- Khi thiết kế kết cấu mặt đường tại những khu vực như nút giao thông, cần xem xét phạm vi khoảng 250 feet (75 m) từ tâm nút trở ra phải có biện
4.2.2. Giải pháp thiết kế lựa chọn lớp mặt BTN
Lớp mặt BTN cần có cường độ chống cắt trượt cao đảm bảo không bị phá hoại lún vệt bánh và xô trượt. Các loại BTN có khả năng chống biến dạng không hồi phục tốt như SMA, BTNP sử dụng nhựa polyme là những lựa chọn hàng đầu cho lớp trên mặt đường.
Cường độ chống cắt trượt của vật liệu BTN xác định bằng công thức quen thuộc:
τ = c + σ . tanϕ
Trong đ ó :
τ: Là cường độ chống cắt – trượt. c: Là lực dính đơn vị.
σ: Là ứng suất pháp tác dụng.
ϕ: Là góc nội ma sát của vật liệu.
Để tăng góc nội ma sát của BTN cần chọn được cấp phối hợp lý, vật liệu xù xì độ góc cạnh lớn. Để tăng lực dính c cần lựa chọn loại nhựa có độ quánh cao, lựa chọn loại và hàm lượng bột khoáng hợp lý. Để tăng lực dính c còn có thể tăng hàm lượng nhựa, tuy nhiên điều này sẽ dẫn đến nguy cơ biến dạng dẻo của BTN tăng lên.
Tổng hợp các giải pháp tăng khả năng chống lại biến dạng không hồi phục dạng lún vệt bánh và xô trượt của lớp mặt BTN là:
4.2.2.1. Chọn hàm lượng nhựa thấp
Hàm lượng nhựa trong hỗn hợp cao đảm bảo vật liệu có khả năng chống mỏi tốt làm tăng tuổi thọ mỏi của vật liệu. Tuy nhiên nếu hàm lượng nhựa cao sẽ dẫn đến lớp BTN dễ bị lún và xô trượt khi nhiệt độ cao. Cần phải xác định hàm lượng nhựa tối ưu đảm bảo tuổi thọ mỏi và khả năng chống biến dạng không hồi phục của vật liệu.
Hàm lượng đá dăm trong BTN có ảnh hưởng lớn đến cường độ, độ ổn định nhiệt và độ nhám của BTN. Cần thiết phải bổ sung cách phân loại BTN theo hàm lượng đá dăm vào 89
tiêu chuẩn quốc gia TCVN 8819:2011 như cách phân loại đã đề cập trong tiêu chuẩn ngành 22TCN 249:1998 trước đây, để thống nhất lại khái niệm “bê tông nhựa nhiều đá dăm”.
4.2.2.2. Chọn cấp phối thô hơn
Cấp phối mịn, hàm lượng hạt nhỏ nhiều dẫn đến vật liệu có khả năng chống biến dạng không hồi phục kém. Lớp BTN phía trên nên có cỡ hạt danh định Dmax≥12,5mm ;
4.2.2.3. Chọn vật liệu góc cạnh và bề mặt xù xì
Để đảm bảo chèn móc giữa các hạt cốt liệu với nhau cần chọn loại cốt liệu, nhất là cốt liệu mịn có độ góc cạnh cao, bề mặt hạt xù xì thô ráp. Cần chọn loại cát xay thay thế cát tự nhiên để tăng đặc tính bề mặt của cốt liệu;
4.2.2.4. Tăng độ rỗng dư Va
Hỗn hợp có độ rỗng cốt liệu thấp (VMA) và nhiều chất liên kết sẽ dẫn đến Va thấp làm giảm khả năng chống lại biến dạng không hồi phục. Tuy nhiên nếu độ rỗng quá lớn sẽ dẫn đến vật liệu bị đầm nén thứ cấp do tải trọng xe và cũng gây lún vệt bánh. Theo các kinh nghiệm nước ngoài cần thiết kế hỗn hợp có độ rỗng dư Va = 4-7%.
Tùy theo độ rỗng dư thiết kế, độ rỗng cốt liệu % của 3 loại BTNC thô cần bảo đảm không nhỏ hơn yêu cầu ở bảng 4.1 dưới đây:
Bảng 4.1. Yêu cầu về độ rỗng cốt liệu, %
Độ rỗng dư thiết kế (%) Loại BTNC thô có cỡ hạt lớn nhất danh định, mm
Độ rỗng cốt liệu yêu cầu
4% 12,5 ≥13,5 19,0 ≥13,0 25,0 ≥12,0 5% 12,5 ≥14,5 19,0 ≥14,0 25,0 ≥13,0 6% 12,5 ≥15,5 19,0 ≥15,0 25,0 ≥14,0
- Độ rỗng lấp đầy nhựa tính theo độ rỗng cốt liệu và độ rỗng dư thiết kế yêu cầu nằm trong khoảng 65~75% đối với BTNC 12,5 và BTNC 19 và yêu cầu nằm trong khoảng 55-70% đối với BTNC 25.
