NGHIÊN cứu CÔNG NGHỆ tái CHẾ NGUỘI mặt ĐƯỜNG bê TÔNG ASPHALT TRIỂN KHAI tại VIỆT NAM để áp DỤNG CHO bảo TRÌ ĐƯỜNG đô THỊ CHDCND lào

Mục tiêu nghiên cứu của đề tài Đưa ra các giải pháp cụ thể về thiết kế và thi công theo công nghệ càobóc tái sinh nguội mặt đường ô tô để áp dụng vào các dự án bảo trì, cải tạo,nâng cấp

Phouthsavath XAYMONGKHONH

NGHI£N CøU C¤NG NGHÖ T¸I CHÕ NGUéI MÆT §¦êNG B£ T¤NG ASPHALT TRIÓN KHAI T¹I VIÖT NAM §Ó ¸P DôNG

CHO B¶O TR× §¦êNG §¤ THÞ CHDCND LµO

Chuyên ngành: Xây dựng đường ôtô và thành phố

Mã số: 62.58.02.05.01

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:

PGS.TS TRẦN THỊ KIM ĐĂNG

HÀ NỘI - 2015

PHẦN MỞ ĐẦU

1 Tính thiết của nghiên cứu

Giao thông đường bộ đối với bất kỳ quốc gia nước nào cũng đều có vaitrò hết sức quan trọng Mạng lưới đường bộ mang tính chiến lược trong pháttriển kinh tế - xã hội và là huyết mạch của đất nước

2 Mục tiêu nghiên cứu của đề tài

Đưa ra các giải pháp cụ thể về thiết kế và thi công theo công nghệ càobóc tái sinh nguội mặt đường ô tô để áp dụng vào các dự án bảo trì, cải tạo,nâng cấp đường ô tô tại CHDCND Lào

3 Đối tượng nghiên cứu

Ứng dụng công nghệ tái sinh nguội sử dụng bitum bọt

4 Phạm vi nghiên cứu

Nghiên cứu công nghệ đã được áp dụng tại Quốc lộ 5 Km94+0.00) - Việt Nam để đề xuất áp dụng cho đường đô thị, nướcCHDCND Lào

(Km82+0.00-:-5 Phương pháp nghiên cứu

- Nghiên cứu lý thuyết:

- Thu thập và phân tích các số liệu thực tế tại QL5 của Việt Nam:

- Đánh giá và đề xuất khả năng để sử dụng ở CHDCND Lào

6 Kết cấu của luận văn

phần mở đầu

Chương 1: Tổng quan về các công nghệ tái sinh mặt đường bê tông

asphalt

Chương 2: Dự án bảo trì quốc lộ 5 của Việt Nam - các đặc điểm cơ

bản và các giải pháp công nghệ bảo trì mặt đường

Chương 3: Dự án bảo trì quốc lộ 5 của Việt Nam - công tác khảo sát

và thiết kế thành phần hỗn hợp vật liệu tái sinh sử dụng bitum bọt

Chương 4: Đề xuất áp dụng công nghệ tái sinh nguội mặt đường bê

tông asphalt cho bảo trì đường đô thị tại CHDCND Lào

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ CÁC CÔNG NGHỆ TÁI SINH MẶT ĐƯỜNG

BÊ TÔNG ASPHALT 1.1 Tái sinh nguội mặt đường bê tông Asphalt - các phương pháp và yêu cầu công nghệ cơ bản

1.1.1 Khái niệm về tái chế nguội

Tái chế nguội (Cold-mix recycling) là công nghệ sử dụng lại vật liệumặt đường nhựa cũ không sử dụng nhiệt để làm nóng hỗn hợp

1.1.1.1 Ưu nhược điểm của tái chế nguội

a Ưu điểm:

- Công nghệ sử dụng cơ học để phá vỡ liên kết bê tông nhựa, nên côngnghệ đơn giản không tốn nhiều năng lượng cho việc phá bóc mặt đường cũ sovới phương pháp bóc nóng

- Rút ngắn thời gian xây dựng, giảm đáng kể gián đoạn giao thông

- Ít phụ thuộc vào điều kiện thời tiết

- Giảm giá thành xây dựng

- Ít ô nhiễm đến môi trường xung quanh như phương pháp bóc nóng

b Nhược điểm:

