Chương 1 - Nghiên cứu tổng quan về dính bám đá-nhựa, suy giảm dính bám đá- nhựa, các giải pháp cải thiện dính bám đá- nhựa và vai trò của phụ gia tăng dính bám đá-nhựa Chương này tập trung phân tích, đánh giá những nghiên cứu trên thế giới và trong nước liên quan đến dính bám đá-nhựa trong hỗn hợp BTN, hư hỏng mặt đường BTN do suy giảm dính bám đá-nhựa, các giải pháp cải thiện dính bám đá- nhựa, vai trò, cơ chế hoạt động với cốt liệu của phụ gia tăng dính bám đá-nhựa, tình hình nghiên cứu sử dụng phụ gia tăng dính bám làm cơ sở lựa chọn những nội dung cần thiết để nghiên cứu. Chương 2 - Nghiên cứu phân tích, lựa chọn phương pháp thí nghiệm kiểm tra, đánh giá khả năng dính bám đá-nhựa phù hợp với điều kiện Việt Nam Chương này tập trung phân tích đánh giá các phương pháp thí nghiệm kiểm tra khả năng dính bám đá-nhựa điển hình trên thế giới, các phương pháp hiện có trong nước, qua đó lựa chọn các phương pháp thí nghiệm đánh giá khả năng dính bám đá-nhựa phù hợp với điều kiện Việt Nam. Chương 3 - Nghiên cứu thực nghiệm trong phòng đánh giá hiệu quả của các loại phụ gia tăng khả năng dính bám hiện có tại Việt Nam Chương này bao gồm các thí nghiệm, phân tích nhằm: 1) xác định hàm lượng tối ưu của một số phụ gia tăng dính bám được sử dụng rộng rãi trên thế giới nhưng chưa được áp dụng đại trà tại Việt Nam (vôi hydrat tối ưu cho giải pháp xử lý trước với cốt liệu, Toughfix Hyper tối ưu) và 2) đánh giá hiệu quả của 6 loại phụ gia tăng dính bám hiện có tại Việt Nam (Wetfix Be, Toughfix, Toughfix Hyper, Zycotherm, vôi hydrat và xi măng) cho BTN có sử dụng đá dăm dính bám kém tại mỏ đá miền Trung. Chương 4- Nghiên cứu thực nghiệm hiện trường đánh giá hiệu quả của phụ gia tăng dính bám trên một số đoạn đường khu vực miền Trung 6 Chương này tập trung vào những nội dung chủ yếu sau: 1) khảo sát, thí nghiệm, xác định độ nhạy ẩm của BTN có sử dụng phụ gia Wetfix Be trên một đoạn đường lựa chọn thuộc Dự án xây dựng mở rộng QL1A qua tỉnh Bình Định – Phú Yên sau 3 năm khai thác và 2) khảo sát, thí nghiệm, đánh giá hiệu quả của phụ gia Tough Fix trong giai đoạn thi công BTN trên một đoạn đường thuộc Dự án xây dựng đường cao tốc Đà Nẵng-Quảng Ngãi.
Kết luận và định hướng nghiên cứu tiếp Tóm tắt những kết quả nghiên cứu có tính mới của luận án, đưa ra những định hướng nghiên cứu tiếp theo. TỔNG QUAN VỀ DÍNH BÁM ĐÁ-NHỰA, SUY GIẢM DÍNH BÁM ĐÁ-NHỰA, CÁC GIẢI PHÁP CẢI THIỆN DÍNH BÁM ĐÁ- NHỰA VÀ VAI TRÒ CỦA PHỤ GIA TĂNG DÍNH BÁM Chương này tập trung phân tích, đánh giá những nghiên cứu trên thế giới và trong nước liên quan đến dính bám đá-nhựa trong hỗn hợp BTN, hư hỏng mặt đường BTN do suy giảm dính bám đá-nhựa, các giải pháp cải thiện dính bám đá- nhựa, vai trò, cơ chế tương tác với cốt liệu của phụ gia tăng dính bám đá-nhựa, tình hình nghiên cứu sử dụng phụ gia tăng dính bám làm cơ sở lựa chọn những nội dung cần thiết để nghiên cứu. Dính bám đá – nhựa BTN là vật liệu được tạo thành từ hỗn hợp cốt liệu (đá dăm, cát, bột khoáng) và nhựa đường có tỷ lệ xác định được trộn nóng tại trạm trộn, sau đó được rải và đầm nén tại mặt đường. BTN phải có cường độ và độ ổn định để chống lại tác động của tải trọng xe và các tác động bất lợi của môi trường.
