banner tạm

Cập nhật lúc : 8:13 AM, 26/11/2013

Giải pháp khắc phục lún trồi mặt đường ở Việt Nam

Tình trạng giao thông đường bộ xuống cấp do tác động nhiều của xe quá tải, quá khổ đang trở thành vấn nạn. Những mặt đường nhựa lồi lõm, kết cấu mặt đường nhanh chóng hư hỏng mà thường gặp nhất là hiện tượng đùn trồi hay xuất hiện ở vị trí giao lộ và lún vệt bánh xe (rutting) dọc theo tuyến đường trở nên phổ biến, ảnh hưởng lớn đến cuộc sống người dân.
Thực trạng đùn trồi mặt đường, lún vệt bánh xe ở Việt Nam

Cùng với sự phát triển của nền kinh tế, nhu cầu của vận tải đường bộ không ngừng gia tăng. Để đáp ứng nhu cầu trên cần số lượng lớn xe tải đầu kéo tham gia giao thông. Kết quả là số lượng trục xe cũng như tải trọng trục xe thực tế lớn hơn nhiều so với dự tính ban đầu.

Đây chính là nguyên nhân làm cho kết cấu mặt đường nhanh chóng hư hỏng mà thường gặp nhất là hiện tượng đùn trồi hay xuất hiện ở vị trí giao lộ và lún vệt bánh xe (rutting) dọc theo tuyến đường. Bên cạnh đó phải kể đến yếu tố môi trường mà điển hình nhất ở các vùng nhiệt đới như nước ta là yếu tố nhiệt độ. Nhiệt độ đóng góp một phần không nhỏ trong việc đẩy nhanh tiến trình lún trồi mặt đường bê tông nhựa. Đối với các vật liệu đàn nhớt như nhựa đường thì tính mẫn cảm với nhiệt luôn là một đặc trưng cơ lý cần được qua tâm khi đưa vào sử dụng.

Rutting được phân ra làm 3 dạng: rutting trên bề mặt bê tông nhựa (BTN), rutting trong lớp móng của kết cấu áo đường (bao gồm các lớp móng đường và nền đường) và vừa rutting trong BTN vừa rutting trong lớp móng. Thường gặp nhất là dạng rutting trên bề mặt BTN. Các nhà nghiên cứu BMT đã tìm ra ba cơ chế chủ yếu gây ra rutting:
 
Giải pháp khắc phục lún trồi mặt đường ở Việt Nam 1
Tình trạng đùn trồi mặt đường khá phổ biến. (Ảnh minh họa)

Cơ chế 1: Rutting do biến dạng trượt xuất hiện khi tải trọng đặt lên lớp BTN lớn hơn sức chịu tải của nó. Khi đó lớp BTN sẽ không ổn định làm xuất hiện các mặt trượt. Lớp BTN ngay dưới vị trí vệt bánh xe trượt ra hai bên làm cho mặt đường bị lõm xuống và trồi lên như trên hình 1.

Cơ chế 2: Rutting do biến dạng từ biến theo phương đứng. Cơ chế này xãy ra thuận lợi khi nhiệt độ lớp BTN tăng và thời gian tác dụng của tải trọng tăng. Khi nhiệt độ tăng làm giảm độ nhớt, giảm độ cứng của bitume và độ cứng của BTN cũng giảm tương ứng. Khi thời gian tác dụng tăng, biến dạng sẽ tăng lên do có nhiều thời gian hơn để tích lũy. Biến dạng từ biến không hồi phục lại hoàn toàn khi dỡ tải gây ra hiện tượng rutting

Cơ chế 3: Rutting do đầm nén thứ cấp (post compaction) theo phương đứng. Cơ chế này xãy ra sau khi quá trình lu lèn kết thúc nhưng độ chặt của BTN chưa đạt. Lỗ rổng trong cốt liệu cao nên khi gặp tải trọng nặng kết hợp với nhiệt độ cao, các cốt liệu sẽ được sắp xếp lại. Quá trình này làm tăng độ chặt, nghĩa là làm giảm thể tích. Kết quả là lớp BTN sẽ bị lún xuống tại vị trí vệt bánh xe.

Đâu là giải pháp khắc phục

Từ thực tế trên, các nhà nghiên cứu từ lâu đã tìm hiểu nhiều giải pháp để khắc phục tình trạng rutting mặt đường. Và một trong những giải pháp khả thi đang được nhiều đơn vị ứng dụng là cải thiện chất lượng nhựa đường.

Trong các nguyên nhân dẫn đến rutting mặt đường thì nhựa đường là yếu tố đầu tiên cần phải được cải thiện, đặc biệt với điều kiện khí hậu nhiệt đới và tải trọng, lưu lượng xe lớn như ở nước ta.

Nhựa đường truyền thống 60/70 có nhiệt độ hóa mềm thấp (nhựa tốt nhất hiện nay ở nước ta cũng chỉ đạt khoảng trên 48oC) và độ ổn định nhiệt thấp (chỉ số PI âm). Bên cạnh đó các nhựa đường truyền thống gốc dầu mỏ hầu như không có tính đàn hồi do đó dễ dẫn đến các biến dạng không hồi phục dưới tác dụng của tải trọng lớn và độ trùng phục cao.

