1. 6 Giới thiệu kết quả nghiờn cứu về cụng nghệ và vật liệu trong bảo dưỡng sửa chữa đường thuộc chương trỡnh SHRP
1.6. 1 Kết quả nghiờn cứu của SHRP về cụng nghệ bảo dưỡng phũng ngừa cho mặt đường bờ tụng nhựa
xi măng) của SHRP là cơ sở để xem xột khả năng ứng dụng, bao gồm cỏc bỏo cỏo nghiờn cứu cuối cựng:
- Qui trỡnh đỏnh giỏ giải phỏp bảo dưỡng sửa chữa bảo dưỡng mặt đường: bỏo cỏo nghiờn cứu SHRP-H-322;
- Hướng dẫn thực hiện sửa chữa mặt đường nhựa : bỏo cỏo nghiờn cứu SHRP-H-348;
- Nghiờn cứu và thử nghiệm vật liệu mới và cụng nghệ trỏm - vỏ vết nứt trờn mặt đường bờ tụng nhựa: bỏo cỏo nghiờn cứu SHRP -H-354;
- Nghiờn cứu và thử nghiệm vật liệu mới và cụng nghệ vỏ ổ gà trờn mặt đường bờ tụng nhựa: bỏo cỏo nghiờn cứu SHRP -H-353;
- Hướng dẫn thực hiện sửa chữa mặt đường bờ tụng xi măng: bỏo cỏo SHRP - H-349);
- Nghiờn cứu về vật liệu mới sửa chữa hư hỏng mối nối và vết nứt trờn mặt đường bờ tụng xi măng: bỏo cỏo nghiờn cứu SHRP -H-355;
- Nghiờn cứu về vật liệu mới và cụng nghệ sửa chữa cỏc vết nứt vỡ cục bộ trờn tấm mặt đường bờ tụng xi măng: bỏo cỏo nghiờn cứu SHRP -H-356.
1.6.1 - Kết quả nghiờn cứu của SHRP về cụng nghệ bảo dưỡng phũng ngừa cho mặt đường bờ tụng nhựa tụng nhựa
Cỏc hỡnh thức bảo dưỡng phũng ngừa cho mặt đường bờ tụng nhựa bao gồm:
- Lỏng bịt vết nứt trờn mặt đường bờ tụng nhựa
- Vỏ ổ gà trờn mặt đường nhựa sử dụng vật liệu mới
Lỏng trỏm vết nứt trờn mặt đường bờ tụng nhựa
Lỏng trỏm vết nứt được nghiờn cứu thử nghiệm trờn 5 hiện trường, sử dụng 15 loại vật liệu với 8 phương phỏp thi cụng, cho vết nứt ngang và vết nứt dọc. Khỏi niệm lỏng trỏm vết nứt bao gồm:
- Lỏng vết nứt (crack-sealing): sử dụng vật liệu đặc biệt để trỏm bịt vết nứt đang hoạt động (vết nứt rộng hơn 2.5 mm, cú thể tạo lỳn khụng đều giữa hai mộp vết nứt) bằng cỏch đổ vật liệu vào trong vết nứt hay lờn trờn vết nứt để trỏnh nước thấm qua vết nứt.
- Bịt vết nứt (crack-filling): vật liệu đặc biệt được phun lấp đầy vết nứt “khụng hoạt động” (là vết nứt cú chiều rộng nhỏ hơn 2.5 mm, khụng cú lỳn khụng đều giữa hai mộp vết nứt) để giảm nước ngấm xuống và gia cường kết nối vết nứt.
Cỏc hiện trường thớ nghiệm gồm: khụ - khụng lạnh; khụ - lạnh; ẩm - khụng lạnh; ẩm - lạnh (khụng lạnh - nghĩa là khụng cú đúng băng).
Cỏc phương phỏp thi cụng:
Bao gồm 8 phương phỏp thi cụng sửa chữa lỏng trỏm vết nứt trờn mặt đường bờ tụng nhựa (cỏc kiểu sửa chữa ký hiệu từ A đến H) thể hiện ở Hỡnh 1.6.
- Kiểu A: Đục sõu trung bỡnh và lấp bằng mặt đường.
- Kiểu B: Đục sõu trung bỡnh, lấp đầy và trỏm theo dạng băng.
- Kiểu C: Đục nụng và trỏm theo dạng băng.
- Kiểu D: Trỏm theo dạng băng đơn giản.
- Kiểu E: Đục sõu vết nứt và trỏm với thanh trũn gia cố.
