Nghiên cứu, ứng dụng vật liệu mới trong sửa chữa hư hỏng mặt đường bê tông nhựa trên địa bàn thành phố Đà Nẵng

ất của vật liệu khoáng do sự tương tác của nó với bitum: Quá trình tương tác giữa bitum và vật liệu khoáng không những làm cho màng bitum hấp phụ thay đổi tính chất mà còn làm cho vật liệu khoáng cũng có những thay đổi đáng kể. Do sự khuếch tán của bitum(BT) hay các thành phần của nó vào các mao quản của vật liệu khoáng làm cho bề mặt hạt khoáng kín nước hơn, thành của các lỗ rỗng và mao quản nhờ có quá trình hấp phụ mà trở nên cách nước, tạo điều kiện để nâng cao tính ổn định nước của vật liệu khoáng. * Do vậy: - Nếu tỉ lệ BT/ BK quá nhỏ (ít nhựa) , bitum không đủ để tạo màng bao bọc các hạt khoáng chất, các hạt khoáng sẽ tiếp xúc trực tiếp với nhau không thông 6 qua màng nhựa, lực dính BTN vì thế giảm đi, cường độ BTN sẽ giảm nhanh khi chịu tác dụng của nước. Cấu trúc BTN trở thành cấu trúc tiếp xúc. - Tỉ lệ BT/ BK hợp lí, nhựa vừa đủ bao bọc các hạt khoáng tạo thành màng nhựa có cấu trúc, nhựa tự do hầu như không có. Lúc đó các hạt khoáng tiếp xúc với nhau thông qua màng nhựa có cấu trúc nên BTN có cường độ cao nhất, ổn định nước và ổn định nhiệt. - Nếu tỉ lệ BT/ BK quá lớn (thừa nhựa), nhựa trong BTN ở dạng tự do nhiều, các hạt khoáng tiếp xúc với nhau thông qua màng nhựa tự do - cường độ thấp, BTN giảm cường độ, tính ổn định nhiệt rất kém. VII. Nguyên lý hình thành cường độ của mặt đường BTN: Theo N.N. Ivanov: cuờng độ BTN phụ thuộc vào thành phần lực dính & góc ma sát trong. - Lực ma sát: do sự ma sát giữa các hạt có kích thước lớn. Các hạt cốt liệu càng sần sùi, sắc cạnh và đồng đều lực ma sát càng lớn. Lực ma sát ít thay đổi theo nhiệt độ & thời gian tác dụng của tải trọng nhưng thay đổi nhiều theo hàm lượng nhựa. - Lực dính: + Lực dính tương hỗ C1: do sự móc vướng vào nhau của các hạt phụ thuộc vào độ lớn và độ sắc cạnh của hạt; ít thay đổi khi nhiệt độ - độ ẩm - tốc độ biến dạng thay đổi nhưng sẽ giảm khi BTN chịu tải trọng trùng phục của xe cộ và hỗn hợp kém. + Lực dính phân tử C2: do lực dính bám tác dụng tương hỗ giữa nhựa với cốt liệu và lực dính bên trong của bản thân nhựa. Lực dính bám tác dụng tương hỗ giữa nhựa với cốt liệu : phụ thuộc vào tỉ diện cốt liệu, tính chất hấp phụ của cốt liệu đối với nhựa. Lực dính kết bên trong của bản thân nhựa phụ thuộc vào cấu trúc, độ nhớt của nhựa; nhiệt độ & tốc độ biến dạng. 7 CHƯƠNG III: ĐÁNH GIÁ CÁC NGUYÊN NHÂN GÂY HƯ HỎNG MẶT ĐƯỜNG BÊ TÔNG NHỰA TRÊN ĐỊA BÀN TP ĐÀ NẴNG I. Các dạng hư hỏng thường gặp của mặt đường BTN: Dựa trên các tiêu chí đánh giá hư hỏng mặt đường bê tông nhựa của Tiêu chuẩn thiết kế áo đường mềm 22TCN 211-06 và căn cứ Báo cáo kết quả khảo sát của Công ty Quản lý Cầu đường, các dạng hư hỏng mặt đường thường gặp trên các tuyến đường của thành phố Đà Nẵng được xác định như sau: Dạng hư hỏng Số hiệu Tầng mặt nhựa (Cấp A1, A2) Tiêu chí đánh giá mức độ nghiêm trọng Nứt 1.1 - Nứt dọc, nứt ngang, nứt phản ảnh - Nhẹ: Bề rộng khe nứt <6mm không gây xóc khi xe chạy qua; - Vừa: bề rộng >6mm, gây xóc; - Nặng: nứt rộng, sâu, gây va đập khi xe chạy qua. 1.2 - Nứt thành lưới (nứt mai rùa hoặc nứt thành miếng) - Nhẹ: Các đường nứt chưa liên kết với nhau; - Vừa: Đã liên kết thành mạng; - Nặng: Nứt lan ra ngoài phạm vi vệt bánh xe và liên kết với nhau như da cá sấu. Biến dạng bề mặt 2.1 - Vệt hằn bánh, lún sụt - Cách đo: Dùng thước 1,22m đặt ngang vệt hằn; cứ cách 7,5m đo một chỗ rồi lấy trị số trung bình cho mỗi đoạn. - Vệt hằn sâu trung bình 6-13mm: nhẹ; 13-25mm:vừa và >25mm: nặng. 2.2 - Làn sóng, xô dồn - Nghiêm trọng (không phân mức độ) 2.3 - Đẩy trượt trồi - Nghiêm trọng (không phân mức độ) Hư hỏng bề mặt 3.1 - Chảy nhựa - Diện tích càng lớn thì mức độ hư hỏng càng nặng. 3.2 - Bong tróc, rời rạc - Mài mòn, lộ đá - Không phân mức độ nghiêm trọng 3.3 - Ổ gà - Đánh giá theo chủ quan của kỹ sư điều tra; nếu đã vá sửa tốt thì xếp mức độ nhẹ; chưa vá sửa và đang phát triển : nặng 8 1. Vết nứt: Theo hướng phát triển của đường nứt, các vết nứt xuất hiện trên mặt đường thường bao gồm 4 loại sau: vết nứt ngang, vết nứt dọc, vết nứt mạng lưới hoặc vết nứt phản ảnh. Theo chiều rộng vết nứt thì bao gồm vết nứt hẹp, vết nứt trung bình và vết nứt rộng. - Vết nứt ngang, dọc: Là các vệt nứt xuất hiện theo chiều ngang và chiều dọc đường. - Nứt mạng lưới: Trên mặt đường xuất hiện các vệt nứt dạng lưới, các đường nứt phát triển theo thời gian và dưới tác dụng của khí hậu, tải trọng xe. Các lưới có thể chưa liên kết hoặc đã liên kết với nhau thành mạng, hoặc đã nứt ra thành miếng có dạng như da cá sấu. - Nứt phản ảnh: Các vệt nứt phản ảnh này xuất hiện khi lớp kết cấu bên dưới mặt đường BTN bị nứt(lớp móng dưới bị nứt, thảm chồng lên lớp BTN cũ đã bị nứt không được xử lý), trong trường hợp thảm mặt đường BTN tại vị trí cống, trên mặt cầu hoặc mặt đường nhựa thảm trên tấm BTXM... Khi chịu tác dụng trùng phục của bánh xe, lớp mặt đường BTN bên trên chịu các ứng suất kéo và có xu hướng sao chép vệt nứt của các lớp kết cấu phía dưới. 2. Biến dạng bề mặt: Gồm các dạng hư hỏng như : mặt đường bị vệt hằn bánh, lún sụt; làn sóng, xô dồn; đẩy trượt trồi. - Vệt hằn bánh, lún sụt: vết lún dài trên mặt đường dọc theo vệt bánh xe, mặt đường mặt đường bị lún lõm cục bộ không còn giữ được độ bằng phẳng. Trong một số trường hợp mặt đường bị hiện tượng “cao su”: mặt đường bị biến dạng lớn và rạn nứt dưới tác dụng của bánh xe. Khi có tải trọng xe thì lún võng xuống, khi xe đi qua hẳn thì có thể đàn hồi trở lại một phần hoặc toàn bộ, kết cấu mặt đường dần dần sẽ bị phá vỡ một phần hay hoàn toàn. - Làn sóng, xô dồn, trồi, trượt: Hiện tượng dồn, trượt và đẩy trồi là một đoạn các đoạn đẩy trồi và lún võng xuất hiện thành dải với chiều dài nhỏ hơn 1.5m doc theo chiều ngang của mặt đường. 