Xem mẫu
- MỘT SỐ KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU,
ỨNG DỤNG MẶT ĐƯỜNG BÁN MỀM TẠI VIỆT NAM
GÓP PHẦN ĐẢM BẢO ATGT ĐƯỜNG BỘ
ThS. Nguyễn Anh Dũng
Vụ Khoa học và Công nghệ - Bộ GTVT
TS. Nguyễn Văn Thành
ThS. Nguyễn Minh Trí
ThS. Nguyễn Tuấn Hiển
Viện Khoa học và Công nghệ GTVT
TÓM TẮT:
Trên thế giới và ở Việt Nam, đường ô tô cao tốc và đường cấp cao thường sử dụng kết
cấu mặt đường mềm (điển hình là mặt đường bê tông nhựa) và kết cấu mặt đường cứng (có
lớp mặt là bê tông xi măng); mỗi loại mặt đường có ưu, nhược điểm khác nhau. Trong một
số trường hợp cụ thể, kết cấu mặt đường bán mềm (có lớp mặt là bê tông bán mềm) được
sử dụng nhằm khắc phục nhược điểm và phát huy ưu điểm của cả hai loại mặt đường mềm
và mặt đường cứng; đặc biệt tại các vị trí có lưu lượng, tải trọng giao thông lớn, tốc độ khai
thác thấp, có nguy cơ lún vệt bánh xe cao. Bài báo này giới thiệu một số kết quả nghiên cứu
về bê tông bán mềm và các kết quả ứng dụng tại Việt Nam.
Từ khóa: Mặt đường bán mềm, bê tông bán mềm, bê tông nhựa rỗng, vữa xi măng.
1. GIỚI THIỆU
Kết cấu mặt đường gồm nhiều lớp vật liệu, được chia thành tầng mặt và tầng móng.
Lớp mặt trên cùng là lớp tiếp xúc trực tiếp với tải trọng tác dụng của các phương tiện giao
thông và các điều kiện môi trường; do vậy lớp mặt phải đáp ứng được các yêu cầu như đủ
cường độ, có độ ổn định cao, đảm bảo độ nhám/sức kháng trượt, đảm bảo độ bằng phẳng
và thân thiện với môi trường. Hai loại mặt đường thường được sử dụng rộng rãi trên thế
giới và ở Việt Nam là mặt đường mềm (thường dùng là mặt đường bê tông nhựa, BTN) và
mặt đường cứng (mặt đường bê tông xi măng, BTXM).
Mặt đường BTN do có nhiều ưu điểm nổi bật như dễ thi công cơ giới, dễ sửa chữa,
thông xe ngay sau khi thi công, dễ sửa chữa, nâng cấp... nên được sử dụng rộng rãi. Tuy
nhiên, mặt đường BTN cũng có các nhược điểm chủ yếu là tính nhạy cảm với nhiệt độ, dễ
phát sinh biến dạng dưới tác động của nhiệt độ cao, nứt khi nhiệt độ thấp; phát triển lún vệt
bánh xe dưới tác động của tải trọng trùng phục. Các nhược điểm này càng gia tăng khi sử
dụng móng rời (móng đá dăm), nhất là khi sử dụng nhựa đường thông thường để chế tạo
BTN, khi lưu lượng, tải trọng xe lớn, tốc độ khai thác chậm (ngã 3, ngã 4, khu vực đông
dân cư,...).
Mặt đường BTXM có những ưu điểm chính là tuổi thọ tương đối cao (thường vào
khoảng 20-50 năm), cao hơn mặt đường bê tông nhựa (10-15 năm); mặt đường có khả năng
chống bào mòn tốt; chi phí duy tu, bảo dưỡng thấp... Với những ưu điểm này, mặt đường
144
- BTXM được sử dụng thích hợp cho đường ô tô có tải trọng lớn, nơi khó có điều kiện duy tu
bảo dưỡng. Tuy nhiên, mặt đường BTXM cũng có các nhược điểm là không thông xe được
ngay sau khi thi công, phải có thiết bị thi công đồng bộ, hiện đại để đảm bảo chất lượng
cũng như độ bằng phẳng mặt đường, khó sửa chữa khi mặt đường BTXM bị hư hỏng; việc
nâng cấp cải tạo mặt đường BTXM đòi hỏi chi phí cao, chi phí xây dựng ban đầu đối với
mặt đường BTXM cao hơn so với mặt đường BTN. Để khắc phục những nhược điểm chủ
yếu của mặt BTN và mặt đường BTXM, một số nước trên thế giới đã nghiên cứu ứng dụng
loại mặt đường bán mềm (MĐBM).
