1. 6 Giới thiệu kết quả nghiờn cứu về cụng nghệ và vật liệu trong bảo dưỡng sửa chữa đường thuộc chương trỡnh SHRP
1.5.2.Vá ổgà trên mặt đ-ờng bê tông nhựa
Nghiên cứu thực nghiệm về vật liệu mới sử dụng để vá ổ gà trên mặt đ-ờng bê tông nhựa đ-ợc bắt đầu từ tháng 3/1991 với 1250 ổ gà trên các 8 hiện tr-ờng thí nghiệm đ-ợc thực hiện sử dụng các vật liệu khác nhau, quy trình thực hiện khác nhau, ở các vùng khí hậu khác nhau. Với mục đích đánh giá các vật liệu sử dụng, các quy trình thi công áp dụng, các sản phẩm sửa chữa đ-ợc theo dõi trong vòng 18 tháng về chất l-ợng sử dụng để xác định sự phối hợp tốt nhất các vật liệu của mỗi loại hình sửa chữa và công nghệ thực hiện để nâng cao hiệu quả chi phí của giải pháp này.
Kế hoạch nghiên cứu
Kế hoạch nghiên cứu thử nghiệm bao gồm việc phối hợp các loại vật liệu sử dụng, các quy trình vá tại các hiện tr-ờng thử nghiệm khác nhau đ-ợc tóm tắt trong Bảng 4.9.
Bảng 4.9. Kế hoạch nghiên cứu Loại
vết vá Vật liệu vá Loại hình công nghệ
Hiện tr-ờng thí nghiệm 1 2 3 4 5 6 7 8 A UPM - hỗn hợp nguội đặc tính cao Chèn và lu B Láng qua mép vỡ C Bán cố định D PennDOT 485 Chèn và lu E PennDOT 486 Chèn và lu
Loại
vết vá Vật liệu vá Loại hình công nghệ
Hiện tr-ờng thí nghiệm
1 2 3 4 5 6 7 8
G HFMS-2 w/Styrenlf Chèn và lu
H Perma-Patch Chèn và lu
I QPR 2000 Chèn và lu
J Vật liệu cho pp phun Ph-ơng pháp phun
K QPR 2000 Láng qua mép vỡ
L Bán cố định
M PennDOT - 485 Láng qua mép vỡ
N Bán cố định
X Vật liệu địa ph-ơng Láng bề mặt
X Vật liệu địa ph-ơng Dùng khí prôban
Điều kiện các đoạn thử nghiệm
Các điều kiện cơ bản về điều kiện tự nhiên, khí hậu cảu vùng và điều kiện giao thông trên các hiện tr-ờng thử nghiệm đ-ợc thể hiện trong Bảng 4.10.
Bảng 4.10. Các điều kiện của hiện tr-ờng thử nghiệm Hiện
tr-ờng thử nghiệm
Vùng khí hậu
Điều kiện đ-ờng L-ợng m-a
hàng năm (m) Số ngày có nhiệt độ < 00C Số làn xe L-u l-ợng (xe/ngày) 1 Khô - lạnh 2 1,000 0.36 190 2 ẩm - lạnh 4 15,000 0.96 100 3 Khô - không lạnh 2 1,700 0.36 120 4 ẩm - lạnh 2 4,500 0.81 140 5 Khô - lạnh 2 5,400 0.41 180 6 ẩm - không lạnh 2 7,500 1.02 50 7 Khô - lạnh 2 1,500 0.41 180 8 ẩm - lạnh 2 2,100 0.94 160
Các loại vật liệusử dụng trong nghiên cứu thử nghiệm
Các loại vật liệu đ-ợc sử dụng trong nghiên cứu thử nghiệm đ-ợc mô tả trong Bảng 4.11. Bảng 4.11. Các loại vật liệu sử dụng trong nghiên cứu thử nghiệm
Tên vật liệu Mô tả vật liệu