3. Hư hỏng bề mặt: Gồm các dạng hư hỏng như: mặt đường bị chảy nhựa, mặt đường bị bong tróc, rời rạc, lộ đá, mặt đường bị ổ gà - Mặt đường bị chảy nhựa: Mặt đường BTN khi được thiết kế cấp phối với một hàm lượng thừa nhựa(nhựa ở dạng tự do nhiều), khi chịu tác dụng của nhiệt độ do bức xạ mặt trời gây nên cộng thêm tác dụng của tải trọng xe sẽ xuất hiện hiện tượng chảy nhựa(nhựa đường trồi lên trên mặt) làm giảm cường độ của lớp BTN và dễ bị trơn trượt. - Mặt đường bị bong tróc(bong bật), rời rạc, lộ đá: Lớp mặt BTN bị bong khỏi mặt đường dưới sự tác dụng lâu dài của nước làm cho nhựa bị tách ra khỏi các cốt liệu dẫn đến mặt đường bị rời rạc trên mặt và sẽ dần bị bong tróc và cuối cùng sẽ tạo ra các ổ gà. - Ổ gà: Là những vết lõm xuất hiện trên mặt đường do sự bong bật mạnh mẽ lớp mặt đường tạo thành. 9 4. Các dạng hư hỏng mặt đường theo thời gian: Mặt đường bê tông nhựa sau một thời gian dài sử dụng(trên 2 năm) và dưới tác dụng của các yếu tố khí quyển sẽ có hiện tượng lớp mặt bê tông nhựa bị hóa già, không còn tính đàn hồi và dễ bị bong bật lớp mặt, thường được gọi là mặt đường BTN bị bạc đầu. II. Các nguyên nhân gây hư hỏng mặt đường BTN: 1. Các yếu tố khách quan: a. Những nhân tố về khí hậu - Mưa: là nhân tố ảnh hưởng tới sức chịu đựng của các vật liệu làm đường. Nước mưa đọng trên phần mặt xe chạy và thấm xuống làm cho cường độ mặt và nền đường giảm đi. - Bức xạ mặt trời, nhiệt độ, nước. . . làm cho BTN bị “hoá già”, khả năng biến dạng giảm, dễ nứt nẻ. Dưới tác dụng của bức xạ mặt trời, nhiệt độ mặt đường thay đổi - phát sinh ứng suất nhiệt cũng là nguyên nhân làm cho mặt đường nứt, gãy. b. Chất lượng của đất và các loại vật liệu xây dựng đường: Chất lượng của các loại vật liệu cấu thành mặt đường BTN đóng một vai trò quan trọng đối với kết cấu áo đường. Các loại vật liệu có: Cường độ không đạt tiêu chuẩn thiết kế; Cấp phối hạt không đủ quy cách; Vật liệu không đủ sạch sẽ làm cho chất lượng mặt đường kém, nhanh bị hư hỏng. c. Chất lượng của thiết kế cấp phối BTN: Việc thiết kế cấp phối BTN kém sẽ gây ảnh hưởng xấu, làm cho kết cấu BTN chóng hư hỏng. Ví dụ: - Thiết kế cấp phối bê tông nhựa có hàm lượng nhựa quá nhiều sẽ dẫn đến lượng nhựa tự do quá nhiều nên kết cấu có tính ổn định nhiệt kém, mặt đường bị chảy nhựa, trơn trượt, rất nguy hiểm; - Thiết kế cấp phối BTN có hàm lượng nhựa quá ít sẽ dẫn đến bitum không đủ để tạo màng bao bọc các hạt khoáng chất, các hạt khoáng sẽ tiếp xúc trực tiếp với nhau không thông qua màng nhựa, lực dính BTN vì thế giảm đi, cường độ BTN sẽ giảm nhanh khi chịu tác dụng của nước(tính ổn định nước rất kém), cấu trúc BTN trở thành cấu trúc tiếp xúc, mặt đường dễ bị bong bật. - Thiết kế cấp phối BTN chặt, hạt nhỏ(Dmax 10, 15) áp dụng cho mặt đường có nhiều xe nặng sẽ dẫn đến mặt đường không đủ cường độ hoặc kết cấu quá dày gây ra hiện tượng dồn nhựa. d. Về phương diện thi công và chế tạo hỗn hợp BTN, những sai sót về quy trình công nghệ thi công cũng làm cho mặt BTN nhanh bị hư hỏng. e. Ảnh hưởng của cường độ vận chuyển và tải trọng xe: - Hiện tượng mài mòn mặt đường: Sự mài mòn tuỳ thuộc vào cường độ vận chuyển thành phần dòng xe và vào tốc độ xe. - Hiện tượng mỏi: Hiện tượng mỏi xuất hiện phổ biến ở các đường nhựa, do sự không liên tục trong cấp phối của vật liệu và sự diển biến khác nhau giữa một bên là móng đường và nền đường với một bên là lớp trên mặt đường. Sự mỏi là do lực thẳng đứng và các lực kéo nén tác dụng lên kết cấu mặt đưòng. 10 - Dưới tác dụng của tải trọng bánh xe, mặt đường BTN chịu nén & kéo uốn - phát sinh biến dạng vượt quá trị số cho phép làm mặt đường bị nứt, gãy. f. Nhân tố về con người: Con người vừa là chủ thể Xây dựng-sử dụng-bảo quản những tuyến đường. Song chính con người lại là tác nhân gây nên những hư hỏng của đường do thiếu ý thức, thiếu hiểu biết. Chẳng hạn chủ phương tiện và lái xe chở hàng quá tải trọng cho phép, người dân đào rãnh ngang đường để tát nước, phơi và đốt rơm rạ trên mặt đường…làm cho mặt đường nhanh chóng bị hư hỏng. 2. Các nguyên nhân cụ thể ứng với các dạng hư hỏng mặt đường: a. Nứt mặt đường(nứt dọc, ngang, nứt mai rùa, nứt khối, nứt vỡ cạnh): nguyên nhân chủ yếu thường gặp là do mỏi của lớp bề mặt bêtông nhựa (BTN) dưới tác dụng lâu dài, thường xuyên của tải trọng trùng phục bánh xe, một nguyên nhân nữa là do sự co ngót của kết cấu BTN do nhiệt độ thay đổi theo chu kỳ trong ngày hoặc do chất lượng của lớp móng và lớp nền kết cấu áo đường kém ở bên gần lề đường khoảng từ 0.3 đến 0.6m từ mép đường vào dễ nứt vỡ cạnh khi chịu tải trọng xe. Mức độ nứt khối ít Mức độ nứt khối trung bình Mức độ nứt khối nhiều Mức độ vỡ cạnh ít Mức độ vỡ cạnh trung bình Mức độ vỡ cạnh nhiều b. Biến dạng bề mặt(Vệt hằn bánh, lún sụt; làn sóng, xô dồn; đẩy trượt trồi): Loại hư hỏng này nguyên nhân chủ yếu là do tác động của tải trọng giao thông (tải trọng đứng, trượt ngang) và do kết cấu áo đường có cường độ kém, không ổn định(liên kết giữa tầng mặt và móng kém, chiều dày lớp bê tông nhựa 11 quá lớn, hàm lượng đá dăm trong hỗn hợp BTN thấp dẫn đến cường độ giảm...) hoặc khi tầng móng không đảm bảo cường độ, bị lún lệch thì kết cấu mặt BTN phía trên cũng bị lún lệch. c. Hư hỏng bề mặt: - Chảy nhựa: Hiện tượng chảy nhựa là do có quá nhiều chất kết dính nhựa đường trong thành phần BTN(nhựa ở dạng tự do nhiều), nó xuất hiện khi các chất kết dính (nhựa đường) ở trong các lỗ rỗng trong quá trình thời tiết nóng sẽ bị chảy và đẩy trồi lên trên bề mặt đường. - Bong tróc, rời rạc, lộ đá: Hư hỏng này là do tải trọng trùng phục tác dụng xuống lớp cấp phối trên bề mặt tiếp xúc làm giảm ma sát giữa mặt đường và bánh xe và mặt đường có tính ổn định nước kém, nước thấm xuống mặt đường và tách nhựa ra khỏi BTN. Nguyên nhân cốt lõi của hư hỏng này có thể là do thiết kế cấp phối BTN với hàm lượng nhựa quá ít hoặc BTN lâu ngày bị già hóa, mất tính đàn hồi và tính kết dính với đá dăm. Mức độ ít Mức độ trung bình Mức độ nhiều - Ổ gà, ổ trâu: Mặt đường sau khi bị bong bật, rời rạc nếu không được sửa chữa kịp thời, nước thấm xuống nền đường dần dần sẽ bị hư hỏng nặng thêm tạo thành các ổ gà, ổ trâu. III. Các biện pháp giảm thiểu và phòng ngừa hư hỏng mặt đường BTN: Trên cơ sở các tính chất của BTN, các điều kiện làm việc của mặt đường, chúng tôi đã tiến hành phân tích, đánh giá nguyên nhân của các dạng hư hỏng và đề xuất một số các biện pháp giảm thiểu mức độ hư hỏng. 1. Biện pháp hạn chế