Cường độ của BTN được tạo thành bởi hai nhân tố là lực ma sát và lực dính [36] , trong đó: 1). Lực ma sát được tạo thành bởi: cường độ của cốt liệu, đặc tính của cốt liệu (độ góc cạnh, độ nhám bề mặt), tỷ lệ các cỡ hạt cốt liệu (cấp phối cốt liệu). Lực dính được tạo thành bởi: lực dính kết của nhựa đường và lực dính bám đá- nhựa: a) Lực dính kết (cohesive strengh): Lực liên kết nội tại giữa các phân tử nhựa đường. Nhân tố ảnh hưởng chủ yếu đến lực dính kết là tính năng của nhựa đường, thể hiện qua mác nhựa đường.
Nhựa đường có độ nhớt (độ quánh) càng lớn thì khả năng dính kết của nhựa đường càng lớn. Nhựa đường biến tính polime thường có độ nhớt cao hơn so với nhựa đường gốc được sử dụng để chế tạo nhựa đường polime do nhựa đường polime có khả năng ổn định tính năng khi nhiệt độ cao nên có khả năng tạo ra lực dính kết lớn hơn so với nhựa đường thường. Lực dính kết là cơ sở để tạo nên lực dính bám. 8 b) Lực dính bám (adhesive strengh): Lực liên kết giữa nhựa đường với bề mặt cốt liệu, hay còn được gọi là lực dính bám đá-nhựa.
Một trong những giải pháp hiệu quả để tăng khả năng dính bám đá – nhựa là sử dụng phụ gia tăng dính bám (phụ gia chống bong tách) cho BTN [23], [26], [27]. Nhân tố ảnh hướng đến khả năng dính bám đá-nhựa có thể kể đến là tính năng của nhựa đường, thuộc tính của cốt liệu (thuộc tính khoáng vật, hóa học, vật lý, hình dạng hạt, độ sạch, độ ẩm…) và tác động của nước. Các nhân tố ảnh hưởng đến khả năng dính bám đá-nhựa sẽ được phân tích chi tiết dưới đây. Suy giảm dính bám đá-nhựa - Bong tách 1.
Nguyên nhân gây suy giảm liên kết đá-nhựa - Bong tách Sự hiện diện của nước trong quá trình khai thác mặt đường BTN thường xảy ra và khó có thể tránh khỏi. Một số nguyên nhân dẫn đến sự hiện diện của nước trong lớp BTN có thể kể đến là: nước mưa xâm nhập qua các vết nứt mặt đường hoặc khi BTN có độ rỗng dư lớn, nước thấm từ lớp móng lên do gia tăng mực nước ngầm, nước thấm từ hai bên lề đường, cốt liệu bị quá ẩm do không sấy đủ khô trong quá trình trộn hỗn hợp BTN [46]. Nước tồn tại trong hỗn hợp BTN sẽ xâm nhập vào giao diện giữa màng nhựa đường và bề mặt cốt liệu. Theo thời gian, liên kết đá-nhựa ngày càng suy giảm, và đến một mức nào đó liên kết đá-nhựa sẽ bị phá hủy, màng nhựa bị tách khỏi bề mặt cốt liệu.
Hiện tượng này được gọi là bong tách (stripping). Bong tách (stripping) được định nghĩa là sự phá hủy liên kết dính bám đá-nhựa do tác động của nước. Vì vậy có thể nói hư hỏng mặt đường BTN do tác động của nước chủ yếu là do bong tách [46], [61]. Minh họa cơ chế bong tách do tác động của nước được thể hiện tại hình 1.