- Kiểu F: Đục nụng và trỏm với thanh vuụng gia cố.
- Kiểu G: Phun bịt vết nứt bằng bề mặt .
- Kiểu H: Phun bịt vết nứt, trỏm vồng.
Kiểu A Kiểu B Kiểu C Kiểu D
Kiểu E Kiểu F Kiểu G Kiểu H
Hỡnh 1.6 - Cỏc phương phỏp thực hiện lỏng - trỏm vết nứt trờn mặt đường nhựa
Cỏc loại vật liệu sử dụng trong thử nghiệm với mặt đường bờ tụng nhựa.
Cỏc vật liệu sử dụng trong thử nghiệm núi chung được chia thành hai nhúm chớnh:
- Cỏc vật liệu nhiệt dẻo, thi cụng theo phương phỏp núng và nguội.
- Cỏc vật liệu hoỏ nhiệt.
Vật liệu nhiệt dẻo thi cụng núng: là vật liệu hoỏ mềm khi núng và hoỏ cứng khi nguội mà khụng cú thay đổi về thành phần hoỏ học. Tớnh chất của cỏc loại vật liệu này phụ thuộc vào nhiệt
độ và ảnh hưởng nhiều của quỏ trỡnh hoỏ già khi khai thỏc. Cỏc vật liệu mới dạng này đều là vật liệu cú phụ gia như polyme, cao su lưu hoỏ, polyme dạng sợi.
Vật liệu nhiệt dẻo thi cụng nguội là vật liệu mà quỏ trỡnh hỡnh thành cường độ chớnh là quỏ trỡnh bay hơi dung mụi (với nhựa lỏng) hoặc nước (với nhũ tương) vào trong khụng khớ. Cỏc vật liệu dạng này sử dụng trong nghiờn cứu đều cú sử dụng phụ gia, tương tự cũng là polyme hoặc cao su.
Vật liệu hoỏ nhiệt ninh kết bằng phương phỏp hoỏ học, nghĩa là vật liệu chuyển trạng thỏi từ lỏng sang rắn nhờ cỏc phản ứng hoỏ học. Cỏc đặc tớnh cơ bản của loại võt liệu này là khả năng chống lại ảnh hưởng của khớ hậu, khả năng đàn hồi và linh động cả ở nhiệt độ cao và nhiệt độ thấp. Vật liệu hoỏ nhiệt ớt được sử dụng cho mặt đường bờ tụng nhựa vỡ tớnh khụng tương thớch. Trong sửa chữa mặt đường núi chung cũng ớt được sử dụng do giỏ thành cao. Hiện cũng đang cú nghiờn cứu về loại vật liệu hoỏ nhiệt sử dụng cho mặt đường bờ tụng nhựa mở đầu cho khả năng sử dụng vật liệu hoỏ nhiệt cho mặt đường bờ tụng nhựa. Silicon là một điển hỡnh của loại vật liệu này.
Cỏc loại vật liệu sử dụng cho nghiờn cứu thử nghiệm lỏng mặt đường bờ tụng nhựa bao gồm: 1) Nhựa đường phụ gia cao su lưu hoỏ (Rubberized Asphalt)
Nhựa đường cao su lưu hoỏ là sản phẩm được dựng để xử lý cỏc vết nứt, đặc biệt là vết nứt ngang mặt đường. Nhiệt độ thi cụng từ 199 đến 2100C. Cỏc nghiờn cứu thực nghiệm trờn cỏc vết nứt mặt đường được thực hiện với cả 4 phương phỏp A, B, C, D như mụ tả ở trờn cho kết quả khả quan.
2) Nhựa đường phụ gia cao su lưu hoỏ cải tiến
Cú ba loại vật liệu dạng nhựa đường cải tiến là Crafco RS 515, Koch 9030, và Meadows-XLM. Nhiệt độ thi cụng cho vật liệu XLM từ 177 đến 1880C và hai loại cũn lại từ 193 đến 2040C. Thời gian kiểm soỏt hạn chế giao thụng được ỏp dụng cho thử nghiệm thực tế là 40 - 60 phỳt, tuy nhiờn kết qủa nghiờn cứu cho thấy thời gian này chỉ cần 15 - 20 phỳt.
