CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ BÊ TÔNG RỖNG THOÁT NƯỚC
1.4. Ưu nhược điểm của BTRTN
BTRTN có nhiều lợi thế so với bê tông thông thường [9, 41, 45, 104]. Từ quan điểm hiệu quả, BTRTN chứng minh những ưu điểm sau:
- Giảm hiện tượng ngập úng, đặc biệt ở khu vực đô thị - Bổ sung mực nước ngầm
- Giảm vũng nước trên bề mặt đường - Cải thiện chất lượng nước thông qua thấm - Hấp thụ âm thanh
- Hấp thụ nhiệt
- Hỗ trợ phát triển thực vật
Trên cơ sở các ưu điểm của BTRTN, khi sử dụng chúng mang lại những lợi ích như sau:
1) Lợi ích về môi trường - Hấp thụ âm thanh
Cấu trúc của BTRTN có nhiều lỗ rỗng nên các âm thanh phát ra từ mặt đường của bê tông bị tiêu tán đi, vì thế loại bê tông này còn có tên gọi khác là bê tông chống ồn hay bê tông tiêu âm.
- Giải nhiệt khi oi nóng
Bê tông này còn có tính chất tự giải nhiệt (Hình 1.9), do bê tông có nhiều lỗ rỗng hở thông nhau cho phép hơi nước trong đất đi qua làm giải nhiệt cho bê tông và không khí trong những ngày hè oi nóng. Vì vậy, nó ổn định nhiệt độ hơn bê tông xi măng thông
thường, đồng thời giúp không khí khu vực sử dụng BTRTN giảm được hiện tượng nóng nực vào các ngày hè.
2) Lợi ích về xã hội
- BTRTN cho khả năng thoát nước nhanh nên hạn chế được hiện tượng ngập úng đường, làm giảm ùn tắc giao thông, giảm tổn thất thời gian, giảm chi phí đi lại, giảm ô nhiễm môi trường.
- BTRTN có độ nhám cao nên giảm được nguy cơ trượt. Mặt khác, do có khả năng thoát nước nên mặt đường không bị đọng nước tránh nguy cơ trơn trượt, té nước sang nhau hay văng nước vào mặt kính ô tô làm ảnh hưởng đến tầm nhìn.
- Khi thi công, có thể tạo lớp màu cho BTRTN cho các đường trong công viên, đường trong khu đô thị, sân tennis, ... tạo mỹ quan cho môi trường, nâng cao chất lượng cuộc sống.
- Đường BTRTN bằng phẳng hơn, do không phải làm góc nghiêng theo mặt cắt ngang để thoát nước như bê tông thông thường nên trọng tâm xe luôn ổn định, các chi tiết cơ khí của xe bền hơn, lốp mòn đều, xe không bị vặn, giảm nguy cơ lật xe.
3) Lợi ích về sự phát triển bền vững - Giảm hiện tượng oi nóng
BTRTN rất thích hợp làm các sân bãi để xe làm giảm nguy cơ nổ lốp xe, làm sân trường học phục vụ các em nhỏ có thể chơi đùa, sinh hoạt trên sân mà không sợ nóng.
Từ đó giảm sự tỏa nhiệt vào không khí trong các ngày oi nóng.
Hình 1.9 Hiện tượng tự giải nhiệt [75]
- Bổ sung mực nước ngầm
Cùng với sự gia tăng các đô thị trên toàn quốc là sự gia tăng dân số đô thị. Theo đó, nhu cầu sử dụng nước không ngừng tăng. Thống kê sơ bộ cho thấy, lượng nước khai thác sử dụng cho một đô thị từ vài trăm đến hàng triệu m3/năm, trong đó khoảng 50%
nguồn nước cung cấp cho các đô thị được khai thác từ nguồn nước ngầm. Như ở nước ta theo số liệu thống kê của Bộ Tài nguyên và Môi trường [1] chỉ tính riêng Hà Nội, hiện mỗi ngày khai thác khoảng 1,5 triệu m3; thành phố Hồ Chí Minh khai thác khoảng 0,68 triệu m3/ngày. Các đô thị khu vực đồng bằng Nam bộ cũng đang khai thác khoảng 0,3 triệu m3/ngày, do vậy nguồn nước ngầm là rất quan trọng.
