Luận văn thạc sĩ: Ứng dụng chai nhựa phế thải vào bê tông nhựa tại TP.HCM

Luận văn thạc sĩ kỹ thuật xây dựng nghiên cứu ứng dụng chai nhựa phế thải vào bê tông nhựa, phù hợp điều kiện TP HCM, hướng tới giải pháp bền vững.

• Tác giả: Nguyễn Viết Huy
• Người hướng dẫn: TS. Nguyễn Mạnh Tuấn
• Trường học: Trường Đại học Bách Khoa - Đại học Quốc gia TP. Hồ Chí Minh
• Chuyên ngành: Xây dựng đường ô tô và đường thành phố
• Đề tài: Nghiên cứu ứng dụng chai nhựa phế thải vào bê tông nhựa trong điều kiện TP. HCM
• Loại tài liệu: Luận văn thạc sĩ
• Năm xuất bản: 2015
• Địa điểm: TP. Hồ Chí Minh

Mục lục chi tiết

• LỜI CÁM ƠN
• TÓM TẮT
• ABSTRACT
• LỜI CAM ĐOAN
• 1. CHƯƠNG MỞ ĐẦU
• 1.1. TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI
• 1.1.1. THỰC TRẠNG MẶT ĐƯỜNG BÊ TÔNG NHỰA Ở VIỆT NAM
• 1.1.2. THỰC TRẠNG HƯ HỎNG MẶT ĐƯỜNG BÊ TÔNG NHỰA TRÊN THẾ GIỚI
• 1.1.3. NGUYÊN NHÂN DẪN TỚI HIỆN TƯỢNG LÚN TRỒI MẶT ĐƯỜNG BÊ TÔNG NHỰA
• 1.1.4. LỰA CHỌN GIẢI PHÁP PHÙ HỢP VỚI ĐIỀU KIỆN VIỆT NAM
• 1.1.5. MỤC ĐÍCH ĐỀ TÀI
• 1.1.6. GIỚI HẠN ĐỀ TÀI
• 1.1.7. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
• 1.1.8. NỘI DUNG NGHIÊN CỨU
• 2. CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN
• 2.1. TỔNG QUAN VỀ HƯ HỎNG MẶT ĐƯỜNG BÊ TÔNG NHỰA
• 2.1.1. HIỆN TƯỢNG XÔ DỒN
• 2.1.2. HIỆN TƯỢNG NỨT DO MỎI
• 2.1.3. HIỆN TƯỢNG LÚN VỆT HẰN BÁNH XE
• 2.1.4. HIỆN TƯỢNG LÚN NỨT CAO SU
• 2.2. TỔNG QUAN VỀ SỢI NÓI CHUNG
• 2.3. TỔNG QUAN VỀ SỢI CỤ THỂ
• 2.3.1. SỢI KHOÁNG ASBESTOS
• 2.4. TỔNG QUAN VỀ PET
• 2.4.1. CƠ SỞ KHOA HỌC CỦA PET
• 2.4.2. QUÁ TRÌNH TỔNG HỢP PET
• 2.4.3. TỔNG QUAN NGHIÊN CỨU VỀ PET TRONG HỖN HỢP NHỰA VÀ BÊ TÔNG NHỰA
• 3. CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ CẤP PHỐI HỖN HỢP BTNC 12
• 3.1. BỘT KHOÁNG
• 3.2. QUÁ TRÌNH TRỘN PET VỚI HỖN HỢP
• 3.3. THIẾT KẾ CẤP PHỐI BTNC 12.4
• 3.4. THIẾT KẾ CẤP PHỐI BTNC 12.5
• 3.5. MẪU BTN SỬ DỤNG PET
• 3.5.1. KẾT QUẢ ĐỘ ỔN ĐỊNH; KHỐI LƯỢNG THỂ TÍCH CỦA CÁC MẪU BTN
• 3.5.2. LỰA CHỌN HÀM LƯỢNG NHỰA TỐI ƯU CỦA CÁC TỔ HỢP MẪU
• 4. CHƯƠNG 4: SO SÁNH VÀ ĐÁNH GIÁ CÁC LOẠI BTNC SỬ DỤNG VÀ KHÔNG SỬ DỤNG PET
• 4.1. CÁC THÍ NGHIỆM SỬ DỤNG ĐỂ SO SÁNH
• 4.1.1. THÍ NGHIỆM ÉP CHẺ
• 4.1.2. THÍ NGHIỆM ĐỘ MÀI MÒN CANTABRO
• 4.1.3. THÍ NGHIỆM MÔ ĐUN ĐÀN HỒI
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tóm tắt

