Áp dụng kết cấu mặt đường lát gạch tự chèn tính năng cao cho công trình giao thông và hạ tầng

Hội chợ Công nghệ và Thiết bị quốc tế Việt Nam 2015 tổ chức tại Cung văn hóa hữu nghị Việt Xô những ngày đầu tháng 10 vừa qua đã thu hút hơn 750 đơn vị trong nước và quốc tế tham gia với hàng vạn lượt khách tham quan. Không ít người đã ngạc nhiên và thích thú khi thăm quan gian hàng số 50, bên cạnh mấy mẫu gạch bê tông hình vuông, hình sin và một chiếc tấm chắn rác cửa thu nước mưa cũng bằng bê tông mà có tới 3 bằng độc quyền sáng chế: Phương pháp sản xuất tấm chắn rác bằng bê tông cường độ cao (Bằng số 11303); phương pháp sản xuất đá Granit nhân tạo dùng xi măng làm chất kết dính (Bằng số 14102); phương pháp sản xuất gạch bê tông tự chèn mác cao bằng bê tông tự đầm (Bằng số 1070). Tác giả của những sáng chế đó là ThS. Nguyễn Biên Cương - Giảng viên Khoa Xây dựng Cầu đường, Trường Đại học Bách khoa - Đại học Đà Nẵng.

Vốn là kỹ sư được đào tạo cơ bản chuyên ngành Cầu đường khóa 30 - Trường Đại học Xây dựng, ra trường năm 1990, ngoài công tác giảng dạy, anh Cương đã dồn hết tâm trí cho nghiên cứu khoa học. Từ thực tế một số đoạn đường bê tông xi măng (BTXM) được xây dựng trong thời gian gần đây để khắc phục hiện tượng hằn lún vệt bánh xe trên mặt đường bê tông nhựa (BTN) nhờ các ưu điểm như: Tuổi thọ cao; cường độ mặt đường lớn và không bị thay đổi theo nhiệt độ; khả năng kháng mài mòn và hệ số bám cao, làm tăng an toàn cho xe chạy, đặc biệt khi xe chạy đêm (vì mặt đường BTXM có màu sáng).

Tuy nhiên, chi phí đầu tư ban đầu của mặt đường BTXM là khá lớn. Thực tế cho thấy một số nhược điểm như thường hay bị lún, nứt sau một thời gian sử dụng và độ êm thuận không bằng mặt đường BTN. Đặc biệt là cả hai loại mặt đường BTN và BTXM trên đều là mặt đường có tính toàn khối nên rất khó khăn cho công tác duy tu, bảo dưỡng cũng như tái sử dụng khi cải tạo nâng cấp đường.

Xuất phát từ các ưu, khuyết điểm và thực trạng xây dựng và khai thác hai loại mặt đường trên của nước ta trong những năm gần đây, Nguyễn Biên Cương nung nấu ý tưởng áp dụng loại mặt đường đá lát nhân tạo. Đây là loại mặt đường đã được nghiên cứu và sử dụng có hiệu quả ở nhiều nước phát triển như Hà Lan, Mỹ, Anh, Đức... Vì loại mặt đường này có chi phí xây dựng ban đầu khá cạnh tranh so với mặt đường BTN cũng như BTXM truyền thống nhờ những điểm nổi trội về tính năng chịu lực, chống nứt tốt, độ nhám và khả năng thoát nước cao. Đặc biệt, mặt đường lát còn dễ dàng duy tu, bảo dưỡng và tận dụng gần như hoàn toàn các tấm lát khi đại tu hoặc phải nâng cao độ mặt đường cũ. Ngoài ra, mặt đường lát còn tạo được mỹ quan cũng như tăng độ an toàn cho xe chạy.

Ở Việt Nam hiện nay, lớp mặt đá lát nhân tạo mới chỉ được sử dụng để lát vỉa hè hoặc đường dành cho người đi bộ, trong khi nhu cầu xây dựng mặt cảng, sân bay, đường đô thị còn rất lớn. Hơn nữa, một số đô thị ven biển từ miền Trung trở vào, nhất là khu vực TP. Hồ Chí Minh được dự đoán sẽ phải đối mặt với nguy cơ nước biển dâng do hiện tượng ấm lên toàn cầu. Do đó, việc nghiên cứu và ứng dụng một loại mặt đường ổn định khi ngập nước và có thể tác dụng triệt để khi cần nâng cao độ đường mặt đường là nhu cầu có thật trong tương lai không xa.

Nguyên lý sử dụng mặt đường đá lát bằng gạch tự chèn tính năng cao chính là nguyên lý “lát xếp”. Khởi đầu, nguyên lý này sử dụng những tấm lát bằng đá tự nhiên, được đục đẽo để có một kích thước nhất định, lát trên nền đất. Mặc dù đá thiên nhiên rất cứng nhưng lại giòn, cường độ chịu kéo khi uốn khá thấp, thường chỉ từ 5% đến 7% cường độ chịu nén, nên loại mặt đường này dễ bị hư hỏng, kém bằng phẳng. Vấn đề cốt lõi là phải nghiên cứu và chế tạo ra loại vật liệu đá nhân tạo (thay cho đá tự nhiên) có cường độ kéo khi uốn phải đạt tới 10÷15% cường độ chịu nén.

Trên thế giới đã có rất nhiều tài liệu nghiên cứu, hướng dẫn về thiết kế và chế tạo bê tông theo cường độ nén, nhưng theo cường độ kéo uốn lại gần như không có. Nguyễn Biên Cương đã phải mất tới 7 năm (từ năm 1998 đến 2005) để tự mày mò, nghiên cứu, thí nghiệm hàng ngàn mẫu thử mới chế tạo thành công loại bê tông tính năng cao với cường độ kéo khi uốn đạt tới 20÷25 MPa (gấp từ 3 đến 5 lần đá granit tự nhiên) mà nguyên liệu chủ yếu là phế thải tại các mỏ khai thác đá, được bán với giá rất rẻ (tại thời điểm bắt đầu nghiên cứu, loại mạt đá này có khi được cho không).

