NGHIÊN CỨU XÁC ĐỊNH THÀNH PHẦN VẬT LIỆU HỢP LÝ LỚP BÊ TÔNG NHỰA TẠO NHÁM MẶT ĐƯỜNG CẤP CAO Ở VIỆT NAM

- 1 -

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI




NCS.NGUYỄN PHƯỚC MINH





NGHIÊN CỨU XÁC ĐỊNH THÀNH PHẦN VẬT LIỆU HỢP LÝ
LỚP BÊ TÔNG NHỰA TẠO NHÁM MẶT ĐƯỜNG CẤP CAO
Ở VIỆT NAM


Chuyên ngành: Xây dựng đường ô tô và đường thành phố
Mã số: 62.58.30.01


TÓM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT






TPHCM, 12/2013

- 2 -
MỞ ĐẦU

1. Đặt vấn đề
Để tạo tiền đề để phát triển kinh tế xã hội và công nghiệp hóa, hiện đại hóa đất
nước; Việt nam đang đầu tư xây dựng, phát triển hệ thống đường ô tô cấp cao và
cao tốc.
Theo qui hoạch, đến năm 2020 hệ thống đường cao tốc của Việt Nam sẽ phủ khắp
cả nước với chiều dài xấp xỉ 6000km. Hiện tại một số tuyến cao tốc huyết mạch
như: Hà nội-Ninh Bình, Hà Nội-Lào Cai, Hà Nội-Hải Phòng, Sài Gòn-Trung
Lương, Thành phố HCM-Long Thành-Dầu Dây đã và đang được triển khai xây
dựng, khai thác.
Đường cao tốc cho phép xe chạy với tốc độ trên 80km/h; với tốc độ như vậy, để
đảm bảo an toàn xe chạy, mặt đường yêu cầu phải đạt được chất lượng khai thác
cao như: độ nhám cao; độ bằng phẳng, độ ráo nước; trong đó độ nhám mặt đường
là một yếu tố đặc biệt quan trọng.
Tại các nước phát triển, người ta xây dựng lớp phủ mặt đường cao tốc bằng bê
tông nhựa rỗng có độ nhám cao, lớp vật liệu này yêu cầu phải được thiết kế, chế
tạo, thi công bằng công nghệ đặc biệt, đắt tiền.
Ở Việt Nam, lớp phủ bê tông nhựa tạo nhám đã được áp dụng trên một số đường
cao tốc, tuy nhiên mới ở mức độ thử nghiệm, chi phí cao và bị lệ thuộc vào công
nghệ ngoại nhập.
Trong tương lai với yêu cầu phát triển hệ thống đường cao tốc, đường cấp cao tới
hàng vạn kilomet thì một yêu cầu bức thiết đặt ra là làm sao để có thể làm chủ
công nghệ sản xuất lớp phủ mặt đường bằng vật liệu bê tông nhựa nhám ? Đây
thực sự là một yêu cầu hết sức cấp thiết, một đòi hỏi, một thách thức gay gắt đối
với những người làm đường Việt Nam.
Muốn làm chủ công nghệ sản xuất vật liệu bê tông nhựa tạo nhám, trước hết phải
nghiên cứu xác định được thành phần vật liệu hợp lý của lớp bê tông nhựa tạo

