CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU CHUNG 1. Tổng quan về công nghệ xây dựng mặt đường BTXM 1. Sự phát triển mặt đường BTXM trên thế giới Vào cuối thế kỷ XIX, ở châu Âu đã ra đời một loại vật liệu mới: chất kết dính vô cơ xi măng poóc lăng, thì đồng thời xây dựng mặt đường cứng bằng bê tông xi măng cũng được bắt đầu. Năm 1856 mặt đường bê tông xi măng được xây dựng ở Êcốt (Anh); năm 1976 xây dựng ở gần nhà máy Grơnốp (Pháp); Đretslau (Đức) năm 1888, và được phát triển rất nhanh ở Mỹ (1892), Nga (1913) và nhiều nước khác.000m2, ở Mỹ có 600 triệu m2 mặt đường bê tông xi măng (riêng 2 năm 1924 – 1925 đã thi công tới 124 triệu m2).
Đến những năm 30 của thế kỷ 20, sau khi tích lũy được những kinh nghiệm cần thiết người ta bắt đầu xây dựng mặt đường bê tông xi măng trên quy mô lớn và phát triển nhanh cả về chất lượng và số lượng. Vào những năm đó ở riêng nước Đức đã xây dựng được 52 triệu m2 trong vòng 5 năm, trong đó có khoảng 40 triệu m2 là đường cao tốc (chiếm khoảng 90% diện tích mạng lưới đường cao tốc được xây dựng trước đại chiến thế giới lần thứ 2). Ở Mỹ đến đầu những năm 40 của thế kỷ trước đã có khoảng 360 triệu m2 mặt đường bê tông xi măng. Mặt đường BTXM (mặt đường cứng) cùng với mặt đường mềm là hai loại mặt đường được sử dụng cho giao thông đường bộ và sân bay, đóng vai trò quan trọng trong việc hình thành lên mạng lưới giao thông của các khu vực, lãnh thổ và xuyên quốc gia.
Mặt đường BTXM có mặt trên tất cả các cấp đường giao thông đường bộ, từ địa phương, hệ thống tỉnh lộ, quốc lộ, từ đường có lưu lượng xe thấp đến đường phố, đường trục chính, đường cao tốc. Mặt đường BTXM cũng thường được sử dụng ở hầu hết các sân bay, bến cảng, các đường chuyên dụng và các 4 bãi đỗ xe… Ngày nay, mặt đường BTXM vẫn luôn được các nhà nghiên cứu các nhà quản lý rất quan tâm. Hệ thống tiêu chuẩn ngày càng hoàn thiện và công nghệ xây dựng ngày càng phát triển đồng bộ và phát triển. Hàng năm, những hội nghị tổng kết phổ biến kinh nghiệm và những nghiên cứu phát triển mới về loại hình mặt đường BTXM của thế giới vẫn được duy trì thường niên và phạm vi áp dụng của mặt đường BTXM ngày càng được mở rộng.
Khối lượng mặt đường BTXM đã xây dựng ở một số nước theo báo cáo “Long - Life Concrete Pavements in Europe and Canada” của Cục đường bộ Liên bang Mỹ - FHWA công bố năm 2007 thì: Mỹ, mặt đường BTXM chiếm khoảng 9% của 49017km đường đô thị và 4% của 1028491km đường ngoài đô thị. Tỉnh Québee, canada có 1239km( đường 2 làn xe) trong tổng số 29000km đường(khoảng 4%) là mặt đường BTXM nhưng lại phục vụ tới 75% lượng giao thông ở Québee. Đức, mặt đường BTXM không cốt thép, phân tấm chiếm khoảng 25% mạng lưới đường cao tốc với lưu lượng giao thông cao. Áo, đường cao tốc chiếm khoảng 25% mạng lưới đường bộ quốc gia (14000km) trong đó mặt đường BTXM chiếm 2/3 khối lượng đường cao tốc.
Bỉ, mạng lưới đường khoảng 134000km, gồm đường cao tốc, đường tỉnh, đường địa phương và đường nông thôn. Trong đó đường cao tốc khoảng 1700km, tức là chỉ hơn 1%. Mặt đường BTXM chiếm 40% của đường cao tốc và 60% đường nông thôn. Tổng cộng, mặt đường BTXM chiếm khoảng 17%.