mặt đường BTN bị trượt: - Thiết kế chiều dày lớp BTN phù hợp. - Dùng nhựa có độ kim lún nhỏ hoặc dùng phụ gia tăng dính. - Dùng bột khoáng có độ mịn cao, tương tác tốt với nhựa. - Thiết kế hỗn hợp BTN có hàm lượng đá dăm cao, hàm lượng nhựa hợp lý. - Xử lý liên kết giữa lớp BTN và tầng móng tốt. 2. Biện pháp nâng cao tính ổn định nước của BTN: - Thiết kế mặt đường đủ độ dốc để thoát nước mặt nhanh. - Thiết kế hỗn hợp có độ chặt cao, độ rỗng nhỏ. - Thiết kế hỗn hợp BTN có hàm lượng nhựa hợp lý, phù hợp với các điều kiện thực tế(điều kiện về vật liệu địa phương, điều kiện về khí hậu, nền móng...). .a. Low severity weathering and raveling .b. Medium severity weathering and raveling .c. High severity weathering and raveling 12 - Lựa chọn cốt liệu đá , nhựa; gia công hỗn hợp hợp lý để đảm bảo sự hấp phụ giữa nhựa & cốt liệu là hấp phụ hoá học. - Sử dụng phụ gia tăng dính. 3. Biện pháp hạn chế mặt đường BTN biến dạng, nứt nẻ: - Thiết kế hỗn hợp có hàm lượng nhựa hợp lý, khả năng biến dạng, khả năng chịu kéo khi uốn cao; dùng nhựa đặc biệt. - Xây dựng tầng móng, nền đất có chất lượng tốt, đồng đều, độ lún nhỏ, khả năng chống biến dạng lớn. - Không sử dụng các loại vật liệu chứa bụi sét. - Tìm mọi biện pháp cải thiện chế độ thuỷ nhiệt của nền - mặt đường(xử lý thoát nước tốt cho mặt đường, làm tầng móng cách nước, hạ mực nước ngầm...). 13 CHƯƠNG IV: ĐỀ XUẤT VẬT LIỆU TL-2000 ĐỂ SỬA CHỮA HƯ HỎNG & BẢO TRÌ MẶT ĐƯỜNG BÊ TÔNG NHỰA I. Các phương pháp sửa chữa, bảo trì mặt đường BTN thông thường: Hiện tại ở Việt Nam cũng như trên thế giới trước đây thường áp dụng một số giải pháp thông thường trong bảo dưỡng và sửa chữa đường như sau: 1. Phun sương nhựa lỏng (“Fog seal”): Đó là sử dụng nhựa đường lỏng hoặc nhũ tương nhựa đường phun dưới dạng sương lên bề mặt đường để tạo ra một lớp màng mỏng như là một lớp phòng nước chống thấm và lấp đầy các vết rạn nứt nhỏ trên đường. Phương pháp này thường làm cho độ nhám trên đường giảm do đó làm giảm độ an toàn cho phương tiện giao thông. Ngoài ra thì phương pháp này thường phải dừng giao thông trong vài giờ. 2. Láng nhựa mỏng (“Chip seal”): Sử dụng nhựa đường nhũ tương phun lên bề mặt đường rồi rải ngay một lớp đá mịn và lu lèn. Tuy nhiên phương pháp này cũng có một số nhược điểm khi sử dụng nhựa đường nhũ tương và thường chỉ áp dụng cho các đường có lưu lượng giao thông thấp. 3. Láng vữa nhựa nguội (“Slurry seal”): Sử dụng hỗn hợp nhựa đường nhũ tương, đá dăm và nước được trộn đều rồi rải lên mặt đường với chiều dày từ 8-12mm sau đó lu lèn. Tuy nhiên phương pháp này cũng tồn tại một số nhược điểm đó là sự kém ổn định của nhựa đường nhũ tương ảnh hưởng đến chất lượng việc xử lý, chỉ có hiệu quả trong 3–5 năm sau đó thì sức kháng trượt trên mặt đường thường giảm, xuất hiện các hiện tượng bong tróc lớp phủ thêm này. Thường chỉ áp dụng cho các đường có lưu lượng thấp. 4. Láng nhựa bằng nhựa đường polyme: Thêm polyme vào nhựa đường để tăng cường tính chất của nhựa đường. 5. Phương pháp tái sinh nguội bằng máy tái sinh: Sử dụng máy tái sinh giống như là một trạm trộn di động tiến hành đào lớp bê tông nhựa cũ lên rồi trộn với nhựa đường nhũ tương sau đó lại rải trở lại và lu lèn. Phương pháp này đòi hỏi thiết bị chuyên dụng và chi phí thường cao. Và không xử lý được các vết nứt sâu hơn lớp được đào lên để tái sinh. 6. Phương pháp rải thêm một lớp bê tông nhựa nóng mới: Lớp bê tông nhựa nóng mới dày khoảng (3÷7)cm được rải lên trên mặt đường cũ, thường áp dụng khi mặt đường hư hỏng nhiều. * Tuy nhiên tất cả các phương pháp trên chỉ là tạo thêm một lớp kết cấu bề mặt phủ lên trên mặt đường hiện tại để hỗ trợ khả năng phục vụ của mặt đường hiện tại chứ không khôi phục được tính năng của chính mặt đường hiện tại. 14 II. Giới thiệu một số công nghệ mới về tái chế, sửa chữa mặt đường BTN: Trong số những lựa chọn để duy tu hoặc nâng cấp đường, quy trình tái sử dụng lại vật liệu làm đường sẵn có đang trở nên ngày càng phổ biến trên thế giới. Các quy trình này cho phép mặt đường được sửa chữa và gia cố bằng vật liệu mặt đường cũ, do đó giảm chi phí và thời gian, tác động tốt một cách đáng kể đến môi trường. 1. Công nghệ tái sinh nguội: Công nghệ này là một dây chuyền tái sinh đơn giản sử dụng một máy tái sinh bánh lốp và hệ đầm nén. Máy tái sinh đẩy xe chứa nước phía trước, có một vòi nước nối giữa xe và máy. Hệ thống phun cho phép thành phần nước của vật liệu tái sinh được điều chỉnh một cách chính xác tối ưu. Phía sau máy tái sinh là hệ đầm nén, thông thường là xe lu rung bánh thép loại lớn. Lớp vật liệu tái sinh được san phẳng bằng máy san. Sau đó tiến hành đầm nén sau cùng để đảm bảo lớp vật liệu tái sinh đầm nén toàn bộ. Loại máy tái sinh bánh xích được phối hợp với một guồng xoắn trải vật liệu và hệ thống tải. Khi máy tái sinh tiến về phía trước thì guồng xoắn trải vật liệu để hệ bàn là trải vật liệu tái sinh ra. Hệ thống đầm của bàn là đầm nén sơ bộ vật liệu để đạt độ bằng phẳng yêu cầu. Hiện tại trên thế giới đang áp dụng 02 phương pháp tái sinh nguội mặt đường BTN: bằng xi măng hoặc bằng bitumen bọt. Tái sinh nguội bằng xi măng hiện được nhiều nơi sử dụng. Mục đích của việc trộn thêm xi măng, như xi măng Porland hoặc hỗn hợp xi măng trong quá trình tái sinh là để tăng cường độ vật liệu. Trong quá trình này xi măng được trộn đều với vật liệu cũ, đồng thời nước được phun vào để độ ẩm của vật liệu đạt được tối ưu. Sau khi đầm nén, các hạt vật liệu tái sinh sẽ dính kết với nhau tạo ra một lớp vật liệu đồng nhất. Việc này sẽ làm tăng đáng kể sức chịu tải của đường mà không phải tăng thêm cao độ của mặt đường bằng cách trải thêm các lớp vật liệu mới. Khi cần thiết có thể bổ sung thêm một ít vật liệu mới, quá trình tái sinh và gia cố đường cũ được thực hiện cùng một lúc. Khi sử dụng công nghệ tái tạo này thì chi phí khai thác mỏ, nghiền sàng, vận chuyển... được giảm đáng kể. Môi trường cũng có lợi vì không phải khai thác đá nghiền và vận chuyển. Các chất kết dính dạng xi măng được cung cấp trong quá trình tái tạo bằng cách: Rải bột xi măng khô lên mặt đường trước khi máy tái sinh bằng tay hoặc bằng máy. Máy tái