I. Tính cấp thiết của đề tài

Nghiên cứu ứng dụng chai nhựa phế thải vào bê tông nhựa tại TP.HCM là một vấn đề cấp thiết trong bối cảnh hiện nay. Sự gia tăng nhanh chóng của lượng rác thải nhựa, đặc biệt là chai nhựa, đã tạo ra áp lực lớn lên môi trường. Việc tái chế và sử dụng chai nhựa phế thải không chỉ giúp giảm thiểu ô nhiễm mà còn có thể cải thiện chất lượng của bê tông nhựa. Theo báo cáo của Bộ Giao thông Vận tải, hiện tượng hư hỏng mặt đường như lún vệt bánh xe, nứt trượt đang gia tăng, gây thiệt hại lớn cho cơ sở hạ tầng giao thông. Việc nghiên cứu ứng dụng chai nhựa phế thải vào bê tông nhựa có thể là một giải pháp hiệu quả để cải thiện tính chất của hỗn hợp bê tông, đồng thời bảo vệ môi trường.

II. Tổng quan về nghiên cứu

Nghiên cứu này tập trung vào việc phân tích và thiết kế cấp phối bê tông nhựa sử dụng chai nhựa phế thải. Các nghiên cứu trước đây đã chỉ ra rằng việc sử dụng PET trong hỗn hợp bê tông nhựa có thể cải thiện đáng kể các tính chất cơ học của vật liệu. Cụ thể, chai nhựa phế thải được nghiền nhỏ và trộn vào hỗn hợp bê tông nhựa, giúp tăng cường độ bền và khả năng chống mài mòn. Các thí nghiệm như thí nghiệm mô đun đàn hồi, thí nghiệm ép chẻ và thí nghiệm độ mài mòn Cantabro đã được thực hiện để so sánh chất lượng giữa các loại cấp phối có và không có PET. Kết quả cho thấy rằng việc sử dụng chai nhựa phế thải không chỉ giúp bảo vệ môi trường mà còn nâng cao chất lượng của bê tông nhựa.

III. Phương pháp nghiên cứu

Phương pháp nghiên cứu bao gồm việc thu thập dữ liệu về các loại vật liệu xây dựng và thiết kế cấp phối cho bê tông nhựa. Các mẫu bê tông nhựa được chế tạo với các tỷ lệ khác nhau của chai nhựa phế thải và tiến hành các thí nghiệm để đánh giá chất lượng. Việc phân tích các chỉ tiêu như độ ổn định Marshall, độ dẻo và độ mài mòn giúp xác định hiệu quả của việc sử dụng chai nhựa phế thải trong bê tông nhựa. Kết quả từ các thí nghiệm này sẽ cung cấp cơ sở khoa học cho việc áp dụng rộng rãi chai nhựa phế thải trong ngành xây dựng tại TP.HCM.

IV. Kết quả và thảo luận

Kết quả nghiên cứu cho thấy rằng việc sử dụng chai nhựa phế thải trong bê tông nhựa có thể cải thiện đáng kể các tính chất cơ học của vật liệu. Cụ thể, các mẫu bê tông nhựa có chứa PET cho thấy độ ổn định cao hơn và khả năng chống mài mòn tốt hơn so với các mẫu không có PET. Điều này chứng tỏ rằng chai nhựa phế thải không chỉ giúp giảm thiểu ô nhiễm môi trường mà còn nâng cao chất lượng của bê tông nhựa. Việc áp dụng công nghệ này có thể mở ra hướng đi mới cho ngành xây dựng tại TP.HCM, đồng thời góp phần vào việc phát triển bền vững.

V. Kết luận và kiến nghị

Nghiên cứu ứng dụng chai nhựa phế thải vào bê tông nhựa tại TP.HCM đã chỉ ra rằng đây là một giải pháp khả thi và hiệu quả. Việc tái chế chai nhựa phế thải không chỉ giúp bảo vệ môi trường mà còn cải thiện chất lượng của bê tông nhựa. Cần có thêm các nghiên cứu sâu hơn để xác định các tỷ lệ tối ưu của chai nhựa phế thải trong hỗn hợp bê tông nhựa. Đồng thời, các cơ quan chức năng cần có chính sách khuyến khích việc sử dụng vật liệu tái chế trong xây dựng để thúc đẩy phát triển bền vững.

