Đề xuất điều chỉnh tiêu chuẩn thí nghiệm độ sâu lún vệt bánh xe của bê tông nhựa sử dụng làm lớp mặt trên tuyến đường có qui mô giao thông lớn

ThS. Bùi Ngọc Hưng PGS. TS. Vũ Ðức Chính Viện Khoa học và Công nghệ Giao thông vận tải Người phản biện: TS. Trần Ngọc Huy TS. Nguyễn Quang Phúc

TÓM TẮT: Sau khi Bộ GTVT ban hành Quyết định số 858/QĐ-BGTVT, các nhà thầu thi công đã áp dụng cấp phối cốt liệu và các qui định theo Quyết định số 858/QĐ-BGTVT trong các dự án xây dựng đường bộ trên cả nước. Qua đánh giá về cơ bản, mặt đường bê tông nhựa (BTN) đã có tính ổn định hơn, mức độ hư hỏng lún vệt hánh xe (LVBX) đã có xu hướng giảm hơn so với trước đây. Thực tế hiện nay tại nhiều dự án, các nhà thầu đã nhận thức được trách nhiệm của mình, vì vậy đã tuyển chọn vật liệu tốt để thiết kế BTN đảm bảo chỉ tiêu LVBX thấp hơn so với quy định tại Quyết định số 1617/QĐ-BGTVT. Trên cơ sở các kết quả thống kê thí nghiệm LVBX do Viện Khoa học và Công nghệ GTVT thực hiện từ năm 2013, 2014 và 2015, bài báo đề xuất điều chỉnh (giảm) qui định chiều sâu LVBX của BTN chặt 12,5 và BTN chặt 19 thiết kế theo hướng dẫn của Quyết định số 858/QĐ-BGTVT với phương pháp A trong Quyết định số 1617/QĐ-BGTVT nhằm quản lý chất lượng tốt hơn LVBX đối với các tuyến đường có qui mô giao thông lớn.

TỪ KHÓA: Bê tông nhựa lớp mặt đường, lún vệt bánh xe, cấp phối cốt liệu, nhựa đường.

Abstract: The decision No. 858/QĐ-BGTVT which was promulgated by Ministry of Transport has directed contractors in selecting aggregate gradations for pavement contruction projects implemented around the country. Basically, these asphalt concrete pavements has exposed more stable, rutting damages have tended to reduce the severity in comparison with the statement before the MOT’s instruction. In fact, the contractors have already recognized their responsibility in getting quality aggregates for asphalt concrete mixing in order to ensure rutting properties lower the limitations mentioned in the decision No. 1617/QĐ-BGTVT. Based on the statistical analysis of testing results conducted by the Institute of Transport Science and Technology throughout 2013, 2014 and 2015, the paper proposed an adjustment on the rut depth requirements for pavements of BTNC 12,5 and BTNC 19 designed according to the Decision 858/QĐ-BGTVT, using A method mentioned in decision No. 1617/QĐ-BGTVT in order to improve the rutting control in construction of pavements under high-volume and heavy traffic activities.   

KEYWORDS: Asphalt concrete pavements, rutting, gradation of aggregate, asphalt binder.

1. ĐẶT VẤN ĐỀ

Những năm gần đây, hiện tượng LVBX xuất hiện nhiều tại các tuyến quốc lộ, các tuyến đường có qui mô giao thông lớn, gây mất an toàn cho người tham gia giao thông cũng như gây bức xúc trong dư luận xã hội. Các cơ sở nghiên cứu, đào tạo trong nước như: Viện Khoa học và Công nghệ GTVT, Trường Đại học GTVT và các chuyên gia trong nước thời gian qua đã nỗ lực triển khai các nghiên cứu, đề xuất các giải pháp để khắc phục LVBX, tuy nhiên cho đến nay, LVBX vẫn xuất hiện tại nhiều tuyến đường, thậm chí ngay sau khi đưa vào khai thác.