Hà Lan, mạng lưới đường ô tô có khoảng 113000km. Khoảng 2300km là đường cao tốc, chỉ khoảng 2% về chiều dài, nhưng những con đường cao tốc này phục vụ 38% lưu lượng giao thông. 5% đường cao tốc là mặt đường BTXM, trong đó một nửa là mặt đường BTCT liên tục và một nửa là mặt 5 đường BTXM không cốt thép, phân tấm. Hà Lan còn có khoảng 140km đường khu vực có mặt bằng BTXM không cốt thép, phân tấm.
Tổng cộng, mặt đường BTXM chiếm khoảng 4% mạng đường ô tô. Ngoài ra, Hà Lan còn có 20000km đường xe đạp, trong đó là 10% mặt đường BTXM. Vương quốc Anh, mạng lưới đường có khoảng 285000km, trong đó có 1500km là mặt đường BTXM. Cho tới đầu những năm 1980, mặt đường BTXM phân tấm, hoặc không có cốt thép vẫn là loại chủ yếu.
Từ những năm 1980 đến giữa những năm 1990, mặt đường BTXM điển hình là BTCT liên tục. Từ cuối những năm 1990, do yêu cầu về giảm tiếng ồn, mặt đường BTXM buộc phải có lớp nhựa mỏng, nhưng yêu cầu này mới chỉ là bắt buộc trong phạm vi xứ Anh( England), chứ chưa bắt buộc đối với các xứ khác (Scotland, Wales và Bắc Ailen). Ngoài ra, mặt đường BTXM chiếm khoảng 67% đường cao tốc ở Úc và chiếm 60% đường cao tốc ở Trung Quốc. Về phân loại mặt đường BTXM.
Trong hơn 100 năm phát triển, mặt đường BTXM được phân ra một số loại như sau: - Mặt đường BTXM không cốt thép , phân tấm, đổ tại chỗ(thông thường); - Mặt đường BTXM cốt thép; - Mặt đường BTXM lưới thép; - Mặt đường BTXM cốt thép liên tục; mặt đường BTXM cốt sợi phân tán; - Mặt đường BTXM lu lèn; - Mặt đường BTXM ứng suất trước; - Mặt đường BTXM lắp ghép; Tương ứng với mỗi loại mặt đường BTXM có những đặc điểm và phạm vi áp dụng nhất định: Mặt đường BTXM không cốt thép, phân tấm ra đời sớm nhất và vẫn đang 6 được áp dụng phổ biến nhiều nơi. Chiều dài của tấm từ 15 – 40cm; kích thước tấm thay đổi tùy theo từng dự án có thể từ 3 – 7m, thông thường khoảng 5m. Mặt đường BTXM không cốt thép (không kể cốt thép dùng làm thanh truyền lực giữa các tấm) sử dụng cho hầu hết đường ô tô các cấp, các bãi đỗ, bến cảng và sân bay. Móng của mặt đường BTXM phân tấm thông thường là đất, cát gia cố, vôi, xi măng, đá gia cố; đôi khi là đá gia cố nhựa đường, BTN hoặc chính là BTXM.
Rất ít khi sử dụng móng là cát hoặc đá dăm. Mặt đường BTXM cốt thép thường được sử dụng đối với những tuyến đường có tải trọng lớn như sân bay, đường chuyên dụng, đường có lưu lượng xe lớn và các công trình đặc biệt có yêu cầu tuổi thọ cao. Về cơ bản, kích thước tấm mặt đường BTXM cốt thép tương tự như BTXM phân tấm thông thường nhưng được tăng cường thêm 2 lớp cốt thép (thép All) chịu lực (trong tính toán thiết kế có tính đến khả năng chịu lực của cốt thép). Mặt đường BTXM lưới thép ra đời chủ yếu nhằm khắc phục và hạn chế các vết nứt do co ngót của bê tông và nứt do nhiệt.