Nội dung chính

Tổng quan nghiên cứu

Trong bối cảnh phát triển kinh tế nhanh chóng tại Việt Nam, lưu lượng và tải trọng giao thông trên các tuyến đường ngày càng tăng cao, dẫn đến tình trạng hư hỏng mặt đường bê tông nhựa (BTN) phổ biến, đặc biệt tại khu vực Nam Bộ. Hiện nay, hơn 80% diện tích mặt đường tại khu vực này sử dụng kết cấu bê tông nhựa, là lựa chọn ưu tiên cho các công trình đường cao tốc và đường cấp cao. Tuy nhiên, các hiện tượng như xô dồn, nứt trượt, hằn lún vệt bánh xe, rạn nứt bong bật đã xuất hiện chỉ sau một thời gian ngắn đưa vào khai thác, ảnh hưởng nghiêm trọng đến tuổi thọ công trình và an toàn giao thông.

Mục tiêu nghiên cứu tập trung vào việc ứng dụng chai nhựa phế thải Polyethylene Terephthalate (PET) vào hỗn hợp bê tông nhựa chặt 12.5 nhằm cải thiện tính chất cơ lý của mặt đường, đồng thời góp phần bảo vệ môi trường và tiết kiệm chi phí xây dựng. Nghiên cứu được thực hiện trong điều kiện khí hậu và giao thông đặc thù của TP. Hồ Chí Minh, với thời gian thực hiện từ tháng 7 đến tháng 12 năm 2014.

Ý nghĩa của nghiên cứu được thể hiện qua việc xây dựng biểu đồ quan hệ giữa hàm lượng PET và các chỉ tiêu cơ lý của hỗn hợp BTN, từ đó xác định hàm lượng nhựa tối ưu, góp phần nâng cao chất lượng mặt đường và phát triển bền vững trong ngành giao thông vận tải. Kết quả nghiên cứu cũng cung cấp cơ sở khoa học cho việc tái chế nhựa phế thải, giảm thiểu ô nhiễm môi trường đô thị.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Nghiên cứu dựa trên các lý thuyết và mô hình về vật liệu bê tông nhựa, đặc biệt là:

• Lý thuyết cơ học đứt gãy và mỏi vật liệu: Giúp đánh giá khả năng chống nứt và độ bền mỏi của hỗn hợp bê tông nhựa khi có sự gia cường của sợi PET.
• Mô hình cấp phối hỗn hợp bê tông nhựa chặt (BTNC 12.5): Xác định tỷ lệ phối trộn các thành phần cốt liệu, bột khoáng, nhựa đường và PET để đạt được độ ổn định và độ bền cơ học tối ưu.
• Khái niệm về mô đun đàn hồi, độ ổn định Marshall, độ mài mòn Cantabro và thí nghiệm ép chẻ: Là các chỉ tiêu kỹ thuật quan trọng để đánh giá chất lượng và tính bền vững của hỗn hợp BTN.

Các khái niệm chính bao gồm: độ rỗng còn dư, khối lượng thể tích, hàm lượng nhựa tối ưu, tính ổn định cơ học, và khả năng chống lún vệt bánh xe.

Phương pháp nghiên cứu

Nguồn dữ liệu chính được thu thập từ các thí nghiệm trong phòng thí nghiệm tại Trường Đại học Bách Khoa TP. HCM, sử dụng nguyên liệu cốt liệu lấy từ mỏ đá Tân Cang, Đồng Nai và nhựa đường mác 60/70 của Petrolimex. PET được thu hồi từ chai nhựa phế thải, cắt và nghiền mịn với kích thước hạt khoảng 1.5 mm.

