Một số vấn đề cần lưu ý về lựa chọn lọai bê tông nhựa dùng trên đường cấp cao và đường cao tốc

2013/8/29 14:26

I. Một số nguyên tắc lựa chọn loại bê tông nhựa.

Bê tông nhựa được sử dụng rộng rãi, chủ yếu trên đường ôtô cấp cao và đường ô tô cao tốc. Hiện nay có nhiều loại BTN. Mỗi loại đều có ưu điểm và nhược điểm. Có loại như loại BTN thông thường sử dụng ở nước ta hiện nay có ưu điểm là giá thành không cao, công nghệ sản xuất BTN và rải mặt đường không phức tạp và cán bộ kỹ thuật, công nhân đã có nhiều kinh nghiệm sử dụng loại BTN này.
Nhưng loại này cũng có một số nhược điểm là khả năng chống biến dạng khi nhiệt độ cao kém nên thường xuất hiện trượt trồi, lún vệt bánh xe, giảm cường độ chung của toàn bộ kết cấu áo đường do mô đun biến dạng của bản thân vật liệu BTN bị giảm đáng kể khi nhiệt độ trên mặt đường có thể lên tới 70 hơn; tính ma sát, độ nhám của mặt đường không cao... Có các loại BTN cải tiến, sử dụng nhựa polime thay thế nhựa bitum, BTN có bổ sung epoxy, cốt sợi các loại, bê tông nhựa SMA, PMA, v.v... có ưu điểm là khắc phục được một số nhược điểm của BTN thông thường và được sử dụng trên các tuyến đường cao tốc và đường ô tô cấp cao có lưu lượng xe lớn, có nhiều xe tải nặng, xe container, nhưng cũng có nhược điểm là giá thành cao, công nghệ sản xuất hỗn hợp BTN và thi công mặt đường
phức tạp hơn đối với BTN thông thường và hiện nay nước ta chưa có các tài liệu tiêu chuẩn thiết kế công nghệ thi công và nghiệm thu mặt đường BTN đối với các
loại vật liệu này.

Do vậy, chọn vật liệu BTN loại nào là bài toán phân tích kỹ thuật, phân tích kinh tế, phân tích điều kiện sản xuất hỗn hợp BTN và thi công rải mặt đường phù hợp với mục tiêu, yêu cầu đối với mỗi dự án đường. Để có thể thực hiện được các yêu cầu nói trên khi chọn vật liệu BTN thích hợp, trước tiên là phải nắm vững được những ưu điểm, nhược điểm, phạm vi sử dụng tối ưu của các loại BTN. Dưới đây sẽ giới thiệu một số loại BTN thường được sử dụng trên thế giới và ở Việt Nam,  đặc điểm về tính chất cơ lý và phạm vi sử dụng của chúng.

II. Một số loại BTN. Đặc điểm và phạm vi sử dụng

Thuật ngữ bê tông được sử dụng chung cho các hỗn hợp cấp phối bao gồm cốt liệu hạt và chất liên kết (chất kết dính). Nếu chất liên kết là xi măng thì được gọi là bê tông xi măng; chất liên kết là nhựa bitum thì được gọi là BTN bitum (thường gọi là BTN thông thường); chất liên kết là matic thì gọi là bê tông matic nhựa đá dăm SMA, chất liên kết là nhựa polymer cải tiến thì gọi là bê tông nhựa polymer cải tiến PMA v.v...