Hỗn hợp nguội đặc tính cao của UPM (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Là loại hỗn hợp bê tông nhựa nguội độc quyền do tập đoàn UPM cung cấp với loại nhựa đ-ờng đặc biệt và cốt liệu đ-ợc tập đoàn kiểm tra. Giá theo UPM là 75$/tấn, không kể phí chuyên chở
Perma-Patch Là loại hỗn hợp bê tông nhựa nguội độc quyền sử dụng nhựa đặc
biệt, chi phí 75$/tấn, kể cả phí chuyên chở
QPR 2000 Là loại hỗn hợp bê tông nhựa nguội độc quyền sử dụng nhựa đặc
một loại cho các vùng còn lại. Chi phí 75$/tấn, kể cả phí chuyên chở
PennDOT 485 Là hỗn hợp nguội tuân theo tiêu chuẩn số 485 của Bang
Pennsylvania. Chi phí 35$/tấn, kể cả phí chuyên chở
PennDOT 486 Là hỗn hợp nguội tuân theo tiêu chuẩn số 486 của Bang
Pennsylvania (tiêu chuẩn cho hỗn hợp sử dụng nhựa có phụ gia polyme dạng sợi, ở đây sử dụng sợi polyester). Chi phí 40$/tấn, kể cả phí chuyên chở
HFMS-2 (cải tiến) Là hỗn hợp nguội sử dụng nhũ t-ơng phân tách trung bình có phụ
gia Styrene Butadiene. Chi phí 60$/tấn, kể cả phí chuyên chở Vật liệu phun Bao gồm cốt liệu và nhũ t-ơng đ-ợc phối hợp trên hiện tr-ờng
theo ph-ơng pháp phun. Cốt liệu đồng kích cỡ (đá 1x2) và nhũ t-ơng ở nhiệt độ 600
C. Chi phí thiết bị bao gồm cả xe tải khoảng 100,000 $ (không có xe tải 35,000 $). Chi phí vận hành thiết bị từ 700 $ - 1,000 $/ ngày
Các vật liệu địa ph-ơng
Là loại vật liệu điển hình cho từng địa ph-ơng, là hỗn hợp bê tông nhựa rẻ tiền với cốt liệu tròn cạnh, hàm l-ợng chất dính kết nhỏ, chi phí khoảng 16$/tấn
Các thí nghiệm vật liệu đ-ợc sử dụng trong nghiên cứu thử nghiệm
1) Thí nghiệm trong phòng
Các chỉ tiêu xác định trong nghiên cứu thử nghiệm đối với hỗn hợp nguội bao gồm: - Mô đun đàn hồi tải trọng lặp (Resilient Modulus)
- Độ ổn định và độ dẻo Marshall
- Phân tích thành phần hạt
- Hàm l-ợng nhựa
- Độ kim lún (với chất dính kết thu hồi) - Độ kéo dài (với chất dính kết thu hồi)
- Nhiệt độ hoá mềm (với chất dính kết thu hồi)
- Độ linh động
- Trong l-ợng thể tích và trọng l-ợng riêng lớn nhất
- Chống bong bật
- Độ nhớt (với chất dính kết thu hồi)
Các chỉ tiêu thí nghiệm cũng giống nh- đối với hỗn hợp nóng, nh-ng cũng có các đặc điểm riêng phù hợp với hỗn hợp nguội. Mô tả tóm tắt các thí nghiệm ở Bảng 4.12.
Bảng 4.12. Các chỉ tiêu thí nghiệm cho hỗn hợp nguội sử dụng trong thử nghiệm
Chỉ tiêu thí nghiệm Tiêu chuẩn thí nghiệm Các đặc điểm riêng (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Mô đun đàn hồi tải trọng lặp ASTM D 4123 Nhiệt độ 250 C Tần số gia tải 0.33, 0.5 và 1 Hz.
