Khả năng áp dụng lớp phủ mỏng có độ nhám cao cho kết cấu mặt đường mềm trên các đường cấp cao ở Việt Nam
Khi xe chạy với tốc độ thiết kế cao 100
- 120 km/h, nhất là trên các đường cao tốc thì lực bám giữa bánh xe với mặt
đường là một trong những yếu tố quan trọng để đảm bảo an toàn chạy xe. Độ nhám
(sức kháng trượt) của mặt đường không đủ có thể dẫn đến tai nạn giao thông.
Nhiều nước đã thống kê số tai nạn do yếu tố này chiếm từ 15% đến 20% tổng số
tai nạn trên đường. Ở nước ta trước kia vấn đề này chưa được quan tâm đến.
Nhưng trong những năm gần đây giao thông
đường bộ trong nước phát triển mạnh, nhiều đường tốc độ cao, các đường cao tốc
có quy mô lớn bắt đầu được xây dựng. Các nhà tư vấn thiết kế, các chủ đầu tư đã
đặc biệt chú ý đến vấn đề đảm bảo một mặt đường không những đủ cường độ chịu
lực, bằng phẳng mà còn phải có độ nhám cao để đảm bảo xe chạy an toàn trong mọi
điều kiện thời tiết.Tại Việt Nam, việc sử dụng loại nhựa đường thông thường đã
trở nên khá quen thuộc trong quá trình xây mới, nâng cấp hoặc duy tu bảo dưỡng
lớp mặt đường mềm trong những năm vừa qua. Tuy nhiên, đối với mặt đường cao
tốc, do những yêu cầu đặc biệt để đảm bảo an toàn khi phương tiện lưu hành với
tốc độ cao nên việc sử dụng lớp mặt đường BTN thông thường không thể đảm bảo độ
nhám theo yêu cầu về an toàn giao thông. Việc áp dụng hỗn hợp BTN sử dụng các
loại vật liệu nhựa đường cải thiện polime phù hợp để sản xuất các loại bê tông
nhựa phủ mặt có độ nhám lớn, độ bền cao là hết sức cần thiết.
Có nhiều biện pháp để tăng độ nhám, sức
kháng trượt của mặt đường bê tông nhựa. Chọn lựa cách nào là tuỳ vào mức độ
quan trọng của con đường, điều kiện vật liệu, trình độ công nghệ, thiết bị có
sẵn và chi phí xây dựng nó. Giải pháp hữu hiệu nhất để tăng độ nhám cho lớp mặt
đường là dùng một lớp phủ tạo nhám mỏng, rất mỏng hoặc cực mỏng (khoảng 1,5cm -
3cm) bằng bê-tông nhựa có hỗn hợp cốt liệu gián đoạn, với độ rỗng khá lớn (12%
đến 15%), độ chịu bào mòn cao và dùng chất dính kết là nhựa polime.
Một điều quan trọng cần chú ý là lớp phủ
tạo nhám làm bằng hỗn hợp bê tông nhựa có độ rỗng lớn và mỏng nên chịu tác động
của nước nhiều hơn các loại bê tông nhựa chặt thông thường. Chỉ có dùng nhựa
bitum cải thiện bằng polime (hoặc nhựa cải thiện bằng các hoá chất thích hợp
khác) thì mới giữ cho màng nhựa không bong khỏi hạt cốt liệu đá khi bị nước tác
dụng. Đặc biệt, nhựa bitum polime chịu được nhiệt độ cao, dù vào mùa hè nhiệt
độ mặt đường có lên tới 60 – 65oC cũng không sợ lớp phủ mỏng tạo nhám bị biến
dạng, làn sóng, chảy nhựa.
Lớp phủ tạo nhám bằng bê tông nhựa
polime cần phải đạt được các yêu cầu sau:
- Độ chống trơn trượt cao, an toàn cho
phương tiện giao thông trên đường.
