CHƯƠNG 2. CÁC CÔNG NGHỆ MỚI TRONG CÔNG TÁC BẢO TRÌ SỬA CHỮA MẶT ĐƯỜNG
2.4. Công nghệ nâng cao độ nhám mặt đường bê tông nhựa
2.4.2. Một số giải pháp tăng cường độ nhám mặt đường bê tông nhựa
Trong phạm vi của đề tài này chỉ nghiên cứu với mặt đường bê tông nhựa cấp cao và đường cao tốc. Vì vậy học viên giới thiệu 3 giải pháp công nghệ tăng cường độ nhám đã và đang được sử dụng rộng rãi trên thế giới như sau:
2.4.2.1. Công nghệ lớp phủ mỏng bê tông nhựa cấp phối hở dùng nhựa đặc biệt (Very Thin Ovelay)
Mục đích
Công nghệ lớp phủ mỏng tạo nhám là lớp phủ bê tông nhựa hở, sử dụng nhựa cải thiện, có chiều dày không vượt quá 20mm.
Lớp phủ mỏng này do sử dụng cốt liệu và nhựa có chất lượng cao nên đủ khả năng chịu được những tác động của xe cộ và thời tiết, tạo được sức kháng trượt cao, tăng độ an toàn chạy xe và ngăn ngừa được nước mặt xâm nhập vào móng đường. Cấp phối cốt liệu hở nhằm tăng cường sức kháng trượt, thành phần chất kết dính đặc biệt làm tăng sức chống lão hóa và chống nứt gãy dẫn tới làm tăng chất lượng và độ bền của lớp mặt.
Yêu cầu về vật liệu
Để xây dựng được một lớp phủ mỏng cần phải dùng các viên đá kích cỡ nhỏ, đường kính danh nghĩa không nên vượt quá 10mm. Để có được độ sâu nhám 0,8mm theo phương pháp rắc cát nhằm tạo ra độ chống trượt thật tốt thì hỗn hợp cần có cấu tạo cấp phối hở.
Đường cong cấp phối cốt liệu chuẩn sử dụng chế tạo lớp phủ mỏng được khuyến nghị ở bảng 2.1 như bên dưới đây:
Bảng 2.1. Đường cong cấp phối cốt liệu chuẩn
Cỡ sàng (mm) 10 8 6,3 5 3,15 2 0,75 0.2
Tỷ lệ lọt sàng
(%)
Max 95 70 45 34 32 10 15
Min 95 85 50 30 24 22 5 8
Các cốt liệu đá phải có kích cỡ từ 6 -:- 10 mm, kích thước không được sai khác quá 5mm và phải nằm trong đường cong cấp phối ở bảng 2.2 dưới đây:
Bảng 2.2. Đường cong cấp phối cốt liệu yêu cầu
Cỡ sàng (mm) 12 10 8 6,3 5
Tỷ lệ lọt sàng
(%)
Max 100 70 15 3
Min 100 85 35
Tỷ lệ của mỗi thành phần trong hỗn hợp bê tông nhựa hở như bảng 2.3 dưới đây:
Bảng 2.3. Tỷ lệ thành phần hỗn hợp bê tông nhựa
Cốt liệu 66% (60)
Cát 24% (30)
Bột đá 4% (4)
Nhựa cải thiện 6% (6)
Ngoài ra để duy trì độ nhám vi mô của mặt đường thì các cốt liệu phải có đủ độ cứng và giá trị kháng bóng, hàm lượng silic, silic cát. Ngoài ra để đảm bảo một cấu trúc hạt không liên tục thì các hạt này càng có góc cạnh càng tốt.
Vật liệu đạt được các tiêu chuẩn sau:
Bảng 2.4. Bảng quy định vật liệu đạt các tiêu chuẩn
Giá trị độ kháng bóng PSV > 50
Trị số Los - Angeles LA < 20 %
Chỉ số dẹt FI < 20 %
Để bảo vệ mặt đường khỏi sự lão hóa, sự nứt gãy do trượt, bong bật, nói cách khác là để tăng tốc độ bền của lớp phủ cực mỏng thì thành phần chất kết dính đặc biệt cần được lựa chọn cẩn thận. Công nghệ lớp phủ mỏng tạo nhám trên đường cao tốc đã sử dụng loại nhựa Flexxipane HEB - chất kết dính có tính thích nghi cao. So với loại nhựa thông thường 80/100 thì nhựa HEB có những được tính và tính thích nghi trội hơn hẳn.
