CHƯƠNG 1: CỞ SỞ LÝ THUYẾT VÀ CÔNG NGHỆ THI CÔNG, BẢO TRÌ SỬA CHỮA LỚP PHỦ BÊ TÔNG NHỰA CÓ ĐỘ NHÁM CAO TRÊN CAO TỐC 1. Khái niệm về lớp phủ BTN có độ nhám cao trên đường ô tô cấp cao, cao tốc Khi xe chạy với tốc độ thiết kế cao 100 - 120 km/h, nhất là trên các đường cao tốc thì lực bám giữa bánh xe với mặt đường là một trong những yếu tố quan trọng để đảm bảo an toàn chạy xe. Độ nhám (sức kháng trượt) của mặt đường không đủ có thể dẫn đến tai nạn giao thông. Nhiều nước đã thống kê số tai nạn do yếu tố này chiếm từ 15% đến 20% tổng số tai nạn trên đường.
Ở nước ta trước kia vấn đề này chưa được quan tâm đến. Nhưng trong những năm gần đây giao thông đường bộ trong nước phát triển mạnh, nhiều đường tốc độ cao, các đường cao tốc có quy mô lớn bắt đầu được xây dựng. Các nhà tư vấn thiết kế, các chủ đầu tư đã đặc biệt chú ý đến vấn đề đảm bảo một mặt đường không những đủ cường độ chịu lực, bằng phẳng mà còn phải có độ nhám cao để đảm bảo xe chạy an toàn trong mọi điều kiện thời tiết.Tại Việt Nam, việc sử dụng loại nhựa đường thông thường đã trở nên khá quen thuộc trong quá trình xây mới, nâng cấp hoặc duy tu bảo dưỡng lớp mặt đường mềm trong những năm vừa qua. Tuy nhiên, đối với mặt đường cao tốc, do những yêu cầu đặc biệt để đảm bảo an toàn khi phương tiện lưu hành với tốc độ cao nên việc sử dụng lớp mặt đường BTN thông thường không thể đảm bảo độ nhám theo yêu cầu về an toàn giao thông.
Việc áp dụng hỗn hợp BTN sử dụng các loại vật liệu nhựa đường cải thiện polime phù hợp để sản xuất các loại bê tông nhựa phủ mặt có độ nhám lớn, độ bền cao là hết sức cần thiết. 11 Có nhiều biện pháp để tăng độ nhám, sức kháng trượt của mặt đường bê tông nhựa. Chọn lựa cách nào là tuỳ vào mức độ quan trọng của con đường, điều kiện vật liệu, trình độ công nghệ, thiết bị có sẵn và chi phí xây dựng nó. Giải pháp hữu hiệu nhất để tăng độ nhám cho lớp mặt đường là dùng một lớp phủ tạo nhám mởng, rất mởng hoặc cực mởng (khoảng 1,5cm - 3cm) bằng bê-tông nhựa có hỗn hợp cốt liệu gián đoạn, với độ rỗng khá lớn (12% đến 15%), độ chịu bào mòn cao và dùng chất dính kết là nhựa polime.
Một điều quan trọng cần chú ý là lớp phủ tạo nhám làm bằng hỗn hợp bê tông nhựa có độ rỗng lớn và mởng nên chịu tác động của nước nhiều hơn các loại bê tông nhựa chặt thông thường. Chỉ có dùng nhựa bitum cải thiện bằng polime (hoặc nhựa cải thiện bằng các hoá chất thích hợp khác) thì mới giữ cho màng nhựa không bong khởi hạt cốt liệu đá khi bị nước tác dụng. Đặc biệt, nhựa bitum polime chịu được nhiệt độ cao, dù vào mùa hè nhiệt độ mặt đường có lên tới 60 – 65oC cũng không sợ lớp phủ mởng tạo nhám bị biến dạng, làn sóng, chảy nhựa. Lớp phủ tạo nhám bằng bê tông nhựa polime cần phải đạt được các yêu cầu sau: + Độ chống trơn trượt cao, an toàn cho phương tiện giao thông trên đường.
+ Giảm tiếng ồn, giảm bắn bụi nước từ phương tiện giao thông. + Thoát nước rất tốt. + Lớp nhũ tương Polyme phải ngăn được nước thấm từ trên xuống. + Có tuổi thọ cao hơn BTN thông thường.