Quá trình đô thị hóa hiện nay đang làm bê tông hóa bề mặt đất tự nhiên, làm thu hẹp diện tích bổ sung nước từ nguồn nước mưa, nước mặt cho nước dưới đất (đây là nguồn nước hết sức quan trọng trong chu trình tái tạo nguồn nước ngầm bị khai thác).
BTRTN có ưu điểm cho nước thoát qua nên sẽ cải thiện tình trạng mực nước ngầm đang bị hạ thấp như hiện nay tại các thành phố cũng như các vùng đặc trưng khác.
a) Bề mặt tự nhiên b) Bề mặt đô thị hóa c) Bề mặt sử dụng BTRTN Hình 1.10 Hiện tượng thấm nước mưa ứng với các bề mặt [75]
4) Lợi ích về kinh tế
Hiện tại xu hướng làm đường bê tông xi măng trong đó có BTRTN so với đường bê tông nhựa đang ngày càng tăng lên trên toàn cầu, nguyên nhân là do:
Thứ nhất: Do sự biến động của giá dầu mỏ làm tăng giá thành của bitum nhựa đường làm tăng chí phí khi sử dụng bê tông nhựa (bê tông atphalt).
Thứ 2: Sự gia tăng nhanh chóng về ngành công nghiệp sản xuất xi măng trên toàn thế giới, theo báo cáo World Cement to 2025 của công ty IndexBox [70], tổng sản lượng
xi măng toàn thế giới tăng rất nhanh trong những năm gần đây, năm 2015 tổng sản lượng là 4223 triệu tấn, dự kiến đến năm 2025 tổng sản lượng là 5901 triệu tấn. Sự phát triển này tăng nhanh hơn so với nhu cầu sử dụng, do đó lượng xi măng dư thừa cũng tăng nhanh.
Thứ 3: Nhu cầu sử dụng cát vàng trong xây dựng ngày càng cao, mặt khác tình trạng khan hiếm cát vàng hàng năm vẫn xảy ra, đây là một bài toán nan giải đối với các nhà quản lý xây dựng. BTRTN không sử dụng cát hoặc sử dụng rất ít cát nên chi phí về mua cát cũng được tiết kiệm.
Thứ 4: BTRTN có thể sử dụng các phụ gia khoáng mịn từ các thải phẩm công nghiệp như: như tro bay, xỉ nhiệt điện, xỉ lò cao, ... thay thế một phần xi măng để chế tạo chất kết dính, từ đó làm giảm chi phí sản xuất BTRTN và giúp bảo vệ môi trường [13, 24, 25, 104].
Thứ 5: Khi xây dựng đường bằng BTRTN có thể không tốn kinh phí đầu tư thêm hệ thống ống cống thoát nước hai bên đường, do lớp BTRTN đã hình thành hệ thống lỗ rỗng hở thông nhau, chúng có khả năng tự thoát nước.
Dựa vào các đặc điểm trên ta thấy chi phí để xây dựng đường bê tông xi măng, đặc biệt là BTRTN thấp hơn nhiều so với đường sử dụng chất kết dính atphalt.
Thứ 6: Ở những nước xứ lạnh, có tuyết như Canada, Mỹ, các nước Châu Âu, ...
BTRTN giúp giảm 70% chi phí dọn tuyết sau mưa tuyết. Do sau khi tuyết tan, nước dễ dàng thấm qua lớp bê tông vào lòng đất.
1.4.2. Nhược điểm của BTRTN
Tuy có nhiều ưu điểm xong BTRTN cũng có một số nhược điểm, những nhược điểm này làm hạn chế khả năng ứng dụng của BTRTN trong thực tiễn:
- Cường độ thấp
BTRTN có độ rỗng cao nên cường độ khá thấp, vì vậy chúng không sử dụng được cho việc xây dựng các con đường giao thông có tải trọng lớn. Đối chiếu theo quy định về thiết kế lớp áo mặt đường của Việt Nam dùng bê tông xi măng [7] thì BTRTN phù hợp làm đường giao thông hạng nhẹ (đường cấp IV, V, VI).