Hình 1 - Lún vệt bánh xe mặt đường BTN Hình 2 - Nứt do mỏi mặt đường BTN
Trong những năm qua, Việt Nam đã đầu tư xây dựng mới, cải tạo nâng cấp nhiều dự án
đường bộ. Tuy nhiên, do nhiều lý do khác nhau mà vẫn có hiện tượng hư hỏng cục bộ xuất
hiện sớm, điển hình như lún vệt bánh xe, đặc biệt trên những đoạn tuyến có lưu lượng, tải
trọng lớn; các vị trí ngã 3, ngã tư; đoạn tuyến có tốc độ khai thác thấp. Viện KHCN GTVT
đã nghiên cứu đề xuất nhiều giải pháp nhằm nâng cao chất lượng công trình giao thông,
khắc phục hiện tượng lún vệt bánh xe, trong đó có giải pháp xử dụng MĐBM. Bài báo này
trình bày một số kết quả nghiên cứu, ứng dụng loại MĐBM tại Việt Nam trong thời gian
qua và đề xuất định hướng xây dựng TCVN.
2. GIỚI THIỆU VỀ MẶT ĐƯỜNG BÁN MỀM
Mặt đường bán mềm (Semi-Flexible Pavement, MĐBM) cũng còn được gọi với những
tên khác nhau như mặt đường hỗn hợp bê tông nhựa - xi măng (Asphalt-Portland Cement
Concrete Composite), mặt đường đá dăm tưới vữa (Grouted Macadam), mặt đường bán
cứng (Semi-Rigid Pavement),... Là loại mặt đường có sử dụng bê tông bán mềm (BTBM)
làm lớp mặt; có được bằng cách sử dụng vữa xi măng (VXM) có cường độ cao với thành
phần, độ nhớt phù hợp để phun tưới lên bề mặt một lớp bê tông nhựa rỗng (BTNR) có độ
rỗng dư phù hợp (thường từ 20%-30%) đã được thi công trước đó. XVM sẽ thấm nhập
xuống hết chiều sâu của lớp BTNR, sau khi hình thành cường độ sẽ tạo nên bộ khung có
tính cứng, làm giảm tính mềm của BTN, giảm tính nhạy cảm (suy giảm cường độ) của
BTN khi nhiệt độ cao, tăng khả năng chịu tải của kết cấu, hạn chế lún vệt hằn bánh xe.
Cấu tạo của BTBM gồm 2 thành phần: (1) BTNR đóng vai trò như là bộ khung. Hỗn
hợp BTNR được thiết kế sao cho có độ rỗng dư phù hợp để rót VXM, BTNR phải có các
chỉ tiêu cơ lý thỏa mãn yêu cầu kỹ thuật quy định. (2) VXM đóng vai trò là chất làm đầy các
lỗ rỗng có trong bộ khung BTNR, VXM sử dụng chất liên kết là xi măng, là loại có cường
độ cao, thể hiện tính cứng của vật liệu liên kết vô cơ. Hỗn hợp VXM được thiết kế sao cho
có độ linh động phù hợp để có thể rót và thấm nhập vào trong bộ khung BTNR, VXM phải
145
- có các chỉ tiêu cơ lý thỏa mãn yêu cầu kỹ thuật quy định. Với thành phần như trên, có thể
thấy nguyên lý cơ bản để chế tạo BTBM là sử dụng kết hợp đồng thời cả hai loại chất kết
dính là nhựa đường và xi măng. Hai chất kết dính này sẽ bổ trợ nhau cùng làm việc trong
kết cấu BTBM, nhờ đó khắc phục được những nhược điểm chủ yếu của mặt đường BTN và
mặt đường BTXM; đồng thời phát huy được các ưu điểm của cả hai loại mặt đường BTN
và BTXM.