3) Nhựa đường cú phụ gia dạng sợi
Hai loại phụ gia dạng sợi là Kapejo Polyester Fiber (BoniFibers) và Hercules Polypropylene Fibers (Fiber Pave 3010) trộn với nhựa đường. Nghiờn cứu thử nghiệm đó được tiến hành bằng cỏch dựng hỗn hợp sợi Polyester trộn với nhựa AC-20 lỏng trỏm vết nứt ngang và hỗn hợp sợi Polypropyelene và nhựa AC 85-100 lỏng trỏm vết nứt dọc. Khú khăn về cụng nghệ thi cụng dựng vật liệu này là việc đảm bảo nhiệt độ thi cụng để hỗn hợp khụng phõn tầng và việc duy trỡ phun nhựa đều đặn.
4) Vật liệu Silicon tự đầm
5) Nhựa đường phụ gia cao su: Là hỗn hợp nhựa đường trộn với cao su lưu hoỏ ở nhiệt độ cao. Nhiệt độ thi cụng từ 177 - 1990
C
6) Nhũ tương cú phụ gia: Loại sản phẩm cú tờn Witco CRF. Thi cụng ở nhiệt độ khụng khớ, dựng để bịt kớn cỏc vết nứt.
Nghiờn cứu trong phũng thớ nghiệm trong phũng đối với cỏc loại vật liệu
Cỏc thớ nghiệm nghiờn cứu trong phũng thuộc chương trỡnh nghiờn cứu SHRP được tiến hành theo hai giai đoạn:
1) Giai đoạn 1:
Cỏc thớ nghiệm cơ bản kiểm tra chất lượng vật liệu tuõn theo cỏc thụng số do nhà cung cấp đưa ra. Cỏc thớ nghiệm và kết quả thớ nghiệm của cỏc thụng số ban đầu trong giai đoạn này được thể hiện trong Bảng 1.12 và Bảng 1.13
Loại vật liệu Tiờu chuẩn thớ nghiệm
Nhựa đường phụ gia cao su lưu hoỏ ASTM D3407 và D70
Nhựa đường phụ gia cao su lưu húa cải tiến ASTM D3407 và D70, cú cải tiến
Silicon tự đầm ASTM C603, C679, D412, D1475 và D2240
Nhựa đường phụ gia cao su ASTM D5078 và D70
Nhựa đường cú phụ gia dạng sợi ASTM D1577, D3939, D2256, và D882
Nhũ tương ASTM D244
Bảng 1.13 - Cỏc kết quả thớ nghiệm thụng số ban đầu - thớ nghiệm giai đoạn 1
Thớ nghiệm Quy định của D3405 Hi-Spec Quy định của D3405 cải tiến RS 515 9030 XLM Độ kim lỳn (250 C), dmm - thiết bị cụn 90 62.6 60 đến 180 75.5 114.5 148.0 Độ chảy, mm (250 C) 3 0 5 1.0 0.0 2.5 Độ dớnh, mở rộng 50% (-200F) 3 chu kỳ Đạt Độ dớnh, mở rộng 100% (-200F) 3 chu kỳ Đạt Đạt Đạt % đàn hồi (250 C) 60 63.7 35 38.3 83.7 16.0 Khả năng đầm Khụng hỏng Đạt Khụng hỏng Đạt Đạt Đạt 2) Giai đoạn 2:
Thớ nghiệm cỏc đặc tớnh sử dụng của vật liệu. Cỏc tớnh chất thử nghiệm và tiờu chuẩn tham chiếu của giai đoạn thớ nghiệm này thể hiện trong Bảng 1.14.
Bảng 1.14 - Cỏc thớ nghiệm đặc tớnh sử dụng của vật liệu Thớ nghiệm Tiờu chuẩn
tham chiếu Tớnh chất Chuẩn thớ nghiệm Độ kim lỳn (00 F) ASTM D3407 Độ linh động ở nhiệt độ thấp Tiến hành ở 00F Nhiệt độ hoỏ mềm ASTM D36 Khả năng ổn
định ở nhiệt độ cao
Uốn nguội Utah D133 Độ gắn kết Tiến hành ở 00F Độ kộo dài ASTM D36 và
Utah Test
Độ linh động Thớ nghiệm kộo dài ở 39.20F Độ dớnh bỏm kộo - Khối BTXM - Khối BTN khụ - Khối BTN ngõm nước ASTM D3583 Độ dớnh kết/gắn kết
Thớ nghiệm tiờu chuẩn sử dụng cỏc khối BTXM. Với BTN, sử dụng khối BTN ngõm nước hoặc khụng ngõm nước
Thớ nghiệm Tiờu chuẩn tham chiếu Tớnh chất Chuẩn thớ nghiệm Mụ đun - 75đ ộ F - 39 độ F - 0 độ F
ASTM D412 Độ linh động Tiến hành với tốc độ riờng 2in/phỳt thay cho 20 in/phỳt. Cỏc thớ nghiệm tiến hành với 750F, 39 0F, 0 0F.