Thời gian qua, được sự cộng tác của Công ty Cổ phần Tư vấn và Đầu tư xây dựng ECC, trên địa bàn TP. Đà Nẵng đã áp dụng thí điểm một số đoạn sử dụng mặt đường lát gạch bê tông tính năng cao như: Giao lộ Trần Đại Nghĩa - Mai Đăng Chơn quận Sơn Trà, (đoạn đường đã được BTXM hoàn thành và thông xe sau 3 ngày thi công); sửa chữa khu vực mặt đường bị hư hỏng khi thi công cầu Trần Thị Lý; mặt đường BTN khi thi công nút giao thông Ngã ba Huế; thay thế BTN trong nhánh dẫn vào nút có điều khiển bằng đèn trên đường Xô Viết Nghệ Tĩnh; đặc biệt là tuyến đường của dự án xử lý dioxin sân bay Đà Nẵng do Chính phủ Mỹ tài trợ. Một trong những yêu cầu phía Mỹ đưa ra là tuyến đường phải chịu được xe trọng tải rất lớn và sau 4 năm sử dụng xong phải dỡ bỏ nhanh chóng lớp mặt đường đã sử dụng.

Cấu tạo mặt cắt ngang đường được đơn vị tư vấn đưa ra là trên nền đất nguyên thổ tự nhiên, đổ 1 lớp cấp phối đá dăm dầm chặt dày 30cm, phía trên là một lớp đệm xi măng cát dày 3cm; trên cùng là lớp gạch tự chèn tính năng cao dày 6cm (theo các tài liệu của Mỹ, Anh… thì chiều dày gạch tự chèn trong trường hợp này phải dày 10÷12cm). Đoạn đường đã được hoàn thành và đưa vào khai thác từ tháng 12/2012, đáp ứng được cho xe tải trọng trên 60 tấn, chuyên chở hơn 27.000 khối bê tông đúc sẵn, đất nhiễm và các vật tư khác để thi công mố xử lý nhiệt IPTD của dự án. Sau 4 năm sử dụng, lớp mặt đường bằng gạch tự chèn tính năng cao có thể thu hồi hoàn toàn một cách nhanh chóng.

Đánh giá hiệu quả kinh tế của loại mặt đường lát gạch tự chèn tính năng cao, kỹ sư Mai Triệu Quang Tổng giám đốc Công ty CP Tư vấn và Đầu tư Xây dựng ECC cho biết: Nếu so sánh một cách tương đối, thì giá thành mặt đường lát gạch bê tông tự chèn chỉ bằng khoảng 60% so với mặt đường cứng (BTXM) và 90% so với mặt đường mềm (BTN) truyền thống. Ngoài ra, việc mặt đường lát cho phép công xưởng hóa nên chất lượng được kiểm soát chặt chẽ và rất ổn định. Đồng thời, chi phí duy tu, bảo dưỡng mặt đường lát cũng rẻ hơn rất nhiều. Do đó, chi phí đầu tư cho cả vòng đời của mặt đường lát hoàn toàn cạnh tranh được so với mặt đường truyền thống.

Hiện nay, tại Đà Nẵng đã có nhà máy sản xuất được loại gạch bê tông tính năng cao với cường độ chịu nén lên tới 80MPa và cường độ chịu kéo khi uốn lên tới 12MPa, có khả năng chống chầy xước và va đập rất cao. Trước mắt có thể xem xét áp dụng loại kết cấu này tại các vị trí nút giao thông hoặc đèn tín hiệu trên các trục giao thông lớn; các đoạn đường có xe tải nặng trong khu công nghiệp; đường trong các khu đô thị mới; các đoạn đường có độ dốc lớn, tải trọng nặng, hay xảy ra hằn lún vệt bánh xe. Đặc biệt là các dự án cải tạo đường bộ, nơi mặt BTN bị nứt do già hóa, nhưng cường độ và độ dốc mui luyện vẫn đảm bảo (như 1 số đoạn của đường Hồ Chí Minh).

Việc áp dụng thực nghiệm loại mặt đường này là rất cần thiết, giải quyết được vấn đề thời sự đang gây bức xúc cho dư luận và làm cơ sở thông tin khoa học cho các thiết kế tối ưu trong các dự án sắp đến, đặc biệt là trước tình trạng hư hỏng mặt đường nhựa dạng hằn lún vệt bánh xe trên diện rộng hiện nay mà chưa có giải pháp hữu hiệu và các thực nghiệm kiểm chứng trên hiện trường. 

Tuy nhiên, khó khăn lớn nhất gặp phải khi phổ biến và áp dụng rộng rãi mặt đường lát tại Việt Nam là hệ thống tiêu chuẩn về vật liệu, thiết kế kết cấu và thi công nghiệm thu chưa được công bố rộng rãi. Đặc biệt, do chưa có dự án có khối lượng lớn nên việc cơ giới hóa công tác thi công lát gạch chưa có điều kiện nghiên cứu, triển khai. Nếu được Bộ GTVT quan tâm, thông qua Vụ Khoa học Công nghệ, có thể đề xuất và tiến hành các nghiên cứu đầy đủ và toàn diện để đưa ra được quy trình thiết kế, thi công, nghiệm thu mặt đường lát gạch tự chèn tính năng cao thì sẽ là tiền đề tốt cho việc thúc đẩy sử dụng mặt đường lát đá này tại Việt Nam.