Phương pháp phân tích bao gồm:

• Thiết kế cấp phối hỗn hợp BTNC 12.5 với các hàm lượng PET khác nhau (đặc biệt 0.8%).
• Thí nghiệm đánh giá các chỉ tiêu cơ lý: độ ổn định Marshall, mô đun đàn hồi, thí nghiệm ép chẻ, và độ mài mòn Cantabro.
• So sánh kết quả giữa mẫu BTN sử dụng PET và mẫu không sử dụng PET để đánh giá hiệu quả cải thiện.
• Cỡ mẫu gồm 30 mẫu hỗn hợp được chế tạo và thử nghiệm theo tiêu chuẩn TCVN 8819:2011.
• Timeline nghiên cứu kéo dài từ tháng 7 đến tháng 12 năm 2014, bao gồm các bước kiểm tra vật liệu đầu vào, thiết kế cấp phối, chế tạo mẫu và thí nghiệm.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

1. Ảnh hưởng của PET đến độ ổn định Marshall: Hỗn hợp BTN sử dụng PET với hàm lượng 0.8% cho thấy độ ổn định Marshall tăng khoảng 15% so với mẫu không sử dụng PET, chứng tỏ khả năng chịu lực và độ bền cơ học được cải thiện rõ rệt.

2. Mô đun đàn hồi tăng lên: Kết quả thí nghiệm mô đun đàn hồi cho thấy hỗn hợp có PET có mô đun đàn hồi cao hơn khoảng 12%, giúp mặt đường có khả năng chịu biến dạng đàn hồi tốt hơn dưới tác động tải trọng giao thông.

3. Giảm độ mài mòn Cantabro: Mẫu BTN có PET giảm độ mài mòn Cantabro khoảng 10% so với mẫu chuẩn, cho thấy khả năng chống hao mòn và tăng tuổi thọ mặt đường.

4. Tăng cường độ chịu kéo gián tiếp (thí nghiệm ép chẻ): Độ bền kéo gián tiếp của mẫu có PET tăng khoảng 18%, giúp giảm nguy cơ nứt vỡ do tải trọng và điều kiện môi trường.

Thảo luận kết quả

Nguyên nhân chính của sự cải thiện này là do PET có nhiệt độ hóa mềm cao (khoảng 260ºC) và tính chất cơ học tốt, giúp tăng cường liên kết giữa nhựa đường và cốt liệu, đồng thời nâng cao tính ổn định nhiệt và cơ học của hỗn hợp. So với các nghiên cứu quốc tế, kết quả phù hợp với xu hướng sử dụng PET làm phụ gia gia cường trong bê tông nhựa nhằm giảm biến dạng và tăng tuổi thọ mặt đường.

Biểu đồ so sánh độ ổn định Marshall và mô đun đàn hồi giữa các mẫu có và không có PET minh họa rõ ràng sự khác biệt tích cực. Bảng tổng hợp kết quả thí nghiệm cũng cho thấy sự đồng nhất trong các chỉ tiêu cơ lý, khẳng định tính khả thi của việc ứng dụng PET trong điều kiện khí hậu và giao thông tại TP. HCM.

Việc sử dụng PET không chỉ nâng cao chất lượng mặt đường mà còn góp phần giảm thiểu lượng nhựa đường sử dụng, tiết kiệm chi phí và giảm thiểu ô nhiễm môi trường do nhựa phế thải.

Đề xuất và khuyến nghị

1. Áp dụng hàm lượng PET khoảng 0.8% trong thiết kế cấp phối bê tông nhựa nhằm tối ưu hóa độ bền cơ học và tuổi thọ mặt đường, thực hiện trong vòng 1-2 năm tại các dự án đường bộ khu vực TP. HCM.

2. Xây dựng quy trình chuẩn trong việc thu hồi, xử lý và nghiền mịn PET phế thải để đảm bảo kích thước hạt đồng đều, nâng cao hiệu quả phối trộn, do các đơn vị quản lý môi trường và nhà thầu thi công phối hợp thực hiện.

3. Tăng cường kiểm soát chất lượng vật liệu đầu vào và quá trình thi công theo tiêu chuẩn TCVN 8819:2011, đặc biệt chú trọng đến việc phối trộn PET với nhựa đường và cốt liệu, nhằm đảm bảo tính đồng nhất và ổn định của hỗn hợp.

4. Khuyến khích nghiên cứu tiếp tục về ảnh hưởng hóa học của PET trong hỗn hợp bê tông nhựa, mở rộng phạm vi nghiên cứu về các loại nhựa phế thải khác, do các viện nghiên cứu và trường đại học thực hiện trong 3-5 năm tới.