- Cần phải thí nghiệm vệt hằn bánh xe đối với BTNC 12,5 và BTNC 19, không yêu cầu thí nghiệm vệt hằn bánh xe với BTNC 25.
4.2.2.5. Hàm lượng bột khoáng
Tăng hợp lý hàm lượng bột khoáng sẽ làm cốt liệu có độ cứng cao hơn. Tuy nhiên nếu lượng bột khoáng quá nhiều, lượng nhựa ít dẫn đến màng nhựa bao bọc cốt liệu mỏng làm vật liệu nhanh lão hoá. Cần lựa chọn hàm lượng bột khoáng và nhựa hợp lý đảm bảo chiều dày màng nhựa tối ưu;
Bột khoáng trong hỗn hợp bê tông nhựa tuy có hàm lượng rất nhỏ, nhưng có ý nghĩa lớn đối với tính ổn định ở nhiệt độ cao của hỗn hợp. Bột khoáng có độ mịn tốt và cón tính hoạt hóa tốt sẽ có khả năng cải thiện tính ổn định nhiệt độ của hỗn hợp tốt hơn.
Về việc lựa chọn vật liệu bột khoáng dùng cho bê tông nhựa (BTN), nhất thiết cần dùng loại bột khoáng được nghiền từ đá vôi (như chỉ dẫn ở điều 5.3.1 của TCVN
8819:2011), là loại bột khoáng có hàm lượng CaCO3 và MgCO3 cao (tối thiểu 95%), cần loại bỏ hàm lượng bột mịn (lọt sàng 0.075) trong cát nghiền và tuyệt đối không sử dụng thành phần bột mịn thu được khi thu bụi từ trạm trộn BTN. Đây là những loại bột mịn có hàm lượng CaCO3 và MgCO3 thấp (đặc biệt từ khu vực Quảng Bình trở vào miền Trung, Tây Nguyên và miền Nam). Thành phần bột mịn này không có những hấp phụ về mặt hóa học khi tiếp xúc với nhựa đường, làm cho BTN kém ổn định cả về nhiệt và nước. Vấn đề này đã được kiểm chứng trong cả các nghiên cứu trong phòng lẫn ở hiện trường và thực tiễn khai thác đường trên 3 miền trong cả nước. Theo kết quả nghiên cứu tính ổn định nhiệt và nước của BTN mà chúng tôi đã thực hiện, các loại BTN sử dụng bột khoáng là bột đá vôi có hàm lượng CaCO3 và MgCO3 cao trên 95% có độ ổn định Marshall ở nhiệt độ 70oC vẫn lớn hơn 8KN (điều mà các loại BTN sử dụng bột khoáng khác không thể có được).
Bảng 4.2. Các chỉ tiêu kỹ thuật của bột khoáng nghiền từ đá cacbonat
4.2.2.6. Chọn chiều dày các lớp BTN
Lựa chọn chiều dày các lớp nhựa hợp lý, chọn lớp móng gia cố xi măng hợp lý sẽ làm giảm lún vệt bánh trong kết cấu.
Tùy theo quy mô giao thông, tầng mặt BTN có thể bố trí thành 2 hoặc 3 lớp. Tổng bề dày tầng mặt BTN cần tuân thủ theo các quy định ở 2.2.9 của 22TCN211-06. Lớp mặt trên cùng của tầng mặt chỉ nên sử dụng loại BTNC 12,5. BTNC 19 sử dụng làm lớp giữa trong trường hợp tầng mặt gồm ba lớp và lớp dưới khi tầng mặt gồm 2 lớp. BTNC 25 sử dụng làm lớp dưới cùng của tầng mặt gồm 3 lớp. Thành phần cấp phối cốt liệu các loại BTNC nói trên được chỉ dẫn ở trong bảng 4.1 và bảng 4.2.
4.2.2.7. Cải thiện điều kiện liên kết giữa các lớp
Cần có các giải pháp tăng mức độ liên kết giữa các lớp trong phạm vi 10-15 cm phía trên để các lớp cùng chịu lực, chống lại tác dụng của lực ngang lớn. Các giải pháp có thể là chọn loại nhựa dính bám, tỷ lệ tưới hợp lý, tăng ma sát bề mặt lớp dưới như cày xọc, cuốc chân đinh,…