Trên thế giới, MĐBM được áp dụng chủ yếu tại những vị trí có lưu lượng, tải trọng xe
lớn; đường sân bay; đoạn đường qua trạm thu phí, khu vực ngã 3, ngã 4; đường chuyên
dụng cho xe tải nặng; bến bãi;... [1], [2], [7], [8].
Hình 3 - Lớp vật liệu BTBM [nguồn: Internet] Hình 4 - Bề mặt BTBM [nguồn: Internet]
3. MỘT SỐ KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU, ỨNG DỤNG MĐBM TẠI VIỆT NAM
3.1. Nghiên cứu thử nghiệm tại đường dẫn cao tốc Bình Thuận - Chợ Đệm
Năm 2015, Công ty Infasol là đơn vị đầu tiên triển khai thi công thí điểm đoạn mặt
đường bán mềm tại đường dẫn cao tốc Bình Thuận - Chợ Đệm (đoạn từ trụ điện 08-07 đến
trụ điện 07-37), bên phải tuyến (hướng từ Chợ Đệm đi QL.1A). Phòng Thí nghiệm trong
điểm đường bộ III - Viện KHCN GTVT là đơn vị thực hiện công tác thí nghiệm, theo dõi
đánh giá đoạn thí điểm (theo hợp đồng là 6 tháng); nhóm nghiên cứu tiếp tục theo dõi đánh
giá tại các thời điểm khác nhau cho đến 32 tháng. Lớp BTBM có chiều dày 5cm; BTNR sử
dụng cấp phối 67 của AASHTO M43, hàm lượng nhựa thiết kế 3,0%, độ rỗng dư 29,4 %;
vữa xi măng loại Vinkems Asphalsol. Kết quả theo dõi, đánh giá tại dự án đã đưa ra một số
nhận xét quan trọng là [2], [3]:
Hình 5 - MĐBM tại đường dẫn cao tốc Bình Thuận - Chợ Đệm (tháng 6/2016)
- Chất lượng BTBM phụ thuộc nhiều vào tính phù hợp của cấp phối BTNR, chất lượng
VXM. Chất lượng và độ đồng đều của MĐBM phụ thuộc nhiều vào công nghệ thi công,
146
- điều kiện môi trường khi thi công; khi công nghệ thi công chưa ổn định, thi công khi nhiệt
độ môi trường quá cao, không có giải pháp hợp lý để VXM thấm nhập sâu xuống lớp
BTNR thì mặt đường rễ bị nứt. Vết nứt ngang xảy ra chủ yếu do hiện tượng co ngót của
VXM và thường xuất hiện trong 6 tháng đầu. Khi các vết nứt xuất hiện, giải pháp xử dụng
vữa chuyên dụng để chám vá sẽ có hiệu quả, cho phép tiếp tục khai thác tốt.
- Nếu khe tiếp xúc giữa MĐBM và mặt đường BTN cũ nếu không thực sự kín sẽ làm
cho nước mưa đọng lại, thâm nhập vào lớp vật liệu; khi có xe chạy với tải trọng, lưu lượng
lớn sẽ làm mặt đường bị nứt; các vết nứt này là nứt kết cấu. Nên có giải pháp san gạt
để không còn VXM thừa trên bề mặt hoặc tạo nhám để tăng cường độ nhám mặt đường
BTBM.
- Cường độ chịu nén mẫu khoan, cường độ ép chẻ, mô đun đàn hồi trung bình trên mặt
đường đều tăng trong 6 tháng đầu, sau đó ổn định (gần như không phát triển thêm).
3.2. Nghiên cứu thử nghiệm tại nút giao đường Võ Chí Công, TP. Đà Nẵng
Tháng 9/2017, Công ty TNHH Taiyu Việt Nam đã phối hợp với Công ty CP Tư vấn và
Đầu tư xây dựng EEC tiến hành thi công đoạn thí điểm tại Km1+160 ÷ Km1+220, đường
Võ Chí Công (dài 60m, làn ngoài (rộng 3,75m) bên phải tuyến) theo công nghệ do Công ty
TNHH Taiyu Việt Nam đề xuất.
Theo [4], [5], lớp BTBM có chiều dầy 9cm; BTNR12,5 có hàm lượng nhựa thiết kế
3,5%, độ rỗng dư 22,3%; VXM sử dụng phụ gia STP của Công ty TNHH Taiyu Việt Nam.