nhám để vừa đạt được độ rỗng cần thiết, độ bền, độ nhám yêu cầu, phù hợp với
điều kiện cụ thể của Việt Nam. Đề tài luận án “Nghiên cứu xác định thành phần
vật liệu hợp lý lớp bê tông nhựa tạo nhám mặt đườngcấp cao ở Việt Nam ” chính
là nhằm giải quyết vấn đề khoa học và thực tiễn đặc biệt cấp thiết đó.
2. Mục đích nghiên cứu: Mục tiêu nghiên cứu của luận án đó là xác định được
thành phần vật liệu hợp lý lớp bê tông nhựa tạo nhám mặt đường cấp cao ở Việt
Nam; với thành phần cấp phối cốt liệu dạng cấp phối hở (Open Graded), độ rỗng
- 3 -
dư thiết kế từ 16%÷18%; đồng thời đưa ra các chỉ tiêu kỹ thuật yêu cầu của vật
liệu bê tông nhựa lớp tạo nhám; từ đó có thể làm chủ công nghệ thiết kế; sản xuất;
thi công và đề xuất các giải pháp nâng cao chất lượng khai thác vật liệu bê tông
lớp tạo nhám mặt đường ô tô tại Việt Nam.
3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
 Đối tượng nghiên cứu: nghiên cứu vật liệu bê tông nhựa lớp tạo nhám có độ
rỗng cao với thành phần cốt liệu dạng cấp phối hở.
 Phạm vi nghiên cứu:
+ Nghiên cứu vật liệu bê tông nhựa lớp tạo nhám đó là kết hợp lý thuyết xây
dựng đường ô tô, kinh nghiệm sử dụng vật liệu bê tông nhựa lớp tạo nhám
ở các nước trên thế giới và tại Việt Nam; điều tra phân tích, đánh giá hiện
trạng mặt đường ô tô, vật liệu địa phương, điều kiện địa lý tự nhiên và khí
hậu khu vực phía Nam;
+ Nghiên cứu thực nghiệm trong phòng và hiện trường từ đó đề xuất thành
phần hợp lý của bê tông nhựa lớp tạo nhám và các vấn đề liên quan để nâng
cao chất lượng khai thác vật liệu lớp BTN tạo nhám;
4. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài nghiên cứu
Luận án nghiên cứu đã đưa ra được các vấn đề với các nội dung có ý nghĩa bao
gồm:
 Ý nghĩa khoa học
4.1 Xác lập các thành phần hỗn hợp với yêu cầu kỹ thuật đặc trưng vật liệu hỗn
hợp và qui định kỹ thuật cho vật liệu bê tông nhựa lớp tạo nhám;

4.2 Lựa chọn thành phần vật liệu hợp lý hỗn hợp cho bê tông nhựa lớp tạo nhám
mặt đường ô tô; trên cơ sở nghiên cứu thực nghiệm xác định các chỉ tiêu cơ lý
của các hỗn hợp bê tông nhựa tạo nhám;
4.3 Nghiên cứu giải pháp nâng cao chất lượng khai thác lớp vật liệu bê tông nhựa
tạo nhám mặt đường ô tô với các nội dung sau:
 Nghiên cứu xác định mối quan hệ giữa độ rỗng dư và độ nhám vĩ mô của lớp
phủ bê tông nhựa lớp tạo nhám;
 Nghiên cứu xác định mối quan hệ giữa độ nhám vĩ mô của lớp phủ bê tông
nhựa tạo nhám và độ hút nước;
 Nghiên cứu ảnh hưởng hiệu ứng màng nước đến điều kiện chạy xe;
 Nghiên cứu xác định sự thay đổi độ nhám vĩ mô theo thời gian của mặt
đường nhám một số tuyến cao tốc ở phía Nam;
- 4 -
 Nghiên cứu xác định hiệu quả tăng nhám vĩ mô và độ hút nước của mặt
đường bê tông nhựa tạo nhám bằng công nghệ phun rửa cao áp;
 Nghiên cứu thiết lập và đề xuất chế độ kiểm tra bảo dưỡng định kỳ mặt
đường tạo nhám của mặt đường cấp cao;
 Nghiên cứu đề xuất các giải pháp nâng cao chất lượng khai thác vật liệu bê
tông nhựa tạo nhám trên tất cả các khâu: sản xuất; thi công; kiểm tra giám
sát; nghiệm thu chất lượng; duy tu-bão dưỡng vật liệu bê tông nhựa tạo
nhám.
 Ý nghĩa thực tiễn
 Luận án nghiên cứu đã tổng quan xem xét vật liệu bê tông nhựa lớp tạo
nhám trên các tuyến cao tốc của các nước và tại Việt nam đã sử dụng;
 Xây dựng được trình tự các bước thiết kế, phương pháp xác định thành phần
hợp lý bê tông nhựa lớp tạo nhám mặt đường ô tô phù hợp với điều kiện khai
thác tại Việt Nam.
 Xây dựng các phương pháp thực nghiệm đánh giá chỉ tiêu cơ lý vật liệu bê
tông nhựa lớp tạo nhám; yêu cầu kỹ thuật giới hạn của vật liệu phục vụ cho
việc thiết kế thành phần vật liệu bê tông nhựa nhám;