sinh sẽ chạy qua lớp xi măng bột và trộn đều với vật liệu cũ trong một quá trình; Tạo ra một hỗn hợp nhão/ nhũ tương xi măng bằng một máy trộn đặc biệt. Trong máy này xi măng và nước được trộn theo một tỷ lệ chính xác, được bơm định lượng bằng vi xử lý. Máy trộn được đi trước máy tái sinh, nối với nhau qua một ống mềm. Máy trộn đảm bảo tỷ lệ nước/xi măng chính xác và không bị thất thoát xi măng do mưa, gió... Tái sinh nguội tại chỗ bằng bitumen bọt cũng được sử dụng ngày càng rộng rãi trên thế giới như một phương pháp xử lý mặt đường có hiệu quả kinh tế cao. 15 Việc sử dụng bitumen bọt cho phép bitumen có độ thẩm thấu trung bình có thể được trộn với vật liệu nguội trực tiếp mà không phải hâm nóng vật liệu lên. Việc này sẽ tiết kiệm thời gian và chi phí. Quá trình này bao gồm việc đưa vào một tỷ lệ chính xác nước nguội vào bitumen nóng, tạo ra bọt bitumen làm tăng thể tích bitumen và năng lượng bề mặt, cho phép bitumen trộn đều với vật liệu tái sinh. Việc đầm nén sau khi tái sinh rất quan trọng. Lớp vật liệu sau khi tái sinh có thể đầm nén đạt độ chặt tối thiểu 98%. 2. Công nghệ tái sinh nóng Dây chuyền công nghệ của phương pháp này bao gồm tổ hợp máy sấy nóng mặt đường, xe chở vật liệu thêm, máy tái sinh và cuối cùng là xe lu. Khả năng tái tạo độ sâu nhỏ nhất là 3cm và lớn nhất là 6cm. Đối với công nghệ tái sinh nóng có các ưu điểm chính: Tiết kiệm chi phí, tốc độ thi công nhanh, giảm việc ngừng giao thông và ít ảnh hưởng đến môi trường. Công nghệ tái sinh nóng có thể dùng khi: Bổ sung bê tông asphalt mới, bổ sung bitumen, thêm chất phụ gia, bổ sung asphalt mới cùng với bitumen hoặc phụ gia mới, điều kiện áp dụng thích hợp nhất khi phần đường bị hỏng tập trung ở lớp asphalt. * Các công nghệ trên đây có một ưu điểm chung là tiết kiệm thời gian thi công, tận dụng lại lớp mặt đường BTN hiện trạng để tái chế, ít ảnh hưởng đến môi trường. Tuy nhiên, một nhược điểm lớn của các công nghệ trên là yêu cầu máy móc thiết bị hiện đại, khá công kềnh để thi công tái chế mặt đường. 3. Sửa chữa mặt đường BTN bằng vật liệu Carboncor Asphalt: Vật liệu Carboncor Asphalt là một hỗn hợp vật liệu (than đá thải, tro, cốt liệu đá, chất liên kết Asphalt và phụ gia đặc biệt được chế tạo theo công nghệ nguội) được trộn sẵn trong nhà máy và được chuyên chở ra hiện trường để rải nguội. Vật liệu Carboncor Asphalt được dùng để vá sửa đường dưới dạng các ổ gà và các vị trí nứt nẻ dạng mu rùa đã được đào bỏ, các chỗ bị bong bật cục bộ trên mặt đường. Trình tự thi công khá đơn giản, ổ gà được xử lý sạch sẽ, cắt vuông thành sắc cạnh, dùng đầm cóc đầm lại đáy ổ gà, tưới vừa đủ ẩm(không để đọng nước) bằng nước trong diện tích ổ gà sau đó rải vật liệu Carboncor Asphalt vào trong ổ gà và lu lèn. Cường độ của lớp vật liệu Carboncor Asphalt được hình thành và phát triển theo thời gian dưới tác động của sự liên kết đá nhựa và quá trình bay hơi nước. * Hiện nay, Bộ GTVT đã ban hành Quy định tạm thời về thi công và nghiệm thu lớp vật liệu Carboncor Asphalt trong xây dựng và sửa chữa kết cấu áo đường ô tô. Việc thi công sửa chữa mặt đường BTN sử dụng vật liệu Carboncor Asphalt có ưu điểm là thi công đơn giản, tận dụng được vật liệu phế thải công nghiệp. Tuy nhiên, phương pháp này thường chỉ nên dùng để sửa chữa cho các đường ngoài thành phố và không phù hợp để sửa chữa mặt đường trong 16 nội thị vì lớp vật liệu sau khi vá sửa cần phải có thời gian tối thiểu 7 ngày để đảm bảo đủ cường độ và chỉ thích hợp cho sửa chữa loại mặt đường cấp cao A2. III. Công nghệ bảo dưỡng và tái sinh nguội mặt đường bê tông nhựa bằng vật liệu TL-2000: 1. Giới thiệu: Nhựa đường TL-2000 được Công Ty TNHH HALIK (Isarel) phát triển và nghiên cứu. Đây là một giải pháp công nghệ tiên tiến vừa có khả năng một lớp màng chống thấm, trám vết nứt và tăng độ nhám trên đường, đồng thời tái sinh và khôi phục lại tính năng của chất kết dính (nhựa đường) cũ. Áp dụng TL-2000 để đạt được các mục tiêu: - Bề mặt lớp BTN được phủ kín TL-2000 để hình thành một lớp chống nước thấm xuống và ảnh hưởng của các chất hoá học. - Khả năng thấm nhập cho phép TL-2000 thấm nhập vào sâu trong lớp BTN và tái sinh đặc tính chất kết dính - nhựa đường cũ trong đó. - TL-2000 có đặc tính dính bám tốt, có thể kết dính với bất kỳ loại đá nào. 2. Nguyên lý làm việc của TL-2000: Sau khi đổ tràn hoặc phun một lớp TL-2000 ở nhiệt độ thường lên trên mặt đường nhựa cũ, một lớp màng mỏng từ 0.5-1.0mm được tạo ra trong vài phút. Lớp màng này giống như là một tấm áo phủ kín bề mặt cho các phản ứng hoá học diễn ra, tạo ra một số chất khí với các tác nhân tái sinh sẽ bắt đầu thấm nhập vào và tái sinh lớp bê tông nhựa cũ tới chiều sâu (4-6)cm so với bề mặt. Toàn bộ hoạt động tái sinh này sẽ diễn ra trong vòng 4 tháng và chiều dày lớp bê tông nhựa được tái sinh hiệu quả là từ 4-6cm. Như vậy, TL-2000 không chỉ tốt trong láng trám kín lớp BTN mà còn có thể khôi phục và tái sinh chất kết dính - nhựa đường cü. Tính năng tái sinh này đạt được nhờ tác dụng từ các thành phần khí ga của TL-2000 bên trong các lỗ rỗng BTN, và sự tác dụng này sẽ giảm dần dáng kể từ đỉnh lớp BTN đến độ sâu 60mm và tăng độ đàn hồi của nhựa đường cü lên. 3. Thành phần cấu tạo của TL-2000: TL-2000 là một hỗn hợp được trộn nguội đều bằng các thiết bị trộn giống như máy trộn sơn có các thành phần cấu tạo (% theo khối lượng) như sau: + Nhựa đường oxi hoá (Oxidized Bitumen) : 15 - 20% + Styrene monomer (Sản phẩm chưng cất từ dầu mỏ): 5 - 10% + Chất nhuộm màu đen (Oxit Sắt Fe2O3): 1% + 5% phụ gia polymer đặc biệt (Thuộc bản quyền của HALIK - Israel). 17 + Còn lại có thể là bột khoáng đôlômit, bột đá, đá mạt hay cát...: 50 - 70%. 