Theo [5], sau 1,5 năm sử dụng mặt đường có chất lượng rất tốt, không có hiện tượng
LVBX, chỉ có một vài vết nứt nhỏ hơn 0,3 mm (chiều dài nứt khoảng 10 cm) - các vết nứt
dạng sợi tóc, trong giới hạn cho phép. Theo đánh giá của Phòng Thí nghiệm trọng điểm
đường bộ II - Viện KHCN GTVT, đến nay sau 4 năm sử dụng, đoạn thử nghiệm có chất
lượng tốt, đáp ứng yêu cầu khai thác (đây là vị trí có lưu lượng, tải trọng giao thông lớn,
trước vị trí dừng xe chờ đèn đỏ, trước đây sử dụng BTN truyền thống có hiện tượng lún vệt
bánh xe mức độ nghiêm trọng).
Hình 6 - Thi công rót VXM [4] Hình 7 - MĐBM tại thời điểm tháng 4/2019
3.3. Đề tài KHCN cấp Bộ GTVT mã số DT164028
147
- Năm 2016-2017, TS. Nguyễn Văn Thành của trì đề tài cấp Bộ GTVT “Nghiên cứu ứng
dụng mặt đường bán mềm trong xây dựng đường ô tô tại Việt Nam” mã số DT164028 [2],
một số kết quả chính đã đạt được bao gồm:
(1) Đề xuất được loại BTBM (BTBM12.5, BTBM19), BTNR, VXM; các yêu cầu kỹ
thuật đối với BTBM, BTNR, VXM; phương pháp thiết kế hỗn hợp BTNR, VXM phù hợp
với điều kiện Việt Nam.
(2) Đề tài đã nghiên cứu chế tạo được loại vữa VXM-VIE.2 (thành phần gồm: Xi măng
PCB40, tro bay, phụ gia Sika Viscorete 3000-20, nước) có các chỉ tiêu kỹ thuật gần tương
tự như VXM-STP (sản phẩm của Công ty TNHH Taiyu Việt Nam) và VXM-VIN (Vinkem-
Asphalsol) sử dụng cho BTBM.
(3) Đã tiến hành nghiên cứu thực nghiệm 6 loại hỗn hợp BTBM tương ứng với 2 loại
BTNR (BTNR12.5 và BTNR19) và 3 loại VXM (VXM-VIE.2, VXM-STP, VXM-VIN).
Một số kết quả thử nghiệm được thể hiện trên các Hình 9 đến Hình 16.
Hình 8 - Chế tạo mẫu thử trong phòng thí nghiệm
Hình 9 -Rn của VXM theo thời gian Hình 10 -Rku của VXM theo thời gian
Hình 11 -Rn của BTBM theo thời gian Hình 12 -Rku của BTBM theo thời gian
148
- Hình 13 - Cường độ ép chẻ của BTBM Hình 14 - Độ ổn định Marshall của BTBM
Loại BTBM R12.5-VIE.2 R12.5-STP R12.5-VIN
Mẫu 1 3,02 2,04 3,15
Độ sâu LVBX
Mẫu 2 2,01 2,95 2,90
(RDw), mm
Trung bình 2,52 2,50 3,03
Hình 15 - Mô đun đàn hồi tĩnh của BTBM Hình 16- Độ sâu LVBX trong phòng
(4) Đã đề xuất được bộ giá trị Eđh (trường hợp sử dụng đá vôi) phục tính toán kết cấu
mặt đường theo 22TCN211:2006 ở các nhiệt độ 15oC / 30oC / 60oC lần lượt là 1100 MPa/
1000 MPa / 800 MPa. Đã đề xuất thiết kế cấu tạo MĐBM có sử dụng lớp BTBM và phạm
vi áp dụng cụ thể.
(5) Đề xuất được công nghệ thi công và nghiệm thu MĐBM.