 Đưa ra các giải pháp nâng cao chất lượng khai thác vật liệu lớp phủ bê tông
nhựa tạo nhám cho các tuyến đường cấp cao khu vực Phía nam.
5. Cấu trúc luận án
Cấu trúc luận án bao gồm các chương sau:
+ Chương I: Tổng quan bê tông nhựa lớp tạo nhám.
+ Chương II: Xác lập thành phần các hỗn hợp bê tông nhựa lớp tạo nhám phục vụ
nghiên cứu thực nghiệm
+ Chương III: Nghiên cứu thực nghiệm xác định chỉ tiêu cơ lý của các hỗn hợp bê
tông nhựa tạo nhám và lựa chọn thành phần vật liệu hợp lý của hỗn hợp.
+ Chương IV: Nghiên cứu giải pháp nâng cao chất lượng khai thác lớp vật liệu bê
tông nhựa tạo nhám mặt đường ô tô.

*********
Chương 1: TỔNG QUAN BÊ TÔNG NHỰA LỚP TẠO NHÁM

Nghiên cứu tổng quan bê tông nhựa lớp tạo nhám mặt đường ô tô cấp cao hay
đường cao tốc bao gồm các nội dung chính sau:
- 5 -
1.1 Cấu trúc và thành phần hỗn hợp của bê tông nhựa thông thường
a-Cấu trúc bê tông nhựa
● Cấu trúc vi mô: gồm nhựa và bột khoáng tạo thành chất liên kết asphalt.
● Cấu trúc trung gian: gồm cát và chất liên kết asphalt tạo thành vữa asphalt.
● Cấu trúc vĩ mô: gồm đá dăm và vữa asphalt tạo thành hỗn hợp bê tông nhựa.
b-Thành phần hỗn hợp bê tông nhựa [4],[7],[11]
+ Cốt liệu, kích thước hạt lớn nhất.
+ Chất liên kết [2],[4],[6],[43],[57]
1.2. Thành phần hỗn hợp bê tông nhựa tạo nhám cấp phối hở
1.2.1 Cốt liệu
Bê tông nhựa tạo nhám cấp phối hở-OGFCA (Open Graded Friction Courses
Asphalt) là loại cấu trúc khung dạng vĩ mô (hình 1.3), hỗn hợp bao gồm cốt liệu

lớn, có ít hoặc không có cốt liệu nhỏ và bột khoáng; hỗn hợp vật liệu được thiết
kế sao cho vật liệu đầm nén đạt được độ rỗng dư từ 18%÷25% [37],[40].

Hình 1.1: Cấu trúc hỗn hợp OGFCA và hình ảnh bề mặt BTN truyền thống và
BTN OGFCA.
1.2.2 Chất liên kết: thông thường sử dụng là bitum cải tiến.
1.3 Yếu tố ảnh hưởng đến độ nhám mặt đường
1.3.1 Khái niệm
+ Độ nhám vi mô (micro-texture): Độ nhám vi mô là độ xù xì bề mặt của hạt cốt
liệu thường khó nhìn thấy, có tác dụng làm triệt tiêu hiệu ứng màng nước.
+ Độ nhám vĩ mô (macro-texture): Độ nhám vĩ mô tạo ra các kênh thoát nước.
1.3.2 Ảnh hưởng của cốt liệu đến độ nhám mặt đường
 Yếu tố ảnh hưởng đến độ nhám vi mô.
 Yếu tố ảnh hưởng đến độ nhám vĩ mô.
1.3.3 Các yếu tố ảnh hưởng khác đến độ nhám mặt đường
Thiết kế thành phần; quá trình thi công; đặc trưng khai thác.
- 6 -
1.4 Tổng quan vật liệu bê tông nhựa tạo nhám cấp phối hở
1.4.1 Khái niệm về bê tông nhựa tạo nhám cấp phối hở
Bê tông nhựa tạo nhám cấp phối hở được thế giới gọi tên với những thuật ngữ
khác nhau như: Porous Asphalt (PA), Porous Friction Course (PFC), Open
Graded Asphalt Concrete (OGAC), Open Graded Friction Course (OGFC),
Porous European Mix (PEM) [36],[37],[41],[47],[50].
1.4.2 Đặc điểm vật liệu bê tông nhựa tạo nhám cấp phối hở
a/ Giảm sự bắn nước và bụi nước, trượt trên mặt đường ẩm ướt
b/ Giảm sự phản chiếu ánh sáng và độ chói đèn pha
c/ Giảm tiếng ồn khi xe chạy
d/ Tăng sức kháng trượt mặt đường
e/ Hạn chế vệt hằn lún bánh xe
1.4.3 Phân tích và đánh giá tình hình sử dụng vật liệu BTN lớp tạo nhám cấp