- Giảm tiếng ồn, giảm bắn bụi nước từ
phương tiện giao thông.
- Thoát nước rất tốt.
- Lớp nhũ tương Polyme phải ngăn được
nước thấm từ trên xuống.
- Có tuổi thọ cao hơn BTN thông thường.
- Chi phí bảo trì, bảo dưỡng thấp.
Lớp phủ tạo nhám bằng bê tông nhựa
polime cũng đã được thử nghiệm trên một số tuyến đường có tốc độ xe chạy cao
như: Flexxipave của ESSO - Singapo trên đường Bắc Thăng Long - Nội Bài cuối năm
1994, lớp phủ mỏng có độ nhám cao tại quốc lộ 51 năm 1997, đường Pháp Vân - Cầu
Giẽ năm 2001, lớp bê tông nhựa tạo nhám công nghệ thuộc loại tiên tiến nhất
hiện nay – Novachip của Mỹ trên đường Bắc Thăng Long - Nội Bài năm 2008 và gần
đây nhất là lớp bê tông nhựa tạo nhám công nghệ SMA trên cầu Thăng Long năm
2009. Trong các công nghệ trên đây thì công nghệ SMA có vẻ bị lép vế hơn so với
các công nghệ khác do sự cố “nứt” trên công trình thử nghiệm và khả năng chống
bắn tóe kém hơn. Qua các đoạn rải thử nghiệm trên đây, Bộ GTVT đã có các đánh
giá kết quả ban đầu và quyết định lựa chọn công nghệ NovaChip để tạo lớp phủ
tạo nhám siêu mỏng cho đường cao tốc đầu tiên ở nước ta – đó là đường cao tốc
Thành phố Hồ Chí Minh – Trung Lương.
Công nghệ NovaChip để tạo lớp phủ mỏng
cho mặt đường, lần đầu tiên được giới thiệu và áp dụng tại Pháp. Công nghệ này
được SCREG Routes STP (Pháp) phát minh đầu tiên vào năm 1986. Novachip ™ là tên
thương hiệu được đăng ký của Hiệp hội Đường Quốc gia, là một đơn vị trực thuộc
SCREG Routes STP. Công nghệ này đã được phát triển nhằm tăng khả năng chống
trượt của mặt đường và nhằm phủ kín các lớp mặt đường cũ và sau đó đã được sử
dụng rộng rãi ở Châu Âu. Novachip ™ đã được sử dụng cho các tuyến đường cao
tốc, các tuyến đường có lưu lượng xe lớn và các tuyến quốc lộ. Nó cũng được sử
dụng thành công trong các khu vực cạnh bó vỉa và cửa thu nước trong khu vực đô
thị. Công dụng chính của công nghệ này là dùng để tạo ra lớp phủ mỏng, tạo nhám
và độ bằng phẳng mặt đường trên các loại mặt đường cũ. Công nghệ NovaChip
thường được sử dụng làm lớp phủ trên mặt đường có xe chạy với tốc độ cao, lưu
lượng xe lớn, trên đường cao tốc và các quốc lộ quan trọng.
Công nghệ NovaChip được giới thiệu lần
đầu tiên tại Mỹ vào năm 1990. Dự án đầu tiên sử dụng công nghệ NovaChip tại Mỹ
được thực hiện vào năm 1992 tại bang Alabama với thiết bị rải được nhập từ
Pháp. Trong cùng thời gian đó, nhiều đoạn đường thử nghiệm công nghệ NovaChip
cũng được áp dụng ở các bang Mississipi và Texas. Đến nay, đã có 42 bang ở nước
Mỹ sử dụng công nghệ NovaChip trong việc tạo lớp phủ mỏng mặt đường với diện
tích trên 40 triệu m2 bề mặt các tuyến đường bộ.