- Gây tiếng ồn do sử dụng cơ học để phá vỡ liên kết bê tông asphalt

- Gây ảnh hưởng đến nền đường cũng như những công trình ngầm tại

vị trí sửa chữa

- Chi phí cho việc thay thế các lưỡi cắt là lớn

1.2 Tái sinh nóng mặt đường bê tông Asphalt - các phương pháp và yêu cầu công nghệ cơ bản

1.2.1 Khái niệm tái chế nóng

Là một quá trình trong đó hỗn hợp vật liệu bao gồm hoặc vật liệu mặtđường nhựa tái chế - RAP (Reclaimed Asphalt Pavement), hoặc cốt liệu táichế - RAM (Reclaimed Aggregate) hoặc cả 2 được phối hợp với nhựa đườngmới, có thế thêm cốt liệu mới và những tác nhân tái chế nếu cần thiết được

trộn trong một thiết bị trộn trung tâm để sản xuất ra hỗn hợp bêtông nhựa rảiđường kiểu trộn nóng Sản phẩm hồn hợp bêtông nhựa sau khi tái chế phảiphù hợp với tất cả các yêu cầu của tiêu chuẩn về vật liệu, về chất lượng xâydựng như đối với hỗn hợp bêtông nhựa mới.

1.2.1.1 Ưu nhược điểm của tái chế nóng

a Ưu điểm

- Tận dụng được nhiệt trong quá trình bóc để phục vụ cho việc tái chế

bê tông asphalt

- Không gây ảnh hưởng đến nền đường cũng như những công trìnhngầm tại nơi cào bóc

b Nhược điểm

- Thiết bị phức tạp, cồng kềnh đòi hỏi có nhiều thiết bị phụ trợ đi kèm

- Tổn thất nhiệt lớn trong quá trình đốt nóng lớp bê tông asphalt

- Khi đốt nóng gây ô nhiễm và ảnh hưởng đến môi trường xung quanh

- Công nghệ tái chế bê tông nhựa theo phương pháp đốt nóng được tiếnhành với nhiều công đoạn đòi hỏi dây chuyền thi công phải đồng bộ và chặt chẽ

1.3 Phân tích về tính ứng dụng và khả thi của các phương pháp tái sinh mặt đường bê tông Asphalt

1.3.1 Tình hình khai thác, sử dụng mặt đường BTN ở các nước trên thế giới

1.3.1.2 Phân loại mặt đường bê tông nhựa

a Theo phương pháp thi công

b Theo độ rỗng còn dư (Độ rỗng sau khi lu lèn)

c Theo hàm lượng đá dăm

d Theo cỡ hạt lớn nhất danh địnhcủa cấp phối đá

1.3.1.3 Ưu nhược điểm của mặt đường bê tông nhựa

a Ưu điểm:

Có cường độ cao, chịu được lưu lượng xe lớn (N> 3000 xe/ng.đêm);Chịu được xe có tải trọng lớn; Tuổi thọ lớn: có thể tới 15- 20 năm; Không

phát sinh bụi, tiếng động khi xe chạy; Ít bị bào mòn (dưới 1mm/năm ); Có thể

cơ giới hóa khi thi công; Dễ duy tu bảo dưỡng và sửa chữa

b Nhược điểm:

- Cường độ không ổn định theo nhiệt độ:

- Kém ổn định với nước

- Các loại xe bánh xích, bánh sắt đi lại trên mặt đường BTN thường hay

để lại những dấu vết làm hư hỏng lớp trên mặt, nên thường không làm mặtđường BTN cho loại xe này chạy

- Hệ số bám sẽ giảm đi khi mặt đường ẩm ướt nên xe dễ bị trượt có thểkhắc phục bằng cách thảm lên bề mặt lớp vật liệu tạo nhám