Thí nghiệm sau khi mô phỏng quá trình hoá già của vật liệu sau vài tháng khai thác bằng đun nóng ở nhiệt độ 1350
C sau 1 đêm , đầm mẫu 75 chày/1 mặt
Độ ổn định và độ chảy Marshall
ASTM D 1599 Thí nghiệm sau khi mô phỏng quá
Trọng l-ợng thể tích và trọng l-ợng riêng lớn nhất
ASTM D 2041 ASTM D 2726
Chuẩn bị mẫu thí nghiệm theo ph-ơng pháp Marshall
Khả năng chống bong bật
ASTM D 1664
Độ công tác Tiêu chuẩn của Viện GT
bang Pennsylvania
Dùng thanh công tác đ-ờng kính 9.5 mm
Thí nghiệm tách nhựa ASTM D 2172
ASTM D 136 Độ nhớt với chất dính
kết thu hồi
ASTM D 2171 Chất dính kết thu hồi trải qua quá
trình mô phỏng lão hoà bằng cách đun ở nhiệt độ 600
C cho đến khi khối l-ợng không đổi.
Độ kim lún với chất dính kết thu hồi
ASTM D 5 Sau quá trình mô phỏng lão hoá nh-
trên Độ kéo dài với chất
dính kết thu hồi
ASTM D 113 Sau quá trình mô phỏng lão hoá nh-
trên Điểm hoá mềm với
chất dính kết thu hồi
ASTM D 36 Sau quá trình mô phỏng lão hoá nh-
trên Thành phần hạt bằng
ph-ơng pháp sàng
ASTM D 136 (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Một số kết quả thí nghiệm trong phòng đối với các vật liệu thử nghiệm (với 8 hiện tr-ờng thử nghiệm đánh số từ 1 đến 8) đ-ợc tóm tắt ở Bảng 4.13.
Bảng 4.13. Một số kết quả thí nghiệm chính
Các chỉ tiêu
Giá trị trung bình với loại vật liệu và hiện tr-ờng thử nghiệm
485 486 HFMS Perma QPR QPR UPM Local UPM Local
Tất cả 8 đoạn
1,2,3,6,7,8 3,6 1,2,7,8 6 6 2 2
Mô đun đàn hồi,
0.33 Hz, ksi 457 34 353 182 160 N/P 290 732 N/P N/P
Mô đun đàn hồi,
0.5 Hz,ksi 455 34 343 183 160 N/P 281 742 N/P N/P
Mô đun đàn hồi,
1 Hz, ksi 468 34 352 186 160 N/P 292 755 N/P N/P Độ ổn định Marshall, lbs 4550 2570 3680 4620 4440 3190 5080 6640 2400 822 Độ chảy Marshall, 0.01in 12.3 14.7 12.8 8.7 12.8 11.8 9.7 10.3 11 9.1 Trọng l-ợng thể tích, g/cm3 2.3 2.26 2.11 2.3 2.24 2.21 2.26 2.12 2.21 2.33 Trong l-ợng riêng lớn nhất, g/cm3 2.5 2.54 2.45 2.66 2.61 2.58 2.54 2.42 2.55 2.51
Độ rỗng d-, % 8.3 11 13.6 13.4 13.8 14.3 10.9 12.2 12.8 7.4 Chống bong bật, % +95 +95 +95 +95 +95 N/P +95 +95 N/P N/P Độ công tác 0.47 0.25 0.4 0.43 0.25 N/P 0.5 0.5 N/P N/P Hàm l-ợng nhựa, % 4.1 4.4 3.8 3.5 5.2 4.2 3.5 4.1 4.2 4 Độ nhớt, poise 311 41 30700 4070 354 693 640 3230 251 17 Độ kim lún, dmm 201 +400 34 70 268 165 196 49 229 * Độ kéo dài, cm +150 * 12 +150 +150 N/P +150 +100 N/P N/P Điểm hoá mềm, 0 C 40 30 66 56 39 44 43 53 39
Bảng 4.13. Một số kết quả thí nghiệm chính (tiếp)
Các chỉ tiêu
Giá trị trung bình với loại vật liệu và hiện tr-ờng thử nghiệm
UPM Local QPR Perma HFMS Local UPM Local UPM
3 - 7 7 4 - 5 5 5 4 4
Mô đun đàn hồi,
