Mở đầu - Chương 2: Tổng quan - Chương 3: Thiết kế hỗn hợp bê tông nhựa vữa xi măng - Chương 4: So sánh, đánh giá chất lượng các loại bê tông nhựa vữa xi măng - Chương 5: Kết luận và kiến nghị 5 2. CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN (CƠ SỞ KHOA HỌC) 2.1 Giới thiệu chung 2.1 Phân loại mặt đường Mặt đường là một trong những thành phần của một tuyến đường. Kết cấu mặt đường thông dụng hiện nay là mặt đường mềm (bê tông nhựa) và mặt đường cứng (bê tông xi măng). Hai loại này được xem như kết cấu áo đường truyền thống trong ngành đường bộ do được sử dụng khá phổ biến ở Việt Nam và thế giới.
Ngoài ra còn có các loại kết cấu mặt đường hỗn hợp (composite pavement) như “mặt đường bán mềm” (MĐBM) với tên tiếng Anh semi–flexible pavement (SFP). Mỗi loại có đặc điểm và công dụng riêng. Mặt đường mềm theo tiêu chuẩn 22TCN 221-06 2006 [6] có tầng mặt là hỗn hợp cấp phối đá trộn với nhựa đường hay tưới nhựa lên; móng đường là các lớp đá dăm đặt trên nền đường. Mặt đường BTN có phạm vi ứng dụng rộng rãi nhiều nhất tại VN.
Mặt đường mềm được tính toán theo mô hình hệ nhiều lớp. Mặt đường cứng theo tiêu chuẩn 22TCN 223-1995 [7] có lớp mặt hoặc lớp móng làm bằng bê tông xi măng. Mặt đường cứng cho khả năng chịu tải trọng nặng tốt hơn mặt đường mềm. Mặt đường cứng được tính toán trên lý thuyết tấm trên nền đàn hồi.
Mặt đường bán mềm (semi-flexible pavement) hay với tên gọi khác là “mặt đường bán cứng” (semi-rigid pavement) là sự kết hợp của hỗn hợp bê tông nhựa và vữa xi măng trong cùng một lớp kết cấu (trong luận văn này sẽ thống nhất sử dụng tên gọi “mặt đường bán mềm”). Bê tông nhựa rỗng được sử dụng có độ rỗng dư từ 20-30% , hình thành bộ khung xương kết cấu vững chắc và phần rỗng sau đó được lấp đầy bởi vữa xi măng. Đồng thời rút ngắn thời gian thi công nhanh hơn so với mặt đường bê tông xi măng.1: Bảng so sánh các loại mặt đường theo Infrasol [9] Nội Mặt đường bán Bê tông nhựa Bê tông xi măng TT dung mềm (MĐBM) (BTN) (BTXM) Chịu tải nặng tốt Chịu tải trọng lâu dài Tuổi thọ cao, thời Chỉ tiêu Độ bền cao chịu tải dễ gây trượt lún, vệt gian sử dụng lâu hơn 1 kỹ thuật trọng lớn bánh xe, trồi trượt. BTN Không gây lún và Độ kháng lún yếu , Chịu tải trọng cao, 6 giữ nước mất ổn định ở nhiệt ổn định ở nhiệt độ Ổn định nhiệt và độ cao.
cao, không bị các nước. hiệu ứng võng lún như đường asphalt. Thời Thi công nhanh, thời Thi công nhanh Thi công chậm, mất 2 gian thigian bảo dưỡng chóng nhiều thời gian bảo công khoảng 1 ngày. dưỡng Chi phí cao hơn Chi phí ban đầu Chi phí đầu tư cao, BTN nhưng thấp hơn thấp, chi phí sửa chi phí duy tu, sửa Chi phí BTXM chữa thấp chữa cao 3 xây dựng Chi phí sữa chửa thấp hơn đường BTXM Ít gây tiếng ồn Chảy nhựa, tầm nhìn Cho tầm nhìn tốt nhờ Cải thiện tầm nhìn kém màu sáng tốt Dễ xảy ra lún trồi , Giảm văng nước, ít 4 An toàn Độ dính bám cao, ít đọng nước , văng lún, đọng nước, độ văng nước và giữ nước gây mất an dính bám cao.2 Lịch sử phát triển mặt đường bán mềm Trên thế giới, Pháp có thể là nước nghiên cứu và ứng dụng MĐBM đầu tiên từ những năm đầu thập niên 1960 nhằm chống lại sự hư hỏng mặt đường do hóa chất, chất thải, qui trình chế tạo MĐBM gọi là quy trình Salviacin được công ty xây dựng Jean Lafbvre nghiên cứu phát triển mang lại những hiệu quả về chi phí so với mặt đường bê tông xi măng (G.
