Thi công đường trực tiếp bằng nhựa nóng MC

Thi công mặt đường láng nhựa

1. Khái niệm cơ bản

-Phun tưới một  lớp nhựa trên bề mặt rồi rải một lớp vật liệu đá và lu lèn thành một lớp mmỏng thì gọi là láng nhựa một lớp. Lặp lại quá trình trên hai hoặc ba lần thì được mặt đường láng nhựa hai hoặc ba lớp.

-Lớp láng mặt bằng nhựa và đá con có thể dùng cho mọi loại đường làm  mới hay cũ. Nó có tác dụng làm giảm bớt độ bào mòn của mặt đường nâng cao độ nhám, giữ mặt đường không để nước mặt thấm xuống và nâng cao điều kiện vệ sinh.

-Thông thường, không làm mặt đường láng nhựa trên bê tông nhựa hạt nhỏ và BTXM làm mới.

Chiều dày lớp láng mặt thường không quá 4cm. Trên mặt đường cấp cao thường làm lớp láng mặt dày 1.0-2.5 cm. Trên mặt đường giản đơn dùng 2 hay ba lớp láng dày 2,5-4,0 cm.

-Chiều dày lớp láng nhựa không tính vào chiều dày chịu lực khi tính toán kết cấu áo đường, tuổi thọ của nóp lấy 3-6 năm.

2. Yêu cầu về chất lượng vật liệu

1-Đá dăm: Cốt liệu trong mặt đường láng nhựa làm việc theo nguyên lý đá chèn đá, đá dăm làm mặt đường láng nhựa phảI đồng nhất về cường độ, kích cỡ cho mỗi lần rải

Yêu cầu về chỉ tiêu cơ lý đối với đá dăm (đá sỏi) dùng làm mặt đường láng nhựa Bảng 3-5

Yêu cầu về chỉ tiêu cơ lý đối với đá dăm (đá sỏi) dùng làm mặt đường láng nhựa
Loại đá	Độ màI mòn Los Angeles % theo 22TCN 250-98	Độ dính bám với nhựa hoặc nhũ tương
Mac ma	<30	Đạt từ cấp 3 trở lên PP A.Lư-xi-khi-na
Trầm tích, biến chất	<40

-Lượng hạt dẹt (theo % trọng lượng) phảI không lớn hơn 5%

Lượng bụi sét (theo % trọng lượng) không lớn hơn 1%, lượng sét dạng cục không quá 0,25%

-Hạt có cỡ lớn hơn D+3cm, hạt nhỏ quá cỡ 0,63 d không vượt quá 3% theo khối lượng

Cõ đá dùng theo bảng 3-6.

Bảng 3-6

Kích cỡ đá dùng cho láng nhựa (Theo 22TCN 258-98)
Cỡ đá (d/D)	Cỡ hạt (sàng vuông), mm		Ghi  chú
	Nằm lại trên sàng (d)	Lọt qua sàng (D)
10/14	10	14	Đẻ tính đổi sang sàng tròn thì phảI nhân với hệ số 1,25
6/10	6	10
4/6	4	6
2/4	2	4

2-Nhựa đặc, nhũ tương

-Dùng nhựa đặc 40/60 hoặc 60/70 chế biến từ dầu mỏ hoặc nhũ tương gốc a xit phân tách nhanh

-Các chỉ tiêu yêu cầu với nhựa đặc (Bảng…)

Nhũ tương bi tum gốc a-xít phân tách nhanh có hàm lượng 60-69% chế tạo từ nhựa 60/70, các chỉ tiêu yêu cầu xem bảng

3. Yêu cầu về công nghệ thi công

1-Yêu cầu về thiết bị thi công

-Phải có thiết bị làm vệ sinh mặt đường: Máy nén khí, thiết bị vệ sinh,, xe phun nước (thi công trên đường cũ)

-Phải có thiết bị nấu nhựa chuyên dùng (tránh ô hiễm môi trường)

-Thiết bị phun, tưới nhũ tương (nếu dùng nhũ tương)

-Khi thi công với khối lượng lớn, phải sử dụng thiết bị chuyên dùng để thi công như xe đun, tưới nhựa đặc tự hành., xe tưới nhũ tương, xe rải đá.

-Phải có lu lốp tải trọng mỗi bánh 1,5-2,5 T (nếu không có lu lốp cho phép dùng lu bánh thép 8T).

2-Yêu cầu đối với công tác chuẩn bị móng:

-Các lớp móng, mặt đường chuẩn bị thi công lớp láng mặt phải đảm bảo đủ cường độ, đúng mui luyện, bằng phẳng. Phải xử lý triệt để các hư hỏng trên đường cũ như ổ gầ, bù vênh, rạn nứt..

-Móng và mặt mới thoi công xong phải đảm bảo đủ các tiêu chuẩn kỹ thuật đối với mặt và móng đó.

-Bề mặt phải sạch. Khi dùng nhũ tương đảm bảo không bị đọng nước ở các kẽ đá mặt đường, khi dùng nhựa bề mặt phải khô ráo

-Với mặt đường đá dăm nước phải rải đá nhỏ chén bớt khe hở đá cơ bản (tiêu chuẩn 8l/m2)

-Với móng cấp phối đá dăm phải tưới nhũ tương phân tách chậm (chỉ số phân tách >120%) khoảng 2-2,5 kg/m2để tăng cường dính bám.

-Trường hợp mặt đường cũ có quá nhiều bụi bẩn có thể tưới 0,5-0,8 l/m2 để phủ bụi và tăng cường dính bám.

3-Yêu cầu đối với công tác thi công.

-Khi dùng nhựa đặc để làm lớp láng mặt, nhựa phải đun đến nhiệt độ thi công. Tất nhất là 140oC và không quá 180oC với nhựa 40/60 và 60/70. Thời gian đun nhựa không quá 3 giờ. Nhiệt độ khi tưới không thấp hơn 120oC.

-Khi dùng nhũ tương phân tách nhanh, váo mùa đông nên hâm nhựa đến 50-80oC đẻ có độ linh động.

Nhựa, nhũ tương phải được phun đề trên bề mặt, liều  lượng theo chỉ dẫn kỹ thuật. Lưu ý tại các vị trí xe bắt đầu chạy hoặc dừng lại.

-Nếu dùng nhựa đặc nóng sau khi tưới phải rải ngay lượng đá theo quy định, tốt nhất dùng xe chuyên dụng vừa tưới nhựa vừa rải đá sau đó tiến hành lu lèn ngay.

-Nếu dùng nhũ tương phân tách nhanh và tưới bằng thủ công hoặc bán thủ công thì nên rải độ 30-50% tổng lượng đá cần thiết lên mặt đường rồi tưới lượng nhũ tương yêu cầu. Nhất là phải thi công trên các đoạn đường có độ dốc lớn.

-Khi lu lèn không được để đá vỡ quá nhiều, nên dùng lu bánh lốp để lu.. Những chỗ đá dập nát quá nhiều cần gạt bỏ, thay đá khác và chọn loại lu thích hợp.

-Đối với kết cấu láng nhựa hai, ba lớp việc lu lèn chỉ tiến hành khi rải đủ các lớp.

4. Yêu cầu về vật liệu đá, nhựa cho mặt đường láng nhựa (Bảng 3-7)

5-Yêu cầu công tác bảo dưỡng:

Phải hạn chế và điều chỉnh xe chạy đều khắp trên mặt đường tốc độ không quá 20km/h trong 1 đến hai tuần. Bố trí nhân công quét đá con, sỏi sạn bị tung ra hai bên lề vào lại mặt đường, bổ sung những chỗ thiếu nhựa hoặc rải đá 2/4 hay 4/6mm vào các vị trí nổi nhựa nhiều.

Bảng 3-7

Hình thức láng nhựa	Thứ tự lần rải đá, tưới nhựa	Kích cỡ đá, mm	Lượng nhựa, kg/m2	Lượng đá, l/m2
Trên mặt đường đá dăm vừa thi công xong	Lần 1	10-20	3-3,5	18-20
Trên mặt đường đá dăm đã sử dung một thời gian	Lần 1	10-20	2.5-3.0	15-18
Láng hai lớp trên mặt đường đá dăm	Lần 1	10-20	2.5-3.0	15-18
	Lần 2	10-20	2.0-2.5	12-15
Láng ba lớp trên mặt đường đá dăm	Lần 1	10-20	2.5-3.0	15-18
	Lần 2	10-20	2.0-2.5	12-15
	Lần 3	5-10	1.5-2.0	10-12
Láng trên mặt đường bị bạc đầu	Lần 1	5-10	1.5	10-12

4. Yêu cầu về công tác kiểm tra

1-Yêu cầu kiểm tra trong quá trình thi công tham khảo bảng 3-8

2-Mặt đường láng nhựa sau khi thi công xong:

-Sau thi công 15 ngày, yêu cầu công tác kiểm tra mặt đường láng nhựa.

Đề xuất sử dụng bê tông nhựa polymer để chống hằn lún?

Chủ đầu tư và các nhà thầu dự án tăng cường kết cấu mặt đường QL1, đoạn tuyến tránh TP Hà Tĩnh đặt quyết tâm đẩy nhanh tiến độ thi công đưa dự án về đích trong tháng 8, chào mừng 70 năm Ngày truyền thống ngành GTVT.