1. Bê tông nhựa thông thường.

Là hỗn hợp cấp phối bao gồm cốt liệu đá, cát, bột khoáng (có hoặc không) và nhựa bitum. Theo kích cỡ hạt lớn nhất danh định của cấp phối bê tông nhựa nóng được phân ra 4 loại: BTN hạt nhỏ, BTN hạt trung, BTN hạt lớn và BTN cát.
Theo độ rỗng còn dư BTN được phân ra hai loại: BTN chặt có độ rỗng dư từ 3% đến 6% thể tích. Trong thành phần hỗn hợp bắt buộc phải có bột khoáng. Bê tông nhựa rỗng thông thường có độ rỗng dư lớn hơn, 6% đến 10% thể tích.
BTN được sử dụng trên đường cao tốc, đường cấp I, cấp II hoặc đường cấp III có quy mô giao thông lớn thì tầng mặt BTN có thể bố trí thành 3 lớp hoặc 2 lớp. Trường hợp bố trí thành 3 lớp thì có thể bố trí lớp BTN chặt loại 1 hạt nhỏ, rồi đến lớp BTN hạt trung và dưới cùng là BTN hạt lớn.
Để tăng độ ma sát giữa bánh xe với mặt đường và hạn chế hiện tượng chảy nhựa và lún hằn vệt bánh xe có thể bố trí trên cùng là lớp BTN hạt trung rồi đến 2 lớp  BTN hạt lớn ở dưới. Trường hợp đường cấp III có quy mô giao thông vừa phải và đường cấp IV thì có thể bố trí tầng mặt gồm hai lớp hoặc chỉ gồm 1 lớp BTN chặt loại hạt nhỏ hay hạt trung.
Đối với đường ô tô cao tốc và đường ô tô cấp I, cấp II để đảm bảo tốc độ thiết kế và nâng cao ATGT cần sử dụng lớp phủ có độ nhám cao trên lớp BTN thông thường như lớp VTO (Very Thin Overlay) Novachip,...
Ưu điểm của BTN thông thường là giá thành hạ so với các loại BTN cải tiến khác như PMA, SMA, Epoxy Asphalt, Guss Asphalt. BTN thông thường không đòi hỏi các thiết bị đặc chủng, có thể sử dụng các thiết bị trong nước hiện có.

2. Bê tông matic nhựa polyme đá dăm  sMa (stone Mastic asphalt):

Là loại công nghệ hiện đại dùng cho lớp phủ mặt của kết cấu mặt đường được sử sụng ở nhiều nước châu Âu, Mỹ, Thái Lan, Singapore trên các tuyến đường cao tốc, đường cấp cao có quy mô giao thông lớn. Ưu điểm của SMA là có khả năng chịu lực cao hơn BTN thông thường, có độ nhám cao, có khả năng chống vệt hằn lún bánh xe tốt hơn. Nhược điểm của SMA là giá thành cao hơn BTN thông thường, công nghệ sản xuất hỗn hợp và thi công SMA phức tạp hơn, các chuyên gia Kỹ thuật và công nhân chưa có đầy đủ kiến thức và kinh nghiệm thi công loại vật liệu này.

3. Bê tông nhựa  polyme cải tiến  pMa (polyme Modified asphalt)

Là loại công nghệ hiện đại, dùng nhựa Polymer cải tiến thay cho bitum và đã được sử dụng ở nhiều nước trên thế giới. Ưu điểm của PMA có khả năng chịu lực cao, có độ nhám cao, khả năng chống biến dạng khi nhiệt độ cao hơn BTN thông thường, hạn chế vệt hằn lún bánh xe, được kiến nghị xem xét để sử dụng làm lớp phủ mặt cầu Thăng Long cùng với lớp dưới là BTN đúc Guss Asphalt, và  làm lớp mặt cho đường ô tô cao tốc và đường ô tô cấp cao.
Nhược điểm của PMA là giá thành cao hơn BTN thông thường và việc chế tạo hỗn hợp PMA và rải mặt đường chưa có kinh nghiệm ở nước ta.

