Mặt đường bán cứng đã được nghiên cứu và ứng dụng nhiều trên thế giới. Đồng thời nó đã chứng tỏ được những ưu điểm nổi bật của mình đối với các loại mặt đường truyền thống (mặt đường bê tông nhựa và bê tông xi măng). Song cho tới nay việc nghiên cứu ứng dụng mặt đường bán cứng ở nước ta vẫn chưa được nhiều. Bài báo đưa ra cái nhìn tổng quan, cũng như các yêu cầu cơ bản về mặt đường bán cứng. Ngoài ra bài báo còn đưa ra kết quả bước đầu thiết kế cấp phối mặt đường bán cứng sử dụng nguồn vật liệu ở phía Nam và xem xét ảnh hưởng đầm nén đến sự xâm nhập vữa vào trong bê tông nhựa hở.
Trang 1BƯỚC ĐẦU NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ HỖN HỢP BÊ TÔNG NHỰA BÁN CỨNG
ỨNG DỤNG CẤP PHỐI HỞ VÀ VỮA CẢI TIẾN
PRELIMINARY RESEARCH ON MIX DESIGN OF SEMI-RIGID PAVEMENT BASED ON OPEN GRADATION AND RESIN GROUT MODIFIER
TS Nguyễn Mạnh Tuấn, Ks Nguyễn Bảo Quốc
TÓM TẮT
Mặt đường bán cứng đã được nghiên cứu và ứng dụng
nhiều trên thế giới Đồng thời nó đã chứng tỏ được những ưu
điểm nổi bật của mình đối với các loại mặt đường truyền thống
(mặt đường bê tông nhựa và bê tông xi măng) Song cho tới
nay việc nghiên cứu ứng dụng mặt đường bán cứng ở nước ta
vẫn chưa được nhiều Bài báo đưa ra cái nhìn tổng quan, cũng
như các yêu cầu cơ bản về mặt đường bán cứng Ngoài ra bài
báo còn đưa ra kết quả bước đầu thiết kế cấp phối mặt đường
bán cứng sử dụng nguồn vật liệu ở phía Nam và xem xét ảnh
hưởng đầm nén đến sự xâm nhập vữa vào trong bê tông nhựa
hở
Từ khóa: Áo đường, mặt đường bán cứng, bê tông nhựa hở,
vữa cải tiến
ABSTRACT
Semi rigid pavement has been studied and applied much of
the world It also has more significant advantages than
traditional pavements including asphalt concrete and cement
concrete But so far there is not too many researches and
applications of semi rigid pavement in our country The paper
focuses on an overview, requirements, and construction
process of semi rigid pavement In addition, the paper shows
some preliminary mix design using materials from South of
Vietnam and effect of compaction numbers on intrusion of
grouting into the open asphalt concrete skeleton
Keywords: Pavement, semi-rigid pavement, open-graded
asphalt concrete, modified grouting
TS Nguyễn Manh Tuấn
Giảng viên, Khoa Kỹ Thuật Xây Dựng , Trường Đại Học Bách
Khoa – Đại Học Quốc Gia Tp.HCM
Email: nmanhtuan@hcmut.edu.vn
Điện thoại: +84-933-48-1368
Ks Nguyễn Bảo Quốc
Học viên cao học , Khoa kỹ thuật Xây dựng , Trường Đại Học
Bách Khoa – Đại Học Quốc Gia Tp.HCM
Email: baoquocbk@gmail.com
Điện thoại: +84-945-244-648
1 Gi ới thiệu chung
Ngày nay sự phát triển kinh tế mạnh mẽ làm gia tăng
phương tiện giao thông nhanh chóng, đặc biệt là các xe có tải
trọng lớn tham gia lưu thông nhiều góp phần làm xuống cấp hệ
thống đường bộ ở nước ta Các loại mặt đường truyền thống
như mặt đường bê tông nhựa (chiếm tỷ lệ lớn nhất) xảy ra hiện
tượng như trồi nhựa, nứt phản ánh, vệt hằn bánh xe … làm mất
thẩm mỹ và gây nguy hiểm cho người và phương tiện tham gia
lưu thông Ngoài ra, kho chứa hàng, bãi container, sân đậu máy
bay là những nơi chịu những tải trọng tĩnh lớn, rơi vãi nhiên
liệu (xăng dầu), hóa chất gây hư hỏng cho mặt đường Có
nhiều giải pháp được đề ra giải quyết những vấn đề trên như
