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

Trong khuôn khổ bài báo, tác giả giới thiệu một loại vật liệu mới về bê tông nhựa lớp tạo nhám với yêu cầu thành phần vật liệu, qui định giới hạn kỹ thuật. So với các loại bê tông tạo nhám tại Việt Nam đã sử dụng, đặc điểm nhám và thoát nước của vật liệu này khá tốt, góp phần làm đa dạng và phong phú hơn khi sử dụng vật liệu bê tông nhựa lớp phủ tạo nhám mà có thể thiết kế và sản xuất tại Việt Nam.

Từ khóa: Bê tông nhựa, lớp tạo nhám, đường cao tốc.

Abstract: The materials used to create asphalt concrete layer veneer sanding sugar for highway or high-level road surface is very meaningful and necessary; it is characterized ensure high technical requirements for vehicles with high speeds, minimizing the risk of potential accidents on the road due to road elements. In the framework of the article, the authors introduce a new material to create rough asphalt layer with material composition requirements, technical regulations limit. Compared to create rough concrete was used in Vietnam; rough and drainage characteristics of this material is quite good; contribute to the rich diversity than when using materials are asphalt coating roughness can create design and manufacturing in Vietnam.

Keywords: Asphalt concrete layer, rough asphalt layer, highway

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.

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

- 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.

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

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 D_max 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

Bảng 3.2. 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

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

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.

Tài liệu tham khảo

[1]. PGS. TS. Vũ Đức Chính, KS. Phạm Kim Điện (2009), Sổ tay thiết kế hỗn hợp bê tông nhựa theo phương pháp Marshall, NXB. Khoa học và kỹ thuật Hà Nội.

[2]. PGS. TS. Trần Tuấn Hiệp, GS. TSKH. Hoàng Trọng Yêm (dịch) (2002), Cẩm nang Bitum Shell, NXB. GTVT, Hà Nội.

[3]. GS. TS. Phạm Duy Hữu, PGS. TS. Vũ Đức Chính, TS. Đào Văn Đông, ThS. Nguyễn Thanh Sang (2010), Bê tông asphalt, NXB. GTVT, Hà Nội.

[4]. Nguyễn Phước Minh (2013), Nghiên cứu xác định thành phần vật liệu hợp lý bê tông nhựa lớp tạo nhám mặt đường cấp cao tại Việt Nam, Luận án TSKT, Trường Đại học GTVT, Hà Nội.

[5]. Rajib B. Mallick, Prithvi S. Kandhal, L. Allen Cooley, Jr., Donald E. Watson (2000), Design, Construction, and Performance of New Generation Open-Graded Friction Courses, Association of Asphalt Pavin), Strassenbau und Strassenbautechnic, 6.Auflage, Werner – Verlag.