Quyết định 858/QĐ-BGTVT ngày 26/3/2014 của Bộ GTVT [1] đã đưa ra hướng dẫn áp dụng tiêu chuẩn thiết kế hỗn hợp bê tông nhựa chặt (BTNC) cho tuyến đường ô tô có quy mô giao thông lớn đối với BTNC 12,5, BTNC 19 và BTNC 25, trong đó qui định tiêu chuẩn đường bao cấp phối hỗn hợp cốt liệu cho BTNC là “cấp phối thô” áp dụng cho đường có quy mô giao thông lớn [1]. Ứng với từng loại BTNC, nếu lượng lọt sàng qua cỡ sàng khống chế nhỏ hơn giá trị quy định thì là “cấp phối thô”, ngược lại là “cấp phối mịn”.

Sau khi ban hành quyết định 858/QĐ-BGTVT và theo chỉ đạo của Bộ GTVT, các nhà thầu thi công đã áp dụng cấp phối cốt liệu và các qui định theo Quyết định 858/QĐ-BGTVT trong các dự án xây dựng đường bộ khắp đất nước. Theo báo cáo của Vụ Khoa học và Công nghệ - Bộ GTVT, về cơ bản, mặt đường BTN đã có tính ổn định hơn, mức độ hư hỏng LVBX trên QL1 đã được giảm đi từ khoảng 10% năm 2013 xuống còn khoảng 3,4% trong năm 2014.

Bộ GTVT đã ban hành Quyết định 1617/QĐ-BGTVT ngày 29/4/2014 [2] để qui định về phương pháp thí nghiệm LVBX cho BTN, trong đó loại BTNC thông thường được qui định theo TCVN 8819:2011 [3] theo phương pháp A phải có độ sâu LVBX nhỏ hơn hoặc bằng 12,5mm sau 15.000 lần tác dụng tải. Tuy nhiên, đối với loại BTNC được thiết kế theo qui định của Quyết định 858/QĐ-BGTVT với “cấp phối thô” áp dụng cho đường có quy mô giao thông lớn chưa được đề cập trong Quyết định 1617/QĐ-BGTVT. Vì vậy, cần thiết phải xem xét giới hạn về độ sâu LVBX cho phù hợp khi thí nghiệm theo phương pháp A trong Quyết định 1617/QĐ-BGTVT.

2. PHƯƠNG PHÁP THÍ NGHIỆM LVBX HAMBURG WHEEL-TRACKING  (HWTD)

Phương pháp Hamburg Wheel-Tracking được nghiên cứu và phát triển đầu tiên tại Đức, sau đó được áp dụng khá phổ biến tại châu Âu, tại nhiều bang nước Mỹ và nhiều nước châu Á. 

Phương pháp này được áp dụng khá phổ biến trên thế giới do: Giá thành thiết bị không cao, thao tác thí nghiệm không phức tạp, đã được nhiều bang nước Mỹ, nhiều nước châu Âu sử dụng để nghiên cứu đánh giá ảnh hưởng của vật liệu BTN đến LVBX. Tiêu chuẩn đánh giá LVBX của Bang Texas và Colorado theo phương pháp này được nhiều nước chấp thuận áp dụng và hiện nay Việt Nam cũng sử dụng phương pháp này để đánh giá LVBX cho BTN tại Quyết định 1617/QĐ-BGTVT [2].

Nguyên lý cơ bản của phương pháp: Dưới tác dụng của tải trọng lặp của bánh xe thép với số lần gia tải quy định, mẫu BTN bị LVBX, thông qua giá trị chiều sâu LVBX để đánh giá khả năng kháng LVBX của mẫu BTN.

Có 2 phương pháp dưỡng hộ mẫu khi thí nghiệm, mẫu được duy trì nhiệt độ trong môi trường không khí và trong môi trường nước. Khi thí nghiệm LVBX trong môi trường nước, kết quả thí nghiệm đánh giá được ảnh hưởng liên hợp của tải trọng gây ra LVBX và tác động bất lợi do nước (ẩm) gây ra thông qua điểm bong màng nhựa (stripping point) (AASHTO T324) [3].