làm mặt đường bê tông xi măng - áo đường cứng Kết cấu áo đường cứng có ưu điểm là chịu tải trọng lớn, kháng trồi tốt nhưng nó có nhược điểm là giá thành và thời gian thi công và đưa vào sử dụng lâu (28 ngày) Khắc phục vấn đề trên của hai loại mặt đường truyền thống (bê tông nhựa và bê tông xi măng) người ta dùng loại mặt đường bán cứng Mặt đường bán cứng
là sự kết hợp ưu điểm của các loại mặt đường nhựa truyền thống chịu được tải trọng lớn, kháng trồi, kháng được hóa chất, xăng dầu…giá thành rẻ hơn bê tông xi măng và thời gian thi công đưa vào sử dụng khoảng hai tuần [1, 2]
Trên thế giới, Pháp có thể là nước nghiên cứu ứng dụng mặt đường bán cứng đầu tiên từ những năm đầu thập niên
1960 Sau những thành công và hiệu quả kinh tế của mặt đường mới này, một số quốc gia ở châu Âu, Á, châu Mỹ đã bắt đầu ứng dụng Theo thống kê đến năm 1990 có 25 nước đã sử dụng mặt đường bán cứng, tiêu biểu như Anh (307 x 103 m2),
Bồ Đào Nha (976 x 103 m2), và Pháp (8356 x 103 m2) [3] Năm 1996, có 288 x 103m2 mặt đường bán cứng được xây dựng ở Mỹ [3] Ở châu Á, Nhật Bản có 602 x 103m2 mặt đường bán cứng tính đến 1990 Thời gian gần đây các quốc gia như Singapore đã ứng dụng để xây dựng bãi đậu máy bay Changi, và các giao lộ xe tải nặng [4], cũng như Trung Quốc đã thử nghiệm một đoạn ở tỉnh Sơn Đông [5] Đầu năm 2015, có hơn 300m mặt đường bán cứng được thử nghiệm ở đoạn đường dẫn cao tốc Trung Lương – Bình Thuận, thành phố Hồ Chí Minh Mặt đường bán cứng này dày 5cm thi công trên lớp móng gia cố theo công nghệ tái chế nguội sử dụng bitum bọt và
xi măng
Với ưu điểm nổi trội của mặt đường bán cứng, bài báo tập trung giới thiệu các yêu cầu cơ bản về vật liệu của mặt đường bán cứng và một số kết quả thí nghiệm ban đầu về mặt đường bán cứng
2 Cấu tạo mặt đường bán cứng
Cấu tạo lớp mặt đường bán cứng là sự kết hợp của bê tông nhựa có cấp phối hở và vữa xi măng trong cùng một lớp Hình thành lớp bề mặt với phẩm chất tốt tốt nhất của bê tông xi măng và bê tông nhựa, cụ thể là sự linh hoạt, tự do với đặc trưng của nhựa đường và khả năng chịu lực tĩnh cao, kháng lún của bê tông xi măng [1] Hình 1 thể hiện hai thành phần chính
ở hình trái và thể hiện mặt đường bán cứng hoàn thiện ở hình phải Yêu cầu của hai thành phần chính của loại mặt đường này gồm bê tông nhựa cấp phối hở và vữa xi măng được trình bày dưới đây
Hình 1 Cấu tạo lớp mặt bán cứng [2]
Trang 1
Trang 22.1 Yêu cầu bê tông nhựa cấp phối hở
Bê tông nhựa cấp phối hở phải đạt yêu cầu về độ rỗng để
vữa xi măng lèn qua và lấp đầy sau này Bê tông nhựa hở giữ
vai trò khung xương chịu lực Độ rỗng đảm bảo cho vữa di
chuyển lèn qua và lấp đầy, độ rỗng đạt 25-30%, nếu nhỏ hơn
25% thì vữa khó lèn qua, còn lớn hơn 30% thì kết cấu giảm đi
độ linh hoạt của bê tông nhựa [1].Yêu cầu cấp phối cốt liệu:
Theo Anderton là tác giả tài liệu hướng dẫn của Hiệp Hội Kỹ
Sư Đường Thuỷ Quân Đội Hoa Kỳ (WES), hay Hãng
Densiphalt là hãng rất nổi tiếng về sản phẩm vữa cho mặt
đường bán cứng, hay trong luận văn tiến sỹ của Oliveira chỉ ra
cấp phối cốt liệu như hình 2 [1, 2, 3]
Bên cạnh yêu cầu cấp phối, quy định về các chỉ tiêu cơ lý
của cốt liệu cũng rất quan trọng và được thể hiện trong Bảng 1
dưới đây Tiêu chuẩn về cốt liệu tương ứng với tiêu chuẩn
TCVN 8819-2011 [7].Chất kết dính nhựa đường dùng chế tạo