- Đầu tư ban đầu tương đối lớn, tuy nhiên khi xét tới hiệu quả giữa chiphí ban đầu, chi phí duy tu bảo dưỡng và vận tải mà mặt đường BTN đem lại

so với các loại mặt đường khác thì chưa chắc đây đã là nhược điểm

CHƯƠNG 2 LỰA CHỌN GIẢI PHÁP TÁI CHẾ MẶT ĐƯỜNG - BÀI HỌC

KINH NGHIỆM TỪ QUỐC LỘ 5 CỦA VIỆT NAM

2.1 Giới thiệu dự án bảo trì quốc lộ 5, Hà Nội - Hải Phòng

2.1.1 Giới thiệu khái quát và căn cứ pháp lý

Quốc lộ 5 bắt đầu từ ngã ba cầu Chui thành phố Hà Nội, chạy qua cáctỉnh Hưng Yên, Hải Dương và kết thúc tại thành phố Hải Phòng Quốc lộ 5 cótổng chiều dài 106 km là trục đường chính nối thành phố Hà Nội và thành phốHải Phòng, đồng thời là đường vành đai của các tỉnh Hải Dương, Hưng Yên

Quốc lộ 5 được cải tạo nâng cấp lớn từ năm 1996 - 1998, vào đầu thời

kì mở cửa tại Việt Nam Trong thời gian khai thác đến gần 20 năm, quốc lộ 5

đã trải qua nhiều lần đại tu, tăng cường mặt đường, đặc biệt là trong khuônkhổ dự án bảo trì các quốc lộ NPP (National Road Network PreservationProgram) do Ngân hàng Thế giới tài trợ, với giải pháp chủ yếu chỉ là tăngcường thêm một lớp bê tông nhựa trên bề mặt đường cũ

2.1.2 Hệ thống khung tiờu chuẩn ỏp dụng cho cải tạo, khụi phục đoạn Km

82 - Km 94 với giải phỏp tỏi sinh nguội mặt đường sử dụng bitum bọt

2.2 Cỏc điều kiện khai thỏc của quốc lộ 5 và giải phỏp sửa chữa, bảo trỡ mặt đường tuyến quốc lộ 5

2.2.1 Tỡnh trạng hiện tại của Quốc lộ 5

2.2.1.1 Hiện trạng kỹ thuật Quốc lộ 5

a Quy mụ tiờu chuẩn hiện tại của Quốc lộ 5

Quốc lộ 5 là đường giao thụng huyết mạch nối cụm cảng Hải Phũngvới thủ đụ Hà Nội, miền Bắc Việt Nam Nú cũn là một phần của đường xuyờn

Á AH14

b Cỏc cụng trỡnh hiện cú trờn Quốc lộ 5

Bảng 2.2 Bảng thống kờ cỏc cầu vượt bộ hành trờn QL5 trong đoạn

Km 82 - Km 94

T

T Lý trỡnh

Tờn cầu

Tĩnh khụng cầu (m)

Tải trọng Ghi chỳ

Tĩnh khụng hiện tại (m)

Tĩnh khụng tiờu chuẩn (m)

Tĩnh khụng hiện tại so với tiờu chuẩn (cm)

* Hệ thống đường gom trờn Quốc lộ 5

Bảng 2.3 Hệ thống đường gom trờn QL, đoạn Km 82 - Km 94

Trỏi tuyến Trỏi tuyến TT

Lý trình

Loại

đờng

Bề rộng (m)

Chiều dài (m) STT

Lý trình

Lý trình

Bề rộng (m)

Chiều dài (m)

Điểm

đầu

Điểm cuối

Điểm đầu

Điểm cuối

1 Km86+795 km87+50 BTN 2.3 845

2 Km88+285 km88+940 BTN 3.4-: 685

Trỏi tuyến Trỏi tuyến TT

Lý trình

Loại

đờng

Bề rộng (m)

Chiều dài (m) STT

Lý trình

Lý trình

Bề rộng (m)

Chiều dài (m)

Điểm

đầu

Điểm cuối

Điểm đầu

Điểm cuối

-4.0

Bảng 2.4 Hiện trạng hệ thống lan can tụn súng ngăn cỏch giữa làn cơ giới

và làn thụ sơ và mức chờnh cao độ mặt đường giữa làn cơ giới và làn thụ sơ

Chờn

h cao độ giữa làn

xe cơ giới và thụ sơ (cm)