Thưởng nóng kích cầu tiến độ

Những ngày đầu tháng 6, trên công trường tuyến tránh TP. Hà Tĩnh, hàng trăm kỹ sư, công nhân các đơn vị vẫn gồng mình làm việc trong điều kiện thời tiết nắng nóng kỷ lục. Tại Km 12+400 đoạn qua xã Cẩm Bình, mũi thi công số 1 của Công ty TNHH Hòa Hiệp, kỹ sư Lê Thanh Hùng, Chỉ huy trưởng công trường cho biết: Trời nắng nóng khắc nghiệt nhưng vì tiến độ chung của dự án, chúng tôi vẫn huy động 100% kỹ sư, công nhân tham gia thi công, có ngày đến 50 kỹ sư, công nhân tay nghề cao, triển khai đồng loạt bốn mũi thi công ba ca liên tục. Đến ngày 1/6, đơn vị đã vượt 30% khối lượng công việc theo biểu đồ tiến độ chủ đầu tư đề ra.

Bên cạnh đó, việc theo dõi tiến độ cũng được triển khai thường xuyên. Ngay tại nhà điều hành và các phòng sinh hoạt tập thể của công nhân, nhà thầu Hòa Hiệp đều cho dán thông báo bản giao chỉ tiêu tiến độ, trong đó có kèm quy định về mức thưởng cho đội thi công vượt tiến độ nhưng vẫn phải đảm bảo chất lượng và phạt đội thi công không đảm bảo tiến độ đề ra. “Định mức 1.200m3 base/tuần, 1.300 tấn thảm BTN/tuần là cao nhưng đã có hai đội đạt thưởng, với số tiền là 20 triệu đồng”,  kỹ sư Hùng cho biết.

Tại các mũi thi công của Công ty Cổ phần 484 và Công ty CP Tân Hưng, gần 80% chiều dài tuyến đã được thảm bê tông nhựa lớp 1 cả hai chiều đường. Dự kiến đến 1/7 các nhà thầu sẽ bước sang giai đoạn thảm bê tông nhựa lớp trên và thi công hệ thống đảm bảo ATGT, phấn đấu trong tháng 8 sẽ đưa toàn bộ tuyến đường vào khai thác.

Kiến nghị dùng Polymer chống hằn lún bánh xe

Ông Vũ Đình Minh, Phó Tổng giám đốc Công ty TNHH MTV Hạ tầng Sông Đà (đại diện chủ đầu tư) cho biết:  “Ngoài quy định, tiêu chuẩn hiện hành, chúng tôi xây dựng hệ thống quản lý chất lượng nội bộ, hệ thống kiểm soát quản lý chất lượng của nhà thầu và TVGS. Tất cả vật liệu trước khi đưa về bãi tập kết phải được kiểm tra, thí nghiệm, vật liệu cho kết quả đạt yêu cầu mới được đưa vào ủ trộn, phục vụ thi công. Sau từng công đoạn thi công của nhà thầu, chủ đầu tư, TVGS đã có những biện pháp kiểm soát chất lượng độc lập, đảm bảo tất cả các hạng mục sau khi hoàn thành đều đạt tiêu chuẩn đề ra”.

                                                   Thi công nhựa đường Polyme

                                                       Thi công nhựa đường Polyme

                                                      Thi công nhựa đường Polyme trên QL1

Một yếu tố khác là dự án phải thực hiện trong điều kiện “vừa thi công, vừa khai thác”. “Các nhà thầu trên tuyến không được làm đại trà mà phải chia mũi, phân đoạn thi công theo từng 300m đường rồi tổ chức rào chắn điều tiết giao thông. Bên trái làm, bên phải phương tiện vẫn lưu thông bình thường”, ông Hùng cho hay. 

                                             Nhà thầu phân làn giao thông khi thi công

Ngoài ra, phía chủ đầu tư cũng cắt cử riêng một đội ngũ cán bộ chuyên trách về công tác ATGT và vệ sinh môi trường theo dõi giám sát quá trình tổ chức của các nhà thầu 24/24h, sẵn sàng hỗ trợ, giúp đỡ nhà thầu giải quyết vấn đề phát sinh khi có sự cố xảy ra. Nhờ đó, 5 tháng qua trên toàn tuyến không xảy ra bất cứ vụ ùn tắc, va chạm giao thông nào.

Phải báo cáo ít nhất trước 2 ngày khi thảm bê tông nhựa

Các dự án bảo trì đường bộ, trước khi thi công lớp bê tông nhựa phải báo cáo ít nhất trước 2 ngày.

Tổng cục Đường bộ VN vừa có văn bản yêu cầu các Cục Quản lý đường bộ, các Sở GTVT phải báo cáo Tổng cục ít nhất trước 2 ngày trước khi thi công lớp bê tông nhựa đối với các dự án bảo trì đường bộ có sử dụng bê tông nhựa.

Theo Tổng cục Đường bộ VN, trong thời gian qua chất lượng thi công lớp thảm bê tông nhựa của một số dự án bảo trì đường bộ còn tồn tại nhiều vấn đề .

Để đảm bảo chất lượng công trình đối với các dự án sử dụng Quỹ bảo trì đường bộ Trung ương, Tổng cục đường bộ VN yêu cầu các Cục Quản lý đường bộ, Sở GTVT phải báo cáo Tổng cục ít nhất trước 2 ngày về thời gian dự kiến rải bê tông nhựa, khối lượng thực hiện để Tổng cục có kế hoạch kiểm tra công tác quản lý chất lượng.

Khi triển khai thảm bê tông nhựa, chủ đầu tư dự án sửa chữa phải cử cán bộ kỹ thuật cùng với Tư vấn giám sát (TVGS) chỉ đạo các nhà thầu thực hiện.

Đối với các Cục Quản lý đường bộ, bắt buộc phải có mặt của cán bộ Chi cục Quản lý đường bộ cùng TVGS, Tư vấn quản lý dự án trong quá trình thi công. Công tác thiết kế hỗn hợp bê tông nhựa, bố trí máy móc thiết bị thi công, công tác lu lèn mặt đường và các nội dung khác phải tuân thủ theo đúng yêu cầu quy định.

Trước ngày dự kiến thảm bê tông nhựa phải theo dõi bản tin dự báo thời tiết và thực hiện các nội dung quy định tại Công điện số 44/CĐ-TCĐBVN ngày 4/12/2015 của Tổng cục Đường bộ VN về việc “Tăng cường kiểm soát chất lượng công tác thảm bê tông nhựa đối với dự án bảo trì đường bộ”.

Giải pháp công nghệ trong quản lý chất lượng thi công bê tông nhựa

Viện Khoa học và Công nghệ GTVT vừa tổ chức “Hội nghị Tập huấn phổ biến các giải pháp công nghệ trong quản lý chất lượng thi công bê tông nhựa và xây dựng, cải tạo, nâng cấp cầu ở Việt Nam”. Hội nghị đã thu hút hơn 200 nhà quản lý, kỹ sư tại các Sở GTVT, Ban Quản lý dự án, Tư vấn thiết kế, Tư vấn giám sát, Nhà thầu thi công tại khu vực Miền Bắc.

Tiếp theo thành công của Hội nghị tập huấn tại khu vực Miền Trung và Phía Nam, Viện Khoa học và Công nghệ GTVT vừa  tổ chức Hội nghị Tập huấn phổ biến các giải pháp công nghệ trong quản lý chất lượng thi công bê tông nhựa và xây dựng, cải tạo, nâng cấp cầu ở Miền Bắc (Hà Nội).

Hội nghị nhằm phổ biến và cung cấp cho các học viên đang công tác tại các Ban quản lý dự án, các tổ chức tư vấn, các đơn vị thi công xây dựng công trình giao thông, các phòng thí nghiệm, kiểm định Khu vực Miền Bắc trong việc nâng cao chất lượng thiết kế, thi công bê tông nhựa (BTN).

Đặc biệt là các giải pháp nhằm hạn chế hư hỏng vệt bánh xe trên các tuyến đường bộ; Triển khai thực hiện Thông tư số 27/2014/TT-BGTVT và các văn bản chỉ đạo khác về quản lý chất lượng thi công bê tông nhựa và tăng cường cầu yếu của Bộ GTVT trong thời gian vừa qua; Kỹ thuật trong công tác khảo sát thí nghiệm, kiểm định,  thiết kế gia cường và thi công các cầu yếu trên toàn tuyến QL1 và đường Hồ Chí Minh; Thiết kế và thi công cầu treo dân sinh đảm bảo ATGT…

Hội nghị đã thu hút hơn 200 nhà quản lý, kỹ sư tại các Sở GTVT, Ban Quản lý dự án, Tư vấn thiết kế, Tư vấn giám sát, Nhà thầu thi công tại khu vực Miền Bắc. Chỉ đạo lớp tập huấn có lãnh đạo Viện, nhiều giảng viên là các Phó giáo sư, các chuyên gia của Viện cùng sự tham dự của đông đảo các các kỹ sư tư vấn, thí nghiệm viên...tại các đơn vị và văn phòng hiện trường của Viện Khoa học và Công nghệ GTVT – đang làm việc ở khu vực Miền Bắc.

Hội nghị tập huấn được tổ chức trong 2 ngày 16 và 17/10. Ngoài các nội dung giảng dạy, các giảng viên và học viên đã có thời gian trao đổi, thảo luận và giải đáp những vướng mắc, khó khăn trong thực tế khi áp dụng các văn bản qui phạm pháp luật về quản lý chất lượng thi công bê tông nhựa và xây dựng, cải tạo, nâng cấp cầu ở Việt Nam...