4. Các chỉ tiêu cơ lý đặc trưng: + Khối lượng riêng: 1.6 kg/lit + Nhiệt độ bắt lửa: 850C. + Tốc độ phong hoá (theo ASTM G-35): 1300 giờ/không có ảnh hưởng. + Chất kiềm : Không tác dụng + Dung dịch muối: Không tác dụng + Acid sulfuric (H2SO4) – 40%: Không tác dụng + Acid nitric (HNO3) – 25%: Không tác dụng + Acid Acetic (CH3-COOH) : Không tác dụng + Acid clohydric (HCl)-30%: Không tác dụng + Acid phosphoric (H3PO4) – 80%: Không tác dụng 5. Một số ưu điểm khi áp dụng vật liệu tái sinh nhựa đường TL-2000 để sửa chữa hư hỏng của mặt đường bê tông nhựa: - Sau khi áp dụng TL-2000 bề mặt BTN được trám kín các vết nứt (từ rất nhỏ cho dến 4mm), lớp bê tông nhựa bề mặt (4-6cm) được khôi phục độ đàn hồi và độ dẻo, và một lớp phủ được tao ra để bảo vệ BTN khỏi sự thấm của nước, tia cực tím, các chất hoá học và các tác nhân cơ học hay moi trrnng. - Vật liệu TL-2000 thân thiện với môi trường có các đặc tính trong quá trình sản xuất và áp dụng nó như sau: + Việc sản xuất TL-2000 không gây ô nhiễm và không tạo ra chất thải. + TL-2000 có chứa 70% bột khoáng đolomite do đó các sản phẩm thải trong sản xuất BTN cũng có thể được tận dụng để thay thế. + Khi TL-2000 áp dụng để vá ổ gà thì vật liệu dùng để trám vá có chứa 95% là chất thải (BTN cũ được nghiền và tán nhỏ) do vậy sẽ góp phần tái sử dụng vật liệu BTN cũ đào bỏ. + TL-2000 được thi công ở nhiệt độ thường do vậy làm giảm sự tác hại đến môi trường từ sản xuất BTN nóng. + TL-2000 không có dung môi và không có các chất gây bất kỳ sự phá hoại hay ô nhiễm nào đến đường và moi trường xung quanh. Đã đạt được chỉ tiêu an toàn với môi trường của Cơ quan bảo vệ môi trương Hoa Kỳ (US Environmental Protection Agency). - Vật liệu sản xuất TL-2000 rất phong phú, phương pháp thi công đơn giản có thể bằng máy phun nén khí hoặc chải bằng thủ công. - TL-2000 cứng hóa khi tiếp xúc với không khí, một lớp màng mỏng sẽ hình thành trên mặt dường ngay sau khi thi công 5 – 10 phút. Ở nhiệt độ 250C, mặt đường sau khi phủ TL-2000 có thể cho phép thông xe ngay sau 60 phút thi công. 18 - Trên các tuyến đường nội thị, việc đầu tư sửa chữa mặt đường thường được thiết kế tăng cường từ 01 đến 02 lớp BTN làm cho cao độ mặt đường tăng lên, ảnh hưởng đến nhà dân 02 bên tuyến. Do đó việc sử dụng TL-2000 để bảo trì và sửa chữa mặt đường sẽ là khả thi do tận dụng và tái sinh được lớp BTN cũ và không làm thay đổi cao độ mặt đường. 6. Các phương pháp bảo dưỡng, sửa chữa mặt đường BTN sử dụng vật liệu TL-2000: a. Láng một lớp màng mỏng TL-2000 (“Fog seal”). Giải pháp này sử dụng TL-2000 để phun lên mặt đường hiện tại tạo ra một lớp màng rất mỏng trên bề mặt giúp kéo dài tuổi thọ của kết cấu áo đường lên 8-10 năm bằng việc thẩm thấu vào bên trong kết cấu áo đường để tái sinh nhựa đường cũ, đồng thời trám kín các vết nứt rộng tới 3mm và chống nước thấm xuống mặt đường. Kết quả tốt nhất đạt được trên bề mặt BTN với bề mặt nhám và thô như trong hình trên. Độ nhám trên đường vẫn được đảm bảo tốt do có cốt liệu là bột khoáng đôlômit hoặc bột đá. Tiêu chuẩn vật liệu phun trám TL-2000: 0.7 – 1.2 Kg/m2. b. Láng một lớp TL-2000 kết hợp với đá mạt (“Chip seal”). Bề mặt BTN được phủ bề mặt bằng láng nhựa một lớp bằng phun một lớp TL-2000 và phủ ngay một lớp đá mạt và lu lèn. Phương pháp sửa chữa này thi công đơn giản và độ bền lâu, đưa ra giải pháp tăng sức kháng chống trượt và tạo thành một lớp màng chống thấm cho các kết cấu bên dưới cũng như có thể khôi phục tái sinh lại lớp bêtông nhựa cũ. Một biểu đồ đặc trưng lớp láng nhựa theo khối lượng của vật liệu chất kết dính được thể hiện bên dưới: Không áp dụng TL-2000 Áp dụng TL-2000 19 Bằng việc thay thế phương pháp sử dụng chất kết dính thông thường, TL- 2000 có thể đạt được độ kết dính tốt hơn với đá mạt, do đó tăng sức kháng chống trượt và tạo lớp chống thấm với độ bền cao hơn. Có đặc tính kết dính tốt, TL-2000 như là một vật liệu để hình thành trên bề mặt một lớp phủ và liên kết tốt trong nhiều năm. Phương pháp xử lý này có thể khắc phục các hư hỏng lớn trên mặt đường đồng thời ở cùng thời điểm tái sinh lớp bêtông nhựa cũ và khôi phục lại đặc trưng đàn hồi của lớp kết dính. Chiều dầy của lớp láng nhựa khoảng tương đương với kích thước hạt lớn nhất trong thành phần hạt đá mạt: Với các phương pháp xử lý thông thường, chiều dày của lớp láng nhựa và kích thước hạt lớn nhất là vào khoảng 1 – 2mm. Lượng vật liệu cần thiết cho từng mét vuông là khoảng 1 – 1.2kg TL-2000 và 200 – 300g đá mạt. Lưu ý rằng, sử dụng chất kết dính đặc biệt TL của HALIK với TL-2000 có thể sử dụng với cấp phối thô hơn do đó có thể tăng chiều dày lớp láng nhựa. c. Trám vết nứt (“Crack sealing”). Với các vết nứt hẹp (độ mở rộng thông thường 5mm), trám kín các vết nứt này bằng phủ toàn bộ bề mặt với TL-2000 được mô tả như láng một lớp màng mỏng “Fog seal” ở bên trên. Với độ mở rộng của các vết nứt từ 5mm đến 4cm, có hai phương pháp của thể sử dụng để trám các vết nứt này. Phương án thứ nhất là sử lý các vết nứt trên lớp bêtông nhựa bằng sử dụng một loại Vết nứt trước khi trám Vết nứt sau khi trám 20 TL-2000 điều chỉnh thêm thành phần cao su gọi là TL-R. Phương án thứ 2 là sử dụng hỗn hợp gồm 1/2 TL-2000 và 1/2 cát (hoặc đá mạt tuỳ vào bề rộng vệt nứt) trộn với nhau trám kín vào các vết nứt. Với vết nứt lớn hơn 4cm và sâu kéo xuống toàn bộ chiều dày của kết cấu bê tông nhựa thì sử dụng phương pháp như vá ổ gà sẽ được trình bày bên dưới. d. Vá ổ gà (“Pothole patching”). Phương pháp này áp dụng thay thể toàn bộ chiều dầy của lớp BTN, có thể bao gồm thay thế và lớp móng trên và lớp móng dưới. Thông thường các ổ gà được sửa chữa lại trên toàn bộ chiều sâu của lớp BTN bằng hỗn hợp BTN nhựa trộn nóng, phương pháp này phải yêu cầu sử dụng các thiết bị hạng nặng. Một dạng bêtông nhựa nguội đã được thương mại hoá cũng có thể được sử dụng cho mục đích này. Tuy nhiên các phương pháp này thường có dính bám không tốt với lớp móng và xung quanh, thường bị võng lõm bong bật sau 3 – 5 tháng hay không thi công được trong điều kiện thời tiết mùa đông lạnh. 2 phương pháp sử dụng bê tông nhựa rải nguội có hiệu quả cao để xử lý các ổ gà và ổ voi trên đường như sau: * Phương pháp 1: Bê tông nhựa cũ được nghiền nhỏ hoặc bêtông nhựa tái chế trộn với 5% đến 10% TL-2000 (phụ thuộc vào loại cốt liệu). Yêu cầu nền móng phải ổn định trước khi thi công vá ổ gà. Công tác này có thể tiến hành tốt ngay cả nhiệt độ thấp. Sau đó miếng vá được đầm nhẹ với đầm bàn bằng tay (cao hơn 1-2cm so với mặt đường hiện tại), và đường cho phép thông xe ngay. Cường độ và độ chặt của miếng vá sẽ được hình thành theo