Ghi chỳ

T T

Lý trỡnh

Chiề

u dài (m)

Chờn

h cao độ giữa làn

xe cơ giới và thụ sơ (cm)

Ghi chỳ

Điểm cuối

Khụn

g cú lan can tụn súng

Cú lan can tụn sún g

Khụn

g cú lan can tụn súng

Cú lan can tụn sún g

Trái tuyến Phải tuyến

Chên

h cao độ giữa làn

xe cơ giới và thô sơ (cm)

Ghi chú

T T

Lý trình

Chiề

u dài (m)

Chên

h cao độ giữa làn

xe cơ giới và thô sơ (cm)

Ghi chú

Điểm cuối

Khôn

g có lan can tôn sóng

Có lan can tôn són g

Khôn

g có lan can tôn sóng

Có lan can tôn són g

13 Km87+30

Km88+30 0

b Tình trạng mặt đường hiện tại trên Quốc lộ 5

Quốc lộ 5 được cải tạo nâng cấp năm 1996 hiện đạt tiêu chuẩn đườngcấp II đồng bằng với kết cấu mặt đường như sau:

+ 5 cm bê tông nhựa lớp trên

+ 8 cm bê tông nhựa lớp dưới

+ 20 cm cấp phối đá dăm loại 1

+ 30 cm cấp phối đá dăm loại 2

Bảng 2.5 Kết quả đánh giá tình trạng mặt đường của đoạn áp dụng

tái sinh nguội

STT Lý trình

Vị trí so với tim tuyến

Mô tả hiện trạng bề mặt

Lớp bê tông nhựa

Bề dầy lớp BTN

Dính bám với lớp móng

1 Km83+545 Trái tuyến

cách tim 5.6m

Rạn nứt

hư hỏng nặng

Lớp 1: rạn nứt mạng lưới 0.3- 0.5cm

4.0 cm

Lớp 2: rạn mạng lưới nặng 0.4-

9.0 cm Dính bám

kém với lớp

STT Lý trình

Vị trí so với tim tuyến

Mô tả hiện trạng bề mặt

Lớp bê tông nhựa

Bề dầy lớp BTN

Dính bám với lớp móng

2 Km84+150

Trái tuyến cách tim 5.2m

Rạn nứt

hư hỏng nặng

Lớp 1: rạn nứt mạng lưới 0.3- 0.5cm

5.4 cm

Lớp 2: rạn mạng lưới nặng 0.4- 0.6cm

8.2 cm

Dính bám kém với lớp móng

3 Km85+030

Trái tuyến cách tim 5.8m

Rạn nứt

hư hỏng vừa

Lớp 1: rạn nứt mạng 0.1-0.2cm 4.6 cmLớp 2: đôi chỗ

rạn nứt nhẹ 6.8 cm

có dính bám với lớp móng

4 Km86+445

Trái tuyến cách tim 5.8m

Rạn nứt

hư hỏng vừa

Lớp 1: rạn nứt mạng 0.1-0.2cm 4.6 cmLớp 2: đôi chỗ

rạn nứt nhẹ 7.8 cm

có dính bám với lớp móng

5 Km89+198

Trái tuyến cách tim 5.8m

Rạn nứt

hư hỏng nặng

Lớp 1: rạn nứt ngang 0.2-0.4cm 4.3 cmLớp 2: rạn nứt

mạng lưới 0.5cm

0.3-4.8 cm

Lớp 3: rạn nứt hoàn toàn 0.4- 0.6cm

7.2 cm

Dính bám kém với lớp móng

6 Km90+450

Trái tuyến cách tim 5.7m

Rạn nứt

hư hỏng nặng

Lớp 1: rạn nứt hoàn toàn 0.5- 0.8cm

5.0 cm

Lớp 2: rạn nứt mạng lưới 0.3- 0.5cm

4.2 cm

Lớp 2: rạn nứt 0.3-0.5cm 6.7 cm

Dính bám kém với lớp móng

Một số hình ảnh về hư hỏng mặt đường trên đoạn ứng dụng tái sinh nguội được thể hiện dưới đây.