Bê tông nhựa rỗng làm lớp mặt cho các tuyến cao tốc và mặt đường ôtô cấp cao ở Việt Nam

Việc sử dụng vật liệu bê tông nhựa lớp tạo nhám làm lớp mặt đường cho các tuyến cao tốc hay mặt đường cấp cao là hết sức có ý nghĩa và cần thiết. Nó đảm bảo đặc trưng yêu cầu kỹ thuật cao cho xe chạy với tốc độ cao, giảm thiểu những rủi ro tai nạn tiềm ẩn trên đường do yếu tố đường bộ.

1. Đặt vấn đề

Theo Quyết định số 140/QĐ-TTg ngày 21/01/2010 của Thủ tướng Chính phủ phê duyệt Quy hoạch chi tiết đường bộ cao tốc Bắc Nam phía Đông, nối từ Hà Nội đến Cần Thơ (là một bộ phận của mạng đường bộ cao tốc Việt Nam đã được Thủ tướng phê duyệt tại Quyết định số 1734/QĐ-TTg ngày 01/12/2008) sẽ xây dựng 18 tuyến cao tốc, chiều dài 1.811km.

Đường cao tốc cho phép xe chạy với tốc độ trên 80km/h – tốc độ như vậy để đảm bảo an toàn xe chạy, mặt đường yêu cầu phải đạt được chất lượng khai thác cao như: Độ nhám cao, độ bằng phẳng, độ ráo nước, trong đó bê tông nhựa lớp mặt đường tạo nhám là một yếu tố đặc biệt quan trọng.

Ở Việt Nam, tiêu chuẩn bê tông nhựa lớp tạo nhám đã ban hành ứng dụng xây dựng như: Lớp mặt đường Novachip cho tuyến cao tốc Sài Gòn – Trung Lương, bê tông nhựa theo tiêu chuẩn 22TCN 345-06 cho tuyến cao tốc TP. Hồ Chí Minh – Long Thành – Dầu Dây. Trong khuôn khổ bài báo, tác giả đề cập thêm một loại vật liệu khác, đó là bê tông nhựa lớp tạo nhám cấp phối hở Open Graded Friction Courses Asphalt (OGFCA) là loại bê tông nhựa có độ rỗng dư cao (16÷18%), đã được nghiên cứu cụ thể với qui định các đặc trưng kỹ thuật giới hạn nhằm góp phần làm phong phú và đa dạng vật liệu bê tông tạo nhám hiện nay tại Việt Nam.

2. Bê tông nhựa lớp tạo nhám OGFCA

2.1. Khái niệm

Bê tông nhựa tạo nhám cấp phối hở được thế giới gọi tên với những thuật ngữ khác nhau như: Porous Asphalt (PA), Porous Friction Course (PFC), Open Graded Asphalt Concrete (OGAC), Open Graded Friction Course (OGFC).

2.2. Đặc điểm

- Giảm sự bắn nước và bụi nước sau bánh xe khi trời mưa to (Hình 2.1);

- Giảm sự phản chiếu ánh sáng và độ chói đèn pha và ban đêm;

- Giảm tiếng ồn khi xe chạy;

- Tăng ma sát mặt đường và bánh xe, chống trơn trượt tối đa trên mặt đường;

- Hạn chế vệt hằn lún bánh xe.

                                                                

                                             Hình 2.1: Bê tông nhựa rỗng thoát nước

2.3. Tình hình sử dụng vật liệu OGFCA ở các nước trên thế giới

- Ở Mỹ: Trung tâm quốc gia công nghệ Asphalt của Mỹ – NCAT (National Center For Asphalt Technology – Mỹ), Bang Washington có tiêu chuẩn cấp phối cho OGFCA với các cỡ hạt dmax = 9,5mm; 12,5mm và 25mm và các chỉ tiêu kỹ thuật yêu cầu. Chiều dày lớp OGFCA không tính vào chiều dày tính toán kết cấu áo đường.

Kinh nghiệm sử dụng kết cấu: Lớp OGFCA chiều dày từ 4÷5cm, độ rỗng dư Va = 22%÷ 25% trên lớp BTN chặt (Hình 2.2). Nước thấm từ trên lớp mặt qua lớp BTN rỗng xuống dưới và chảy ra hệ thống thoát nước dọc, làm mặt đường luôn khô ráo.

                                                                   

Bảng 2.1. Tổng hợp các chỉ tiêu kỹ thuật yêu cầu vật liệu OGFCA ở các bang của Mỹ

                                                   

               

                Hình 2.2: Đường cong cấp phối cốt liệu và cấu tạo kết cấu cho OGFCA

- Ở châu Âu: Đan Mạch, Hà Lan, Úc, Bỉ, Thụy Sĩ, Anh, Ý, Tây Ban Nha… là những quốc gia sử dụng nhiều vật liệu OGFCA cho các tuyến cao tốc từ những năm 1980. Vật liệu OGFCA thiết kế độ rỗng dư Va ³ 22%; ứng dụng chủ yếu nhằm cải thiện ATGT ở các vùng có nhiều mưa (giảm bắn nước và bụi nước), giảm tiếng ồn trên đường. Nhựa sử dụng: Bitum thông thường 60/70 + SBS hoặc 60/70 + EVA (etylene vinyl acetate), Bitum polime: 80/100 + SBS hoặc 80/100 + EVA, phụ gia sợi tổng hợp, bột cao su. Tiêu chuẩn kỹ thuật yêu cầu dựa trên tiêu chuẩn của Mỹ.

- Ở Úc, Nam Phi, châu Á: Các nước Nhật, Hàn Quốc hay Ấn Độ cũng đã sử dụng vật liệu OGFCA làm lớp mặt đường trên tuyến cao tốc. Các chỉ tiêu kỹ thuật yêu cầu giống tiêu chuẩn của Mỹ và châu Âu.

2.4. Tình hình sử dụng bê tông nhựa lớp tạo nhám ở Việt Nam

Hiện nay tại Việt Nam, vật liệu bê tông nhựa lớp tạo nhám đã được sử dụng gồm có:

- Bê tông nhựa lớp tạo nhám theo công nghệ Novachip

Lớp phủ mỏng dùng công nghệ Novachip làm lớp tạo nhám trên tuyến cao tốc Sài Gòn – Trung Lương (Tiền Giang), chiều dày lớp Novachip từ 1,25 ÷ 2,5cm, lớp vật liệu này không tính vào chịu lực của kết cấu áo đường và yêu cầu kỹ thuật vật liệu cho lớp Novachip như Bảng 2.2.

                                                    

Bảng 2.2. Yêu cầu về các chỉ tiêu kỹ thuật của BTN Novachip

- Bê tông nhựa có độ nhám cao (BTNNC) theo 22TCN 345-06

Bảng 2.3. Yêu cầu các chỉ tiêu kỹ thuật của BTNNC

Nhận xét: Ở Việt Nam, vật liệu bê tông nhựa lớp tạo nhám, cấp phối cốt liệu sử dụng là cấp phối gián đoạn (Gap Graded) và sử dụng nhựa đường polime. Các loại mặt đường tạo nhám gồm có lớp bê tông nhựa theo công nghệ Novachip chiều dày từ 1,25÷2,5cm, không yêu cầu độ rỗng dư thiết kế; lớp phủ mỏng bê tông nhựa có độ nhám cao (theo 22TCN345-06) chiều dày từ 2÷3cm, độ rỗng dư thiết kế Va = 12÷16%. Hầu hết các lớp vật liệu tạo nhám này không tính vào chiều dày tính toán kết cấu áo đường và khả năng thoát nước lượng mưa lớn từ mặt đường còn hạn chế dễ bị ảnh hưởng an toàn chạy xe trên các tuyến cao tốc.

3. Đề xuất bê tông nhựa lớp tạo nhám cấp phối hở tại Việt Nam

3.1. Đề xuất thành phần cấp phối

Từ kinh nghiệm các nước trên thế giới đã sử dụng, tác giả đề xuất thành phần vật liệu OGFCA tại Việt Nam có các đặc điểm sau:

Cỡ hạt lớn nhất Dmax của vật liệu OGFCA ở Việt Nam là 9,5mm và kích cỡ mắt sàng vuông nghiên cứu cấp phối là: 9,5; 4,75; 2,36 và 0,075mm.

Bảng 3.1. Cấp phối vật liệu OGFCA đề xuất nghiên cứu tại Việt Nam

Cấp phối vật liệu OGFCA đề xuất nghiên cứu tại Việt Nam

Bảng 3.2. Đề xuất các chỉ tiêu kỹ thuật yêu cầu cho OGFCA

Đề xuất các chỉ tiêu kỹ thuật yêu cầu cho OGFCA

3.2. Lựa chọn thành phần vật liệu cho hỗn hợp

Bảng 3.3. Tổng hợp kết quả kiểm tra đặc trưng cơ – lý của vật liệu nghiên cứu

Tổng hợp kết quả kiểm tra đặc trưng cơ – lý của vật liệu nghiên cứu

3.3. Kết quả thí nghiệm nghiên cứu trong phòng

Nghiên cứu được tiến hành trong phòng thí nghiệm với 10 chỉ tiêu, bao gồm 03 chỉ tiêu được đề nghị trong hệ thống của EN, 5 chỉ tiêu Marshall theo hệ thống tiêu chuẩn của Việt Nam và 02 thí nghiệm đề nghị bổ sung để kiểm tra độ nhám và cường độ kháng lún vệt bánh. Số lượng mẫu thí nghiệm tiến hành cho mỗi chỉ tiêu là 03 mẫu/chỉ tiêu.