thời gian dưới tác động của phương tiện giao thông. *Phương pháp 2: Chất kết dính đặc biệt của HALIK được trộn với một tỷ lệ nhất định cấp phối đá dăm tạo ra một loại bê tông nhựa polyme nguội. Loại vật liệu này có tính năng ưu điểm và kỹ thuật như vật liệu ở phương pháp 1 đó là không yêu cầu chuẩn bị và vệ sinh ổ gà, áp dụng trong mọi điều kiện thời tiết mùa hè cũng như mùa đông, và đường có thể thông xe ngay sau khi công tác thi công kết thúc. Các đặc tính kỹ thuật tương tự như mô tả trên. Hơn nữa vật liệu này có thể lưu kho trong một thời gian dài ở ngoài trời hay trong nhà mà không bị đóng bánh hay vón cục. Với các cải tiến ưu việt của TL-2000 so lớp BTN nóng thường sẽ bị nguội xuống rất nhanh và hình thành một thể tích cố định trong ổ gà sau khi vá, trong khi ổ gà luôn luôn có các biến dạng đàn hồi do đặc tính tự nhiên của kết cấu áo đường mềm và sẽ làm thay đổi một chút ít. Trong khi đó, vật liệu của HALIK 21 vẫn duy trì một chút đàn hồi và đảm bảo khả năng biến dạng trong ổ gà do vật đảm bảo sự liên kết và tiếp giáp tốt với các vách bêtông nhựa cũ xung quanh. Nhờ đặc tính này mà ổ gà được vá bằng TL-2000 đảm bảo ổn định và bền trong một thời gian dài. 7. Các áp dụng cụ thể cho các trường hợp hư hỏng của mặt đường BTN: a. Nứt da cá sấu (Alligator cracks). Sửa chữa các hư hỏng này được tiến hành giống như là trám các vết nứt (“Crack sealing”) ở bên trên. Với khu vực có các vết nứt có mật độ trung bình và cao, thì việc sửa chữa được tiến hành giống như “vá ổ gà” có thể sẽ phù hợp hơn. b. Chảy nhựa (Bleeding). Hiện tượng chảy nhựa này được xử lý bằng phương pháp Láng một lớp TL- 2000 kết hợp với đá mạt phủ trên bề mặt “Chip seal” như mô tả bên trên. c. Nứt dọc, ngang, phản ảnh: Sửa chữa các hư hỏng này sử dụng phương pháp “Trám vết nứt” như đã trình bày bên trên. d. Hiện tượng dồn, trượt và đẩy trồi BTN (Corrugation). Nếu điều kiện xe chạy bị ảnh hưởng nhiều, cần cắt bỏ các vị trí bị dồn và xô trượt, sau đó vá lại giống như “Vá ổ gà” đã được trình bày bên trên. e. Hiện tượng nứt vỡ cạnh (Edge cracks). Sửa chữa các hư hỏng này được tiến hành như “Trám vết nứt” như đã được trình bày ở trên. Với các vết nứt vỡ với mật độ trung bình và cao thì phải đào bỏ và quá trình sửa chữa như là “Vá ổ gà” là cần thiết. Đắp và đánh lại cấp của lề dường theo chiều cao của làn đường và phủ một lớp TL-2000 trên bề mặt để gia cố ổn định. f. Các vết vá ổ gà (Patches). Một miếng vá là tại vị trí đó kết cấu áo đường đã được thay thế bằng một kết cấu mới để sửa chữa kêt cấu hiện tại. Ổ gà trước khi sửa Ổ gà sau khi sửa 22 Nếu miếng và còn tốt thí không gây nên bất kỳ sự giảm chất lượng xe chạy, chỉ cần phủ lên nó và xung quanh một lớp màng TL-2000. Nếu miếng vá đã hư hỏng nặng, thì cần đào bỏ và sửa chữa lại như là phương pháp “Vá ổ gà” đã được trình bày bên trên. g. Cấp phối bị bong bật và bào mòn (Polished aggregate). Sửa chữa các hư hỏng này bằng lớp cốt liệu mịn dày 4mm để tăng hệ số ma sát cho mặt đường. Trám kín tất cả các vết nứt và bảo vệ kết cấu áo đường bằng phun một lớp màng mỏng 1mm TL-2000 lên trên. h. Hư hỏng lớn, ổ trâu (Potholes). Hư hỏng này tạo thành các hố lớn trên bề mặt kết cấu áo đường. Phương pháp sửa chữa giống như trong trường hợp “Vá ổ gà”. i. Hiện tượng bạc màu, phong hoá và bong bật (Weathering and raveling). 23 Việc sửa chữa được tiến giống như là “Láng lớp TL-2000 kết hợp với đá mạt”. Trong trường hợp cần thiết cốt liệu lớn hơn cũng có thể được áp dụng để phủ trên bề mặt. CHƯƠNG V: THI CÔNG THỬ NGHIỆM SỬA CHỮA MẶT ĐƯỜNG BÊ TÔNG NHỰA BẰNG TL-2000 Nhằm mục đích kiểm tra các khả năng ứng dụng của vật liệu TL-2000 trong việc sửa chữa bảo trì mặt đường bê tông nhựa, chúng tôi đã tiến hành một số đoạn thi công thử nghiệm trên các tuyến đường Nguyễn Tất Thành, đường 02 đầu cầu Nguyễn Văn Trỗi, đường 2 tháng 9 và đường Nguyễn Tri Phương. I. Thi công thử nghiệm trên tuyến đường Nguyễn Tất Thành(đoạn từ Khách sạn Thanh Bình đến cầu Phú Lộc): Ngày 10/2/2010, Phòng Giám định & QLCL công trình – Sở GTVT phối hợp với Công ty CP Tư vấn và Đầu tư Xây dựng ECC tiến hành thử nghiệm ứng dụng vật liệu mới TL-2000 để sửa chữa các vị trí hư hỏng mặt đường BTN trên tuyến đường Nguyễn Tất Thành. Các dạng hư hỏng mặt đường xuất hiện trên đoạn tuyến trên gồm các vết nứt ngang, dọc, nứt dạng chân chim, ổ gà. 1. Sửa chữa tại vị trí ổ gà: - Vệ sinh sạch sẽ vị trí ổ gà. - Dùng nhựa TL-2000 trộn với hỗn hợp BTN cũ đánh tơi trộn, tỷ lệ 5%. - Sau khi trộn đều TL-2000 với BTN cũ, tiến hành cho vào vị trí ổ gà. - Lấp kín ổ gà và phả đều bề mặt và cao hơn mặt đường hiện trạng khoảng 2,0cm, đầm sơ bộ bằng đầm cóc. - Cho phương tiện lưu thông bình thường. Vệ sinh sạch sẽ vị trí ổ gà Cho TL-2000 vào hỗn hợp BTN cũ đã đánh tơi, với tỷ lệ: 5% và trộn đều bằng thủ công 24 Đổ vật liệu vào vị trí ổ gà Lấp kín ổ gà, đầm sơ bộ bằng đầm cóc 2. Sửa chữa các vị trí nứt chân chim: Mặt đường BTN bị nứt chân chim dùng nhựa TL-2000 láng lên bề mặt với hàm lượng 1,0 lít/m². Đoạn thử nghiệm có kích thước: (70x140)cm, tương ứng với diện tích khoảng 0.98m² và sử dụng hết 01lít nhựa TL-2000. Trình tự thi công: - Vệ sinh sạch sẽ bề mặt BTN đoạn thử nghiệm. - Rưới nhựa TL-2000 trên bề mặt đã vệ sinh. - Dùng lu lô lăng đều và kín bề mặt đoạn thử. - Khoảng 1 giờ, cho phương tiện lưu thông bình thường. Vệt nứt chân chim Láng nhựa TL-2000 3. Nứt ngang dọc (ngày 12/4/2010): 3.1. Các vệt nứt nhỏ: vệ sinh sạch sẽ dùng nhựa TL-2000 trám vào vị trí các khe nứt. Các vệt nứt ngang dọc dưới 1mm Rót TL-2000 vào các vị trí vệt nứt 3.2 Các vệt nứt lớn: dùng nhựa TL-2000 trộn với cát theo tỷ lệ 1:2 để xử lý. 25 Vệ sinh các khe nứt lớn Chèn hỗn hợp nhựa TL-2000 với cát Trình tự thi công như sau: - Vệ sinh sạch sẽ các vệt nứt. - Dùng nhựa TL-2000 trộn với cát (theo tỷ lệ 1:2) chèn vào các vệt nứt. II. Thi công thử nghiệm trên tuyến đường 2 tháng 9(đoạn từ nút Viện Cổ Chàm đến nút giao đầu cầu Nguyễn Văn Trỗi): 1. Hiện trạng mặt đường 2 tháng 9 trước khi sửa chữa: - Mặt đường bị hư hỏng khá nặng, bao gồm các loại vệt nứt dạng mai rùa dạng da cá sấu, nứt dọc, ngang, nứt chân chim. - Một số