0.33 Hz ,ksi N/P N/P N/P N/P N/P N/P N/P N/P N/P
Mô đun đàn hồi,
0.5 Hz ,ksi N/P N/P N/P N/P N/P N/P N/P N/P N/P
Mô đun đàn hồi, 1
Hz ,ksi N/P N/P N/P N/P N/P N/P N/P N/P N/P Độ ổn định Marshall, lbs 4010 3800 2380 4120 5630 2300 4760 1760 2310 Độ chảy Marshall, 0.01in 11.8 9.8 10.7 14 15.7 11.3 14.3 12 13.3 Trọng l-ợng thể tích, g/cm3 2.16 2.26 2.25 2.28 2.24 2.22 2.19 2.13 2.21 Trong l-ợng riêng lớn nhất, g/cm3 2.3 2.44 2.6 2.57 2.46 2.52 2.49 2.47 2.59 Độ rỗng d-, % 6.1 7.4 13.4 11.4 8.9 12 12.2 13.9 14.8 Chống bong bật, % N/P N/P N/P N/P N/P N/P N/P N/P N/P Độ công tác N/P N/P N/P N/P N/P N/P N/P N/P N/P Hàm l-ợng nhựa, % 4 4.3 5.1 3.5 5 2.7 4.4 4.7 4.1 Độ nhớt, poise 290 2170 74 2832 1288 1126 517 42 69 Độ kim lún, dmm 350 69 >400 82 159 121 211 >350 >350 Độ kéo dài, cm N/P N/P N/P N/P N/P N/P N/P <86 <86 Điểm hoá mềm, 0C 36 50 >30 52 46 42 42 Ghi chú: N/P:
2) Các thí nghiệm hiện tr-ờng
Các thí nghiệm hiện tr-ờng đ-ợc bố trí thêm để theo dõi đặc tr-ng hỗn hợp bê tông nhựa nguội trong nghiên cứu thử nghiệm, đó là độ lún thí nghiệm bằng thiết bị đặc biệt (Blade Penetrometer) và sàng xoay (rolling-sieve):
- Thí nghiệm độ lún để xác định độ công tác của hỗn hợp ngoài hiện tr-ờng, dạng hình thanh đầu thuôn hình côn. Có hai loại thiết bị, một theo tiêu chuẩn của bang Pennsylvania, sử dụng hợp lý cho hỗn hợp có độ cứng lớn hơn, và một của Cục Đ-ờng bộ Liên bang (FHWA) thích hợp với hỗn hợp mịn hơn. Phạm vi đo của các thiết bị này là 0 - 4.5 tấn/ft2
- Sàng xoay theo tiêu chuẩn của Bang Ontario để đánh giá độ bền của hỗn hợp nguội đ-ợc
l-u trữ đối với hoạt động mài mòn của bánh xe. Thí nghiệm đ-ợc tiến hành đồng thời với quan trắc hiện tr-ờng để khẳng định khả năng có thể sử dụng tiêu chuẩn thí nghiệm này không. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
3) Các loại thiết bị thi công
Có một số loại thiết bị mới đ-ợc sử dụng cho xử lý vá ổ gà. Ngoài các thiết bị truyền thống, có một số loại thiết bị mới đ-ợc sử dụng. Có 3 loại đ-ợc sử dụng trong ch-ơng trình nghiên cứu, là Rosco RA-200; Durapatcher và Wildcat Roadpatcher. Hai loại đầu sử dụng cho vật liệu có từ nguồn địa ph-ơng và loại thứ 3 sử dụng cho loại vật liệu cấp từ nhà sản xuất.
- Rosco RA-200 và Durapatcher (Hình 4.4)là loại thiết bị đồng bộ bao gồm bộ phận kéo theo chở thùng đun nhựa đ-ờng dung tích 1,890 lít và hệ thống cấp liệu của cả cốt liệu và nhựa đ-ờng. Đầu phun đ-ợc nối với hệ thống cấp liệu này và đ-ợc điều khiển bằng nhân công (cầm tay).
- Wildcat Roadpatcher (Hình 4.5) là thiết bị đồng bộ từ việc l-u trữ và cấp liệu. Đầu phun đ-ợc lái xe điều khiển tự động, không cần công nhân trên đ-ờng.