Bảng 3.4. Tổng hợp kết quả nghiên cứu các đặc trưng kỹ thuật của OGFCA

Tổng hợp kết quả nghiên cứu các đặc trưng kỹ thuật của OGFCA

4. Kết luận và kiến nghị

4.1. Kết luận

Việc ứng dụng vật liệu OGFCA là loại vật liệu mới của tác giả đề xuất làm mặt đường cho các tuyến cao tốc và mặt đường cấp cao trong tình hình hiện nay là hết sức có ý nghĩa thực tế. Với nguồn vật liệu trong nước hoàn toàn có thể chế tạo được loại bê tông nhựa rỗng OGFCA, đáp ứng được các chỉ tiêu kỹ thuật theo tiêu chuẩn của châu Âu (EN), đáp ứng chỉ tiêu kỹ thuật theo hệ thống của Việt Nam với lớp bê tông nhựa mỏng tạo nhám để sử dụng làm lớp mặt cho đường cao tốc và đường cấp cao của Việt Nam.

Ngoài ý nghĩa về đặc trưng kỹ thuật khai thác làm lớp mặt đường thì lớp OGFCA còn là lớp chịu lực, có thể đưa vào tính toán chiều dày chung của kết cấu áo đường nhằm làm giảm thiểu tối đa kinh phí xây dựng đường ô tô.

4.2. Kiến nghị

- Lựa chọn thành phần cốt liệu khi sử dụng với các chỉ tiêu kỹ thuật yêu cầu cho thiết kế thành phần OGFCA là hết sức quan trọng; kiểm tra đánh giá thận trọng cốt liệu, loại bitum cải tiến.

- Thử nghiệm hiện trường vật liệu OGFCA nhằm giám sát và kiểm tra định kỳ các đặc tính kỹ thuật khai thác, từ đó có thể đối chứng với vật liệu bê tông nhựa tạo nhám theo công nghệ Novachip và bê tông nhựa tạo nhám cao theo 22TCN 345-06 hiện đã được sử dụng, qua đó để sử dụng trong thực tế và kiến nghị cho lộ trình tiến tới để sử dụng bao gồm xây dựng và theo dõi đoạn thử nghiệm áp dụng làm lớp mặt đường trên các tuyến cao tốc và đường ô tô cấp cao hiện nay tại Việt Nam.

Các dạng hỗn hợp vật liệu nhựa đường và ứng dụng của chúng

Các hỗn hợp vật liệu nhựa đường rất đa dạng, từ loại đá dăm đồng đều kích cỡ trộn nhựa (đá dăm đen) đến mastic nhựa. Tuy nhiên, có thể phân loại các hỗn hợp vật liệu nhựa đường ở Anh thành 2 loại: hỗn hợp asphalt và hỗn hợp đá nhựa (macadam).

Sự khác nhau cơ bản giữa hỗn hợp asphalt và hỗn hợp đá nhựa là:

Cấp phối cốt trong asphalt thường bao gồm cốt liệu lớn tương đối đồng đều kích cỡ với một tỷ lệ lớn cốt liệu mịn và rất ít cốt liệu cỡ vừa. Như vậy cấp phối hạt của hỗn hợp asphalt là cấp phối gián đoạn. Trong hỗn hợp đá nhựa cấp phối cốt liệu là cấp phối liên tục.

·        Cường độ của hỗn hợp asphalt phụ thuộc vào độ cứng của hỗn hợp cát/chất độn/nhựa đường, nghĩa là với vữa nhựa, muốn đạt được cường độ yêu cầu thì cần dùng nhựa đường tương đối đặc và hàm lượng chất độn (bột đá) cao; cường độ của hỗn hợp đá nhựa đạt được chủ yếu nhờ nội ma sát của cốt liệu với nhựa đường có độ mềm (độ kim lún) vừa phải.

·        Vì hỗn hợp asphalt chứa nhiều chất độn (bột đá) có tỉ diện bề mặt lớn nên chúng đòi hỏi hàm lượng nhựa đường tương đối cao; còn hỗn hợp đá nhựa có ít cốt liệu nhỏ do vậy hàm lượng nhựa đường yêu cầu ít hơn; đối với hỗn hợp đá nhựa chức năng của nhựa đường là “bôi trơn” (giảm ma sát) trong quá trình đầm nén, bao bọc các hạt cốt liệu và dính các hạt cốt liệu với nhau.

·        Hỗn hợp asphalt có độ rỗng thấp gần như kín nước và đảm bảo độ bền lâu dài đối với tải trọng lớn; đá nhựa có độ rỗng tương đối cao có khả năng bị thấm nước và không lâu bền như hỗn hợp asphalt.

Các thành phần đặc trưng được giới thiệu ở bảng 1. Qua bảng 1 ta thấy rằng từ đá dăm đen đến vữa nhựa độ cứng của nhựa đường tăng dần, hàm lượng bột đá, cát tăng còn lượng hạt lớn giảm.

Bảng 1 – Các thành phần đặc trưng của hỗn hợp vật liệu nhựa đường khác nhau

	Đá dăm đen	Cấp phối liên tục	Cấp phối gián đoạn	Vữa nhựa Mastic
Cốt liệu lớn (% trọng lượng) Cốt liệu nhỏ (% trọng lượng) Bột đá (% trọng lượng) Nhựa đường (% trọng lượng)	86,0 7,0 3,0 4,0	52,0 38,0 5,0 5,0	30,0 53,0 9,0 8,0	30,0 26,0 32,0 12,0
Cốt liệu lớn (% thể tích) Cốt liệu nhỏ (% thể tích) Bột đá (% thể tích) Nhựa đường (% thể tích)	64,5 5,1 2,1 8,3	44,1 32,2 4,2 11,5	25,7 46,0 7,8 17,5	27,5 18,9 27,0 26,6
Độ rỗng (% thể tích) Độ ki, lún của nhựa đường	20,0 100-300	8,0 100-200	3,0 35-100	<1,0 15-25

1   Asphalt

Asphalt hay asphalt rải nóng là hỗn hợp cốt liệu khoáng, bột đá và nhựa đường được thi công ở nhiệt độ tới 2300C. Trong quá trình làm việc, asphalt phân bố áp lực tải trọng chủ yếu qua hỗn hợp vữa gồm cốt liệu nhỏ, cát, bột khoáng và nhựa đường. Do vậy để chống lại biến dạng dưới áp lực của tải trọng, hỗn hợp phải có độ cứng lớn; điều đó đạt được nhờ sử dụng nhựa đường tương đối đặc quánh và hàm lượng bột khoáng khá cao. Trong suốt quá trình làm việc asphalt là vật liệu kín nước và bền lâu. Hai loại asphalt được dùng ở Anh Quốc là asphalt rải nóng và vữa nhựa. Asphalt rải nóng được sử dụng rải rộng trong việc phủ lớp mặt đường của các tuyến lộ chính, trong khi đó việc sử dụng vữa nhựa trong thi công đường chỉ hạn chến trong một số dạng đặc biệt.

1.1   Vữa nhựa

Vữa nhựa thi công theo phương pháp thủ công được sử dụng thành công lần đầu tiên tại các con đường dành riêng cho người đi bộ ở Pari vào năm 1835, sau đó được sử dụng ở Luân Đôn vào năm 1836. Hiện có các số liệu lưu trữ cho thấy có nhiều đường phố quan trọng ở Luân Đôn được phủ mặt bằng vữa nhựa vào giữa những năm 1870-1873, bao gồm các phố Lombard, Moorgate, Carter Lane. Tiếp theo các kết quả đạt được, việc sử dụng vữa nhựa tiếp tục tăng lên trong những năm sau đó trong chiến tranh thứ nhất (1914-1918) và được áp dụng khá rộng rãi cho cả đường thị trấn, đường quốc gia cũng như đường thành phố.

Ngày nay, vữa nhựa bao gồm hỗn hợp vữa của nhựa đường, cốt liệu hạt nhỏ và một phần cốt liệu lớn. Chi tiết đầy đủ về vật liệu được giới thiệu trong tiêu chuẩn BS 1446:1973 và BS 1447:1988 của Anh Quốc. Các đặc điểm chính của vữa nhựa được nêu trong BS 1447; vật liệu trong tiêu chuẩn BS 1446 ít được sử dụng vì phải nhập khẩu nhựa đường có nguồn gốc đá đầu tự nhiên. Trong BS 1447, cốt liệu nhỏ là đá vôi được tìm thấy trong tự nhiên với lượng lọt sàng 75 m là 40%-55% và lượng sót trên sàng 2,36 mm không vượt quá 3%. Tỷ lệ cốt liệu lớn và các hạt khác được lựa chọn tùy thuộc yêu cầu ứng dụng. Thông thường cốt liệu được trộn với nhựa đường có độ kim lún 15-25 pen.

Việc sản xuất vữa nhựa thường khá phức tạp. Vữa nhựa có thể được trộn theo tùng mẻ để dùng ngay; khi đó cốt liệu dùng với nhựa đường được trộn trong một thùng lớn với các lưỡi gạt quay chậm, như vậy chỉ cốt liệu nhỏ được trộn với nhựa đường theo từng mẻ 25 kg và để nguội, những mẻ này có thể được cất giữ và cung cấp cho công trường khi cần thiết; chúng được trộn lại trong thùng nhựa vữa nhựa riêng cùng với một tỷ lệ lớn theo yêu cầu.