Các thông số kỹ thuật điển hình của thí nghiệm này như sau :

- Mẫu BTN thí nghiệm: 2 mẫu trụ có đường kính 150mm (dày 38mm - 100mm) được gia công và ghép lại thành hình số 8; hoặc mẫu tấm BTN được đầm nén có kích thước theo qui định (kích thước 320mm x 260mm; dày 38mm - 100mm).

- Tải trọng bánh xe: 705N; đường kính bánh xe: 204mm; chiều dày: 47mm;

- Độ rỗng dư của mẫu BTN: 7 ± 2%;

- Nhiệt độ thí nghiệm: Môi trường nước, 50⁰C; môi trường không khí, 60⁰C.

Tại Mỹ, thí nghiệm Hamburg Wheel-Tracking thường áp dụng với mẫu ngâm trong nước tại nhiệt độ 50⁰C. Bang Texas và Colorado đưa ra tiêu chuẩn LVBX cho BTN ứng với mác nhựa đường phân theo cấp đặc tính PG (Bảng 2.1) [4] và được nhiều bang nước Mỹ áp dụng. Tuy nhiên, theo [4], khuyến nghị mỗi nước có thể nghiên cứu để điều chỉnh quy định này cho phù hợp.

Hình 2.1: Thiết bị Hamburg Wheel-Tracking điển hình tại Viện KH&CN GTVT

Bảng 2.1. Giới hạn độ sâu LVBX theo phương pháp Hamburg Wheel-Tracking [4]

 

Mác nhựa đường PG	Số lần tác dụng tải của bánh xe thí nghiệm đạt được LVBX 12,5mm
PG 64 hoặc thấp hơn	10.000
PG 70	15.000
PG 76 hoặc cao hơn	20.000

Tại châu Âu, thí nghiệm Hamburg Wheel-Tracking thường áp dụng với mẫu trong môi trường không khí, tại nhiệt độ 60⁰C. Khác với quy định của Mỹ (Bảng 2.1), tiêu chuẩn châu Âu (EN 13108-4) [5] không quy định “cứng” về giới hạn độ sâu LVBX mà đưa ra các cấp (ngưỡng) độ sâu LVBX (nhỏ hơn hoặc bằng 3mm, 5 mm, 7mm, 9mm, 11mm, 13mm, 16mm). Ứng với các cấp lưu lượng khác nhau, với tốc độ dòng xe lưu thông áp dụng cho dự án cụ thể, chủ đầu tư, tư vấn thiết kế sẽ lựa chọn các cấp độ sâu LVBX giới hạn để thiết kế. Nhà thầu sẽ lựa chọ cốt liệu, nhựa đường (nhựa đường thường hoặc nhựa đường polymer) để chế tạo BTN thỏa mãn cấp LVBX đã quy định. 

3. ĐỀ XUẤT ĐIỀU CHỈNH CHỈ TIÊU QUI ĐỊNH THÍ NGHIỆM TRONG PHÒNG VỀ ĐỘ SÂU LVBX CỦA BTN

Quyết định 1617/QĐ-BGTVT ngày 29/4/2014 “Quy định kỹ thuật về phương pháp thử độ sâu vệt hằn bánh xe của BTN xác định bằng thiết bị Wheel tracking” được biên soạn dựa trên tiêu chuẩn thí nghiệm AASHTO T324 [3] và yêu cầu kỹ thuật của Bang Colorado và Taxas (Mỹ) [6] có điều chỉnh cho phù hợp với điều kiện của Việt Nam đối với phương pháp A (trong môi trường ngâm nước 50⁰C).