Công nghệ lớp phủ mỏng này đã được rải thí điểm trên đường Bắc Thăng Long - Nội Bài từ năm 1994 với chiều dài 1km, chia làm 2 loại kết cấu:
- Lớp phủ rất mỏng: (Kí hiệu: VTO) chiều dày lớp phủ mỏng từ 20 - 25mm, dốc ngang mặt đường 2,5 - 3%, kích cỡ lớn nhất của đá dăm là 10mm.
- Lớp nhám ráo nước: (Kí hiệu DWO) chiều dày lớp phủ mỏng từ 40 - 50mm, dốc ngang mặt đường 2,5 - 3%, kích cỡ lớn nhất của đá dăm là 14mm. Có khả năng tự thoát nước theo độ dốc ngang với mặt đường nhờ cấu trúc hở.
Kết quả theo dừi, thớ nghiệm của Viện Khoa học Cụng nghệ Giao thụng Vận tải từ năm 1994 đến nay đã chỉ ra được các ưu điểm của loại kết cấu này.
2.4.2.2. Công nghệ cấy đá (Chipping)
Mục đích
Công nghệ này được hiểu là dùng một lớp đá có bọc nhựa cấy găm vào lớp mặt đường bê tông nhựa có cốt liệu kháng trượt yếu (như đá vôi). Đây là biện pháp rất kinh tế để tạo sức kháng trượt cho loại mặt đường bê tông nhựa dễ bị mài bóng.
Biện pháp này được dùng ở vùng mà cốt liệu kháng trượt là hiếm. Biện pháp này thỏa mãn được về mặt kinh tế bằng việc tận dụng 100% lớp đá vôi mà chỉ dùng một lượng rất nhỏ cốt liệu kháng trượt (1,1 - 2,7kg/m2) được cấy lên bề mặt đường.
Yêu cầu về vật liệu
Cốt liệu được phủ lên bề mặt cần phải có sức kháng trượt lâu dài và phải là loại khó bị mài bóng. Cốt liệu dùng để cấy phải có kích thước lọt qua mắt sàng 23,6mm và trên 12,5mm. Chúng cũng cần được bọc một lớp nhựa bitum lỏng nhiều tuần trước
khi thi công. Lượng nhựa cần đủ để bọc kín cốt liệu nhưng không được quá thừa vì nếu không thì các hạt cốt liệu sẽ bị dính vào nhau. Chất kết dính aphalt có thể là vật liệu bọc lý tưởng nếu điều kiện cho phép giữ cốt liệu được bọc nhựa nóng cho đến khi sử dụng.
∗ Công nghệ cấy đá trên mặt đường bê tông nhựa cũ đang khai thác
• Mục đích:
+ Khôi phục chất lượng nhám bề mặt mặt đường đã suy giảm trong quá trình khai thác.
+ Tăng cường độ nhám của mặt đường ở những nơi cần thiết mà trước đó chưa được quan tâm trong thiết kế.
• Các yêu cầu:
Để cho giải pháp cấy đá (chipping) trên đường cũ thực hiện có hiệu quả cần thiết phải chú ý đến các yêu cầu kỹ thuật sau:
+ Kích cỡ đá dăm;
+ Loại và chất lượng chất kết dính;
+ Công nghệ thi công.
• Các yêu cầu đối với cốt liệu đá dăm:
Kích cỡ đá dăm lựa chọn phụ thuộc vào thuộc tính độ cứng của mặt đường hiện tại.