+ Chi phí bảo trì, bảo dưỡng thấp. Lớp phủ tạo nhám bằng bê tông nhựa polime cũng đã được thử nghiệm trên một số tuyến đường có tốc độ xe chạy cao như: Flexxipave của ESSO - Singapo trên đường Bắc Thăng Long - Nội Bài cuối năm 1994, lớp phủ mởng 12 có độ nhám cao tại quốc lộ 51 năm 1997, đường Pháp Vân - Cầu Giẽ năm 2001, lớp bê tông nhựa tạo nhám công nghệ thuộc loại tiên tiến nhất hiện nay – Novachip của Mỹ trên đường Bắc Thăng Long - Nội Bài năm 2008 và gần đây nhất là lớp bê tông nhựa tạo nhám công nghệ SMA trên cầu Thăng Long năm 2009. Trong các công nghệ trên đây thì công nghệ SMA có vẻ bị lép vế hơn so với các công nghệ khác do sự cố “nứt” trên công trình thử nghiệm và khả năng chống bắn tóe kém hơn. Qua các đoạn rải thử nghiệm trên đây, Bộ GTVT đã có các đánh giá kết quả ban đầu và quyết định lựa chọn công nghệ NovaChip để tạo lớp phủ tạo nhám siêu mởng cho đường cao tốc đầu tiên ở nước ta – đó là đường cao tốc Thành phố Hồ Chí Minh – Trung Lương.
Giới thiệu về một số công nghệ lớp phủ BTN có độ nhám cao trên đường cao tốc 1. Trên thế giới Trong những năm gần đây, một vấn để lớn của chuyên ngành đường ô tô được các chuyên gia trên thế giới cũng như trong nước quan tâm, đó là vấn để an toàn giao thông. Những tai nạn giao thông đường bộ xảy ra ngoài các nguyên nhân do tổ chức giao thông chưa tốt, do ý thức của người tham gia giao thông chưa cao, do điểu kiên địa hình hạn chế',. thì một nguyên nhân không nhở là do tình trạng mặt đường xấu, bị trơn trượt.
Sức chống trượt của mặt đường là một yếu tố quan trọng để đảm bảo an toàn cho xe chạy với tốc độ cao, đặc biệt trong điểu kiên mặt đường bị ẩm ướt làm cho độ bám của bánh xe với mặt đường bị suy giảm đáng kể. Nhằm nâng cao khả năng chống trượt của mặt đường ô tô, các nhà thiết kế, xây dựng và khai thác đường ô tô luôn tìm cách làm cho mặt đường có độ nhám cao, lâu mòn và tương đối ổn định cả trong khi mặt đường bị ẩm ướt. Việc xây dựng mặt đường có độ nhám cao cũng được chú trọng một cách 13 đặc biệt ở những đoạn đường dốc, đường quanh co có bán kính nhở, những đoạn gần đến nút giao thông, đường trục chính đô thị, khu đông dân cư. Theo thống kê của một số nước trên thế giới thì có đến 20% số vụ tai nạn giao thông có nguyên nhân trực tiếp hay gián tiếp là do mặt đường trơn trượt, không đủ độ nhám, hệ số bám giữa bánh xe với mặt đường quá thấp.
Trên thế giới, nhất là ở các nước như Anh, Mỹ, Pháp, Nga,. do hệ thống đường cao tốc đã được xây dựng và phát triển từ những năm 1950 nên đã có nhiểu tổ chức, cơ quan chú trọng nghiên cứu vể độ nhám của mặt đường bê tông nhựa. Các kết quả nghiên cứu vể độ nhám của mặt đường được phản ảnh trên các lĩnh vực: Nghiên cứu bản chất, cấu trúc của độ nhám mặt đường, các nhân tố ảnh hưởng đến độ nhám, hệ thống thí nghiệm đánh giá các ảnh hưởng. Nghiên cứu công nghệ xây dựng lớp phủ mặt đường có độ nhám cao.