Vữa nhựa thường được những người thợ rải nhựa đường có kinh nghiệm và kỹ năng tốt rải bằng thủ công, họ dùng những tấm gỗ để làm khuôn và san vật liệu ở nhiệt độ 175-2300C cho tới khi vữa nhựa cứng kết lại. Chiều dày lớp vữa nhựa có thể thay đổi từ 20 mm đến 50 mm tùy thuộc vào mục đích sử dụng. Vữa nhựa có khả năng chấm thấm nước cao, độ rỗng của nó nói chung chưa tới 1%. Sự đòi hỏi khắt khe như vậy được đáp ứng trong phạm vi tương đối nhỏ, rải đồng thời không dùng máy rải. Một diện tích rải lớn hon như mặt cầu Humber đã được thực hiện gần như là một ngoại tệ. Các máy rải vữa nhựa trên các đường của Đức không tương thích vì các hỗn hợp asphalt của Đức khác với vữa nhựa của Anh theo BS 1446 và BS1447.

Tỷ lệ hạt cốt liệu nhỏ cao đa tạo cho mặt đường nhẵn mịn nhưng có độ nhám kém. Để khắc phục được nhược điểm này, các giải pháp xử lý khác nhau đã được áp dụng. Rải lớp đá găm tạo nhám là một giải pháp. Lớp đá găm được rải trong khi vật liệu vẫn còn đủ dẻo để một phần các hạt đá được găm chặt vào lớp mặt vữa nhựa dưới áp lực của lu nhẹ. Trên mặt đường bộ hành và đường  cho xe nhẹ, việc tạo nhám có thể đạt được bằng cách rải một lớp cát thô đặc biệt trên bề mặt. Phương pháp tạo nhám khác được thực hiện trên bề mặt bãi đỗ xe là lun lèn tạo độ sóng bề mặt trong khi vữa nhựa còn nóng.

1.2   Asphalt rải nóng (HRA)

HRA được sử dụng đầu tiên ở Anh quốc vào năm 1895 ở Kings Road, Chelsea Pelham Street, Kensington. Thật không may, vật liệu đã bị hỏng trong vòng một vài tháng do hàm lượng bột đá và cấp phối cát không thích hợp.

Một trong những người đi tiên phong trong sử dụng HRA là kỹ sư người Mỹ Clifford Richardson. Trong quá trình khảo nghiệm mặt đường asphalt ở Mỹ và châu Âu, Richardson đã đến Anh vào năm 1896. Dựa trên những kinh nghiệm bản thân, ông đã đề nghị sử dụng hỗn hợp asphalt giống như một lớp thảm nhựa-cát và nó đã được thực hiện thành công trong nhiều năm. Loại vật liệu này đã tạo lập cơ sở cho nhiều tiêu chuẩn asphalt đầu tiên của Anh quốc BS. Năm 1935, hai tiêu chuẩn này đã được kết hợp thành một tiêu chuẩn duy nhất BS 594. Từ đó đến nay BS 594 đã được sửa đổi sáu lần. Trong phiên bản cuối cùng (1985) nó được chia thành 2  phần, mỗi phiên bản thể hiện những quan điểm khác nhau trong lĩnh vực công nghệ xây dựng đường bao gồm các dữ liệu nghiên cứu.

Như đã đề cập ở phần trên, một trong các đặc tính quan trọng nhất của HRA là cấp phối cốt liệu gián đoạn, điều đó có nghĩa là nó chứa rất ít cỡ hạt trung gian (2,36 mm-10 mm) như vậy thành phần hỗn hợp sẽ gồm cát, chất độn khoáng (bột khoáng) mịn và nhựa đường với cốt liệu lớn (kích cỡ thường là 14 mm). Mặc dù cốt liệu lớn làm tăng độ cứng của vật liệu nhưng vai trò của nó còn làm tăng khối lượng hỗn hợp và như vật tăng tính kinh tế của vật liệu. Chính cấp phối cốt liệu gián đoạn đã tạo cho lớp áo đường bằng HRA (bê tông nhựa nóng) các đặc tính chịu đựng lâu bền trước tác động của thời tiết và tải trọng nặng mà không bị nứt gãy.

BS 594:1985 chỉ rõ hàm lượng cốt liệu lớn khác nhau của hỗn hợp asphalt làm lớp mặt đường và các lớp mỏng. Hỗn hợp cho lớp mỏng trên và mỏng dưới thường chứa 60% cốt liệu thô, ở mức độ như vậy áp lực được phân bố bao hàm cả ma sát giữa cốt liệu và vữa nhựa. Hàm lượng nhựa đường trong hỗn hợp cho lớp mỏng thường thấp hơn lớp mặt vì hàm lượng hạt mịn, bột khoáng trong lớp móng thấp hơn và kích cỡ hạt lớn để thích hợp với chiều dày lớp móng trên không nhỏ hơn 150 mm.

Hỗn hợp lớp mặt có thể chứa 0%, 15%, 30%, 40% hoặc 55% cốt liệu lớn. Lớp mặt có chiều dày 40 mm với hỗn hợp chứa 30% cốt liệu lớn được áp dụng rộng rải, mặc dù vậy lớp mặt với chiều dày 50 mm và hàm lượng cốt liệu lớn chiếm tới 40% cũng ngày càng trở nên phổ biến. Việc tăng chiều dày lớp vật liệu làm tăng một cách đáng kể thời gian đầm nén vật liệu và do đó cũng cải thiện khả năng làm việc trong mùa đông của vật liệu. Với hàm lượng cốt liệu lớn đạt 40%, người ta có thể tạo nên một bề mặt lớp phủ tốt và đủ độ nhám bằng cách lu lèn găm vào bề mặt asphalt một lượng đá găm được trộn nhựa đường sơ bộ trước với kích thước cỡ 14mm - 20mm. BS 594 nêu chi tiết các yêu cầu về hình dạng, kích cỡ và tỷ lệ rải của lớp đá găm này. Các thuộc tính cần thiết của đá găm như độ mài mòn, độ trơn nhẵn thường được xác định trong các tài liệu riêng, trong đó có lưu ý đến các yêu cầu cụ thể của từng con đường / dự án được thi công. Hỗn hợp lớp mặt chứa tới 55% cốt liệu lớn thì không cần có lớp đá găm mà vẫn đạt độ nhám cần thiết. Thực ra với hàm lượng cốt liệu lớn vượt quá 45% thì lớp đá găm tạo nhám rất khó găm chặt được vào bê tông nhựa.

Thành phần của asphalt rải nóng (HRA) được chỉ ra trên toán đồ hình 2. Chức năng của 4 thành tố có thể tóm lượt như sau:

·        Cốt liệu lớn: tăng khối lượng hỗn hợp làm tăng tính kinh tế và độ ổn định của HRA.

·        Cốt liệu nhỏ: tạo thành phần chính của vữa asphalt là thành tó quan trọng nhất ảnh hưởng đến khả năng làm việc và phạm vi ứng dụng của vật liệu bê tông nhựa.

·        Bột khoáng (chất độn): vai trò của bột khoáng có thể được nhìn nhận theo hai khía cạnh; thứ nhất: bột khoáng được coi là có vai trò làm thay đổi tỷ lệ cốt liệu nhỏ, do vậy tạo nên hỗn hợp đặc hơn, tăng tỉ diện bề mặt của các cốt liệu thành phần; thứ hai (và có lẽ đúng hơn khi nhìn nhận vai trò của bột khoáng) là bột khoáng cùng với nhựa đường tạo nên chất vừa kết dính bọc cốt liệu vừa bôi trơn bề mặt cốt liệu trong quá trình làm chặt hỗn hợp tạo nên hỗn hợp vữa nhựa asphalt. Thuộc tính của vữa asphalt sẽ phụ thuộc vào nguồn gốc của cốt liệu mịn và độ nhớt của nhựa đường.

·        Nhựa đường có vai trò như chất bôi trơn trong quá trình đầm nén và như một chất kết dính dẻo có độ nhớt cao trong quá trình làm việc; 5 cấp độ của nhựa đường dùng tương ứng với độ kim lún là 35: 35, 40, 50, 70, 100; nhựa đường có độ kim lún 35 và 40 chỉ được dùng chủ yếu với đường có lượng giao thông cao; nhựa đường có độ kim lún 70 và 100 thường được dùng cho đường có lượng giao thông thấp hơn; còn nhựa đường có độ kim lún 50 được dùng cho các đường giao thông khác nhau.

Asphalt rải nóng là một loại vật liệu có chất lượng cao được dùng chủ yếu cho các đường có lượng giao thông cao như đường cao tốc, đường liên tục địa và thấp hơn các đường phố. Theo truyền thống, các chỉ tiêu thành phần HRA xác định chất lượng, tỷ lệ cuả cốt liệu và nhựa đường được sử dụng tùy thuộc điều kiện khí hậu và tải trọng. Bằng cách thay đổi các phương án khác nhau, lớp mặt nhựa đường nhựa được thiết kế nhờ thí nghiệm Marshall.

Năm 1989, hơn 60 triệu m2 mặt đường asphalt rải nhựa nóng đã được xây dựng ở Anh quốc. Nếu việc thiết kế, chế tạo, đầm nén được tuân thủ thì các con đường thi công bằng vật liệu này sẽ còn được phục vụ tốt trong thế kỷ tới.