Một cách trực quan là kích cỡ hạt đá nào đó có khả năng gắn tốt vào một mặt đường mềm thì chưa chắc đã gắn tốt vào một mặt đường rất cứng. Các tác giả Anh đã chia mặt đường cũ thành các loại như sau:
+ Rất cứng: Là mặt đường (bê tông xi măng hoặc nhựa) khó có sự xâm nhập đáng kể nhất của hạt đá.
+ Mặt đường cứng: Là mặt đường chứa đựng một ít vữa bitum cứng trong đó các hạt đá sẽ chỉ xâm nhập nhẹ.
+ Mặt đường bình thường: Là mặt đường mà các hạt đá thâm nhập trung bình dưới tác dụng của xe trung bình.
+ Mặt đường mềm: Là mặt đường có độ xâm nhập đáng kể dưới tác động của bánh xe nặng hoặc trung bình.
+ Mặt đường rất mềm: Là mặt đường mà ngay các viên đá lớn nhất sẽ bị nhấn chìm dưới tác động của xe nặng.
Kích thước danh nghĩa của các hạt đá được dùng cho lớp cấy đá mặt đường tùy thuộc vào cường độ xe cộ và các loại mặt đường khi cả hai yếu tố này ảnh hưởng tới độ xâm nhập của các viên đá tạo nhám vào mặt đường, khuyến nghị chi tiết của các hạt đá như trong bảng 2.5 dưới đây:
Bảng 2.5. Kích cỡ danh nghĩa đề nghị sử dụng cho công nghệ chipping
Loại mặt đường
Cấp lưu lượng xe (xe/làn/ngày)
(1) (2) (3) (4) (5)
> 2000 1000- 2000 200- 1000 20 - 200 < 20
1. Rất cứng (10) 10 6 6 6
2. Cứng 14 14 10 6 6
3. Bình thường 20 14 14 10 6
4. Mềm * 20 14 14 10
5. Rất mềm * * 20 14 10
Ghi chú: (*) Không phù hợp cho công nghệ chipping.
Đá dăm để chipping sử dụng với mục đích cải thiện sự chống trượt của mặt đường nên giá trị đánh bóng PSV của nó phải được quy định sao cho phù hợp.
Theo các tác giả Anh, giá trị PSV yêu cầu phụ thuộc vào điều kiện của đoạn đường cần cải thiện và có thể chia thành 4 loại đường sau:
+ Loại (A1): Bao gồm những đường dẫn tín hiệu, xe cộ với tốc độ 85% lớn hơn 80km/h (40 dặm/h), các đường dẫn đối với các tín hiệu xe cộ, những đường đi bộ băng qua và các mối nguy hiểm tương tự trên các đường đô thị chính.
+ Loại (A2): Bao gồm các loại các giao lộ ưu tiên, các nút giao thông và các đường dẫn, số đường cong và các chỗ sườn dốc.
+ Loại (B): Là các đoạn thẳng nói chung hoặc những đường cong có bán kính lớn trên các đường ô tô, các đường chính và các đường có lưu lượng 250/xe/làn/ngày.
+ Loại (C): Là các đoạn thẳng nói chung của các đường xe cộ nhẹ và các đường khác mà ở đó các tai nạn do trượt về ẩm ướt là không đáng kể.
Đối với các loại đường A1 và A2, các trị số PSV tối thiểu thay đổi theo lưu lượng của làn xe cộ có giá trị từ 75 đến 60. Đối với loại B, thì giá trị PSV thay đổi từ 65 đến 55. Loại C và những hạt đá cục bộ loại bình thường có PSV > 45.
Những yêu cầu chi tiết của trị số PSV tối thiểu với các điều kiện đường xem trong bảng 2.6 dưới đây:
Bảng 2.6. Giá trị PSV tối thiểu cho các loại điều kiện đường
Loại điểu kiện đường Lưu lượng xe (xe/làn/ngày) Giá trị PSV tối thiểu
A1, A2
< 250 250 - 1000 1000 - 1750
> 1750
60 65 70 75
B 55 - 65
C 45
• Các yêu cầu đối với loại chất dính kết và chất lượng chất dính kết.