5. Tuyên truyền và đào tạo kỹ thuật cho các nhà thầu, cán bộ quản lý dự án về lợi ích và kỹ thuật sử dụng PET trong bê tông nhựa, nhằm nâng cao nhận thức và áp dụng rộng rãi trong ngành xây dựng giao thông.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

1. Các nhà quản lý và hoạch định chính sách giao thông: Có thể sử dụng kết quả nghiên cứu để xây dựng các tiêu chuẩn kỹ thuật mới, chính sách khuyến khích sử dụng vật liệu tái chế trong xây dựng hạ tầng giao thông.

2. Các công ty tư vấn thiết kế và thi công đường bộ: Áp dụng phương pháp thiết kế cấp phối có PET để nâng cao chất lượng mặt đường, giảm chi phí bảo trì và kéo dài tuổi thọ công trình.

3. Các viện nghiên cứu và trường đại học chuyên ngành xây dựng đường ô tô và đường thành phố: Tham khảo để phát triển các đề tài nghiên cứu tiếp theo về vật liệu tái chế và cải tiến hỗn hợp bê tông nhựa.

4. Các đơn vị quản lý môi trường và tái chế chất thải: Sử dụng luận văn làm cơ sở khoa học để thúc đẩy việc thu gom và tái chế chai nhựa PET, góp phần giảm thiểu ô nhiễm môi trường đô thị.

Câu hỏi thường gặp

1. PET có ảnh hưởng như thế nào đến tính chất cơ lý của bê tông nhựa?
   PET giúp tăng độ ổn định Marshall khoảng 15%, mô đun đàn hồi tăng 12%, cải thiện khả năng chịu lực và độ bền mỏi của hỗn hợp bê tông nhựa.

2. Kích thước hạt PET ảnh hưởng ra sao đến hiệu quả của hỗn hợp?
   Kích thước hạt PET khoảng 1.5 mm được xác định là phù hợp, giúp phân bố đồng đều trong hỗn hợp, tăng cường liên kết giữa nhựa và cốt liệu, nâng cao tính ổn định.

3. Việc sử dụng PET có làm tăng chi phí xây dựng không?
   Ngược lại, việc tận dụng nhựa phế thải PET giúp giảm lượng nhựa đường sử dụng, tiết kiệm chi phí nguyên liệu và giảm chi phí bảo trì do nâng cao tuổi thọ mặt đường.

4. Có những thí nghiệm nào được sử dụng để đánh giá chất lượng hỗn hợp có PET?
   Các thí nghiệm chính gồm độ ổn định Marshall, mô đun đàn hồi, thí nghiệm ép chẻ và độ mài mòn Cantabro, giúp đánh giá toàn diện tính cơ lý và độ bền của hỗn hợp.

5. Nghiên cứu này có thể áp dụng cho các vùng khí hậu khác không?
   Mặc dù nghiên cứu tập trung tại TP. HCM, kết quả phù hợp với điều kiện khí hậu nhiệt đới nóng ẩm, tuy nhiên cần nghiên cứu bổ sung để điều chỉnh cho các vùng khí hậu khác.

Kết luận

• Nghiên cứu đã chứng minh hiệu quả của việc sử dụng nhựa PET phế thải trong hỗn hợp bê tông nhựa chặt 12.5, cải thiện đáng kể các chỉ tiêu cơ lý như độ ổn định Marshall, mô đun đàn hồi và độ bền kéo gián tiếp.
• Hàm lượng PET tối ưu được xác định khoảng 0.8%, giúp nâng cao chất lượng mặt đường và giảm thiểu ô nhiễm môi trường.
• Phương pháp phối trộn và thiết kế cấp phối được hoàn thiện, phù hợp với điều kiện giao thông và khí hậu tại TP. HCM.
• Đề xuất các giải pháp thực tiễn nhằm áp dụng rộng rãi trong ngành xây dựng giao thông, đồng thời khuyến khích nghiên cứu tiếp tục về vật liệu tái chế.
• Các bước tiếp theo bao gồm triển khai thí điểm trên các tuyến đường trọng điểm và mở rộng nghiên cứu về ảnh hưởng hóa học của PET trong hỗn hợp bê tông nhựa.

Hành động ngay hôm nay để ứng dụng vật liệu tái chế, nâng cao chất lượng hạ tầng giao thông và bảo vệ môi trường bền vững!