Hình 2.1 Một số hình ảnh hư hỏng mặt đường trên đoạn áp dụng

tái sinh nguội Bảng 2.6: Khối lượng hư hỏng mặt đường

TT Lý trình Làn

(trái, phải)

Hình thức hư hỏng Tổng

diện tích mặt đường hư hỏng (m2)

Diện tích mặt đường làn cơ giới (m2)

Hư hỏng chiếm

tỷ lệ (%)

Rạn nứt

hư hỏng vừa (m2)

Rạn nứt

hư hỏng nặng (m2)

Hằn vệt

xe + Xô dồn (m2)

Lún trồi (m2)

6234.65 20855.90 844.80 0.00 27935.35 91041.555 30.68

Làn trái (hướng Hải

13413.66 23934.31 3210.90 450.00 41008.87 91041.555 45.04

Phòng-Hà Nội)

Tổng:

Km82-Km94

19648.3 1

44790.2 1

4055.7 0

450.0

0 68944.22

182083.1

1 37.86

c Mô đun đàn hồi mặt đường cũ

Bảng 2.7 Mô đun đàn hồi đo trên lớp móng trên tại vị trí trong đoạn tái

sinh

T

Độ võng (0.01 mm)

Mô đun đàn hồi (MPa)

2.2.1.2 Lưu lượng giao thông trên Quốc lộ 5

Bảng 2.8 Số liệu khảo sát lưu lượng giao thông và thành phần giao thông

Bảng 2.9: Kết quả xử lý số liệu lưu lượng giao thông và thành phần giao thông

Bảng 2.10: Kết quả xử lý số liệu lưu lượng giao thông và thành phần giao

thông thu thập từ cơ quan quản lý đường bộ

2.3 Áp dụng giải pháp tái sinh nguội tại chỗ sử dụng bitum bọt sửa chữa bảo trì mặt đường quốc lộ 5

2.3.2 Giới thiệu công nghệ tái sinh nguội tại chỗ sử dụng bitum bọt

Công nghệ cào bóc, tái chế nguội kết cầu áo đường bằng bitum bọt và

xi măng là một công nghệ tiên tiến và được nhiều nước trên thế giới áp dụng.Tuy nhiên ở Việt Nam, hiện nay công nghệ này còn khá mới mẻ Với côngnghệ cào bóc và tái chế nguội này, lớp móng và mặt đường sau khi cào bóc,nghiền nát sẽ được gia cố tại chỗ với một lượng rất nhỏ xi măng, bitum, nước.Sau khi đầm nén sẽ tạo nên một lớp móng đồng nhất và có chất lượng tốt.Ngoài lợi ích bảo vệ tài nguyên và giảm chi phí qua việc tái chế vật liệu cũ,công nghệ tiên tiến này còn rút ngắn thời gian thi công, hạn chế ùn tắc giaothông do quá trình thi công gây ra

Sơ đồ dây chuyền công nghệ thi công cào bóc tái sinh nguội:

Hình 2.7: Sơ đồ dây chuyền công nghệ thi công cào bóc tái sinh nguội

Các hình ảnh hiện trường áp dụng công nghệ tái sinh nguội ở hình 2.8

Hình 2.8: Dây chuyền công nghệ thi công cào bóc tái sinh nguội

của Wirgent Group

Công nghệ cào bóc tái chế nguội của công ty INFRASOL, gói thầu số10, Km82-Km94

- Chiều dài 12 Km

- Đơn vị thi công: Công ty TNHH INFRASOL

- Thi công theo Quyết định số 1162/QĐ-BGTVT ngày 23/5/2012 vềviệc “Ban hành Quy định tạm thời về thiết kế, thi công và nghiệm thu lớp táisinh nguội tại chỗ bằng bi tum bọt và xi măng trong kết cấu áo đường ô tô”;

- Quy mô và kết cấu mặt đường:

+ Chiều rộng vệt gia cố theo công nghệ cào bóc, tái chế: B = 7,5 m/ 1luồng xe chạy x 2 luồng xe chạy (Làn xe tải và xe con)

+ Kết cấu mặt đường tính từ trên xuống:

Bê tông nhựa 2 lớp: 10 cm

Lớp móng cào bóc, tái chế: 22 cm

CHƯƠNG 3 KHẢO SÁT VÀ THIẾT KẾ THÀNH PHẦN HỖN HỢP VẬT LIỆU TÁI SINH SỬ DỤNG BITUM BỌT CHO DỰ ÁN BẢO TRÌ QUỐC LỘ 5 - BÀI HỌC KINH NGHIỆM TỪ DỰ ÁN QUỐC LỘ 5 VIỆT NAM

3.1 Khái niệm và các ứng dụng của bitum bọt

3.1.1 Khái niệm về bitum bọt

Theo Tiêu chuẩn Anh BS 3690: phần 1: 1989 định nghĩa bitum là “hợpchất ở dạng lỏng nhớt hoặc rắn, ổn định, hầu như không bay hơi và mềm rakhi bị nung nóng Bitum có màu nâu hoặc đen, có các đặc tính kết dính vàkhông thấm nước Bitum thu được từ quá trình lọc dầu và cũng được tìm thấytrong thiên nhiên ở dạng kết hợp với các khoáng chất”

Hình 3.1 Quá trình sản xuất bitum bọt

3.1.3 Ưu nhược điểm của bitum bọt

- Giá thành tương đối cao so với phương pháp gia cố khác

- Nhiệt độ bitum: đòi hỏi bitum ở nhiệt độ cao (180oC) để quá trình tạobọt được hoàn chỉnh

- Thành phần hạt: Chất lượng của hỗn hợp phụ thuộc rất nhiều vàothành phần cấp phối

- Thiết bị chuyên dùng: đỏi hỏi phải có buồng nở chuyên dùng để tạobọt cho bitum và các công việc khác có liên quan

Bảng 3.1 Bề dày bê tông nhựa trên làn xe cơ giới hướng Hà Nội - Hải Phòng

Lý trình Bề dày bê tông nhựa (cm)

Bảng 3.2 Bề dày bê tông nhựa trên làn xe cơ giới hướng Hải Phòng - Hà Nội

4.1.1 Tổng quan tình hình phát triển kinh tế-xã hội của nước CHDCND Lào

Lào (tên chính thức: Cộng hòa Dân chủ Nhân dân Lào) là một quốc

gia không giáp biển duy nhất tại vùng Đông Nam Á, nằm ở khu vực tiểu vùngsông Mê Kông mở rộng Có diện tích tự nhiên là 236.800 km2, dân số năm

2008 là 6.677.534 người Lào giáp Trung Quốc ở phía Bắc với đường biêngiới dài 505 km; giáp Campuchia ở phía Nam với đường biên giới dài 535km; giáp với Việt Nam ở phía Đông với đường biên giới dài 2,069 km, giápvới Myanma ở phía Tây Bắc với đường biên giới dài 236 km; giáp với Thái

Lan ở phía Tây với đường biên giới dài 1,835 km Do vị trí địa lý đặc biệt củamình, CHDCND Lào được coi như một “địa bàn trung chuyển” của ĐôngNam Á lục từ Tây sang Đông, từ Bắc xuống Nam và ngược lại Với vị trí này

đã thức đẩy ASEAN đẩy mạnh hợp tác với CHDCND Lào và là điều kiệnthuận lợi để CHDCND Lào đẩy nhanh quá trình hội nhập với các nước trongkhu vực và Quốc tế

Bảng 4.1 Tổng số lượng phương tiện vận tải đường bộ từ năm 2003

đến năm 2013

Đơn vị: chiếc

Stt Năm Xe máy Xe Lam Ôtô sức chứa

Kết cấu mặt đường Đường nhựa Đường đá Đường đất

40.08

2.733,3

26.4

33.41

tỉnh lộ 9,900.8 1405.9

14.19

2.622,7

26.4

59.31

6,737

6

22.62

16,854

2

56.60

4.3 Các thí nghiệm kiểm tra, kiểm soát quá trình thi công

4.3.1 Các yêu cầu về vật liệu dùng cho hỗn hợp vật liệu cào bóc tái sinh nguội

Bảng 4.3 Đặc tính tạo bọt giới hạn

Nhiệt độ hỗn hợp 10 o C tới Lớn hơn Phương pháp thử