vị trí nền đường bị thấm nước gây hư hỏng nền, sình lún, nền đường không ổn định. Vị trí Km0+370,0 ÷ Km0+4200,0:Nứt mạng lưới dạng mai rùa (1.2), lún vệt bánh xe(2.1), mặt đường bị bong bật(3.2), ổ gà(3.3), nước thấm xuống nền đường 26 Vị trí Km0+500,0 ÷ Km0+600,0, bên phải:Nứt mạng lưới dạng mai rùa (1.2), mặt đường bị bong bật(3.2), ổ gà(3.3), nước thấm xuống nền đường, các vết nứt xuất hiện ngay trên miếng vá cũ, mặt đường bị hủy liệt Vị trí Km0+720,0 ÷ Km0+780,0, bên phải:Nứt dọc, ngang (1.1) Vị trí Km0+790,0 ÷ Km0+830,0, bên phải:Nứt mạng lưới dạng mai rùa (1.2), mặt đường bị bong bật(3.2), ổ gà(3.3) Vị trí Km0+950,0 ÷ Km1+00,0, bên trái:Nứt mạng lưới dạng mai rùa (1.2), mặt đường bị bong bật(3.2), ổ gà(3.3) Vị trí Km1+100,0 ÷ Km1+160,0: Nứt dọc, ngang (1.1), bề rộng vết nứt >6mm. Vị trí Km1+150,0 ÷ Km1+190,0, bên trái:Nứt mạng lưới dạng mai rùa (1.2), mặt đường bị bong bật(3.2), ổ gà(3.3) 27 Vị trí Km0+180,0 ÷ Km1+250,0: Nứt dọc, ngang (1.1), bề rộng vết nứt >6mm. Vị trí Km1+150,0 ÷ Km1+190,0, bên trái:Nứt mạng lưới dạng mai rùa 28 2. Phương án xử lý: - Tại các vị trí có mực nước ngầm cao, mặt đường bị sình lún, nền đường không ổn định tiến hành đào bỏ kết cấu mặt đường phía trên, xáo xới lớp móng cấp phối đá dăm dày 20cm hiện trạng, gia cố thêm xi măng với hàm lượng 5,0% để tạo thành 01 lớp vật liệu cách nước. Thảm lại 02 lớp bê tông nhựa lên phía trên: 01 lớp BTNR25 dày 7cm và 01 lớp BTNC15 dày 5cm. - Tại các vị trí mặt đường bị nứt nhẹ dạng nứt dọc, ngang, nứt chân chim: Giữ nguyên mặt đường BTN hiện trạng, trám các vệt nứt bằng vật liệu TL-2000, sau đó láng 01 lớp TL-2000 với hàm lượng 1,0kg/m2 để tái tinh lớp mặt đường BTN phía dưới. Trong phạm vi đề tài chỉ trình bày thi công xử lý tại các vị trí mặt đường bị hư hỏng nhẹ có áp dụng vật liệu TL-2000. 3. Trình tự tiến hành: - Tại các vị trí nứt ngang - dọc cục bộ (bề rộng khe nứt ≥ 6mm): mở rộng khe nứt trên mặt thành hình chữ V, làm sạch bằng máy nén khí áp lực cao rồi dùng nhựa TL-2000 trộn với cát mịn theo tỷ lệ 1:2 chèn vào các khe nứt. - Tại các vị trí nứt mạng lưới(bề rộng khe nứt <2mm) dùng máy nén khí thổi sạch và vệ sinh khe nứt, láng một lớp nhựa TL-2000 với hàm lượng 1.5kg/m². Lớp BTN mịn dày 4cm Lớp BTN thô dày 6cm Cấp phối đá dăm dày 25cm Đất đồi E = 40 Mpa E=300 Mpa Mặt đường H.thiện Lớp BTN min dày 5cm (mới) Kết cấu mặt đường hiện hữu Mặt đường H.thiện CPDD gia cố 5%XM Dày 20cm Cấp phối đá dăm còn lại dày ~10cm Đất đồi dày 30cm Lớp BTN chặt 15, dày ~5cm Lớp BTN chặt 25, dày 7cm Láng TL-2000 TC: 1,0kg/m2 Cao độ đáy móng cấp phối đá dăm gia cố xi măng 5% Kết cấu mặt đường hiện hữu, giữ nguyên 29 - Dùng máy nén khí thổi sạch tất cả bề mặt đường trong phần xe cơ giới (cách lề bộ hành mỗi bên 3m), láng một lớp nhựa TL-2000 với hàm lượng 1.0kg/m² để trám các khe nứt nhỏ (chân chim) và tái sinh lại mặt BTN cũ. - Sau thời gian láng nhựa TL-2000 ít nhất 3 ngày, tưới nhựa dính bám 0.3kg/m² rồi thảm lớp BTN chặt 15, dày trung bình 5cm. Thi công lớp láng TL-2000 bằng thủ công Mặt đường sau khi láng TL-2000 tạo nên một lớp màng kín nước So sánh giữa phạm vi thảm lớp BTNC25 và láng TL-2000 Phạm vi láng TL-2000 Phạm vi thảm BTNC25 Đường ranh giới 30 So sánh giữa phạm vi có láng TL-2000 và không có TL-2000 III. Thi công thử nghiệm trên cầu và đường 02 đầu cầu Nguyễn văn Trỗi: 1. Nội dung sửa chữa: - Để đưa nhựa TL-2000 vào thi công thí điểm sửa chữa lớp mặt BTN trên đường dẫn phía Đông và làm lớp bám dính trên bản thép với lớp BTN, chúng tôi với các chuyên gia nước ngoài kết hợp thực hiện công việc này. - Đường dẫn phía Đông: những vị trí ổ gà và sóng trôi cũng được đào bóc lớp BTN cũ và thảm lại lớp BTN mới. 2. Thành phần tham gia thực hiện: - Phòng Quản lý Chất lượng Công trình – Sở GTVT Đà Nẵng. - Công ty Quản lý Cầu đường Đà Nẵng. - Công ty Cổ phần JIVC - Công ty CP Tư vấn và Đầu tư Xây dựng ECC - Chuyên gia đến từ Công ty TNHH HALIK ở Isarel (Ông Alex) 3. Làm lớp dính bám giữa bản thép và mặt BTN: - Đoạn thử nghiệm ứng dụng làm lớp dính bám giữa bản thép và lớp BTN nóng trên cầu Nguyễn Văn Trỗi là 13.8x3.7=51.06m². - Để đánh giá khả năng dính bám giữa lớp BTN và bản mặt cầu thép cũng như tính ưu việt của nhựa TL-2000, tiến hành tưới thử nghiệm ba loại vật liệu Đường ranh giới Phạm vi láng TL-2000: Nước không thấm xuống mặt đường Phạm vi không có TL-2000: Nước thấm xuống mặt đường 31 làm chất dính bám: nhựa Epôxy Id, nhựa polyme SMA và nhựa TL-2000 để có cơ sở đánh giá và so sánh. + Phạm vi tưới nhựa dính bám TL-2000 là 8.0x3.7 = 29.60m² + Phạm vi tưới nhựa dính bám Epôxy Id là 4.3x3.7 = 15.91m² + Phạm vi tưới nhựa dính bám SMA là 1.5x3.7 = 5.55m² Thời gian thực hiện: ngày 13/6/2010 * Thi công lớp dính bám nhựa TL-2000 (Khối lượng thi công: 29.60 kg) Tưới lượng nhựa TL-2000 với hàm lượng 1.0 kg/m² xuống bản mặt thép, cho công nhân dùng cào đẩy có đệm bằng cao su, cào đều lượng nhựa đã tưới trên toàn phạm vi láng. *Thi công lớp dính bám nhựa Epôxy Id (Khối lượng thi công 16 kg). - Vật liệu: Nhựa Epoxy gồm hai thành phần: + Thành phần A: (Dung trọng ở 230C: 1.16-1.17kg/lít) sẽ được gia nhiệt tới nhiệt độ 83-950C. + Thành phần B: (Dung trọng ở 230C: 0.98-1.02kg/lít) sẽ được gia nhiệt tới nhiệt độ 153-1600C. - Tỷ lệ pha trộn của hai thành phần: phần A là 100/445 phần B sẽ tạo thành chất dính bám Epôxy Id. - Phương pháp thủ công được thực hiện như sau: +Thành phần A và B được định lượng theo đúng tỷ lệ qui định như trên +Việc gia nhiệt thành phần A và B sẽ được tiến hành bằng gas. Nhiệt độ sẽ được kiểm soát liên tục bằng nhiệt kế hồng ngoại. 