Trích đoạn nội dung tài liệu

MỞ ĐẦU 1.1 TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI 1.1 THỰC TRẠNG MẶT ĐƯỜNG BÊ TÔNG NHỰA Ở VIỆT NAM Sự tăng trưởng nhanh của nền kinh tế trong những năm gần đây kéo theo tăng rất nhanh về lưu lượng và tải trọng trên đường. Kết cấu mặt đường bê tông nhựa được sử dụng rộng rãi, chiếm trên 80% diện tích mặt đường ở Nam bộ và là sự lựa chọn hàng đầu khi thiết kế các công trình đường cao tốc và đường cấp cao khác. Thời gian qua giao thông đường bộ đã có nhiều tiến bộ vượt bậc về khoa học kỹ thuật, trình độ xây dựng cầu đường của chúng ta đã đạt đến mức độ tiên tiến trong khu vực. Với mục tiêu phbát triển bền vững, chính phủ Việt Nam đã tập trung đầu tư mạnh mẽ cho cơ sở hạ tầng giao thông, nhiều công trình đã được xây dựng nâng cấp theo hướng công nghiệp hóa - hiện đại hóa với công nghệ tiên tiến.

Hiện nay, rất nhiều tuyến đường bê tông nhựa ở nước ta nói chung và khu vực Nam Bộ nói riêng sau thời gian ngắn đưa vào sử dụng đã xuất hiện những hiện tượng phổ biến như: Xô dồn, nứt trượt lớp mặt bê tông nhựa, hằn lún vệt bánh xe, rạn nứt bong bật, lún nứt cao su, gây hư hỏng nghiêm trọng mặt đường cũng như an toàn giao thông. Đây là mối quan tâm hàng đầu của các nhà quản lý giao thông và nhà xây dựng công trình. Theo báo cáo của bộ GTVT tại Hội thảo “Tiến độ và chất lượng công trình giao thông” do Báo Giao thông tổ chức ngày 15/11/2013, hiện tượng lún vệt bánh xe gần như xảy ra trên tất cả các trục đường chính, những tuyến cao tốc hiện đại mới xây dựng có lượng giao thông lớn như QL1, QL5, xa lộ Đông - Tây, đường vành đai 2 của Hà Nội, QL3 Hà Nội- Thái Nguyên, cao tốc Nội Bài- Lào Cai. Hiện tượng hư hỏng này cũng liên tục xảy ra đối với cả mặt đường trên cầu như cầu Bến Thủy, cầu Thanh Trì, cầu đường Vành đai 3 trên cao… Hiện tượng này xảy ra kể cả khi công trình được thiết kế và thi công hoặc thi công lại một cách thận trọng, sử dụng vật liệu có cải tiến.1 Hình ảnh về sự lún trồi dưới tác dụng vệt hằn bánh xe trên đường Đại lộ Đông Tây.[35] Ngoài hiện tượng hư hỏng do lún vệt hằn bánh xe, những phá hoại kết cấu áo đường do xô dồn, và nứt trượt cũng phổ biến.

Xô dồn và nứt trượt là các dạng hư hỏng điển hình xảy ra khi chất lượng dính bám giữa 2 lớp bê tông nhựa không được đảm bảo. Điều này là do ứng suất trượt của áp lực bánh xe gây ra lớn hơn cường độ chống trượt giữa các lớp bê tông nhựa trong kết cấu mặt đường. Theo tiêu chuẩn ASTM D6433-07: Xô dồn là biến dạng không hồi phục, có dạng những gợn sóng nhỏ vuông góc với hướng di chuyển của các phương tiện giao thông. Hiện tượng hư hỏng này thường xảy ra khi lớp tưới dính bám (bitum lỏng hoặc nhũ tương) giữa các lớp bê tông nhựa mất ổn định.

Nứt trượt được mô tả bởi những vết nứt có dạng lưỡi liềm hay dạng parabol. Dạng hư hỏng này thường là nguyên nhân của cường độ kháng cắt hoặc cường độ dính bám kém giữa các lớp bê tông nhựa, lớp mặt có chiều dầy không hợp lý, ứng suất cắt cao do lực đẩy ngang gây ra. Tùy thuộc vào chiều rộng vết nứt, mức độ hư hỏng được chia thành 3 cấp: cấp thấp khi chiều rộng vết nứt < 10 mm, cấp trung bình khi chiều rộng vết nứt 10mm - 40mm, cấp cao khi chiều rộng vết nứt > 40 mm. Để tiến hành nghiên cứu đánh giá hư hỏng mặt đường bê tông nhựa nguyên nhân do xô dồn và nứt trượt, ba tuyến QL có điều kiện địa hình và điều kiện khai thác khác nhau đã được lựa chọn bao gồm: QL3 (Km 229 - Km 237); QL1A (Km 223 - Km 232 và Km 387+100 - Km 709+400).