2   Vật liệu đá nhựa (Coated Macadam)

Coated Macadam được làm từ hắc ín là loại vật liệu đá trộn nhựa được sử dụng sớm nhất ở Anh quốc. Các ghi chép sớm nhất về việc sử dụng đá nhựa được thấy ở Gloucestershire vào năm 1832 và ở Nottinghamshire vào năm 1884. Đá trộn nhựa được bắt đầu được sử dụng khi nhựa đường trở nên dồi dào hơn ở lúc giao thừa giữa hai thế kỷ. Thuật ngữ Macadam được dùng để tưởng nhớ kỹ sư xây dụng đường nổi tiếng người Scotlen: John London Macadam. Macadam nhận thấy rằng để lớp cốt liệu đá nghiền có cường độ tốt nhất cần phải sử dụng hỗn hợp cốt liệu có các kích cỡ khác nhau có nghĩa là phải dùng một hệ thống cấp phối hạt. Macadam giải thích rằng khoảng trống giữa các cốt liệu lớn sẽ được lấp đầuy bởi các cốt liệu nhỏ tạo nên một lớp cốt liệu có kết cấu hở tương đối chặt. Việc sản xuất hỗn hợp đá dăm trộn nhựa, một sự phát triển nguyên lý Macadam, đã đặt nền móng cho sự phát triển của công nghệ sản xuất đá trộn nhựa vào những năm giữa thế kỷ 20.

Hỗn hợp có thể được chia thành 3 cấp độ cốt liệu và nhựa đường. Chức năng của từng thành tố có thể tóm tắt như sau:

 Thành phần của hỗn hợp đá nhựa

·        Cốt liệu lớn: tạo nên bộ khung cốt chính, chèn móc giữa các hạt cốt liệu nhằm phân bố đều áp lực tải trọng xuống nền móng.

·        Cốt liệu nhỏ: lấp một phần hoặc đầy các lỗ rỗng giữa các hạt cốt liệu lớn.

·        Bột khoáng: làm tăng độ nhớt của chất kết dính do đó tăng độ dính bám của nhựa với cốt liệu, giảm nguy cơ nhựa đường bị tách khỏi cốt liệu, cùng với nhựa đường góp phần lấp kín các lỗ rỗng bé.

·        Nhựa đường: làm việc như một chất bôi trơn trong quá trình đầm nén, chất chống thấm, chất kết dính, góp phần lấp lỗ rỗng nhỏ trong hỗn hợp đặc, làm tăng cường độ của hỗn hợp.

Chỉ tiêu thành phần của hỗ hợp đá nhựa như hàm lượng nhựa đường, cấp phối cốt liệu được nêu trong BS 4087: 1988; có thể đơn cử các loại hình vật liệu như :

Lớp móng dưới bằng đá nhựa đặc chắc

Lớp móng trên bằng đá nhựa đặc chắc

Lớp móng có cấp phối hở

Mặt đường đá nhựa không có lớp móng

Lớp mặt đá nhựa cấp phối hở

Lớp mặt đá nhựa cấp phối kín

Lớp mặt đá nhựa đầm chặt

Lớp mặt đá nhựa hạt vừa

Lớp mặt đá nhựa cốt liệu mịn

Lớp mặt hở (cho phép thấm nước)

2.1  Hỗn hợp đá nhựa hạt vừa và hở

Hỗn hợp đá nhựa hạt vừa và hở được dùng cho cả lớp mặt đường và lớp móng. Đặc điểm của vật liệu này là chúng có hàm lượng hạt nhỏ thấp, có khả năng làm việc tốt trong quá trình thi công, với độ rỗng sau khi đầm nén từ 15-20%. Để ngăn ngừa nước mặt xâm nhập vào kết cấu áo đường, cần thi công một lớp mặt có chức năng một màng chống thấm nước.

Cường độ của vật liệu được hình thành phần lớn do lực chèn móc giữa các hạt cốt liệu và một phần do lự dính kết của nhựa đường. Một trong những chức năng chính của nhựa đường là tạo cho lớp mặt có khả năng chống kéo, ngăn ngừa sự bung bật, mất mát các hạt cốt liệu nhỏ ở bề mặt lớp vật liệu dưới áp lực lớn của xe cộ. Hỗn hợp được gia công bằng nhựa đường có độ kim lún 200 hoặc 300 hoặc nhựa lỏng, việc lựa chọn nhựa đường phụ thuộc  vào cường độ giao thông và điều kiện khí hậu tại mùa thi công.

Cấu trúc của lớp mặt có vai trò quan trong quyết định độ nhám của mặt đường. Hỗn hợp đá nhựa cốt liệu vừa và hở có cấu trúc thích hợp với điều kiện giao thông vừa và nhỏ ví dụ như giao thông nội bộ, bãi đỗ xe con, sân chơi. Loại vật liệu này đóng góp đáng kể vào cường độ chung của toàn bộ kết cấu đường.

Đặc tính thấm nước của loại vật liệu này được coi là một lợi thế khi dùng làm đường băng sân bay và đường giao thông nặng để ngăn ngừa nước mặt và giảm sự tóe nước  (dưới bánh xe); chúng dược dùng để phổ biến làm lớp tạo ma sát ở phi trường và xa lộ. Hỗn hợp đá nhựa hở được giới thiệu trong tiêu chuẩn Anh quốc BS 987:1988.

2.2   Lớp đá nhựa cấp phối kín và đặc

Lớp móng trên và móng dưới bằng vật liệu đá nhựa đặc kín được dùng phổ biến trong 25 năm gần đây trong xây dựng đường và thích hợp cho điều kiện giao thông nặng. Hàm lượng cốt liệu nhỏ cao đã tạo cho vật liệu đặc kín với độ rỗng 5-10% có khả năng phân bố tải trọng tốt, độ bền chống biến dạng cao, độ đàn hồi tốt cho phép chống lại nứt gẫy dưới tải trọng lặp lại (chịu mỏi tốt).

Tiêu chuẩn lớp mặt đường bằng đá nhựa “đặc kín” cỡ hạt 10 mm và 14 mm được nêu trong BS 4987: 1973. Tuy nhiên với cả hai loại vật liệu này, qua ảnh 3 ta thấy chúng còn có một độ rỗng tương đối cao và chắc chắn là không thể hoàn toàn có khả năng chống thấm nước. Trong BS 4987 năm 1988 hai loại vật liệu này được đổi tên là đá nhựa cấp phối “kín” và giới thiệu thêm một hỗn hợp vật liệu đá nhựa kín mới có cỡ hạt tối đa 6mm dùng làm lớp mặt có độ rỗng nhỏ. Hỗn hợp đá nhựa đặc kín dùng làm lớp mặt chỉ phù hợp với đường có tải trọng giao thông vừa và nhẹ; chúng không có tuổi thọ cao và không đủ độ bám yêu cầu trên đường giao thông nặng và tốc độ lớn.

2.3   Vật liệu đá nhựa cường độ cao.

Vật liệu đá nhựa đặc kín được dùng một cách hiệu quả làm lớp móng trên và móng dưới có cường độ cao trong hầu hết các đường có lượng giao thông lớn trong suốt ¼ thế kỷ. Tuy nhiên để khắc phục sự tăng trưởng lượng giao thông, tải trọng xe cộ, đòi hỏi phải có những lớp móng có sức bền và cường độ cao hơn những lớp móng truyền thống. Một loại vật liệu như vậy được ra đời với tên gọi đá nhựa cường độ cao (HDM), được chế tạo trên cơ sở lớp vật liệu đá nhựa đặc nhưng có hàm lượng bột khoáng cao hơn (8%) và dùng nhựa đường cứng hơn (độ kim lún 50).

Hai thay đổi này trong thành phần hỗn hợp đá nhựa đã làm tăng độ cứng động học lên 3 lần. Điều đó cho phép giảm 10% - 15% chiều dày khi dùng lớp móng vật liệu đá nhựa đặc kín mà vẫn bảo đảm khả năng làm việc như nhau. Lợi thế này rất hấp dẫn cho công tác nâng cấp cải tạo đường cho những công trình mà cao độ lớp mặt bị khống chế, nơi cần lắp đặt các loại ống công tác hoặc chiều cao mặt cầu bị hạn chế bắt buộc phải giảm bớt chiều dày kết cấu đường so với điều kiện thi công bình thường. Một phương án so sánh khác, nếu ta dùng cùng một chiều dày như lớp vật liệu đá nhựa kín thông thường thì tuổi thọ của lớp đá nhựa cường độ cao sẽ lớn hơn.

2.4   Đá nhựa cấp phối hạt mịn

Trước khi đưa vào tiêu chuẩn BS 4987: 1988, loại vật liệu này được gọi là asphalt nguội hạt nhỏ. Dù được gọi như vậy nhưng vật liệu này vẫn thuộc loại đá nhựa (macadam). Đại đa số hỗn hợp đá nhựa được gia công với nhựa có độ kim lún 200, 300  hoặc nhựa cutback độ chảy 100 giây và do vậy chúng phải được rải và đầm nén ở nhiệt độ 80-1000C; tuy nhiên, nhựa cutback cũng được dùng để chế tạo lớp đá nhựa rải nguội và để dự trữ trong các kho chứa.