Có thể sử dụng nhựa đặc, nhựa lỏng (cutback) hoặc nhũ tương nhựa đường lỏng cải thiện bằng cao su tự nhiên hoặc polime là các chất dính kết tuyệt vời tỏ ra có nhiều ưu điểm.
Việc lựa chọn độ nhớt của chất dính kế được sử dụng cho lớp phủ mặt đường tùy thuộc vào mật độ xe cộ và cũng tùy thuộc vào từng giai đoạn trong năm khi lớp phủ đường được thi công. Nói chung chất dính kết có độ nhớt càng cao được sử dụng cho các mặt đường có mật độ xe cao.
Việc xác định độ nhớt của chất kết dính là điều quan trọng để chất dính kết đạt đến độ dày, mỏng chính xác. Các yếu tố để xác định tỷ lệ của chất dính kết là:
- Hình dáng và kích cỡ của các hạt đá.
- Điều kiện tự nhiên của mặt đường.
- Mật độ xe cộ.
Nói chung việc giảm mật độ xe cộ dẫn đến kết luận là làm tăng tỷ lệ của tốc độ dính kết khi mà kích cỡ hạt đá tăng. Mặt đường càng cứng hơn thì sự xâm nhập của các hạt đá càng ít hơn và bề dầy của màng dính kết yêu cầu càng lớn hơn.
Độ nhớt của chất dính kết đã được đề nghị cho đường bộ của Vương Quốc Anh được nêu trong ghi chú đường bộ số 39 về mật độ xe cộ trong làn, thời gian của năm khi lớp áo mặt đường được thi công cùng và loại chất dính kết, nhựa đường bitum lỏng và hỗn hợp bitum và nhựa đường. Các giá trị này được nêu ra trong bảng 2.7 dưới đây:
Bảng 2.7. Các loại độ nhớt của chất dính kết được đề nghị.
Cấp lưu lượng
xe
Thời điểm thi công
Cấp độ nhớt
Bitum (BS76) Bitum lỏng Nhũ tương 1
2
Giữa tháng 5 tới giữa tháng 7
A46
A46 200 giây (cải thiện
bột cao su) 200 giây
3,4 hoặc
5 Tháng 4, 5, 6, 7, 8, 9
A34 hoặc A38 50 hoặc 100 giây 100 giây A38 hoặc A42 100 hoặc 200 giây 200 giây
• Công nghệ thi công.
- Sửa chữa làm phẳng bề mặt:
Trước khi rải chất dính kết và đá thì điều quan trọng là mặt đường phải được chuẩn bị bằng cách gia cố những chỗ yếu và lấp đầy những chỗ lún mà có thể gây ra hư hại tới chất lượng hoạt động của xe cộ trên đường. Bình thường công việc sửa chữa mặt đường được sửa chữa với việc vá bằng đá dăm bám nhựa, điều này tốt nhất nên làm trong những mùa trước khi lớp áo mặt đường được rải.
Mặt đường sẽ phải được quét sạch tất cả các vật liệu rời rạc trước khi thi công và phải khô nếu có thể. Tất cả các đinh phản quang sẽ được che kín và những bộ phận bằng sắt sẽ được bọc một lớp mỡ nặng trước khi phun chất dính kết.
- Phun chất dính kết lên bề mặt đường:
Khi màng dính kết được rải, điều cần thiết là nó phải có một bề dầy đồng nhất. Điều này đạt được dễ dàng bằng cách sử dụng máy tưới nhựa. Loại thiết bị này được chỉ ra trong BS 170718, trong đó đã nêu ra các yêu cầu chi tiết cho việc tạo chất dính kết, đồng hồ, tốc độ chính xác khi chạy trên đường, sự hoạt động của các thanh phun và các tia mà ở đó chất dính kết phun trực tiếp tới mặt đường.
Các đường phân làn xe cộ loại 1 phải sử dụng chất dính kết bitum bởi vì trong các trường hợp này các viên đá trở nên bị dẹt do hoạt động của xe cộ, chất dính kết sẽ bị mài mòn rất nhanh chóng và để lộ ra những hạt đá. Với các đường phân loại xe cộ loại 2 có thể sử dụng bitum hoặc nhựa lỏng được cải thiện bằng cao su.