bê tông nhựa hở là loại nhựa đường sử dụng polime và hàm
lượng nhựa đường nằm trong khoảng 3,6÷4,6% [2]
Hình 2 Yêu cầu cấp phối bê tông nhựa hở [1, 2, 3]
Bảng 1 Quy định các chỉ tiêu cơ lý cho cốt liệu
TT Chỉ tiêu Yêu cầu Phương pháp thí nghiệm
1 Giới hạn bền nén của đá
gốc, daN/cm2 ≥ 1200 TCVN 7572-06
2 Độ hao mòn Los Angeles
3 Hàm lượng hạt thoi dẹt,
4
Hàm lượng bụi, bùn, sét
Hàm lượng sét % ≤ 0,25 TCVN 1771-87
Hơn nữa, công tác đầm nén bê tông nhựa hở ngoài công
trường có thể dùng lu bánh sắt 3 tấn lu vài lược định hình để
đảm bảo bê tông nhựa đạt được độ rỗng còn dư cao Trong
phòng thí nghiệm, yêu cầu đầm nén trong tạo mẫu Marshall để
thiết kế cấp phối có thể sử dụng số chày là 35 hay 50 cho 1 mặt
mẫu
2.2 Yêu cầu vữa cải tiến
Thành phần chính là xi măng chiếm từ 40÷95% tùy theo
hỗn hợp Ngoài ra, còn có các thành phần vi lượng như tro bay,
cát, muội silic, phụ gia siêu dẻo [3] Tỷ lệ nước thông thường
từ 17÷30% hỗn hợp vữa Độ linh động, dẻo của vữa đo bằng
nón Marsh (hoặc nón Densiphalt) thể hiện ở Hình 3 Thời gian dòng vữa chảy qua nón là từ 10÷18 giây là đạt yêu cầu [3]
Trong quá trình rót vữa có thể dùng đầm rung để vữa dễ dàng xâm nhập hơn vào bê tông nhựa
Hình 3 Nón Densiphalt và nón Marsh [2]
Trình tự tiến hành thi công lớp mặt đường bán cứng được thể hiện trong Hình 4 dưới đây:
Hình 4 Hình ảnh thi công mặt đường bán cứng ở Brunei [4]: (a) Thi công bê tôn nhựa; (b) Bề mặt lớp bê tông nhựa; (c) Chuẩn bị vữa xi măng; (d) Tưới vữa;
(e) Mặt đường bán cứng sau khi vữa khô; và (f) Lõi khoan mẫu
mặt đường bán cứng
3 Bước đầu thiết kế hỗn hợp bê tông nhựa bán cứng
Trong bước đầu thiết kế hỗn hợp bê tông nhựa bán cứng, nhóm nghiên cứu đã tiến hành đúc mẫu dựa theo phương pháp Marshall hay TCVN 8820-2011 [6] Sau đó rót vữa và quan sát
sự xâm nhập của vữa
Cốt liệu đá dăm sử dụng lấy từ trạm trộn Công Ty Cổ Phần Đầu Tư Xây Dựng BMT – Bến Lức, Long An, đảm bảo yêu cầu theo TCVN 8819-2011 cũng như 22TCN 345-06 [8]và kết quả các chỉ tiêu cơ lý cơ bản được thí nghiệm và thể hiện trong Bảng 2 Với mục tiêu tạo ra bê tông nhựa cấp phối hở đạt độ rỗng còn dư trong khoảng 27÷30%, nên cấp phối cốt liệu của
bê tông nhựa hở có kích thước hạt danh định 9,5mm được chọn trong nghiên cứu này bám theo yêu cầu của Densiphalt [2]thể hiện trong Hình 5
(f)
(c)
(e)
(d)
Trang 2
Trang 3Hình 5 Cấp phối bê tông nhựa hở sử dụng trong nghiên cứu
Chất kết dính – nhựa đường sử dụng nhựa polime PMB1
Nguồn cung cấp PMB1 được lấy từ Công Ty TNHH Stolt
Bitumen Việt Nam, Long An Các chỉ tiêu quan trọng của nhựa
đường PMB1 này được thể hiện trong Bảng 3
Bảng 2 Tiêu chuẩn kỹ thuật của cốt liệu
1 Giới hạn độ bền chịu nén của đá gốc,
2 Độ mài mòn Los Angeles, % 16,5
3 Hàm lượng hạt thoi dẹt, % 8,68
4 Hàm lượng bụi, bùn, sét (tính theo khối
Bảng 3 Tiêu chuẩn kỹ thuật của bitum PMB1
2 Nhiệt độ hóa mềm (oC) 67.2
3 Độ nhớt ở 135o
4 Nhiệt độ bắt lửa (oC) 323
Vữa sử dụng trong nghiên cứu là Vinkems Asphalsol Là
loại vữa tự san phẳng gốc xi măng polime Tỷ lệ nước trong
hỗn hợp vữa nghiên cứu là 30% Mẫu Marshall được đầm theo
2 loại: 35 chày và 50 chày mỗi mặt và đầm ở hai mặt Kết quả
độ rỗng còn dư của mẫu đầm 50 chày là 29.31% và mẫu đầm
35 chày cho độ rỗng còn dư là 29.67%
Hình 7 Mẫu đầm nén 50 chày ngay sau khi rót vữa