Thuật ngữ “BTN bị hư hỏng do nước” (Moisture damage) biểu thị mặt đường BTN bị suy giảm tính năng do tác động của nước, là kết quả của việc mất khả năng dính bám (loss of adhesion) đá –nhựa và sau đó là mất khả năng dính kết (loss of cohesion) trong nội tại chất kết dính nhựa đường, dẫn tới phá hủy tính toàn vẹn của BTN. Minh họa cơ chế bong tách (stripping) do tác động của nước Thuật ngữ “BTN nhạy cảm với nước” hay gọi tắt là “Nhạy ẩm” (Moisture susceptibility) biểu thị khả năng BTN dễ bị suy giảm tính năng do tác động của nước, dẫn tới “BTN bị hư hỏng do nước” (Moisture damage). Nhìn chung, mức độ nhạy ẩm của BTN được tăng lên bởi bất kỳ yếu tố nào làm tăng độ ẩm trong BTN. Vì vậy, có thể nhận thấy rằng nhạy ẩm của BTN, bong tách, BTN bị hư hỏng do nước có liên quan chặt chẽ với nhau.
Cường độ của BTN sẽ bị suy giảm đáng kể khi nước xâm nhập vào hỗn hợp BTN. Dưới tác động của nước, của nhiệt độ môi trường thay đổi, của tải trọng xe lưu thông, liên kết đá-nhựa bị suy giảm, bong tách sẽ dần phát triển dẫn tới hư hỏng mặt đường BTN. Nhận dạng hư hỏng mặt đường BTN do bong tách Bong tách có thể bắt đầu xuất hiện tại đáy lớp móng BTN hoặc tại mặt đường BTN và được gọi với các tên đặc thù là bong tách và bong tróc [32]: 1. Bong tách (Stripping) Bong tách hình thành đầu tiên tại đáy của lớp BTN nóng phía dưới (lớp móng BTN), sau đó phát triển lên các lớp BTN phía trên.
Tác động của nước lên lớp móng BTN là nguyên nhân chủ yếu gây bong tách móng BTN. Nước thấm từ lớp móng vật liệu rời lên lớp móng BTN do mực nước ngầm gia tăng, hoặc nước thấm từ hai bên lề đường xuống; nhất là khi lớp móng BTN có độ rỗng dư lớn, có độ chặt thi công thấp hoặc khi sử dụng đá dăm có độ dính bám kém cho BTN là các nguyên nhân chủ yếu gây ra bong tách móng BTN. Theo thời gian, lớp móng BTN hư hỏng, dẫn đến suy giảm cường độ kết cấu mặt đường BTN, và hậu quả là mặt đường BTN xuất hiện lún vệt bánh, nứt mỏi. 10 Bong tách lớp móng BTN rất khó phát hiện, và thường chỉ thực hiện được bằng cách quan sát mẫu khoan BTN.2 b minh họa BTN bị bong tách, cho thấy thiếu sự dính bám giữa nhựa đường với cốt liệu.2 a minh họa BTN không bị bong tách, dính bám đá- nhựa tốt.
Dính bám đá-nhựa tốt b) Bong tách (Dính bám kém) Hình 1. Nhận dạng bong tách Hư hỏng mặt đường BTN do bong tách lớp móng BTN chỉ được phát hiện khi mặt đường xuất lún vệt bánh (hình 1.3) hoặc nứt mỏi (hình 1. Hư hỏng của mặt đường BTN do bong tách lớp móng BTN rất khó sửa chữa. Việc phủ thêm một lớp BTN trên mặt đường bị hư hỏng, thường xem là giải pháp có hiệu quả với những hư hỏng mặt đường BTN do các nguyên nhân khác, thì trong trường hợp này thường là không hiệu quả.
Giải pháp sửa chữa phổ biến và hiệu quả nhất là phải cào bóc các lớp BTN nhựa đã hư hỏng do bong tách và rải các lớp BTN mới thay thế, dẫn tới chi phí sửa chữa cao hơn nhiều [43], [61]. Lún vệt bánh xe do bong tách lớp BTN phía dưới Hình 1. Nứt mỏi do bong tách lớp BTN phía dưới 1. Bong tróc (raveling) Bong tróc là một trường hợp riêng của bong tách, hình thành đầu tiên trên bề mặt mặt đường BTN, sau đó phát triển xuống các lớp BTN phía dưới.
Tác động của nước mưa, nước mặt lên mặt đường BTN, nhất là tại các khu vực mưa nhiều, hoặc thoát nước mặt kém, hoặc vùng có khí hậu ẩm ướt là nguyên nhân gây bong tróc.