Sau những thành công và hiệu quả về chi phí đầu tư của mặt đường mới này, một số quốc gia ở châu Âu, Á, châu Mỹ đã bắt đầu ứng dụng. Giai đoạn 1975 – 1976: Thời gian này Phòng thí nghiệm của hiệp hội kỹ sư đường thuỷ quân đội Hoa Kỳ - WES tiến hành kiểm tra đánh giá MĐBM ở dự án Vickburg, MS. Đây là tài liệu chính thức và mới nhất về MĐBM ở Hoa kỳ. Mặt đường cho thấy khả năng chống lại vệt dầu, nhiên liệu rơi xuống mặt đường.
Trong tài liệu nói rõ trong giai đoạn thi công nếu khâu nào làm không tốt đều ảnh hưởng đến sự làm việc sau này của mặt đường. MĐBM yêu cầu thi công cực chính xác , đúng quy trình (G.L Anderton, 2000) [10] Giai đoạn 1987 – 1989 : WES được giao nhiệm vụ đánh giá MĐBM như ứng dụng tiềm năng và kế thừa kinh nghiệm từ Âu Châu để tiếp tục phát triển vật liệu và 7 qui trình MĐBM. Kết quả WES đạt được rất tốt, một số ứng dụng MĐBM ở các sân bay (R. Năm 1996, có 288 x 103 m2 mặt đường bán cứng được xây dựng ở Mỹ.
Ở châu Á, Nhật Bản có 602 x 103 m2 mặt đường bán mềm tính đến 1990. Những năm gần đây các quốc gia châu Á như Singapore đã ứng dụng để xây dựng bãi đậu máy bay Changi, và các giao lộ xe tải nặng, cũng như Trung Quốc đã thử nghiệm một đoạn ở tỉnh Sơn Đông. Đầu năm 2015, công ty Infrasol đã thử nghiệm hơn 300m ở đoạn đường dẫn cao tốc Bình Thuận – Chợ Đệm tại thành phố Hồ Chí Minh. Năm 2017, Đà Nẵng tiến hành thí điểm MĐBM tại đường Võ Chí Công do Công ty Taiyu của Nhật Bản thực hiện.
Dựa vào những thành công của đoạn thử nghiệm trước đó vào năm 2018 Infrasol tiếp tục thử nghiệm đoạn MĐBM sử dụng vữa Vinkems Asphasol tại Đoạn quốc lộ 1, BOT An Sương – An Lạc, bên trái tuyến trước khu công nghiệp Tân Tạo, TP HCM. Sau đó, cùng với Phòng thí nghiệm trọng điểm Đường Bộ III, kiểm tra chất lượng công nghệ, lập báo cáo kĩ thuật.3 Phạm vi sử dụng MĐBM đã được ứng dụng ở nhiều nước phát triển trên thế giới thay thế cho 2 loại mặt đường truyền thống. Ngoài ra còn được dùng ở những khu vực lưu lượng giao thông thường xuyên chịu tải trọng nặng có tốc độ chậm như: kho bãi, sân đậu máy bay, bãi container, giao lộ, trạm thu phí… Tại Việt Nam, bê tông nhựa thường sử dụng chất kết dính là nhựa đường với độ kim lún 60/70, loại nhựa đường này có nhiệt độ hóa mềm thấp hơn 56℃. Trong điều kiện khí hậu ở khu vực nước ta, nhiệt độ ở bề mặt đường lên đến 65℃ gây ra mất ổn định dẫn đến xuất hiện hư hỏng mặt đường [1].
Theo nghiên cứu Phạm Huy Khang năm 2014 [13] cũng cho kết quả tương tự. Trong khi đó với điều kiện kinh tế tại VN thì việc ứng dụng mặt đường bê tông xi măng lại không tối ưu do chi phí cao và thời gian thi công lâu (28 ngày). Theo nghiên cứu của tác giả Đào Văn Đông [8] đã đưa ra những tiềm của ứng dụng mặt đường bán mềm tại Việt Nam. Vì vậy, kết 8 cấu MĐBM có nhiều tiềm năng ứng dụng tốt cho việc xây dựng các dự án đường cao tốc, cấp cao, các đường chịu tải trọng nặng thường xuyên tại Việt Nam.2 Tình hình ứng dụng mặt đường bán mềm trên thế giới và Việt Nam 2.1 Ứng dụng trên thế giới Hiện nay mặt đường bán mềm đã được ứng dụng rộng rãi ở các nước trên thế giới vì những ưu điểm mang lại.