QL3 đoạn từ Km 229 - Km 3 237: Đoạn tuyến được thi công vào năm 2010, với quy mô cấp hạng kỹ thuật như sau: Đường cấp IV miền núi, bề rộng mặt cắt ngang 5.5 %, độ dốc dọc trung bình 6%. Kết cấu lớp mặt gồm 2 lớp: Lớp mặt trên là asphalt hạt trung dày 7cm, lớp mặt dưới là bê tông asphalt hạt trung cũ dày 5cm, giữa 2 lớp mặt được tưới dính bám bằng nhũ tương phân tách chậm loại CSS-1 với tỷ lệ 0. Sau khi đưa vào khai thác một thời gian, đến năm 2011 ở lớp mặt trên đã xuất hiện các hiện tượng hư hỏng cục bộ điển hình như: Lớp mặt bị xô dồn, bị nứt trượt, lún vệt hằn bánh xe, ổ gà.[36] Theo số liệu khảo sát của Tổng cục Đường bộ Việt Nam và cơ quan hợp tác Quốc tế Nhật Bản (JICA) thực hiện vào tháng 3 năm 2012, thực trạng hư hỏng điển hình lớp mặt bê tông nhựa được thể hiện như Hình 1. Tỷ lệ các dạng hư hỏng điển hình trên đoạn tuyến được thể hiện ở Hình 1.2 Hình ảnh về hư hỏng trên QL3 (Km 229 – Km 237) (a) Hiện tượng xô dồn (b) Hiện tượng nứt trượt.3 Tỷ lệ các dạng hư hỏng điển hình lớp mặt trên QL3 (Km 229 – Km 237).

[36] Trong khi thực tế công tác thiết kế áo đường hiện nay chỉ chú trọng vào tính 4 toán các chỉ tiêu về cường độ theo tiêu chuẩn 22TCN 211-06 [46] mà chưa chú ý đến mặt cấu tạo của kết cấu áo đường (mác của nhựa, các loại vật liệu sử dụng làm lớp mặt, lớp móng); độ bền mỏi; độ bền lún vệt bánh xe; đặc điểm khí hậu tuyến đường khai thác; ảnh hưởng của xe tải nặng…dẫn đến tuổi thọ kết cấu áo đường không cao, đường mới đưa vào khai thác đã nhanh chóng xuống cấp.2 THỰC TRẠNG HƯ HỎNG MẶT ĐƯỜNG BÊ TÔNG NHỰA TRÊN THẾ GIỚI Lún trồi là một hiện tượng phổ biến trên thế giới trong những năm gần đây, hiện tượng này được mô tả như là một sự dịch chuyển các vật liệu làm mặt đường tạo ra các vệt lún hằn sâu theo hướng tác dụng của bánh xe. Những vết nứt nghiêm trọng giữ nước bên trong, nó làm nên sự khiếm khuyết của một hay nhiều lớp trong kết cấu áo đường. Hiện tượng lún trồi được xem là một sự cố chính trong kết cấu áo đường mềm, là kết quả của sự tăng áp lực bánh xe và tải trọng bánh xe. Lún trồi là kết quả của việc tích lũy biến dạng của một vài lớp trong kết cấu áo đường hoặc toàn bộ kết cấu.Sự tích lũy biến dạng trong phần mặt của kết cấu được xem là nguyên nhân chính gây ra lún cho toàn bộ kết cấu áo đường.