phối hở ở nước ngoài
Vật liệu bê tông nhựa nhám cấp phối hở đã được sử dụng ở nước ngoài từ những
năm 1930 [33],[36],[38], sử dụng phổ biến nhất vào cuối những năm 1980. Tình
hình sử sử dụng vật liệu OGFCA các nước trên thế giới như sau.
a/ Ở Mỹ
● Vật liệu OGFCA của NCAT (National Center For Asphalt Technology-Mỹ)
Các tiểu bang của Mỹ có kinh nghiệm sử dụng vật liệu bê tông nhựa tạo nhám
OGFCA từ cuối những năm 1970.
+ Đặc điểm sử dụng vật liệu OGFCA của NCAT như sau:
 Độ chịu mài mòn cốt liệu PSV (Polish Stone value);
 Cỡ hạt dmax= 9,5÷19mm trong đó cỡ hạt d=12,5 mm phổ biến sử dụng;
 Dùng nhựa polime; hàm lượng nhựa thay đổi từ 5÷7%, và phụ gia sợi.
 Độ rỗng còn dư của hỗn hợp 15÷25%.
 Chiều dày thường mỏng hơn lớp bê tông nhựa chặt từ 2÷5 cm.
 Vệt hằn lún bánh xe trung bình 1,25cm sau 10-12 năm.
 Tuổi thọ khai thác từ 8÷12 năm với chiều dày OGFCA h=5 cm.
 Bảo dưỡng độ nhám lớp OGFCA: bằng cách dùng bơm cao áp làm sạch bề
mặt
● Bang Arizona
Thử nghiệm của Arizona sử dụng vật liệu bê tông nhựa tạo nhám cấp phối hở từ
năm 1954, đến năm 1960 kết quả thử nghiệm khá tốt, kể từ đó vật liệu OGFCA đã
được sử dụng rộng rãi trên khắp tiểu bang.
- 7 -
● Bang Oregon
Cuối năm 1970 tiểu bang Oregon-Mỹ (ODOT-Oregon Department of
Transportation) đã thực hiện các thử nghiệm lớp OGFCA trên các đoạn có tải
trọng nặng, tốc độ lớn hơn 80km/h và sử dụng nhựa bitum polime. ODOT đã kiến
nghị sử dụng OGFCA như một lớp phủ mỏng và không kiểm toán lớp vật liệu này
cho kết cấu áo đường.
● Bang California, bang Georgia

Năm 1944 sở giao thông bang California (Caltrans-California Department of
Transportation) và sử dụng vật liệu OGFCA như một lớp thoát nước bề mặt.
Caltrans sử dụng hỗn hợp với cỡ hạt dmax=9,5; 12,5; 25mm, độ rỗng dư thiết kế
min 18%. Chiều dày phổ biến nhất là 3,0 ÷ 4,5cm; với cỡ dmax=25mm, cho phép
nâng độ dày 5,0 ÷ 8,0 cm, và từ năm 2006 Caltrans đã đưa ra qui định cho phép
phủ trực tiếp lớp OGFCA trên lớp bê tông nhựa chặt.
● Bang Georgia
Bang Georgia (GDOT-Georgia Department of Transportation) đã sử dụng
OGFCA từ năm 1950. Hiện tại vật liệu OGFCA của GDOT sử dụng có hai loại
là:
Loại 1-Vật liệu OGFCA có hai cỡ hạt dmax=9,5 và 12,5mm, chiều dày thiết kế
2,0 cm, độ rỗng còn dư hỗn hợp 18-20% [33];
Loại 2-Vật liệu OGFCA theo tiêu chuẩn của châu Âu có chiều dày 3,0cm với độ
dỗng dư hỗn hợp 20-24%. GDOT dùng lớp OGFCA làm lớp mặt trên các tuyến
liên bang và xa lộ có lưu lượng xe trên hai hướng trung bình 25.000 xe con/ngày
đêm [33]. Với cỡ hạt dmax=12,5mm, tuổi thọ khai thác từ 10÷12 năm.
Nhận xét: Vật liệu OGFCA đã được sử dụng từ năm 1930 và có nhiều ưu điểm
khi làm lớp tạo nhám trên các tuyến cao tốc của Mỹ; tuy nhiên tồn tại hạn chế
chưa giải quyết được với lớp vật liệu này đó là khả năng duy trì độ rỗng dư và
hiện tượng làm giảm thoát nước bề mặt qua thời gian sử dụng. Ngoài ra qui định
yêu cầu kỹ thuật để thiết kế thành phần vật liệu OGFCA ở các bang của Mỹ vẫn
chưa thống nhất chung các chỉ tiêu kỹ thuật (bảng 1.6), chiều dày lớp vật liệu; mà
nó tùy thuộc vào điều kiện cụ thể như khí hậu, tải trọng và khả năng sử dụng
thành phần vật liệu tại các bang của Mỹ.
b/ Châu Âu
Các nước ở Châu Âu như Đan Mạch, Hà Lan, Úc, Bỉ, Thụy Sĩ, Anh và Tây Ban
Nha sử dụng vật liệu OGFCA cho các tuyến cao tốc [45]. Theo tổng hợp báo cáo
của Huber-NCAT năm 2000 [50], ở Châu Âu chưa có tiêu chuẩn thống nhất thiết
- 8 -
kế OGFCA. Vật liệu OGFCA được sử dụng rộng rãi ở châu Âu chủ yếu là lớp bê