Các công ty thương mại đã đưa ra sản phẩm bê tông nhựa vữa với những tên gọi khác nhau nhưng vẫn sử dụng chung nguyên lý dùng vữa xi măng cường độ cao lấp đầy lỗ rỗng dư của hỗn hợp bê tông nhựa rỗng (BTNR) để tạo ra một hệ thống kết cấu mặt đường bán mềm cùng làm việc trên cơ sở phối hợp giữa 2 tính chất của BTN và xi măng. Thời gian thi công nhanh chóng của MĐBM rút ngắn tối thiểu thời gian chờ, đây là một đặc tính quan trong khi muốn xây dựng các khu vực mới hoặc cải tạo các khu vực hiện có với MĐBM. Công ty Densit của Đan Mạch là nhà sản xuất vật liệu xây dựng lớn thuộc tập đoàn ITW Engineered Polymers đã đưa ra sản phẩm MĐBM với tên gọi là Densiphalt®. Độ rỗng trong cấp phối bê tông nhựa của Densiphalt® từ 25-30%, sử dụng vữa xi măng cường độ cao, có thể tạo được màu sắc trên mặt đường phục vụ cho các cho các nhu cầu cảnh báo giao thông hoặc trang trí thẩm mỹ.
Vữa của Densiphalt® sử dụng công nghệ DSP của công ty Densit được phát triển qua hơn 30 năm nghiên cứu. Sử dụng hệ thống dày đặc các hạt siêu mịn được sắp xếp đồng nhất giúp cho xi măng có cường độ cao hơn, tăng khả năng chống thấm của mặt đường, không thấm nước, dầu, nhiên liệu và hóa chất. Do vậy, tuổi thọ mặt đường được tăng đáng kể.1: Bến cảng container sử dụng mặt đường bán mềm Densiphalt. [14] Thương hiệu EucoPave của công ty hóa chất Euclid, có trụ sở tại Cleveland, tiểu bang Ohio, Hoa Kỳ.
Kết cấu khung BTNR (độ rỗng dư từ 25-30%) của EucoPave ngoài các vật liệu thông thường còn được sử dụng thêm phụ gia đá vôi (Limeston filler) và sợi xenlulo (Cellulose fiber) nhằm tăng cường độ cho bộ khung xương. Vữa EucoPave được pha trộn từ xi măng đặc biệt với các phụ gia như Muội silc (Microsilica) , phụ gia siêu dẻo (Superplasticzer), cát thạch anh (Quartz sand)… Hình 2.2: Kết cấu áo đường EucoPave. [14] Với những loại phụ gia được sử dụng, EucoPave tạo ra loại MĐBM có khả năng kháng được tải trọng nặng thường xuyên như sân bay, các bến hàng: 10 Hình 2.3: Ứng dụng mặt đường EucoPave tại Sân bay quốc tế Logan, Boston.4: Ứng dụng vữa Chemilink SS-141 tại Sân bay quốc tế Changi, Singapore.2 Các nghiên cứu và thử nghiệm tại Việt Nam Công nghệ mặt đường bán mềm tại Việt Nam chỉ mới ở bước đầu nghiên cứu và thử nghiệm một số đoạn tuyến. Một số nghiên cứu và thử nghiệm được tiến hành ở Việt Nam như sau: Bài báo của tác giả Đào Văn Đông [8] Nghiên cứu được coi là đầu tiên về mặt đường bán mềm tại Việt Nam, dựa trên các nghiên cứu ứng dụng trên thế giới.
Tác giả đã đưa ra được vật liệu và nguyên tắc cơ bản trong việc chế tạo mặt đường bán mềm, từ đó đưa ra trình tự thí nghiệm và kết quả đạt được trên các mẫu thử. Bài báo đã đưa ra được cấp phối và chế tạo mẫu BTN rỗng, chế tạo vữa rót với các nguyên vật liệu hiện có tại Việt Nam. Thiết lập quy trình rót vữa xi măng vào mẫu bê tông nhựa rỗng để tạo mẫu mặt đường bán mềm và dưỡng hộ. Các mẫu thử được thí nghiệm nén mẫu.