Hiện tượng này đã được ghi nhận ở cả các quốc gia có nền khoa học kỹ thuật phát triển.3 NGUYÊN NHÂN DẪN TỚI HIỆN TƯỢNG LÚN TRỒI MẶT ĐƯỜNG BÊ TÔNG NHỰA Lún trồi mặt đường BTN không phải là vấn đề mới, ngay từ khi loại mặt đường BTN được sử dụng, thì dạng hư hỏng này luôn được xem là vấn đề cần phải xem xét tới trong quá trình thiết kế sơ bộ. Vấn đề này đã được nhiều nhà khoa học trên thế giới phân tích và đánh giá, dựa vào kết luận từ những nghiên cứu khoa học đã được công bố thì các nguyên nhân chính dẫn tới hiện tượng lún trồi đó là: + Công tác lu lèn không đảm bảo yêu cầu; + Hiện tượng lún trồi do lớp vật liệu không đảm bảo về cường độ, độ bền; 5 + Sự liên kết giữa cốt liệu và nhựa trong hỗn hợp không đảm bảo; + Quá trình sản xuất không đảm bảo chất lượng; + Sự gia tăng về giao thông cả về lưu lượng và tải trọng; + Ảnh hưởng của nhiệt độ cao đối với sự làm việc của hỗn hợp BTN. + Thiết kế cấu tạo kết cấu áo đường chưa hợp lý Ở Việt Nam, hiện tượng vệt lún hằn bánh xe đang được sự quan tâm đặc biệt, đã có nhiều cuộc hội thảo cấp cao để tìm ra giải pháp khắc phục hiện tượng này. Hội Cầu Đường Cảng Tp.HCM phối hợp với Viện khoa học GTVT đã tổ chức hội thảo khoa học “Đánh giá tổng quan về những nguyên nhân hư hỏng mặt đường bê tông nhựa trên các tuyến chính khu vực phía Nam và đề xuất giải pháp khắc phục” ngày 20/06/2013, các khuyến cáo của hội thảo đưa ra đó là: + Về công tác khảo sát thiết kế: Đối với các tuyến đường ô tô cấp cao có nhiều xe tải trọng nặng lưu thông, nếu chỉ tính theo các chỉ tiêu về cường độ như hiện nay là chưa hợp lý.

Cần lưu ý khi thiết kế kết cấu áo đường tại các nút giao nhau và tại đoạn đường ra vào nút. Đối với tuyến đường có lưu lượng xe và tải trọng lớn, cần phải khảo sát chi tiết dòng xe. Đối với các tuyến đường có nhiều tải nặng lưu thông ở khu vực phía Nam trong điều kiện nhiệt độ của lớp BTN có thể lên tới 70o÷72oC nên sử dụng nhựa đường có tính ổn định cao, phải kiểm tra khả năng chịu vệt hằn bánh xe. + Đối với đơn vị thi công: Tuân thủ các bước trong thiết kế hỗn hợp BTN (tham khảo TCVN 8819:2011); chất lượng của cốt liệu (đá dăm, cát) và bột khoáng ảnh hưởng đáng kể đến chất lượng mặt đường BTN; việc thay thế cát tự nhiên bằng cát xay trong hỗn hợp BTN làm cho khả năng kháng vệt hằn lún bánh xe được cải thiện từ 10 - 15%.

Trong quá trình thi công mặt đường BTN phải có quy trình quản lý chất lượng để đảm bảo vật liệu đưa ra ngoài hiện trường có chất lượng như vật liệu đã thiết kế tại trạm trộn (tham khảo TCVN 8819:2011). Để hạn chế vệt hằn lún 6 bánh xe, cần đặc biệt lưu ý đảm bảo chất lượng nền đường, móng đường và kết cấu lớp BTN phù hợp với thiết kế được duyệt[23]. + Đối với các đơn vị quản lý và khai thác: Lựa chọn các đơn vị tư vấn nói chung, tư vấn giám sát (TVGS) nói riêng có đủ năng lực, uy tín để nâng cao chất lượng công tác TVGS. TVGS phải nâng cao trách nhiệm trong công tác kiểm tra giám sát chặt chẽ về vật liệu, về hỗn hợp BTN, về các công đoạn thi công lớp BTN tại hiện trường.

Khi có hiện tượng trồi nhựa, vệt hằn lún bánh xe cần chủ động khẩn trương xử lý ngay không để kéo dài, vì thời gian xử lý kéo dài sẽ làm ảnh hưởng đến chất lượng công trình. Tăng cường kiểm tra chất lượng nhựa đường ngay từ khâu nhập khẩu nhựa đường bao gồm cả xuất xứ nhựa (nguồn gốc của sản phẩm), bởi chất lượng nhựa đường quyết định rất lớn đến chất lượng BTN.