Khi mới rải xong, đá nhựa hạt nhỏ có độ rỗng cao vì thế nó dễ bị ảnh hưởng của nước, do vậy cần lưu ý khi lựa chọn cốt liệu. Độ rỗng giảm dần dưới tải trọng đầm lèn của xe cộ và hỗn hợp đầm trở nên kín nước. Lớp vật liệu này thường có chiều dày 15-25mm, khi sử dụng như lớp phủ bề mặt không nhất thiết phải tính vào chiều dày kết cấu làm tăng cao độ mặt đường. Lớp vật liệu này chỉ làm gia tăng chút ít cường độ của kết cấu đường. Theo quan điểm như vậy, yêu cầu lớp đường phía dưới phải chịu tải trọng tốt và tốt nhất là có khả năng không thấm nước. Hơn nữa, lớp bề mặt phải đều đặn (có chiều dày đồng đều) và như vậy lớp phía dưới có tác dụng bù vá và có chiều dày thay đổi.

3   Bê tông nhựa asphalt

Giống như đá nhựa, hỗn hợp bê tông asphalt có cấp phối cốt liệu liên tục nhưng hàm lượng hạt lớn ít hơn, nhiều cốt liệu nhỏ và bột khoáng hơn, nhựa đường đặc hơn một chút và hàm lượng cao hơn. Bê tông asphalt có nguồn gốc từ Mỹ và được phát triển để đáp ứng yêu cầu xây dựng mặt đường băng sân bay có độ bền, độ cứng lớn dưới áp lực tải trọng lớn, áp lực hơi cao của lốp máy bay ở Anh quốc, bê tông asphalt được dùng cho sân bay và thường được gọi là Marshall asphalt. Bê tông asphalt ít được sử dụng ở Anh quốc bởi lẻ, thứ nhất: nó đòi hỏi kết cấu phía dưới có độ cứng rất cao, nếu độ cứng không đủ nó sẽ bị nứt gãy dưới biến dạng của mặt đường gây ra bởi tải trọng nặng; thứ hai: bề mặt có độ nhám nhỏ và do vậy yêu cầu phải xử lý lớp mặt tạo nhám với đường có tốc độ xe chạy cao.

Cường độ, độ ổn định của bê tông  asphalt được hình thành phần lớn nhờ sự chèn móc giữa các cốt liệu và tăng thêm môt phần nhờ hồ vữa: cát – bột khoáng – nhựa đường. Thành phần của bê tông nhựa được xác định bởi quy phạm thiết kế hỗn hợp Marshall của Viện Asphalt Mỹ với mục đích nhằm đạt tới hàm lượng nhựa đường hợp lý nhất, hỗn hợp có độ đặc và độ ổn định lớn nhất. Kết quả là ta pha trộn được một hỗn hợp cốt liệu và nhựa đường đạt yêu cầu kinh tế, có độ bền độ ổn định tốt dưới tác dụng của xe cộ trong quá trình làm việc đồng thời cho phép dễ thi công (rải và đầm nén) để có được một độ rỗng không quá  3-5%. Hàm lượng nhựa đường tương tự như với hỗn hợp đá nhựa đặc kín nhưng độ quánh của nhựa đường cao hơn, thường hay dùng loại có độ kim lún 70, 100. Trong quá trình thi công (rải, đầm nén), độ đầm nén phải được kiểm tra giám sát chặt chẽ để đảm bảo đạt được độ chặt đầm nén lớn nhất.

4   Lớp tại nhám, lớp đá nhựa thấm nước

Hàng năm ở Anh quốc, các con đường, sân bay đều bị ẩm ướt nhiều giờ, tương đương với 100 trận mưa với lượng tới 1 inch/trận. Điều đó cho thấy những con đường trên một số phần lãnh thổ nước Anh có thể bị ướt tới 50% thời gian trong năm. Để khắc phục nước mặt và sự trơn trượt trên đường băng sân bay, vào giữa những năm 1950, Bộ công trình hàng không đã thử nghiệm lớp vật liệu đá nhựa hở tạo nhám cỡ hạt 10 mm (ngày nay được biết như là lớp tạo nhám mặt phi trường). Lớp vật liệu này được thiết kế cho phép nước thấm qua một lượng nhất định xuống tới lớp không thấm nước phía dưới mặt đường băng , sau đó theo các rãnh ngang chảy vào các rãnh thoát được lấp đày các hạt cốt liệu. Các thử nghiệm đã chứng tỏ hiệu quả tốt nhất của lớp ma sát / thoát nước và từ năm 1962 một số lượng lớn các đường băng sân bay dân dụng và quân sự đã được phủ mặt bởi lớp tạo ma sát.

Trên những con đường ở Anh quốc, người ta ước tính có đến 10 % tai nạn trong mùa mưa là do nước tóe lên từ các xe chạy nhanh (đặc biệt là xe tải). Chi phí cho các tai nạn gây ra bởi sự tóe nước có thể chiếm tới 1/3 so với các tai nạn do trơn trượt bởi đường ẩm ướt. Tiếp theo thành công của lớp tạo ma sát 10 mm cho sân bay, Phòng nghiêm cứu vận tải và đường (TRRL) đã phát triển thành công vật liệu đá nhựa thấm nước 20 mm.

4.1   Sự phát triển của vật liệu đá nhựa thấm nước

Từ năm 1967, một số lượng lớn các thử nghiệm đã được thực hiện để xác định mức độ phù hợp của lớp vật liệu đá nhựa thấm nước đối với những con đường có lưu lượng giao thông cao. Szatkowski và Brown đã cho rằng lớp vật liệu đá nhựa được chế tạo với cốt liệu lớn nói chung có độ rỗng, độ thấm nước và độ nhám cao nhất, tuy vậy với một số cỡ hạt cốt liệu, các giá trị này giảm đáng kể trong một ít năm đầu sau khi rải. Tuy nhiên, sự giảm tóe nước vẫn còn hiệu quả trong một thời gian dài hơn khi vật liệu được chế tạo với cốt liệu cỡ 20 mm; thời gian kéo dài ít nhất là 3 năm với lượng giao thông cao (>7000 xe/ngày đêm/làn xe) và tới 6 năm với lượng giao thông trung bình (2500 xe/ngày đêm/làn xe). Dù sao lớp mặt đường vẫn còn tốt cho nhiều năm sau ngay cả khi hiều quả của thuộc tính giảm tóe nước đã suy giảm và cuối cùng tuổi thọ của nó có thể kéo dài tới 15 năm. Các kết quả thử nghiệm tiếp theo đã kết luận rằng khả năng kháng trượt của lớp vật liệu này với cốt liệu 20 mm tương tự như các lớp rải mặt đường khác được sản xuất với cùng loại cốt liệu. Mối quan hệ giữa sức kháng trượt với tốc độ xe, với cốt liệu 20 mm tương hợp với độ nhám cũng gần như quan hệ thu được ứng với lớp mặt asphalt rải nóng.

Về mặt kết cấu, 40mm vật liệu đá nhựa thấm nước dùng nhựa đường có độ kim lún 100 hoặc 200 thì tương đương với 16 mm HRA hoặc 20 mm đá - nhựa đặc kín. Tuy nhiên nếu dùng nhựa đường epoxy thay cho nhựa đường thông thường thì độ cứng động học của đá nhựa tăng lên một cách đáng kể và cường độ của nó bằng hoặc lớn hơn HRA. Nhựa đường chứa polyme như etylen vinyl axetat, styren-bitadien-styren có độ cứng động học nằm giữa hai loại trên.

4.2   Ích lợi của lớp đá nhựa thấm nước

4.2.1   Sự giảm tóe nước

Mối nguy hại do sự tóe nước của lốp xe trên đường ướt nước đặc biệt khi xe chạy với tốc độ cao, đã được thừa nhận từ rất lâu; sự tóe nước làm hạn chế tầm nhìn một cách bất thường và như vậy nó trở nên rất nguy hiểm. Những thí nghiệm bổ sung cuối cùng đã chứng tỏ rằng sự tóe nước có thể giảm đi đáng kể nhờ lớp đá nhựa thấm nước. Vật liệu đá nhựa thấm nước có độ rỗng cao (tới 25%) và dĩ nhiên sẽ hấp thu nước mưa như một miếng bọt xốp. Một lớp rải dày 40 mm bằng vật liệu đá nhựa thấm nước có thể hấp thu một lượng mưa 8 mm trước khi trở nên bão hòa. Lớp vật liệu này làm như một lớp thoát nước, nó có khả năng cho nước chảy qua vật liệu gần như thoát hết nước bề mặt, giải quyết được tình trạng nước đọng trên mặt đường.

4.2.2   Khả năng giảm tiếng ồn

Mặt đường được rải bằng vật liệu cấu trúc thô làm tăng tiếp xúc giữa lốp xe chạy với tốc độ cao với bề mặt đường trong điều kiện thời tiết ẩm ướt, nhờ vậy nó giúp duy trì tính kháng trượt tốt. Mối quan hệ giữa tiếng ồn và thuộc tính ma sát của mặt đường đã được TRRL nghiên cứu. Thuộc tính ma sát được đánh giá bằng chiều sâu rót cát (chiều sâu cấu trúc) và bằng sự thay đổi tỷ lệ phần trăm hệ số lực hãm bằng thí nghiệm hãm phanh ở tốc độ 130 km/h và 50 km/h. Công trình thí nghiệm này đã kết luận rằng, tiếng ồn lớn nhất do phương tiện gây ra là một hàm số của hàm số vĩ mô (chiều sâu rót cát) và là hàm logarit của sự thay đổi tỷ lệ phần trăm hệ số hãm phanh. Điều đó có nghĩa là trên thực tế với mặt đường thông thường không thể vừa đạt được độ bám (khả năng chống trượt) cao lại vừa giảm tiếng ồn.