3.4. Nghiên cứu xây dựng Quy định kỹ thuật thi công và nghiệm thu MĐBM
Bảng 1 - Chỉ tiêu kỹ thuật quy định đối với BTBM
TT Chỉ tiêu kỹ thuật Quy định Phương pháp thử
Lượng VXM thấm nhập vào mẫu BTNR
1 ≥ 80 -
hình trụ tròn, %
Thí nghiệm cường độ chịu kéo khi uốn (mẫu 7 ngày)
- Cường độ chịu kéo khi uốn (Rku), MPa ≥ 2,5
2 Phụ lục A
- Biến dạng của dầm tại thời điểm mẫu bị phá hoại, mm/
≥ 3x10-3
mm
Thí nghiệm cường độ kéo gián tiếp (mẫu 7 ngày,
thí nghiệm ở 25 °C)
3 TCVN 8862:2011
- Cường độ kéo gián tiếp, MPa > 0,9
- Hệ số cường độ kéo gián tiếp, % > 80
Trên cơ sở các nghiên cứu lý thuyết, nghiên cứu thực nghiệm trong phòng và kết quả
thực tế áp dụng thí điểm tại các dự án, năm 2020, Viện KHCN GTVT đã chủ trì biên soạn
149
- và trình Bộ GTVT ban hành “Quy định tạm thời về thiết kế, thi công và nghiệm thu lớp bê
tông bán mềm” (ban hành kèm theo Quyết định số 189/QĐ-BGTVT ngày 08/02/2020 của
Bộ GTVT), một số yêu cầu chính đối với BTBM, BTNR và VXM xem các Bảng 1, 2, 3.
Đây là cơ sở quan trọng để có thể triển khai áp dụng MĐBM trên phạm vi rộng hơn.
Bảng 2 - Chỉ tiêu kỹ thuật quy định đối với BTNR
TT Chỉ tiêu kỹ thuật Quy định Phương pháp thử
1 Đầm mẫu Marshall 2x50 chày TCVN 8860-1:2011
2 Khối lượng thể tích (g/cm3) ≥ 1,9 TCVN 8860-5:2011
3 Độ bền Marshall, kN ≥ 3,0 TCVN 8860-1:2011
4 Độ dẻo Marshall, mm 2,0-4,0 TCVN 8860-1:2011
5 Độ rỗng dư, % 22 - 28 TCVN 8860-9:2011
6 Đô rỗng liên thông ≥ 13 Phụ lục B
7 Độ chảy của nhựa đường, % ≤ 1,0 QĐ số 431/QĐ-BGTVT
Bảng 3 - Chỉ tiêu kỹ thuật quy định đối với VXM
TT Chỉ tiêu thí nghiệm Quy định Phương pháp thử
1 Độ chảy (độ nhớt), s 10÷14 ASTM C939
2 Cường độ chịu nén (mẫu 7 ngày tuổi), MPa 15÷36 TCVN 3121-11:2003
3 Cường độ chịu kéo khi uốn (mẫu 7 ngày tuổi), MPa ≥ 2,0 TCVN 3121-11:2003
3.5. Dự án cải tạo nâng cấp QL13 - BOT Bình Phước
Trong năm 2020, Phòng Thí nghiệm trọng điểm Đường bộ III - Viện KHCN GTVT
đã phối hợp với Công ty TNHH Taiyu Việt Nam, Công ty Infrasol nghiên cứu thiết kế hỗn
hợp, thi công, thí nghiệm kiểm tra đánh giá BTBM đoạn trước ngã 4 thuộc Dự án cải tạo
nâng cấp QL13 - BOT Bình Phước, thuộc địa phận Huyện Chơn Thành - Tỉnh Bình Phước.
BTBM được thi công trên làn đường số 2 (làn xe tải, hướng từ Bình Phước về Tp. Hồ Chí
Minh), lý trình Km77+680 - Km77+740.
Dự án sử dụng BTBM có chiều dầy 5cm, BTNR19 có độ rỗng dư 25,3%, sử dụng
VXM loại STP-VN của Công ty Taiyu Việt Nam (có các chỉ tiêu cơ lý trong Bảng 4). Việc
thiết kế hỗn hợp, thi công và nghiệm thu được thực hiện theo đúng Quy định kỹ thuật ban
hành kèm theo Quyết định số 189/QĐ-BGTVT.
Kết quả thí nghiệm kiểm tra cho thấy MĐBM có độ bằng phẳng đạt mức rất tốt theo
TCVN8864:2011, độ nhám xác định bằng phương pháp rắc cát từ (0,67÷1,04) mm, sức
kháng trượt xác định bằng con lắc Anh theo TCVN8866:2011 từ (62÷71); chất lượng khai
thác tốt.