Khi so sánh với công nghệ Flexxipave (đã
được hãng ESSO - Singapo giới thiệu tại Việt Nam và rải thí điểm 500 m trên
đường Thăng Long - Nội Bài vào tháng 9.1994) và SMA trên cầu Thăng Long có thể
thấy:
1. Công nghệ Flexxipave: Lớp phủ mỏng
tạo nhám mặt đường có độ dày tối thiểu là 25 mm và bắt buộc phải dùng nhựa
Polymer có tính bám dính đặc biệt trộn trực tiếp với cốt liệu đá. Giá thành 1m2
chi phí đầu tư ban đầu của lớp phủ mỏng tạo nhám cao hơn khoảng 2 lần so với
lớp phủ mỏng dùng nhựa thông thường. Tuổi thọ của lớp phủ mỏng dày 30 mm dùng
nhựa Flexxipave có thể đạt trên 8 - 10 năm. Tốc độ rải thông thường đạt từ 3-5
m/phút. Do hỗn hợp Flexxipave nguội nhanh hơn nhiều so với hỗn hợp bêtông nhựa
thông thường, nên hỗn hợp này phải được trộn nóng tại trạm và cự ly vận chuyển
để rải không xa quá 20 km, sao cho nhiệt độ lu lèn sau khi rải phải đảm bảo
trong khoảng 110-1600 C. Tuy nhiên công nghệ này lại không đòi hỏi thiết bị rải
đặc chủng.
2. Công nghệ NovaChip: Lớp phủ mỏng tạo
nhám mặt đường có độ dày tối thiểu đạt 1,5cm và chỉ cần dùng nhựa nóng thông
thường để trộn với cốt liệu đá mà không cần sử dụng nhựa đặc biệt. Tuy nhiên,
lớp lót trên mặt đường cũ lại cần dùng loại nhũ tương có tính bám dính đặc biệt
(NovaBond) để tăng cường khả năng dính bám với mặt đường. Giá thành 1m2 lớp phủ
mỏng dùng công nghệ NovaChip chỉ cao hơn từ 1,8 – 2 lần dùng nhựa thông thường.
Tuổi thọ của lớp phủ mỏng dùng công nghệ NovaChip tương đương như dùng
Flexxipave, cự ly vận chuyển không quá xa, sao cho nhiệt độ lu lèn sau khi rải
đảm bảo trong khoảng 110-1600 C. Mặc dù có ưu điểm hơn Flexxipave như vậy nhưng
công nghệ này lại đòi hỏi thiết bị rải đặc chủng và xe cấp nhũ tương nhựa có
tính dính đặc biệt (đây là công nghệ hiện đang được hãng Hall Brother
International độc quyền sở hữu và cung cấp). Lớp phủ mỏng dùng công nghệ
NovaChip bao gồm 2 phần chính: Phần lớp phủ mỏng dùng bêtông nhựa thông thường
với thành phần hạt chọn lọc và phần lớp lót rải trên bề mặt đường cũ (dùng nhũ
tương đặc biệt, độc quyền NovaBond).
3. Công nghệ SMA (Stone mastic asphalt
use in Europe, split mastic asphalt in Germany and Japan): Là một hổn hợp chắc,
bền và chống biến dạng ngang (tạo ra vết lõm ở vệt bánh) nhờ vào liên kết đá
với đá nhằm tạo ra cường độ và chất liên kết giữa nhựa đặc và bột khoáng (các
hạt nhỏ hơn 0,075mm) với chiều dày tối thiểu có thể rải là 15mm tạo ra độ bền
và độ nhám cao. Mặc dù đây là một loại hổn hợp tương đối mới ở Mỹ, đã được áp
dụng từ năm 1991 với giá thành ước tính tăng hơn 30% so với rải lớp thông
thường nhưng được bù đắp bởi sự tăng lên của tuổi thọ của mặt đường, trước tiên
là giảm vết lồi lõm và tăng cường độ bền. SMA được xem như là một cấp phối ưu
tiên của các Cơ quan quản lý giao thông và được dùng trong những nơi có mât độ
giao thông cao và chi phí bảo dưỡng thường xuyên lớn. Công nghệ này không cần
thiết bị rải đặc biệt và tuổi thọ của lớp này có thể đạt 10 năm. Mặc dù nước
không thể thấm qua lớp SMA, nhưng kết cấu bề mặt của nó tương tự như kết cấu
của lớp ma sát thành phần cỡ hạt mở (Open graded friction course: OGFC). Vì
vậy, SMA có độ bền ma sát lớn, yếu tố nhằm nâng cao khả năng giao thông công
cộng khi lưu thông trên mặt đường trơn.