- Tắc nghẽn
Trong quá trình sử dụng bề mặt bê tông thường xuyên có bụi bẩn, tạp chất, … chúng có thể dễ dàng chui vào các lỗ rỗng hở của bê tông làm bịt kín lại, từ đó giảm đáng kể hiệu quả thoát nước khi có mưa. Mallen [71] đã thực hiện một số thí nghiệm thực nghiệm trên vỉa hè BTRTN trong khu đô thị Kogarah, cách trung tâm thương mại Sydney khoảng 15 km. Thử nghiệm thực địa này đã được thực hiện trong 21 tháng. Theo kết quả của Mallen, nếu không có các biện pháp bảo dưỡng thì độ thoát nước của bê tông giảm tới 97% sau 21 tháng do tắc nghẽn bởi đất, cát và các tạp chất hữu cơ. Điều này cho thấy rằng hiệu quả sử dụng của BTRTN bị ảnh hưởng đáng kể bởi điều kiện bề mặt và quá trình bảo dưỡng, vệ sinh. Haonan Zhou và cộng sự [72]
đã sử dụng phương pháp quét CT để đánh giá ảnh hưởng của kích thước lỗ rỗng đến tính tắc nghẽn của BTRTN trong quá trình sử dụng trên một số vỉa hè, từ đó có các khuyến cáo trong vấn đề thiết kế BTRTN. Haselbach và cộng sự [77] đã nghiên cứu ảnh hưởng của cát đến sự tắc nghẽn và tính thấm của BTRTN cả về mặt lý thuyết và thực nghiệm. Trong trường hợp phân tích lý thuyết, họ đã đơn giản hóa cấu trúc độ rỗng và tính độ thấm của bê tông bằng phương trình sau: keff=(AP
AB) . ksand Trong đó: keff – Hệ số thoát nước sau khi bị bịt kín (mm/s)
ksand – Hệ số thoát nước của cát (mm/s)
AP – Diện tích bề mặt của lỗ rỗng trong bê tông rỗng thoát nước (mm2) AB – Tổng diện tích bề mặt của bê tông rỗng thoát nước (mm2)
Hình 1.11 Bề mặt bê tông bị tắc nghẽn [77]
Hình 1.12 Mô hình BTRTN có độ rỗng 20% [77]
Haselbach và cộng sự [77] mô phỏng lượng mưa và sự tắc nghẽn cát vào BTRTN.
Họ cho rằng mô phỏng sự tắc nghẽn của BTRTN là một thách thức trong nghiên cứu, bởi vì không thể lấp đầy toàn bộ độ rỗng trong BTRTN. Do đó, họ cho rằng bề mặt được bao phủ bởi cát là tình huống xấu nhất của sự tắc nghẽn. Thiết lập thử nghiệm được thể hiện trong Hình 1.12.
Theo kết quả nghiên cứu, tắc nghẽn cát làm giảm độ thoát nước đáng kể trong cả hai cách tiếp cận lý thuyết và thực nghiệm. Khối BTRTN thông thường có hệ số thoát nước khoảng 2,0 mm/s, sau khi bị cát phủ bề mặt thì giảm xuống còn có 0,4 mm/s. Vì vậy cần phải có cách thiết kế và bảo dưỡng BTRTN hợp lý, trong quá trình sử dụng cần hạn chế tối đa cát đọng trên bề mặt bê tông.
- Bong tróc bề mặt
Tennis và cộng sự [104] đã chỉ ra rằng sự bong tróc bề mặt của BTRTN thường xảy ra ở giai đoạn tuổi sớm ngày. Họ cũng cho rằng kỹ thuật đầm lèn và bảo dưỡng tối ưu sẽ làm giảm bớt sự bong tróc. Nguyên nhân gây ra sự bong tróc bề mặt là do tải trọng của các phương tiện giao thông trong quá trình di chuyển tạo ra lực ma sát lên bề mặt đường [75]. Wingerter và Paine đã thực hiện thí nghiệm tại Florida và kết luận rằng sự bong tróc bề mặt là do tỷ lệ N/X không phù hợp hoặc năng lượng đầm chặt chưa đạt yêu cầu.