Trên cơ sở số liệu thống kê 568 kết quả thí nghiệm LVBX cho BTNC 12,5 và BTNC 19 (BTN được thiết kế theo Quyết định 858/QĐ-BGTVT) tại Viện Khoa học và Công nghệ GTVT của 18 dự án xây dựng đường bộ (QL1 đoạn Bình Định - Phú Yên; QL1 đoạn Quảng Bình; QL1 đoạn Thừa Thiên - Huế; QL20; QL6; Dự án đường cao tốc Hà Nội - Lào Cai; QL25…) thực hiện từ đầu năm 2014 đến nay, xác định các thông số liên quan như Bảng 3.1 sau:

Bảng 3.1. Phổ độ sâu LVBX và độ sâu LVBX tích lũy của BTNC 12,5 và BTNC 19, nhựa đường 60/70

Giá trị độ sâu LVBX (mm)		Số lần xuất hiện	Xác suất xuất hiện (%)	Tích lũy xác suất
Min	Max			(%)
0	0,5	3	0,53%	0,53%
0,5	1	20	3,52%	4,05%
1	1,5	47	8,27%	12,32%
1,5	2	54	9,51%	21,83%
2	2,5	54	9,51%	31,34%
2,5	3	45	7,92%	39,26%
3	3,5	38	6,69%	45,95%
3,5	4	29	5,11%	51,06%
4	4,5	41	7,22%	58,27%
4,5	5	28	4,93%	63,20%
5	5,5	26	4,58%	67,78%
5,5	6	17	2,99%	70,77%
6	6,5	17	2,99%	73,77%
6,5	7	14	2,46%	76,23%
7	7,5	12	2,11%	78,35%
7,5	8	7	1,23%	79,58%
8	8,5	8	1,41%	80,99%
8,5	9	4	0,70%	81,69%
9	9,5	7	1,23%	82,92%
9,5	10	6	1,06%	83,98%
10	10,5	10	1,76%	85,74%
10,5	11	5	0,88%	86,62%
11	11,5	4	0,70%	87,32%
11,5	12	5	0,88%	88,20%
12	12,5	5	0,88%	89,08%
12,5	13	16	2,82%	91,90%
13	13,5	7	1,23%	93,13%
13,5	14	2	0,35%	93,49%
14	14,5	8	1,41%	94,89%
14,5	15	3	0,53%	95,42%
15	15,5	1	0,18%	95,60%
15,5	16	3	0,53%	96,13%
16	16,5	1	0,18%	96,30%
16,5	17	1	0,18%	96,48%
17	17,5	2	0,35%	96,83%
17.5	18	1	0,18%	97,01%
18	18,5	4	0,70%	97,71%
18,5	19	0	0,00%	97,71%
19	19,5	3	0,53%	98,24%
19,5	20	0	0,00%	98,24%
20	20,5	10	1,76%	100,00%
Tổng		568	100%

Hình 3.1. Biểu đồ Histogram của độ sâu LVBX và tần suất

Hình 3.2:  Biểu đồ tích lũy độ sâu LVBX

Hình 3.3: Biểu đồ phổ giá trị độ sâu LVBX

Nhận xét:

- Qua Hình 3.2, nhận thấy số mẫu có tích lũy xác suất 85% tương ứng với độ sâu LVBX là 10mm.

- Theo phương pháp luận của tiêu chuẩn châu Âu (EN 13108-4) [5], tiêu chuẩn của Pháp (NF EN 13108-1:2010) [7], việc quy định ngưỡng chiều sâu LVBX không quy định “cứng” như qui định của Mỹ(Bảng 2.1) (Quyết định 1617/QĐ-BGTVT của Việt Nam có tham khảo qui định này) mà quy định “động” theo các ngưỡng để có thể lựa chọn các cấp độ sâu LVBX giới hạn để thiết kế, nhằm nâng cao chất lượng BTN kháng LVBX.

- Thực tế hiện nay tại nhiều dự án, các nhà thầu đã nhận thức được trách nhiệm của mình, vì vậy đã tuyển chọn vật liệu tốt để thiết kế BTN đảm bảo chỉ tiêu LVBX thấp hơn so với quy định tại Quyết định 1617/QĐ-BGTVT.