Mụ đun sau 504 giờ để phong húa tự nhiờn ASTM D412 và ASTM G23 Độ bền/ độ linh động
Tiến hành tại 750F chỉ với silicon, nhựa đường cải thiện cao su sau cỏc chu kỳ phong hoỏ tự nhiờn
Độ mài mũn ASTM D3910 Độ bền Thớ nghiệm dớnh bỏm tiờu chuẩn ASTM D3407 Độ dớnh kết/gắn kết Cỏc khối BTXM và vật liệu gắn kết được mụ phỏng theo đỳng dạng sử dụng. Cỏc mẫu chịu kộo gión 100% ở nhiệt độ 200F và nộn lại theo đỳng dạng ban đầu
Cụng nghệ thi cụng và cỏc thiết bị - dụng cụ chủ yếu.
Cụng nghệ thi cụng tuỳ thuộc vào mỗi loại hỡnh lỏng - vỏ sử dụng, bao gồm cú thể khụng đầy đủ cỏc bước sau đõy:
1. Chuẩn bị mặt bằng, chuẩn bị cỏc thiết bị điều khiển và đảm bảo an toàn giao thụng. Bước thực hiện này cũng giống như khi tiến hành cỏc hoạt động bảo dưỡng mặt đường thụng thường khỏc.
2. Cắt vết nứt, với yờu cầu thực hiện là vết nứt được cắt vuụng thành và cắt theo đỳng tim của đường nứt. Thiết bị sử dụng dạng cú lưỡi cưa hoặc lưỡi bào cú mụ tơ đẩy và cú hệ thống tự điều chỉnh chiều sõu cắt cho phự hợp.
3. Làm sạch và làm khụ vết nứt bằng một số thiết bị như:
- Thiết bị thổi khớ nộn ỏp lực cao với ỏp lực khớ nộn đến 620 kPa để tạo luồng khớ 4.3 m3 / phỳt;
- Thiết bị thổi khớ núng, với tỏc dụng khụng chỉ làm sạch và làm khụ vết nứt mà cũn cú tỏc dụng làm núng thành của vết nứt. Thiết bị này cung cấp một luồng khớ núng mà khụng tạo lửa ở đầu phun.
- Thiết bị thổi cỏt để làm khụ vết nứt, với ỏp lực nộn đến 690 kPa . Thiết bị này thường sử dụng phối hợp với thiết bị thổi khớ để làm sạch.
- Chổi quột điều khiển cơ học. 4. Đặt thanh gia cố
5. Trỏm - bịt vết nứt, với nhiệt độ phự hợp với mỗi loại vật liệu. Vớ dụ, vật liệu nhiệt dẻo thi cụng núng thỡ nhiệt độ thi cụng cần đến 188 - 2000C, cũn với thi cụng nguội thỡ cú thể làm ở nhiệt độ khụng khớ hoặc cú thể đun núng đến nhiệt độ 52 - 660
C. Một số hỡnh ảnh về thiết bị sử dụng trong hỡnh 1.7.
A. Thiết bị cắt dạng lưỡi cưa B. Thiết bị cắt dạng bào xoay
C. Thiết bị thổi khớ nộn núng D. Thiết bị thổi cỏt Hỡnh 1.7 - Một số thiết bị sử dụng
Kết quả cụng tỏc theo dừi, đỏnh giỏ
Cỏc hiện trường thử nghiệm vật liệu mới vỏ vết nứt được theo dừi thường xuyờn theo cỏc giới hạn thời gian: 1 thỏng, 3 thỏng, 9 thỏng, 12 thỏng và 18 thỏng. Việc theo dừi dựa trờn việc phỏt triển của cỏc vết nứt đó được vỏ. Cỏc yếu tố về mụi trường, điều kiện nền đường, điều kiện giao thụng cũng được phối hợp xem xột trong cỏc theo dừi này. Cỏc đặc trưng phỏt triển vết nứt được theo dừi bao gồm:
1. Hư hỏng (mũn, vỡ vụn, bong bật) vật liệu vỏ
2. Vật liệu vỏ bị dàn mỏng (do vết nứt phỏt triển rộng) 3. Vết vỏ bị nứt rộng ra bờn cạnh
4. Mất mỏt dớnh bỏm (giữa vật liệu vỏ và mộp vết vỏ) 5. Mất mỏt dớnh kết (giữa 2 mộp vết vỏ)
6. Sủi bọt tại vết vỏ 7. Hư hỏng mộp vết vỏ
Cỏc chỉ tiờu được dựng để đỏnh giỏ bao gồm:
1. Độ giảm chiều dày của vết vỏ dạng dải trờn vết nứt (%) (dựng cho dạng sửa chữa B, C, D)
2. % vết vỏ bị mất mỏt dớnh bỏm (dựng cho dạng sửa chữa E,F) 3. % vết vỏ hư hỏng hoàn toàn (dựng cho dạng sửa chữa A,D,H)