Hình 4.4. Thiết bị Durapatcher
4) Các công nghệ vá ổ gà đ-ợc áp dụng
a) Ph-ơng pháp rải và đầm liên hoàn (throw-and-roll):
Là ph-ơng pháp mà sử dụng thiết bị đầm liên hoàn với bánh xe tải. Đây là ph-ơng pháp tiên tiến hơn so với ph-ơng pháp thông th-ờng do tăng năng xuất thi công. Đội thi công gồm có 2 nhân công chính và số l-ợng nhân công vừa đủ để đảm bảo an toàn giao thông. Các b-ớc thực hiện bao gồm:
- Lấp vật liệu vá vào đầy ổ gà (không làm công tác chuẩn bị, làm sạch và khô ổ gà...) - Đầm vết vá bằng chính bánh xe tải (khoảng 4-8 lần)
- Kiểm tra bề mặt, nếu thấy lún, bù phụ và lu tiếp - Di chuyển đến vị trí vá tiếp theo.
b) Ph-ơng pháp vá và láng trùm qua mép vết vá (edge sealing) :
Là ph-ơng pháp hoàn toàn giống ph-ơng pháp đầm liên hoàn, nh-ng bổ sung lớp láng rộng khoảng 10 - 15 cm trùm qua mép vết vá. Đội thi công có thể gồm 2 nhân công và l-ợng nhân công đảm bảo an toàn giao thông. Trình tự các b-ớc:
Rải vật liệu vào ổ gà (không cần làm sạch và làm khô ổ gà
Đầm bằng bánh xe tải (4 - 8 l-ợt)
Kiểm tra bề mặt, nếu lún phải bù phụ và lu lại.
Để bề mặt vết vá khô (trong khoảng 1 ngày), rải bitum dính bám quanh vết vá (rộng khoảng 102 - 152 mm)
Rải đá mạt, cát chèn
Chuyển sang vết vá tiếp theo
c) Ph-ơng pháp bán cố định (semi - permanent):
Là ph-ơng pháp có thể đảm bảo chất l-ợng vết vá, nh-ng năng xuất chậm hơn và cần số nhân công nhiều hơn (khoảng 4 ng-ời với số l-ợng nhân công đảm bảo an toàn giao thông . Các b-ớc thực hiện nh- sau:
Làm sạch các vết vá bằng khí nén, chổi,... hay một thiết bị - dụng cụ phù hợp
Đào vuông góc ổ gà
Đ-a vật liệu vào ổ gà.
Đầm bằng đầm rung, lần l-ợt từ trong ra ngoài.
Di chuyển sang vết vá tiếp tục d) Ph-ơng pháp phun (Spray Injection):
Trình tự thực hiện giống nhau khi sử dụng các loại thiết bị phun giống nhau, nh-ng khác nhau về số nhân công cần thiết. Với thiết bị có vòi phun điều khiển bằng nhân công sẽ cần 2 ng-ời, còn thiết bị có vòi phun điều khiển tự động chỉ cần một ng-ời. Các b-ớc thực hiện nh- sau:
Sử dụng khí nén thổi sạch n-ớc và bụi trong ổ gà, sử dụng hệ thống cấp cốt liệu của thiết bị phun
Phun chất dính kết tạo lớp dính bám ở đáy và thành ổ gà.
Phun cốt liệu và chất dính kết vào ổ gà đồng thời với nhau để chất dính kết bao bọc cốt liệu.
Rải một lớp cốt liệu trên bề mặt của vết vá để chống lại hằn vết bánh (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Một số b-ớc công nghệ có sự cải tiến đ-ợc áp dụng thêm nh- là: với ph-ơng pháp vá thông th-ờng có thể thêm b-ớc vá láng một lớp trên toàn bộ bề mặt 1 ngày sau khi hoàn thành vết vá; với ph-ơng pháp vá dùng thiết bị phun, có bổ sung các l-ợt đốt nóng sau khi phun dính bám đáy và thành ổ gà, và trong quá trình phun cốt liệu và chất dính kết.