32 + Sau khi hai thành phần được gia nhiệt đến nhiệt độ yêu cầu, tiến hành trộn hai thành phần với nhau và khuấy để hoà trộn hai thành phần với nhau trong vòng khoảng 5-10 phút. + Tưới hỗn hợp xuống bản mặt cầu với hàm lượng 1.0 lít/m². + Dùng bàn cào thủ công để thi công hỗn hợp Epoxy hai thành phần lên bề mặt bản thép + Sau khi thi công xong rải một lớp cát tạo nhám trên bề mặt lớp Epoxy. * Thi công lớp dính bám nhựa SMA (Khối lượng thi công là 5.5kg) - Nung nóng hỗn hợp nhựa SMA đến nhiệt độ 1500C. - Tưới hổn hợp xuống bản mặt cầu thép với hàm lượng 1.0kg/m². - Dùng cào su gạt đều hỗn hợp nhựa SMA đều trên bề mặt bản thép. 4. Sửa chữa mặt đường bị nứt chân chim: *Sửa chữa mặt đường BTN bị nứt chân chim: Vị trí được chọn có diện tích là 27m² = (9mx3m), mặt đường BTN có xuất hiện các vệt nứt chân chim. Trình tự tiến hành: - Dùng máy nén khí vệ sinh bề mặt và thổi sạch các vệt nứt chân chim. - Tưới nhựa TL-2000 xuống mặt đường với hàm lượng 1.0 kg/m². - Dùng cào bằng đế cao su gạt đều nhựa TL-2000 trên mặt đường BTN theo chỉ dẫn của chuyên gia nước ngoài (Ông Alex – Công ty TNHH HALIK). - Khoảng 1 giờ sau khi thi công xong cho thông xe bình thường. 33 Thi công bằng cào cao su Mặt đường sau khi thi công xong * Thi công trám khe nứt dọc: Khe nứt dọc có và bề rộng trung bình khoảng 4-7mm, vị trí nằm giữa tim đường dài 10m, giáp với chân cầu Nguyễn Văn Trổi. - Dùng máy nén khí vệ sinh khe nứt. - Rót nhựa TL-2000 vào khe nứt (Đối với khe nứt lớn trên 10mm trộn nhựa TL-2000 với cát theo tỷ lệ 1:1). - Dùng cào gạt hình chữ V gạt ép cho nhựa chui vào khe nứt. - Khoảng 1 giờ sau cho thông xe bình thường. Chèn vật liệu vào khe nứt bằng que đẩy hình chữ V Vết nứt dọc sau khi sửa chữa 34 * Vá ổ gà Dùng hỗn hợp BTN phế thải cũ phay nhỏ và trộn đều với nhựa TL-2000 hàm lượng 5% để vá ổ gà. Trình tự tiến hành như sau: - Vệ sinh sạch sẽ ổ gà. - Nghiền nhỏ BTN cũ. - Trộn đều hỗn hợp gồm 5% nhựa TL-2000 với bê tông nhựa cũ. - Đổ hỗn hợp lấp đầy vào ổ ga, cao hơn mặt đường cũ khoảng 2cm. - Đầm sơ bộ bằng đầm cóc. IV. Thi công thử nghiệm trên đường Nguyễn Tri Phương(đoạn từ nút giao với đường Nguyễn Văn Linh: 1. Nội dung sửa chữa: - Sửa chữa tại chỗ bằng cách phay nhỏ mặt đường BTN cũ bị hư hỏng nặng và trộn với nhựa TL-2000 hàm lượng 5%, san gạt và lu lèn - Phạm vi thực hiện: chia làm hai vệt + Vệt thứ nhất: rộng 1.7m, dài 8.0m nằm trong phạm vi mặt đường đã được sửa chữa trước đó nhưng vẫn tiếp tục hư hỏng. + Vệt thứ hai: rộng 1.7m, dài 7.0m nằm trong phạm vi mặt đường hư hỏng nhưng chưa sửa chữa. 2. Trình tự tiến hành: - Dùng máy phay phay nhỏ mặt đường BTN cũ với bề dày 12cm - Tưới đều nhựa TL-2000 trên mặt đường BTN đã phay nhỏ với hàm lượng nhựa tương ứng 5% theo khối lượng là 11,8kg. 35 - Phay trộn đều hỗn hợp BTN cũ và nhựa TL-2000. - San tạo phẵng và lu lèn hỗn hợp đạt độ chặt yêu cầu. Máy phay cào bóc và phay mặt đường Mặt đường sau khi san gạt và đang lu lèn đạt độ chặt yêu cầu 36 CHƯƠNG VI: CÁC THÍ NGHIỆM ĐÁNH GIÁ VẬT LIỆU TL-2000 Trong phạm vi của đề tài chúng tôi xin giới thiệu một số thí nghiệm đã thực hiện tại Việt Nam và trên thế giới để kiểm chứng các khả năng của vật liệu TL- 2000 nhằm có một đánh giá toàn diện nhất về loại vật liệu này. Các thí nghiệm để đánh giá gồm có: thí nghiệm khả năng chống thấm, thí nghiệm kiểm tra độ ma sát, thí nghiệm kiểm tra khả năng thấm nhập của vật liệu TL-2000… Tuy nhiên, do điều kiện về thiết bị máy móc còn hạn chế nên một số phải tham khảo trên thế giới. I. Thí nghiệm kiểm tra khả năng chống thấm của TL-2000 tại Việt Nam: - Đơn vị thực hiện: Công ty JIVC phối hợp với Viện KHCN GTVT. - Vị trí: Mặt cầu Thăng Long & đường đầu cầu. - Trình tự thực hiện: + TL-2000 sau khi được phủ trên lớp SMA của mặt cầu, tiến hành khoan mẫu và thí nghiệm hoặc thí nghiệm trực tiếp trên đường đầu cầu. + Tiến hành lắp các cột nước, chiều cao các cột nước thay đổi từ 10,20,30,40,50cm với các khoảng thời gian là 20 phút. Hình dạng mẫu khoan Lắp đặt các cột nước -Kết quả cho thấy sau 6 tiếng không có hiện tượng nước thấm qua, kể cả sau khi lắp đặt cột nước được 12 tiếng. Thí nghiệm trên đường đầu cầu Thăng Long 37 II. Thí nghiệm kiểm tra khả năng thâm nhập của TL-2000 tại Mêxico: * Thí nghiệm ở giai đoạn 1: 38 * Thí nghiệm ở giai đoạn 2: III. Một số thí nghiệm kiểm tra khả năng TL-2000 tại Nga, Đức…: (Xem phần phụ lục) 39 CHƯƠNG VII: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ I. Kết luận: Dựa trên các hạng mục thi công thử nghiệm, các thí nghiệm đánh giá, chúng ta có thể nhận thấy rằng vật liệu TL-2000 rất khả thi để áp dụng để duy tu, sửa chữa mặt đường bê tông nhựa trong điều kiện của Việt Nam và thế giới nói chung cũng như trên địa bàn thành phố Đà Nẵng nói riêng. Hầu hết các dạng hư hỏng của mặt đường(trừ hư hỏng do nền đường) đều có thể áp dụng vật liệu TL-2000 để sửa chữa. Tóm lại, việc áp dụng TL-2000 để sửa chữa các dạng hư hỏng của mặt đường bê tông nhựa sẽ đem lại một số ưu điểm như sau: 1. Kéo dài tuổi thọ của mặt đường bê tông nhựa do chống được khả năng thâm nhập của nước, tia cực tím và tái sinh được lớp BTN cũ. 2. Rút ngắn được thời gian thi công công trình, giảm thiểu ùn tắc giao thông và chi phí đảm bảo thi công. 3. Công nghệ thi công rất đơn giản: có thể thi công bằng thủ công hoặc thi công bằng máy tùy theo quy mô của công trình. 4. Giảm thiểu ô nhiễm môi trường do tận dụng được vật liệu bê tông nhựa cũ và không phải đốt nóng vật liệu. 5. Cao độ của mặt đường sau khi sửa chữa, bảo trì gần như không thay đổi do lớp vật liệu TL-2000 phủ lên trên rất mỏng (1mm÷2mm) và nếu phải đào lớp BTN cũ thì vẫn có thể tận dụng lại. Vì vậy TL-2000 rất thích hợp để áp dụng cho các tuyến đường trong đô thị. II. Kiến nghị: Do thời gian, điều kiện và kinh nghiệm thực tế còn hạn chế nên tác giả chưa thể thực hiện hoàn chỉnh một số thử nghiệm tại Việt Nam nhằm đánh giá toàn diện về vật liệu TL-2000. Tác giả đề xuất một số kiến nghị như sau: - Cần có sự phối hợp giữa Nhà sản xuất với các đơn vị nghiên cứu của nghành để xây dựng hoàn chỉnh quy trình sửa chữa bảo trì kết cấu mặt đường bê tông nhựa bằng vật liệu TL-2000 để trình Bộ GTVT phê duyệt làm cơ sở thực hiện việc thi công, nghiệm thu, quyết toán. - Nhà sản xuất phải ban hành các chỉ dẫn kỹ thuật thi công sửa chữa bảo trì kết cấu mặt đường bê tông nhựa bằng vật liệu TL-2000 kèm theo các phương pháp thí nghiệm phù hợp với điều kiện Việt Nam và được chấp thuận bởi các cơ quan Nhà nước có thẩm quyền. - Tổ chức thi công thí điểm trên diện rộng, tổ chức hội thảo để lấy ý kiến của các chuyên gia đầu ngành nhằm có những đánh giá khách quan, cụ thể nhất. Người thực hiện Vũ Ngọc Trung