Bước đầu vữa được rót trong thời gian 30 phút Hình 7 thể
hiện mẫu đầm với 50 chày 2 mặt vừa mới rót vữa Khi này vữa
chủ yếu thấy trên bề mặt và phủ chỉ một phần bên thành mẫu
Mẫu này được cắt ngang và có thể thấy trong Hình 8 Phạm vi vữa xâm nhập mẫu không xuống tận đáy mẫu Tương tự đối với mẫu sử dụng 35 chày đầm 2 mặt thì vữa xâm nhập vào mẫu tốt hơn Ngoài ra, từ hình cắt đôi mẫu (Hình 8 và 9) còn nhiều
vị trí trong khung xương bê tông nhựa hở mà vữa không len vào được, điều này do trong bê tong nhựa có độ rỗng hữu hiệu (độ rỗng cho vữa đi qua) và độ rỗng không hữu hiệu (không cho vữa đi qua) Do đó cần phải giảm những lỗ rỗng này bằng điều chỉnh cốt liệu nhỏ và hàm lượng nhựa
Hình 8 Mặt cắt ngang mẫu đầm nén 50 chày
Hình 9 Mặt cắt ngang đầm nén 35 chày
4 Kết luận
Trên cơ sở các kết quả trên, có thể rút ra các kết luận như sau:
• Mặt đường bán cứng với nhiều ưu điểm nhưng để thi công được loại mặt đường này cần phải thử nghiệm rất nhiều để tìm thiết kế được bê tông nhựa cấp phối hở có độ rỗng cao đảm bảo được việc vữa xi măng có thể lèn sâu từ mặt trên đến mặt dưới mẫu;
• Số chày đầm tác động đến khả năng vữa xâm nhập nhiều,
ít gây ra sự biến động về độ rỗng dư (29.31% so với 29.67%) Mẫu đầm 35 chày phạm vi vữa xâm nhập lớn và đồng đều Sự xâm nhập vữa phụ thuộc vào độ rỗng hữu hiệu trong cấu trúc khung xương của bê tông nhựa hở;
• Các mẫu thí nghiệm mà nhóm nghiên cứu đã thực hiện xác định được độ rỗng theo yêu cầu và tìm hiểu khả năng xâm nhập của vữa Các thí nghiệm khác cần thực hiện như mô đun đàn hồi vật liệu, thí nghiệm ép chẻ và thí nghiệm xác định độ mài mòn Cantabro, đo độ nhám mặt đường bằng con lắc Anh sẽ được kiểm tra thêm để kiểm chứng sự hiệu quả của mặt đường bán cứng về mặt cơ học
Tài liệu tham khảo
[1] J.R.M.de Oliveira (2006), Grouted Macadam – Material
Characterisation for Pavement, Ph.D Thesis, University of
Nottingham
[2] EucoDensit (2004), Densiphalt® Handbook, Cleveland,
Ohio
[3] G.L.Anderton (2000), Engineering Properties of Resin Modified Pavement (RMP) for Mechanistic Design, Vicksburg
[4] D.Q Wu, Daud, and Yanli (2011), The semi-rigid pavement with higher performances for roads and parking aprons,
Phạm vi vữa xâm nhập
Phạm vi vữa xâm nhập
Trang 3
Trang 4Conference of CAFEO 29, Sustainable Urbanization –
Engineering Challenges and Opportunities, Brunei Darussalam
[5] Guo, Zhongyin, S Li, and Y Yang (2013), The Strain
Field Model and its Modification of Semi-rigid Asphalt
Pavement with Graded Granular Interlayer, Procedia-Social
and Behavioral Sciences, Vol 96, 933-944
[6] TCVN 8820:2011 (2011), Hỗn hợp bê tông nhựa
nóng-Thiết kế theo phương pháp Marshall, Viện Khoa học và Công
nghệ Giao thông Vận tải
[7] TCVN 8819-2011(2011), Mặt đường bê tông nhựa nóng -
Yêu cầu thi công và nghiệm thu, Bộ Khoa Học và Công Nghệ
[8] 22TCN 345-06 (2006): Quy trình công nghệ thi công và
nghiệm thu lớp phủ mỏng bê tông nhựa có độ nhám cao, Bộ
Giao thông vận tải
Trang 4
![Hình 1 Cấu tạo lớp mặt bán cứng [2] - BƯỚC ĐẦU NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ HỖN HỢP BÊ TÔNG NHỰA BÁN CỨNG ỨNG DỤNG CẤP PHỐI HỞ VÀ VỮA CẢI TIẾN_TS. Nguyễn Mạnh Tuấn, Ks. Nguyễn Bảo Quốc](https://123doc.top/img.php?url=https%3A%2F%2F123docz.com%2Fimage%2Fdoc_normal.png)