tông nhựa rỗng (Porous Asphalt – PA) với mục đích giảm tiếng ồn. Hai lớp bê
tông nhựa rỗng được ứng dụng trên các tuyến có tốc độ cao. Khuyến nghị không
nên đặt làm lớp mặt ở khu vực thành thị, nơi tốc độ xe dưới 45 km/h, khu vực mà
lớp mặt rỗng có xu hướng dễ bị tắc nghẽn;
Ở Hà Lan, Đan Mạch, Bỉ và Pháp sử dụng hoặc thử nghiệm hai lớp OGFCA bao
gồm: lớp dưới rỗng hơn có cỡ hạt d=11-14 mm với chiều dày 4,0-5,0 cm, lớp trên
chặt có cỡ hạt d= 6-8 mm với chiều dày 2,5-3,0 cm.
Độ rỗng dư thiết kế từ 19÷25% [37], chất kết dính là polime, hàm lượng nhựa từ
4,5% đến 6,5%, chiều dày từ 3,0÷4,0 cm. Mục đích sử dụng vật liệu này nhằm
giảm ồn và thoát nước.
● Bỉ, Tây Ban Nha, Anh
Lớp vật liệu OGFCA được sử dụng làm lớp mặt trên các tuyến cao tốc.
Độ rỗng dư thiết kế từ 18÷ 25% [37], cỡ cốt liệu dmax=9,5÷12,5mm; dùng bitum
polime, hàm lượng nhựa từ 4,5% đến 6,5%, chiều dày lớp OGFCA từ 3,0÷5,0cm.
Mục đích ứng dụng vật liệu này nhằm giảm ồn và thoát nước [44],[45],[47].
Yêu cầu kỹ thuật cốt liệu và hỗn hợp bao gồm:
+ Chỉ số độ mài bóng PSV, độ mài mòn Los Angeles ≤ 20%;
+ Đầm nén Marshall 50 chày/mặt; + Độ rỗng dư ≥ 20%.
+ Độ mài mòn Cantabro: ≤ 30%;
+ Mẫu đầm theo phương pháp Marshall 50 chày/mặt.
Nhận xét: Các nước châu Âu sử dụng vật liệu OGFCA từ năm 1980 trên các
tuyến cao tốc và có hiệu quả cao đối với việc tăng sức kháng trượt bề mặt; đặc
biệt làm giảm tiếng ồn, thoát nước trên bề mặt khá tốt. Tuy nhiên tồn tại khi sử
dụng đó là sự suy giảm về độ rỗng dư của lớp vật liệu OGFCA rất khó kiểm soát,
làm ảnh hưởng đến độ nhám bề mặt; cũng như lớp OGFCA không đưa vào tính
toán chiều dày kết cấu áo đường [42],[44],[45].
c/ Nam Phi
Tiêu chuẩn Nam Phi yêu cầu cốt liệu: Chỉ số PSV > 50%, lượng nước hấp thụ cốt
liệu < 1%; đương lượng cát ES > 45%, chỉ số nghiền hai mặt từ 90-100%,
Đầm nén mẫu: Theo phương pháp Marshall 50 chày/mặt; độ rỗng dư: 18-22%; độ