4. Bê tông nhựa đúc Gussasphalt

Là loại công nghệ hiện đại, có nhiều ưu điểm đặc biệt có khả năng dính kết với các lớp vật liệu liền kề, không đòi hỏi lu lèn như BTN thông thường. Tuy nhiên do sử dụng loại nhựa có độ kim lún nhỏ (đặc quánh) so với BTN thông thường và có sử dụng các chất phụ gia chuyên dụng nên phải đảm bảo nhiệt độ rất cao khi trộn vật liệu (220 C đến  240 C) và khi rải hỗn hợp, hiện ở nước ta chưa có thiết bị đặc chủng đồng bộ có thể đáp ứng công nghệ thi công loại BTN này (thời giá hiện nay khoảng 2,2 triệu Euro cho một bộ thiết bị). BTN đúc Guss Asphalt được nhiều nước trên thế giới như Đức, Nhật, Pháp.... sử dụng làm lớp phủ mặt cầu trên bản thép, đặc biệt là cho các cầu cũ vì loại vật liệu này có dộ dính kết rất tốt với bản thép (hoặc bê tông) dầm cầu và với lớp phủ BTN phía trên PMA hoặc SMA hoặc BTN thông thường.

5. Bê tông nhựa Epoxy (Epoxy asphalt):

Là loại công nghệ hiện đại được sử dụng ở Mỹ, Trung Quốc, Thái Lan... được đánh giá có khả năng chịu lực cao, có thể chịu được nhiệt độ môi trường cao 80 C đến 90 C , tính dính bám, liên kết tốt. Tuy nhiên có nhược điểm là giá thành rất cao so với các loại BTN khác và ở Việt Nam chưa có kinh nghiệm đối với loại vật liệu này về thiết kế, thi công và khai thác.

6. Bê tông nhựa rỗng (open - Graded - asphalt concrete)

Là công nghệ hiện đại được sử dụng trên đường cao tốc, đường cấp cao có quy mô giao thông lớn, tốc độ xe chạy cao. Ưu điểm của loại BTNR là khả năng thoát nước nhanh nên hạn chế lớp nước tồn đọng trên mặt đường, do đó tăng độ nhám, sức chống trượt của lớp mặt đường khi mưa bão, hạn chế chiều sâu vệt hằn bánh xe và giảm độ ồn khi xe chạy. Nhược điểm của loại này là lớp mặt đường bên dưới bắt buộc phải có một lớp BTN chặt để chống hiện tượng nước ngấm từ  BTNR chảy xuống các lớp móng áo đường và nền đất.

III. Kết luận và kiến nghị

1. Việc lựa chọn vật liệu BTN loại nào phải được giải quyết trên cơ sở phân tích so sánh giữa các giải pháp khác nhau về mặt kỹ thuật, kinh tế và điều kiện thực tế thi công triển khai.
Yếu tố kỹ thuật: Loại vật liệu BTN phải phù hợp, đảm bảo các yêu cầu kỹ thuật tối thiểu đối cấp đường thiết kế, lưu lượng xe chạy, quy mô xe tải nặng, xe container, phù hợp với điều kiện thời tiết như nhiệt độ, mưa bão v.v...
Yếu tố kinh tế: Phải là giải pháp tiết kiệm nhất và phù hợp với khả  năng vốn đầu tư cho xây dựng, tránh hiện tượng lạm dụng sử dụng các công nghệ mặt đường hiện đại có chất lượng ưu việt nhưng giá thành vượt trội vào những trường hợp không cần thiết.
Yếu tố thi công: Phải cân nhắc điều kiện thực tế thi công của nước ta hiện nay về máy móc thiết bị sản xuất hỗn hợp BTN, thi công rải mặt đường và công tác bảo trì, sửa chữa mặt đường trong quá trình khai thác sử dụng.
2. Cần biên soạn Tiêu chuẩn thiết kế, quy trình công nghệ thi công và nghiệm thu mặt đường BTN đối với các vật liệu mới có khả năng áp dụng ở Việt Nam và triển khai thí điểm để có những đánh giá đầy đủ về những ưu điểm, nhược điểm về các tính chất cơ lý, về công nghệ thi công và giá thành xây dựng. Để phục vụ cho việc so sánh giữa các phương án sử dụng công nghệ BTN hiện đại cần xây dựng định mức, suất đầu tư đối với mỗi loại công nghệ nói trên, trước mắt cung cấp những số liệu về mặt này đã được tổng kết ở một số nước trên thế giới để tham khảo