Nghiên cứu các giải pháp và thiết bị đánh giá khả năng nhám của mặt đường. Các loại vật liệu BTN tạo nhám đã được áp dụng phổ biến trên thế giới với loại BTN tạo nhám cấp phối hở (OGFCA), tuy nhiên tùy thuộc vào mỗi Quốc gia mà thành phần cấp phối của các loại BTN tạo nhám có sự khác nhau: * Mỹ: • Vật liệu OGFCA của NCAT (National Center For Asphalt Technology- Mỹ) Các tiểu bang của Mỹ có kinh nghiệm sử dụng vật liệu bê tông nhựa tạo nhám OGFCA cuối những năm 1970. 14 Kinh nghiệm sử dụng vật liệu bê tông nhựa cấp phối hở của Mỹ có thể tổng hợp như sau: Yêu cầu chung về đặc trưng cốt liệu và vật liệu OGFCA của NCAT như sau: Yêu cầu độ bền và sức chịu mài mòn cốt liệu PSV (Polish Stone value); Cỡ hạt dmax= 9,5^19mm trong đó cỡ hạt d=12,5 mm phổ biến sử dụng; Sử dụng nhiều loại nhựa khác nhau, thông thường dùng nhựa polime; hàm lượng nhựa thay đổi từ 5^7%, và sử dụng phụ gia sợi cho hỗn hợp để chống chảy nhựa; Độ rỗng còn dư của hỗn hợp 15^25%.1: Cấp phối tiêu chuẩn OGFCA ở bang Washington-Mỹ [16] Kích cỡ mắt sàng Kích cỡ mắt sàng Loại D Loại D cải OGFC-AR OGFC- vuông (inch) vuông (mm) tiến SBS 1 1/2 37,5 1 25 99-100 3/4 19 85-96 1/2 12,5 100 60-71 3/8 9,5 97-100 - 100 100 1/4 6,3 - 17-31 - - No-4 4,75 30-50 - 30-45 35-55 No-8 2,36 5-15 - 4-8 9-14 No-10 2,0 - 7-19 - - No-30 0,6 - - - - No-200 0,075 2-5 1-6 0-2 0-2,5 % Asphalt 6% 4%-8% 9-10% 6% Asphalt Bitum Loại nhựa PG 70/28; PG 64/22 Rubber 76/28 polime rubber 15 Xây dựng lớp OGFCA có những đặc điểm sau: Chiều dày thường mởng hơn lớp bê tông nhựa chặt từ 2^5 cm. Do chiều dày mởng, việc lu lèn cần có hướng dẫn cụ thể (Lu liên tục trên mặt, dùng lu bánh thép tĩnh).
Hiện tượng hư hởng xảy ra do cơ chế nứt và vệt bánh xe là điển hình nhất. Vệt lún sâu trung bình 1,25cm sau 10-12 năm cho những tuyến đường có lượng giao thông cao trên 10.000 ADT/mỗi làn xe. Bảo dưỡng độ nhám lớp OGFCA: bằng cách dùng bơm cao áp làm sạch bề mặt chống tắc nghẽn; Tuổi thọ khai thác thông thường từ 8^12 năm với chiều dày OGFCA h=5 cm. • Bang Arizona Thử nghiệm của Arizona sử dụng vật liệu bê tông nhựa tạo nhám cấp phối hở từ năm 1954, đến năm 1960 thành phố Phoenix bắt đầu trộn các hạt cao su do mài mòn lốp xe trên mặt đường với nhựa để chế tạo vật liệu OGFCA, kết quả thử nghiệm khá tốt, kể từ đó vật liệu OGFCA đã được sử dụng rộng rãi trên khắp tiểu bang.
Năm 2003, ADOT (Arizona Department of Transportation) tiến hành thí điểm dự án mặt đường vật liệu OGFCA với mục tiêu làm giảm tiếng ồn trên mặt đường, gọi là “mặt đường giảm ồn”. Thực nghiệm chỉ ra rằng mức độ giảm ồn cho hai loại vật liệu OGFCA bị thay đổi khi bề mặt bị lún.2: Tiêu chuẩn cấp phối cốt liệu OGFCA của bang Arizona-Mỹ [16] Kích cỡ mắt sàng Kích cỡ mắt sàng ACFC ACFC cải tiến ACFC-AR vuông (inch) vuông (mm) 1 1/2 37,5 1 25 3/4 19 100 1/2 12,5 3/8 9,5 100 100 16 1/4 6,3 - 17-31 No-4 4,75 35-55 35-60 30-45 No-8 2,36 9-14 10-18 4-8 No-200 0,075 0-2,5 0-4 0-2,5 % Asphalt 6% 6% 9-10% Bitum Loại nhựa PG 64/16 PG 64/16 polime rubber PG • Đặc trưng bê tông nhựa rỗng (PA) hai lớp: 76/22 Hà Lan, Đan Mạch và Pháp đang sử dụng hoặc thử nghiệm với hai lớp mặt đường bê tông nhựa rỗng bao gồm một lớp mặt rỗng nằm dưới lớp OGFCA có bề mặt chặt hơn.