Trên cơ sở tính toán như vậy mặt đường BTXM thông thường, lưới thép (thép All: 10 – 14 mm, All: 10 – 12cm) được bổ sung và bố trí cách bề mặt mặt đường từ 6 – 10cm nhằm hạn chế các vết nứt trong quá trình hình thành cường độ và trong khai thác. Mặt đường BTXM lưới thép xuất hiện chậm hơn BTXM thông thường và phạm vi áp dụng của nó tương tự như phạm vi áp dụng của mặt đường BTXM thông thường. Mặt đường BTXM cốt thép liên tục ra đời nhằm khắc phục những nhược điểm cố hữu của mặt đường BTXM phân tấm thông thường là giảm thiểu các mối nối ngang mặt đường (khe co, giãn). Hàm lượng lưới thép thiết kế khoảng 0.54%, bao gồm cốt thép dọc (thép All, 16mm), cốt thép ngang (thép All, 12mm) được bố trí liên tục suốt chiều dài đường và đặt ở vị trí 1/3 – 1/2 bề dày tấm BTXM.
Mục đích bố trí cốt thép này không phải là ngăn ngừa vết 7 nứt do tải trọng và ứng suất nhiệt, mà chỉ nhằm hạn chế việc mở rộng khe nứt. Theo yêu cầu, khoảng cách khe nứt nằm trong khoảng 3,5 – 8 feets (1,05- 2,4m), độ mở rộng khe nứt không được quá 0,04inch (1,0mm) nhằm hạn chế nước thấm qua khe nứt phá hủy cốt thép và đảm bảo mặt đường khai thác được bình thường. Phạm vi áp dụng của mặt đường BTXM cốt thép liên tục là khắc phục nhược điểm không êm thuận chạy xe do các khe của mặt đường BTXM phân tấm, áp dụng chủ yếu đối với các tuyến đường có lưu lượng xe lớn, đường cao tốc, đường băng sân bay và kinh phí đầu tư ban đầu lớn hơn. Mặt đường BTXM cốt phân tán (cốt sợi) chỉ được sử dụng trong những trường hợp đặc biệt có khả năng chịu lực rất lớn và chống mài mòn cao.
Trong khi trộn bê tông tươi, ngoài cốt liệu đá và cát thông thường người ta bổ sung thêm và trộn đều với các loại cốt sợi: thủy tinh, kim loại, tổng hợp (acrylic, aramid, cacbon, polyester, polyethylene, polyproplene) và cốt sợi tự nhiên. BTXM cốt phân tán có cường độ và khả năng chống mài mòn. Mặt đường BTXM lu lèn là loại mặt đường sử dụng bê tông khô, thi công liên tục (không có mối nối) và các thiết bị lu thông thường. Do mặt đường BTXM lu lèn được đổ dài liên tục nên trên đó phải làm thêm lớp đá dăm láng nhựa (lớp láng nhựa) nhằm khắc phục các vết nứt do co ngót và do nhiệt độ, hoạt tải gây ra.
Chiều dày của lớp BTXM lu lèn dao động trong khoảng 20cm, móng của nó có thể là các vật liệu gia cố hoặc đá dăm. Mặt đường BTXM lu lèn được áp dụng có hiệu quả cho các tuyến đường có lưu lượng xe không cao và làm lớp móng cho mặt đường BTXM hoặc mặt đường BTXM nhựa. Mặt đường BTXM ứng suất trước ra đời cũng nhằm khắc phục các vết nứt của mặt đường BTXM thông thường đồng thời tăng cường khả năng chịu lực của kết cấu dạng tấm. Có loại mặt đường BTXM ứng suất trước sử dụng các sợi thép căng và mặt đường BTXM cốt thép ứng suất trước căng sau.
Mặt 8 đường BTXM cốt thép dự ứng lực có phạm vi áp dụng hạn chế vì công nghệ thi công phức tạp. Mặt đường BTXM lắp ghép là loại mặt đường BTXM có hoặc không có cốt thép được chế tạo sẵn tại xưởng và vận chuyển đến công trường lắp ghép thành mặt đường. Các tấm BTXM đúc sẵn có thể đặt trực tiếp trên nền đất, nền cát hoặc móng đá dăm. Phạm vi áp dụng đối với các đường lâm nghiệp, đường có thời hạn sử dụng ngắn, công vụ và các tấm BTXM có thể được sử dụng lại.
Ưu nhược điểm chung của mặt đường BTXM Ưu điểm Tuổi thọ của mặt đường BTXM tương đối cao, cao hơn mặt đường bê tông nhựa (BTN). Tùy theo cấp hạng và tiêu chí đánh giá của từng nước nhưng nói chung tuổi thọ của mặt đường BTXM được lấy vào khoảng 20 – 50 năm, Trung Quốc lấy 45 năm.