng này trong thực tế rất khó kiểm soát (hình 3.2), bột khoáng thu hồi trong nhiều trường hợp không đảm bảo yêu cầu, thậm chí lẫn nhiều đất, chất hữu cơ từ vật liệu đá sau khi sấy.
Các kết quả nghiên cứu thực nghiệm trong phòng đã chỉ ra rằng, nếu không khống chế và kiểm tra tốt kết quả thí nghiệm độ sau hằn bánh xe (phương pháp HWTD-Hamburg Wheel Tracking Device theo TCVN 8819-2011) sẽ bị suy giảm đáng kể.
Sơ đồ làm việc chung của trạm trộn bê tông nhựa đã chỉ rõ điều đó (hình 3.2).
Nhận xét: Từ các phân tích trên, có thể thấy rằng hàm lượng bột khoáng, tính chất
bột khoáng nếu không khống chế, kiểm soát tốt ở khâu sản xuất bê tông nhựa sẽ là một yếu tố nguy hiểm ảnh hưởng đến chất lượng bê tông nhựa, làm giảm khả năng ổn định nhiệt và sẽ là một yếu tố quan trong gây hằn lún vệt bánh xe.
3.2.2.2. Ảnh hưởng của việc sử dụng cát tự nhiên
Thông thường các đơn vị thi công theo kinh nghiệm cũ để thi công cho dễ và giảm giá thành đã sử dụng cát tự nhiên để chế tạo bê tông nhựa. Tuy nhiên qua một số thí nghiệm, phòng thí nghiệm nhận thấy việc sử dụng cát tự nhiên làm cho khả năng kháng vệt hằn của bê tông nhựa giảm xuống. Đặc biệt nếu sử dụng cát tự nhiên với liều lượng >15% các mẫu thí nghiệm này đều không đạt chỉ tiêu vệt hằn bánh xe.
Biểu đồ 3.1. Kết quả thí nghiệm hằn lún đối với cấp phối không sử dụng cát tự nhiên
Biểu đồ 3.2. Kết quả thí nghiệm hằn lún đối với cấp phối sử dụng 10% cát tự nhiên
3.2.2.3. Ảnh hưởng của thành phần cấp phối hạt
- Thành phần hạt theo đường bao cấp phối hạt theo TCVN 8819-2011. + Bê tông nhựa C19 tỉ lệ mẫu đạt khoảng 50%.