Giải pháp chống lún trồi (rutting) của BMT
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 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:
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.
Hình 1 – Rutting do trượt
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.
Như vậy để có thể chống rutting đòi hỏi một sự kết hợp chặt chẽ của tổng thể nhiều yếu tố. Nắm rõ được các nguyên nhân gây ra rutting, bên cạnh các công tác quản lý chất lượng từ khâu kiểm tra nguyên vật liệu, thiết kế, sản xuất đến sau thi công, các nhà nghiên cứu và các chuyên gia của Phòng Nghiên cứu – Phát triển và Thí Nghiệm của BMT đã và đang thực hiện nhiều chương trình nghiên cứu mang tính đột phá, nhằm giải quyết triệt để rutting trên các tuyến đường trong nước:
1) Nghiên cứu cải tiến các loại nhựa đường truyền thống bằng các loại phụ gia, các chất dẻo nhiệt nhằm tăng khả năng chịu nhiệt, tăng tính đàn hồi, tăng độ bám dính của vật liệu. Trong thời gian gần đây TS Võ Đại Tú và các nhà nghiên cứu BMT đã chế tạo và sản xuất thành công nhựa đường cải tiến BMT-ATR – một trong những giải pháp hữu hiệu để chống rutting trong điều kiện tại nước ta.
2) Ứng dụng các loại phụ gia gia cường, tạo cấu trúc không gian cho bê tông nhựa. Một trong những loại phụ gia có thể kể đến để đạt được mục đích này là phụ gia sợi cellulose, phụ gia hữu cơ polyolefin, polyamid…
3) Nghiên cứu ứng dụng các cấp phối có bộ khung chịu lực cao như cấp phối gián đoạn (gap grade), cấp phối rỗng tạo nhám (open-friction grade), dùng cho các công trình siêu trường siêu trọng, đường cao tốc.
4) Nghiên cứu các mô hình tính toán, thí nghiệm rutting phù hợp nhằm đánh giá và chọn lựa sản phẩm tốt nhất, điển hình là mô hình dự báo rutting của TS Nguyễn Huỳnh Tấn Tài dựa trên lý thuyết của Ducker-Prager.
Hình 2 – Bên tông nhựa dùng nhựa đường cải tiến BMT-ATR – một trong những biện pháp chống rutting hiệu quả (Chủ nhiệm đề tài – TS Võ Đại Tú)
Hình 3 – Mô hình dự báo rutting của TS Nguyễn Huỳnh Tấn Tài
TS. Võ Đại Tú