4. Dạng sửa chữa G được đỏnh giỏ theo mức độ hư hỏng: ớt, trung bỡnh và nhiều.
Cỏc dạng hư hỏng được quan sỏt theo mức độ phỏt triển qua cỏc lần thị sỏt theo cỏc khoảng thời gian định kỳ, để đỏnh giỏ về mức độ phự hợp của vật liệu trong cỏc điều kiện khỏc nhau, dự kiến tuổi thọ của mỗi loại vật liệu sử dụng.
Cỏc kết quả cơ bản của nghiờn cứu thử nghiệm vật liệu vỏ vết nứt trờn mặt đường bờ tụng nhựa của SHRP
Cỏc kết quả đỏnh giỏ thu được qua nghiờn cứu thử nghiệm cỏc vật liệu mới và phương phỏp thực hiện cỏc vết vỏ trờn hiện trường:
1) Đỏnh giỏ chung
- Hầu hết cỏc vết vỏ thực hiện đều thể hiện được đặc trưng sử dụng tốt sau 18 thỏng phục vụ. Trong 82 vết vỏ, cú 64 vết vỏ thể hiện hư hỏng toàn bộ <10% và 73 vết vỏ thể hiện hư hỏng <20%.
- Hầu hết cỏc mối quan hệ giữa cỏc thụng số thử nghiệm trong phũng và hiện trường tương đương đều cú mối quan hệ khụng chặt chẽ. Cỏc mối quan hệ chặt chẽ nhất là quan hệ giữa độ kộo dài và mất mỏt dớnh kết và quan hệ giữa độ kim lỳn (sử dụng thiết bị hỡnh cụn) và % giảm chiều dày vệt vỏ hỡnh dải.
- Đặc trưng vỏ vệt nứt ngang, được đỏnh giỏ theo mất mỏt dớnh kết, hư hỏng mộp vết vỏ và hư hỏng chung thể hiện làm kộm hơn ở vị trớ vệt bỏnh xe so với tại tim hay mộp đường. Điều này khụng hoàn toàn đỳng đối với chỉ tiờu mất mỏt độ dớnh bỏm.
2) Đánh giá về vật liệu
- Vật liệu silicon tự đầm Dow Corning 890-SL nên đ-ợc sử dụng cho các vết nứt không sâu
hơn 6.4 mm để bánh xe không kéo vật liệu láng ra khỏi vết nứt trong quá trình phân tách hình thành c-ờng độ
- Nhựa đ-ờng cao su l-u hoá mô đun thấp có định mức sử dụng vật liệu cao hơn để láng vệt
nứt theo dạng dải hơn so với vật liệu nhựa đ-ờng cao su l-u hoá tiêu chuẩn. Vì vậy, việc sử dụng dải vá mỏng hơn th-ờng cho kết quả mất mát dính bám và dính kết ít nhiều hơn đối với các vết nứt chịu di động lớn.
- Nhựa đ-ờng dạng nhũ t-ơng thể hiện tác dụng tốt khi lấp đầy vết nứt ít bị di động. Rải cát sau khi láng nhũ t-ơng vào vết nứt là ph-ơng pháp tốt, đặc biệt đối với vết nứt rộng để tránh lún tạo rãnh hoặc kéo vật liệu ra khỏi vết nứt do tác dụng của bánh xe trong quá trình nhũ t-ơng phân tách
- Nhựa đ-ờng cao su l-u hoá đ-ợc sử dụng vá vết nứt d-ới dạng dải băng không thể hiện đặc tr-ng sử dụng dài hạn tốt trong các vết nứt chịu di động lớn (>1.3 mm). Ngoài ra, vật liệu có phụ gia cao su còn yêu cầu định mức vật liệu cao hơn mà không có tác dụng đến tuổi