chảy nhựa không qui định, độ mài mòn (Cantabro Test): max 25%-30%; Loại
nhựa sử dụng là bitum polime:SBR-Styren Butadien Rubber, sợi tổng hợp và cao
su tự nhiên.
- 9 -
d/ Úc
Thiết kế thành phần vật liệu OGFCA gồm ba thành loại hỗn hợp; kí hiệu: OG-10,
OG-14 và OG-20 [39]. Tiêu chuẩn phân ra hai loại OG-I và OG-II được xác định
theo lưu lượng giao thông thiết kế; trong đó vật liệu OG-II dùng thêm phụ gia sợi
và đề nghị sử dụng tuyến đường có lượng giao thông cao hơn 5x10
6
xe trục tiêu
chuẩn và hơn 500 xe/làn/ngày.
Các chỉ tiêu và yêu cầu kỹ thuật:
Độ mài mòn Losangeles, LA, %: max 12%, chỉ số nghiền hai mặt, %: max 100.
Chất liên kết là bitum polime: 80/100 + SBS hoặc phụ gia sợi tổng hợp, bột cao
su; hàm lượng nhựa (%): 4,0% - 6%; đầm nén mẫu: theo phương pháp Marshall
50 chày/mặt; độ rỗng dư, %: min 18%-23%; độ chảy nhựa không qui định; độ mài
mòn max 25%-30%; độ thấm nước không qui định.
e/ Châu Á
● Japan, Korea, India, Malaixia
Nhật Bản, Hàn quốc, Ấn Độ và Malaixia rất quan tâm loại vật liệu này do những
tiện ích của nó khi sử dụng làm lớp tạo nhám trên các tuyến cao tốc và đưa các
chỉ tiêu kỹ thuật đánh giá theo tiêu chuẩn Châu Âu vào nước mình để ứng dụng.
Loại nhựa đường sử dụng là polime, cốt liệu và chất phụ gia sợi; mẫu đầm
Marshall 50 chày/mặt.
Các chỉ tiêu kỹ thuật yêu cầu cho vật liệu OGFCA của Nhật bao gồm:
Độ rỗng dư: 18-22%; hàm lượng nhựa: 4,4÷4,6%; độ thấm nước: 52÷56 mm/sec;
độ chảy nhựa: ≤ 0,3%; độ mài mòn Cantabro: 17÷23%; cường độ chịu kéo gián
tiếp (ITS): 5÷10 kg/cm
2

;
Nhận xét: Các nước ở Úc, Nam Phi hay ở Châu Á phát triển sử dụng vật liệu
OGFCA trên các tuyến cao tốc từ những ưu điểm và kinh nghiệm sử dụng của Mỹ
hay các nước Châu Âu. Mặc dù đã đưa vào khai thác hiệu quả lớp OGFCA; tuy
nhiên các chỉ tiêu kỹ thuật qui định để thiết kế thành phần vật liệu, chiều dày lớp
vật liệu, đánh giá đặc trưng độ bền khai thác vẫn chưa qui định cụ thể mà chủ
yếu dựa vào kinh nghiệm sử dụng.
 Tổng hợp và phân tích kết quả nghiên cứu tổng quan các nước
1) Phương pháp thiết kế: phương pháp Marshall, độ rỗng dư thiết kế min 18%;
2) Giá trị độ mài mòn Cantabro hay độ chảy nhựa được chọn làm giá trị giới hạn
khi thiết kế thành phần vật liệu OGFCA;
3) Các chỉ tiêu kỹ thuật giới hạn qui định đối với OGFCA các nước là không
thống nhất; và không đưa lớp vật liệu OGFCA vào tính toán chịu lực của kết
- 10 -
cấu áo đường. Đây chính là đặc điểm cần nghiên cứu đặc thù trong điều kiện
của Việt Nam.
f/ Tình hình sử dụng vật liệu BTN tạo nhám ở Việt Nam
Tại Việt nam, việc sử dụng vật liệu BTN lớp tạo nhám đã được thử nghiệm để cải
thiện độ nhám mặt đường từ năm 1994. Tổng quan về nghiên cứu sử dụng BTN
tạo nhám tại Việt Nam như sau.
1-Thử nghiệm bê tông nhựa rỗng trên tuyến Bắc Thăng Long-Nội Bài
Năm 1994 Viện Khoa học và Công nghệ Giao thông vận tải đã hợp tác với hãng
ESSO để nghiên cứu ban đầu và xây dựng thí điểm một đoạn đường sử dụng bê
tông nhựa rỗng là lớp phủ thoát nước cấp phối hở (OGDM-Open Graded
Drainage Mix) trên đoạn Bắc Thăng Long-Nội Bài.
3-Bê tông nhựa lớp tạo nhám theo công nghệ Novachip
Lớp phủ mỏng dùng công nghệ Novachip làm lớp tạo nhám trên các tuyến cao tốc
hay đường cấp cao, chiều dày lớp Novachip từ 1,25÷2,5cm, lớp vật liệu này
không tính vào chịu lực của kết cấu áo đường. Lớp vật liệu này đã được xây dựng
cho tuyến cao tốc Thành phố HCM-Trung Lương.