- Các bang Louisiana, Utah, Colorado của Mỹ đều đã sử dụng tiêu chuẩn LVBX dưới 10mm cho BTN lớp mặt sau 15.000 lượt hoặc 20.000 lượt tác dụng tải [8]. Nhiều bang đang nghiên cứu điều chỉnh tiêu chuẩn từ 12,5mm xuống giá trị nhỏ hơn để đảm bảo khả năng chống LVBX trên các tuyến đường có tải trọng nặng.

Vì vậy, đối với BTN áp dụng cho tuyến đường có qui mô giao thông lớn được thiết kế theo hướng dẫn của Quyết định 858/QĐ-BGTVT, đề xuất điều chỉnh (giảm) qui định chiều sâu LVBX của BTNC 12,5 và BTNC 19 thiết kế theo hướng dẫn của Quyết định 858/QĐ-BGTVT với phương pháp A trong quyết định 1617/QĐ-BGTVT (mẫu ngâm nước tại 50⁰C) như sau (Bảng 3.2):

Bảng 3.2. Đề xuất quy định kỹ thuật độ sâu LVBX thử nghiệm theo phương pháp A

4. KẾT LUẬN

Trên cơ sở các kết quả thí nghiệm LVBX của BTN tại Viện Khoa học và Công nghệ GTVT trong thời gian qua, kết hợp với các phân tích thống kê và một số qui định của Mỹ, châu Âu đã đề xuất điều chỉnh (giảm) qui định chiều sâu LVBX của BTNC 12,5 và BTNC 19 thiết kế theo hướng dẫn của Quyết định 858/QĐ-BGTVT đối với phương pháp A của quyết định 1617/QĐ-BGTVT.

Đề xuất này là cần thiết đối với đường có qui mô giao thông lớn nhằm giảm thiểu khả năng LVBX do tác động của xe có tải trọng nặng, nhất là khi chưa có điều kiện sử dụng nhựa đường polymer. Nhà thầu cần phải quản lý chất lượng thi công BTN chặt chẽ hơn, từ khâu tuyển chọn vật liệu, thiết kế, thi công, kiểm tra chất lượng BTN.

Hướng nghiên cứu tiếp theo đề xuất qui định tiêu chuẩn đánh giá điểm bong màng nhựa khi thí nghiệm LVBX [3] và độ chụm của các kết quả thí nghiệm LVBX.

Tài liệu tham khảo

[1]. Bộ GTVT (2014), Quyết định số 858/QĐ-BGTVT ngày 26/3/2014, Hướng dẫn áp dụng hệ thống tiêu chuẩn kỹ thuật hiện hành nhằm tăng cường quản lý chất lượng thiết kế và thi công mặt đường BTN nóng đối với tuyến đường ô tô có quy mô giao thông lớn.

[2]. Bộ GTVT (2014), Quyết định số 1617/QĐ-BGTVT ngày 29/4/2014, Quy định kỹ thuật về phương pháp thử độ sâu vệt hằn bánh xe của BTN xác định bằng thiết bị Wheel tracking.

[3]. AASHTO T 324-14, Standard Method of Test for Hamburg Wheel-Track Testing of Compacted Hot-Mix Asphalt (HMA).

[4]. NCHRP, Report 673 (2011), A Manual for Design of Hot Mix Asphalt with Commentary. Transportation Research Board. Washington, DC.

[5]. EN 13108-4, Bituminous mixtures - Material specifications - Part 4: Hot Rolled Asphalt. 

[6]. Yetkin Yildirim, Priyantha W. Jayawickrama, M. Shabbir Hossain, Abdulrahman Alhabshi, Cenk Yildirim, Andre de Fortier Smit, and Dallas Little (2007), Hamburg Wheel-Tracking Data Base Analysis, FHWA/TX-05/0-1707-7.

[7]. NF EN 13108-1:2010 (2010), Bituminous mixtures. Material specifications, Asphalt Concrete.

[8]. Report No. CDOT-2013-5 (2013), Optimum Use of CDOT French and Hamburg Data (French and Hamburg Test), Colorado Department of Transportation.