Một trong những giải pháp được các chuyên gia đưa ra để khắc phục khả năng chịu nhiệt của chất kết dính trong BTNN là dùng nhựa đường có cấp kim lún thấp hơn (điển hình là 40/60). Tuy nhiên cần lưu ý rằng nhựa đường 40/60 là nhựa đường cứng, chỉ giúp chúng ta giải quyết được vấn đề nhiệt độ hóa mềm chất kết dính và độ cứng của BTNN, không phải là giải pháp chống rutting hữu hiệu dưới tác dụng của trọng tải lớn và độ trùng phục cao do nhựa 40/60 không có khả năng đàn hồi. Như vậy, việc thay thế nhựa 60/70 bằng nhựa 40/60 cũng chỉ làm cho BTN cứng hơn, ít bị biến dạng dẻo hơn nhưng khi có yếu tố biến dạng cục bộ nhỏ, biến dạng này sẽ trở thành biến dạng dẻo, không hồi phục. Cùng với điều kiện khai thác theo thời gian, biến dạng này sẽ phát triển và rây ra rutting trên diện rộng.
Giải pháp khắc phục lún trồi mặt đường ở Việt Nam 2
Cấu trúc hóa học của phụ gia chính trong thành phần nhựa đường BMT – ATR.

Ngoài ra cần lưu ý rằng đối với đá, đặc biệt là đá gốc axit, nhựa đường truyền thống gốc dầu mỏ có độ bám dính thấp (loại đá tốt nhất cũng chỉ đạt cấp 3). Các thí nghiệm đo vệt lún bánh xe trong môi trường nước bằng thiết bị HWTD còn cho thấy BTN dùng nhựa đường truyền thống có độ lún rất cao (trên dưới 15 mm) và thậm chí còn rất nhiều mẫu bị phá hoại và bong tróc lớn.

Từ những khó khăn trong việc giải quyết bài toán thỏa mãn cả đáp án về kỹ thuật và kinh tế, TS Võ Đại Tú cùng các nhà nghiên cứu BMT đã chế tạo thành công nhựa đường BMT-ATR.

BMT-ATR được sử dụng để tăng cường khả năng chịu nhiệt và giảm biến dạng lún – đùn trồi của BTN. Về mặt hóa học, BMT-ATR là loại nhựa đường biến tính bằng copolime dẻo nhiệt đã lưu hóa và các chất phụ gia (không chứa SBS). Các polime liên kết với nhựa đường thông qua các liên kết hóa lý nhờ sự có mặt của các chất phụ gia, tạo nên một hệ keo đồng nhất với những đặc tính vượt trội. BMT-ATR làm tăng khả năng chịu tải trọng và đàn hồi của nhựa đường ở nhiệt độ cao.

Ngoài ra BMT-ATR cải thiện đáng kể khả năng chịu biến dạng dẻo không hồi phục, tăng cường khả năng kháng nước và sức kháng trượt của bê tông nhựa. BMT-ATR. BMT-ATR thích hợp sử dụng trong các lĩnh vực xây dựng cầu đường ở các vùng khí hậu nhiệt đới, các đường cấp cao có lưu lượng và tải trọng xe cao, các ứng dụng trong các công trình giao thông khác, đặc biệt là ở những nơi có áp lực cao thường xuyên lên mặt đường và các vùng ngập nước.

Với điều kiện nước ta hiện nay, BMT đang phát triển 2 mác nhựa BMT-ATR-1 và BMT-ATR-2 tương ứng với từng điều kiện sử dụng và khai thác của mặt đường.
Giải pháp khắc phục lún trồi mặt đường ở Việt Nam 3
So sánh nhiệt độ hóa mềm tối thiểu của nhựa ATR-1, ATR-2 so với nhựa 60/70 và PMBI.

BMT-ATR-1 cải tiến nhựa 60/70, có thể sử dụng cho các ứng dụng sau:
Bê tông nhựa chặt cường độ cao;
Đường cấp cao A1, A2; các đường quốc lộ, tỉnh lộ;
Đường có thiết kế lane đặt biệt chịu tải trọng cao;
Đường đi ngang qua các khu vực ngập nước, vùng thời tiết nóng.
 
Giải pháp khắc phục lún trồi mặt đường ở Việt Nam 4
So sánh độ lún vệt bánh xe của BTNN ATR-1 và nhựa 60/70 (Cấp phối C10) – thí nghiệm trong môi trường không khí 60oC.

BMT ATR-2  có phạm vi sử dụng rộng rãi hơn, đặc biệt dành cho các khu vực có mức độ chịu tải cao hơn:
Bê tông nhựa chặt cường độ cao;
Bê tông nhựa cấp phối gián đoạn, cấp phối rỗng tạo nhám;
Mặt đường láng nhựa, lớp chống nứt phản ảnh;
Đường cao tốc, đường xe siêu trường siêu trọng;
Đường đầu cầu, đường hạ cất cánh sân bay, bến cảng;
Đường có thiết kế lane đặt biệt chịu tải trọng cao.
theo BMT

Viết bình luận

Bình luận của bạn sẽ được biên tập trước khi xuất bản