So sánh các công nghệ lớp phủ mỏng tạo
nhám trên (1 và 2) có thể nhận thấy giá thành của lớp phủ mỏng dùng công nghệ
NovaChip thấp hơn so với giá thành lớp phủ mỏng tạo nhám theo công nghệ
Flexxipave (Singapore) nhưng lại cao hơn so với công nghệ SMA. Về vật liệu thì
công nghệ NovaChip không đòi hỏi nhựa đặc biệt để chế tạo hỗn hợp lớp phủ mỏng,
chỉ cần sử dụng lớp lót dùng nhũ tương NovaBond có độ bám dính cao. Công nghệ
NovaChip có ưu điểm hơn về mặt kỹ thuật, đồng thời thích hợp với điều kiện khí hậu
nhiệt đới (nắng to, mưa nhiều...), công nghệ chế tạo hỗn hợp không đòi hỏi phức
tạp nhưng nó lại có một nhược điểm mà rất khó được chấp thuận là “Công nghệ này
đòi hỏi thiết bị rải đặc chủng và xe cấp nhũ tương nhựa có tính dính đặc biệt
cho loại nhũ tương có tính bám dính đặc biệt và độc quyền (NovaBond) để tăng
cường khả năng dính bám với mặt đường”. Nếu xét tổng quan về tất cả các lĩnh
vực thì công nghệ lớp phủ mỏng tạo nhám bằng công nghệ SMA nên được nghiên cứu
xem xét vì hiệu quả kinh tế - kỹ thuật rõ rệt hơn.
Bộ Giao thông vận tải đã ban hành Quy
trình Công nghệ thi công và nghiệm thu lớp phủ mỏng bê tông nhựa có độ nhám cao
(22 TCN 345 - 06), Tiêu chuẩn vật liệu nhựa đường polime (22 TCN 319 - 04). Đây
là văn bản pháp lý giúp cho các nhà tư vấn thiết kế, các chủ đầu tư, các nhà
thầu thi công có thể áp dụng có kết quả lớp phủ tạo nhám trên các quốc lộ quan
trọng và đường cao tốc và các nhà máy chế tạo nhựa bitum cải thiện bằng polime
cũng đã được xây dựng và sản xuất (ở Cửa lò, Hố Nai, Đồng Nai, Gò Dầu…), có thể
đáp ứng nhu cầu sắp tới trong xây dựng đường ở nước ta.
Việc áp dụng thử nghiệm lớp mặt đường có
độ nhám cao sử dụng nhựa đường cải thiện bằng polime cũng đã được thực hiện từ
những năm 90. Việc áp dụng công nghệ nào cho điều kiện Việt Nam đến nay không
còn xa lạ gì về mặt kỹ thuật, tuy nhiên nó còn trở ngại phải được cân nhắc
trong vấn đề kinh tế và dây chuyền thiết bị hiện có. Hy vọng rằng trên những
quốc lộ quan trọng và mạng lưới đường cao tốc sắp xây dựng sẽ sử dụng rộng rãi
và có hiệu quả lớp phủ tạo nhám bằng bê tông nhựa polime để góp phần nâng cao
chất lượng của đường và nhất là vấn đề bảo đảm an toàn giao thông.
____
Tác giả: Nguyễn Văn Bích
____
Tác giả: Nguyễn Văn Bích