Tuy vậy, thật may mắn, mối quan hệ đó lại không đúng với đá nhựa thấm nước, nơi cơ chế của sự phân tán nước khỏi bề mặt lại hoàn toàn khác. Các báo cáo của một số lớn thí nghiệm hiện trường tiếp sau đó về tiếng ồn do xe chạy trên đường hở tạo nhám đã được công bố. Công trình này cuối cùng đã chứng minh rằng tiếng ồn do xe chạy trên mặt đường đá nhựa thấm nước thấp hơn đáng kể so với khi xe chạy trên mặt đường thông thường có cùng độ nhám (thấp hơn 3-4 dB(A) trong điều kiện khô ráo và thấp hơn 7-8 dB(A) trong điều kiện ẩm ướt). Nghiên cứu mới đây ở Hà lan cũng đã chỉ ra rằng do cấu trúc của vật liệu đá nhựa thấm nước, nó có thể hấp thụ đáng kể tiếng ồn do xe cộ gây nên.

4.3   Nhượt điểm của đá nhựa thấm nước

Mặc dù đá nhựa thấm nước có nhiều ưu điểm nhưng cũng còn có một số nhược điểm cần phải khắc phục.

Sai số về hàm lượng nhựa đường của loại vật liệu này bị khống chế khá khắc khe. Nếu lượng nhựa đường quá thấp thì sẽ không đủ để bao bọc cốt liệu, hoặc màng nhựa đường quá mỏng đến mức chúng bị oxy hóa nhanh chóng và mặt đường nhanh chóng bị hư hỏng. Mặc khác nếu lượng nhựa đường qua cao (hoặc nhiệt độ của hỗn hợp quá cao), nhựa đường có thể chảy ra khỏi cốt liệu trong quá trình vận chuyển, dẫn đến tình trạng tỷ lệ nhựa đường trong hỗn hợp không đồng đều. Trong một số trường hợp nhựa đường còn bị chảy ra từ bồn chứa các phương tiện vận chuyển.

Cho đến tận năm 1984, việc xác định hàm lượng nhựa đường cho hỗn hợp đá nhựa thấm nước mới được thực hiện ở Anh quốc bằng thử nghiệm với sai số tối thiểu. Tuy nhiên, TRRL đã thực hiện một thí nghiệm mô phỏng lượng chảy thoát nhựa đường của vật liệu đã được trộn. thí nghiệm liên quan tới việc cất giữ vật liệu đá nhựa thấm nước trong một rỗ bằng kim loại đục lỗ trên một cái khay đã được cân trước để hứng lấy nhựa đường đã chảy ra (từ đá nhựa trong rỗ). Thí nghiệm được tiến hành hai lần với mỗi hàm lượng nhựa  đường. Lượng nhựa đường còn lại được vẽ như một hàm tương quan với lượng nhựa đường “tiêu chuẩn” không bị chảy thoát. Tuy nhiên, lượng chảy thoát nhựa đường này tăng lên đáng kể cho tới một đỉnh khi qua đó thì lượng nhựa đường thực tế còn lại trong hỗn hợp giảm, điều này được xem như hiệu quả “tuyết lỡ”. Thí nghiệm này xác định lượng nhựa đường chảy thoát thực hiện trong phòng thí nghiệm nhằm xác định lượng chảy thoát của nhựa đường trong thực tế; TRRL đang tiến hành các khảo cứu về vấn đề này.

Việc cho thêm bột vôi vào hỗn hợp đã làm tăng đáng kể tính nhớt của nhựa đường và do vậy làm giảm lượng nhựa đường chảy ra khỏi cốt liệu. Lượng bột vôi cũng làm tăng cường lực dính, lực này rõ ràng là có ích cho vật liệu rỗng nơi bị bão hòa nước trong thời gian dài. Vì lớp vật liệu đá nhựa thấm nước và lớp tạo nhám theo định nghĩa là vật liệu hở thấm nước, màng nhựa đường trong vật liệu sau khi đầm nén thường xuyên bị tiếp xúc với oxy trong không khí. Thực tế là nhựa đường bị oxy hóa tương đối nhanh. Sự giảm độ kim lún của nhựa đường ở hiện trường của lớp vật liệu tạo nhám sân bay theo các năm tuổi từ 1-9 năm. Sau 9 năm nhựa đường có độ kim lún 20 “độ kim lún giới hạn”, tức là khi độ kim lún dưới 20 thì nhựa đường sẽ bị hư hại.

Trong thử nghiệm đường một cách toàn diện ở A38, các kết quả ban đầu cho thấy rằng vôi tôi và một vài chất polyme trong quá trình làm việc có thể làm giảm mức độ oxy hóa của nhựa đường trên đường. Các thử nghiệm trong phòng thí nghiệm đã chỉ ra rằng sự oxy hóa nhựa đường sẽ giảm xuống nếu thêm vào hỗn hợp 0,5% -1% vôi tôi. Người ta cho rằng vôi tôi hấp thụ các sản phẩm oxy hóa làm cho chúng không thể tham gia vào các phản ứng oxy hóa tiếp theo.

Việc dọn bỏ băng tuyết khỏi mặt đường bằng vật liệu đá nhựa thấm nước đòi hỏi một lượng muối lớn hơn từ 2-3 lần so với mặt đường asphalt rải nóng (HRA). Đó là do hai lẽ sau: thứ nhất, nếu tuyết bị lèn chặt vào lỗ rỗng của đá nhựa rỗng, muối có xu hướng làm chuyển dời tuyết từ nơi này đến nơi khác, làm chuyển dời vật liệu bị đầm chặt vào các khe hở của bánh xe; thứ hai khi tuyết tan tạo nên một lớp bùn nước mặn thoát nước dưới bề mặt xe chạy và làm mất hiệu quả của muối. Mặc dù lượng muối xử lý tăng lên bị lãng phí và rõ ràng làm tăng chi phí bão dưỡng, lợi ích chủ yếu là sự tăng giao thông công cộng và giảm tiếng ồn xe cộ cho dân cư vùng lân cận còn vượt trội hơn nhiều so với giá trị lượng muối cần thiết phải tăng thêm.

5   So sánh sự làm việc của các lớp vật liệu mặt đường khác nhau

Các kỹ sư đường thường xuyên phải cân nhắc với sự lựa chọn các lớp vật liệu mặt đường khác nhau. Trong phạm vi khá rộng, sự quyết định lựa chọn được căn cứ vào chi phí xử lý, sự đòi hỏi thực tế của từng con đường và lợi ích của từng loại vật liệu mặt đường khác nhau. Năm 1975, TRRL đã tiến hành một thử nghiệm về đường khá đầy đủ để so sánh tính năng làm việc của các lớp mặt bằng đá nhựa tạo nhám hở, lớp đá nhựa thấm nước, asphalt rải nóng, đá nhựa đặc, Delugrip (một vật liệu mang tên chủ nhân độc quyền sở hữu) và bằng lớp láng bề mặt. Một sự so sánh đơn giản các thuộc tính khác nhau của các lớp vật liệu sau 6 năm làm việc được giới thiệu ở bảng 2. Tương tự, bảng 3 cho thấy sự so sánh mức hiệu dụng của các loại vật liệu: đá nhựa thấm nước, asphalt rải nóng, lớp láng mặt trên một loại các yếu tố khác nhau. Các giá trị cho ở hai bảng chỉ có tính gần đúng dùng để tham khảo. Tuy nhiên, chúng cũng cung cấp cho các kỹ sư các dữ liệu thực giúp họ lựa chọn vật liệu phù hợp nhất với điều kiện thực tế yêu cầu.

Bảng 2 – Quan hệ biểu kiến giữa các lớp vật liệu mặt đường khác nhau sau 6 năm

Các yếu tố	Mức ưu điểm (1=xấu ; 5=tốt)
	Đá-nhựa tạo nhám hở	Đá-nhựa thấm nước	“Delugrip”	Đá-nhựa đặc	Asphalt rải nóng	Láng mặt
Cường độ Tuổi thọ Kháng trượt (ở tốc độ thấp) Kháng trượt (ở tốc độ cao) Chất lượng vận hành Khả năng loại trừ tóe nước Giảm ồn Dễ áp dụng Diện tích mặt đường/ 1 đơn vị chi phí	3 3 5 4 4 3 4 3 2	3 2 5 5 3 5 4 3 2	4 3 5 3 5 2 4 3 1	4 2 5 4 5 1 3 3 2	4 4 4 4 3 2 2 2 1	- 3 5 5 1 3 1 4 5

Bảng 3 – Mối quan hệ giữa các ưu điểm của các loại vật liệu : lớp láng mặt, đá nhựa thấm nước và asphalt rải nóng

Các yếu tố	Mức hiệu quả
	Lớp láng mặt	Đá – nhựa thấm nước	Asphalt rải nóng
Kháng trượt Chiều sâu rắc cát (độ nhám vĩ mô) Tuổi thọ trung bình Cường độ Chất lượng xe chạy Giảm ồn Giảm tóe nước Dễ thi công Diện tích mặt đường/ 1 đơn vị chi phí	1 1 1 1 1 1 2 4 6	1 1 2 3 4 4 6 1 2	1 1 3 6 4 2 1 1 1