Phải đảm bảo duy trì đúng nhiệt độ yêu cầu khi phun nhựa.
- Rải đá dăm:
Sau khi phun chất dính kết, những viên đá phải được rải một cách đồng nhất càng sớm càng tốt. Việc rải đá dăm được thực hiện bằng máy, thiết bị được gắn liền với các xe tải hoặc các máy rải được thiết kế đặc biệt. Những vị trí nào bỏ sót việc rải đá thì việc rải lại sẽ được thực hiện bằng tay và những nơi thừa sẽ được lấy đi bằng cách dùng các bàn chải.
- Lu lèn:
Sự tiếp xúc giữa các viên đá và chất dính kết được đảm bảo bằng việc lu lèn. Lu bánh lốp là tốt nhất để đảm bảo sự dính kết khi trộn lẫn các viên đá với nhau. Nếu lu bánh thép được sử dụng sẽ sảy ra việc nghiền nát các viên đá, nên trọng lượng tối đa của bánh lu thép là 8 tấn.
- Bảo dưỡng:
Sau khi công việc lu mặt đường được hoàn thành, thì cho phép thông xe hạn chết tốc độ không quá 20km/h trong thời gian không nhỏ hơn 20 phút. Việc quét những viên đá rời rạc không dính kết với bề mặt đường cho bề mặt đồng đều là cần thiết trươc khi mở đường thông xe trong các ngày tiếp theo (cho tới khi đạt được độ dính kết đầy đủ).
Hạn chế thi công trong giai đoạn từ giữa tháng 5 đến giữa tháng 7 để tránh tình trạng những viên đá có thể không được găn vào một cách đúng mức và sau đó trở lên rời rạc trong suốt những tháng mùa đông.
- Quy định về tỷ lệ bitum và nhựa lỏng:
Tỷ lệ bitum và nhựa lỏng ứng với cấp lưu lượng xe và loại mặt được quy định trong bảng 2.8a và 2.8b dưới đây:
+ Tỷ lệ bitum tương ứng
Bảng 2.8a. Kích cỡ hạt đá và tỷ lệ chất dính kết (lít/m2)
Loại mặt đườn
g
Cấp lưu lượng xe
1 2 3 4 5
Cỡ hạt đá (mm)
Tỷ lệ chất d.kết (1/m2)
Cỡ hạt đá (mm
)
Tỷ lệ chất d.kết (1/m2
)
Cỡ hạt đá (mm
)
Tỷ lệ chất d.kết (1/m2
)
Cỡ hạt đá (mm
)
Tỷ lệ chất d.kết (1/m2
)
Cỡ hạt đá (mm
)
Tỷ lệ chất d.kết (1/m2
) Rất
cứng
Không được
10 1.0 6 1.0 6 1.1 6 1.2
Cứng 14 1.1 10 1.0 6 1.0 6 1.0
Bình thườn
g
14 1.0 14 1.0 10 1.0 6 1.0
Mềm Các điều kiện 20* 1.1 14 0.9 14 1.0 10 1.0
Rất mềm
Không phù hợp 20* 0.9 14 0.9 10 0.8
Ghi chú: (*) dùng với tốc độ xe chạy thấp.
+ Tỷ lệ nhựa lỏng tương ứng
Bảng 2.8b. Kích cỡ hạt đá và tỷ lệ chất dính kết (lít/m2)
Loại mặt đườn
g
Cấp lưu lượng xe
1 2 3 4 5
Cỡ hạt đá (mm
)
Tỷ lệ chất d.kết (1/m2)
Cỡ hạt đá (mm
)
Tỷ lệ chất d.kết (1/m2
)
Cỡ hạt đá (mm
)
Tỷ lệ chất d.kết (1/m2
)
Cỡ hạt đá (mm
)
Tỷ lệ chất d.kết (1/m2
)
Cỡ hạt đá (mm
)
Tỷ lệ chất d.kết (1/m2
) Rất
cứng 10 1.2 6 1.1 6 1.2 6 1.4
Không được
Cứng 14 1.2 10 1.1 6 1.1 6 1.2
Bình thườn
g
14 1.1 14 1.1 10 1.1 6 1.1
Mềm Các điều kiện 20* 1.1 14 1.0 14 1.1 10 1.1
Rất
mềm Không phù hợp 20* 1.0 14 1.0 10 1.0
Ghi chú: (*) dùng với tốc độ xe chạy thấp.