150
- Bảng 4 - Chỉ tiêu thí nghiệm của hỗn hợp BTBM19
Kết quả thí Phương pháp
TT Chỉ tiêu kỹ thuật Quy định
nghiệm thử
Lượng VXM thấm nhập vào mẫu BTNR hình
1 85,1 ≥ 80 -
trụ tròn, %
Thí nghiệm cường độ chịu kéo khi uốn (mẫu
2
7 ngày tuổi)
- Cường độ chịu kéo khi uốn (Rku), MPa 3,27 ≥ 2,5 Phụ lục A
- Biến dạng của dầm tại thời điểm mẫu bị
4,1 ≥ 3x10-3
phá hoại, mm/mm
Thí nghiệm cường độ kéo gián tiếp (mẫu 7
3
ngày tuổi, thí nghiệm ở 25 °C)
TCVN 8862:2011
- Cường độ kéo gián tiếp, MPa 0,97 > 0,9
- Hệ số cường độ kéo gián tiếp, % 84,1 > 80
Hình 17 - Thi công tưới VXM Hình 18 - MĐBM tại thời điểm 4/2021
4. KẾT LUẬN, KIẾN NGHỊ
MĐBM sử dụng lớp BTBM đã được nghiên cứu áp dụng tại nhiều nước trên thế giới;
có nhiều ưu điểm; khắc phục những nhược điểm chủ yếu của mặt đường BTN và mặt
đường BTXM.
Tại Việt Nam, BTBM và MĐBM đã được nghiên cứu một cách đầy đủ về cơ sở lý
thuyết, nghiên cứu thực nghiệm trong phòng và hiện trường. Các kết quả áp dụng thực tế
tại hiện trường đã chứng minh MĐBM có chất lượng tốt, rất phù hợp tại các vị trí có lưu
lượng, tải trọng giao thông lớn, vị trí dừng xe; Quy định kỹ thuật do Bộ GTVT đã ban hành
nhìn chung phù hợp.
Đề xuất sớm xây dựng TCVN để có thể áp dụng rộng rãi MĐBM trong thực tế nhằm
khắc phục tình trạng lún vệt bánh xe, góp phần đảm bảo an toàn giao thông đường bộ.
151
- TÀI LIỆU THAM KHẢO
[1] Nguyễn Văn Thành, Phan Thành Nhân, Trần Ngọc Huấn, Nguyễn Minh Trí (2015).
Kết quả nghiên cứu bước đầu về vật liệu Densiphalt dùng cho mặt đường mềm và định
hướng áp dụng tại Việt Nam. Tuyển tập báo cáo hội nghị KHCN Viện năm 2015.
[2] Nguyễn Văn Thành (2017). Báo cáo tổng kết KHCN đề tài cấp Bộ GTVT “Nghiên
cứu ứng dụng mặt đường bán mềm trong xây dựng đường ô tô tại Việt Nam” mã số
DT164028.
[3] Báo cáo kết quả thử nghiệm mặt đường Densiphalt. Phòng Thí nghiệm trọng điểm
đường bộ III. 2016.
[4] Báo cáo tổng kết thi công thực nghiệm mặt đường bê tông nhựa bán cứng, sử dụng
phụ gi Strong Pave (STP) tại nút giao đường Võ Chí Công, TP. Đà Nẵng. Công ty CP Tư
vấn và Đầu tư xây dựng EEC. 20117
[5] Báo cáo kết quả khảo sát mặt đường bán mềm - STP sau khi thi công 1 năm 6 tháng.
Công ty TNHH Taiyu Việt Nam. 3/2019.
[6] “Quy định tạm thời về thiết kế, thi công và nghiệm thu lớp bê tông bán mềm” ban
hành kèm theo Quyết định số 189/QĐ-BGTVT ngày 08/02/2020 của Bộ GTVT.
[7] Densiphalt Handbook. Công ty EucoDensit.
[8] Cement Milk Modifier for Semi-Flexible Pavement. Công ty TNHH Taiyu
Nhật Bản.
152
nguon tai.lieu . vn