- Hàm lượng bitum hoặc nhựa lỏng thực tế được cung cấp có thể thay đổi không quá ± 10% với con số đã quy định ở trên.
- Sỏi nghiền có thể được dùng theo ý kiến của kỹ sư chỉ cho các cấp lưu lượng xe 4 và 5. Khi sỏi được sử dụng thì tỷ lệ của chất dính kết phải được tăng 10%.
Sơ đồ công nghệ thi công các loại cấy đá (chipping) trên mặt đường cũ được thể hiện ở bảng 2.9 sau:
Bảng 2.9. Bảng sơ đồ các loại cấy đá (chipping) trên mặt đường cũ 1 Cấy đá 1 lớp, tưới
dính kết 1 lần (Single dressing)
- Đá dăm chính (6-20 mm)
- Chất dính kết - Mặt đường hiện tại 2 Cấy đá 2 lớp, tưới
dính kết 2 lần (Pad coat plus single dressing)
- Đá dăm chính - Chất dính kết - Đá dăm nhỉ - Chất dính kết - Mặt đường hiện tại 3 Cấy đá 2 lớp, tưới
dính kết 1 lần (Racked – in – dressing)
- Đá dăm nhỏ - Đá dăm chính - Chất dính kết - Mặt đường hiện tại 4 Cấy đá 2 lớp kép,
tưới dính kết 2 lần (Double dressing)
- Đá dăm nhỏ - Chất dính kết - Đá dăm chính - Chất dính kết - Mặt đường hiện tại
5 Cấy đá kẹp giữa: 1 lớp dính kết giữa 2 lớp đá
(Sandwich dressing)
- Đá dăm nhỏ - Chất dính kết - Đá dăm chính - Mặt đường hiện tại
2.4.2.3. Công nghệ hỗn hợp cấp phối chặt có tỷ lệ hạt thô lớn
Mục đích:
Giải pháp này được hiểu là một lớp bê tông nhựa có hỗn hợp cấp phối chặt mà kích thước của các viên đá tuân theo một quy luật nhất định để tạo nên một độ rỗng nhỏ với mục đích là để tăng khả năng chịu lực của mặt đường.
Yêu cầu về vật liệu và hỗn hợp:
Phải đảm bảo các yêu cầu chung về cốt liệu tạo nhám như bảng 2.10 dưới đây:
Bảng 2.10. Yêu cầu chung về cốt liệu tạo nhám
Giá trị độ kháng bóng PSV > 50
Trị số Los - Angeles LA < 20%
Chỉ số dẹt FI < 20%
Như trên đã nói, để tăng sức kháng trượt cho bề mặt đường thì cần phải chọn lựa cấp phối sao cho các cốt liệu thô được lộ ra trên bề mặt đường. Do đó mà trong hỗn hợp cấp phối chặt thì phải chọn cấp phối sao cho phải có một tỷ lệ lớn các cốt liệu thô hoặc cốt liệu có kích thước lớn nhất cho một diện tích lớn cốt liệu thô được nổi lên mặt đường.
Hỗn hợp này được dùng cho đường có vận tốc không lớn và yêu cầu độ nhám không cao lắm. Do đó mà mặt đường được thiết kế một lớp bê tông nhựa vừa đảm bảo khả năng chịu lực vừa đảm bảo sức kháng trượt.
Theo khuyến nghị nên sử dụng cấp phối chặt theo bảng 2.11 sau:
Bảng 2.11. Cấp phối chặt dùng cho lớp tạo nhám
Cỡ sàng (mm)
Đường kính danh nghĩa
25,0 19,0
Lượng lọt qua sàng (%)
- 100 -