4- Bê tông nhựa có độ nhám cao theo 22TCN 345-06
Lớp BTN nhám cao với chiều dầy từ 2,0 đến 3,0 cm được dùng cho: đường cao
tốc, đường ô tô cấp cao (tốc độ thiết kế từ 80km/h trở lên), nhằm cải thiện độ
nhám và sức kháng trượt mặt đường. Đây là loại vật liệu đã được sử dụng làm lớp
tạo nhám cho tuyến cao tốc TpHCM-Long Thành-Dầu Dây.
1.5 Kết luận chương 1
Đặc trưng khai thác vật liệu lớp OGFCA làm lớp mặt đường trên các tuyến cao
tốc hay đường cấp cao có nhiều ưu điểm và có những hạn chế tồn tại; từ nghiên
cứu tổng quan có thể rút ra các nhận xét sau:
1. Các nước sử dụng vật liệu OGFCA với kích cỡ cốt liệu lớn nhất; chỉ tiêu kỹ
thuật giới hạn, chiều dày, độ rỗng dư thiết kế là tùy thuộc vào điều kiện mỗi
nước.
2. Tại Việt Nam vật liệu bê tông nhựa lớp tạo nhám đã được thiết kế sử dụng;
Độ rỗng dư vật liệu lớp BTN lớp tạo nhám thiết kế từ 12÷16%. Với vật liệu
BTN OGFCA chỉ mới dừng lại ở bước thử nghiệm nghiên cứu về các chỉ tiêu
kỹ thuật của vật liệu trong phòng và kiểm tra độ nhám hiện trường;
3. Trên cơ sở nghiên cứu tổng quan về vật liệu BTN tạo nhám trong và ngoài
nước; phân tích đánh giá những tồn tại trong và ngoài nước; luận án đã đi sâu
nghiên cứu xác định thành phần vật liệu; đề xuất các yêu cầu kỹ thuật về vật
- 11 -
liệu và các chỉ tiêu kỹ thuật giới hạn cho BTN lớp tạo nhám mặt đường cấp
cao tại Việt nam.
***********
Chương II: XÁC LẬP THÀNH PHẦN CÁC HỖN HỢP BÊ TÔNG NHỰA
LỚP TẠO NHÁM PHỤC VỤ NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM

Để xác định được thành phần cấp phối hợp lý của vật liệu cần tiến hành theo hai
bước sau:
+ Bước 1: Xác lập được một số phương án thành phần các hỗn hợp BTN
lớp tạo nhám phục vụ cho nghiên cứu thực nghiệm;

+ Bước 2: Tiến hành thực nghiệm trong phòng, chế bị mẫu, nén mẫu theo
các phương án thành phần cấp phối khác nhau như bước 1 và các mẫu đối
chứng (chương 3) nhằm xác định các chỉ tiêu cơ lý chủ yếu của vật liệu
BTN để xác định thành phần vật liệu hợp lý của BTN lớp tạo nhám.
2.1 Yêu cầu cơ bản đối với vật liệu bê tông nhựa lớp tạo nhám
Đảm bảo độ bền khai thác; cải thiện được đặc tính lún, nứt do mỏi, tránh phân
tầng khi rải do thành phần cốt liệu thô chiếm đa số và đóng vai trò quan trọng đối
với cấu trúc bề mặt nhám.
2.2 Lựa chọn thành phần cốt liệu
2.2.1 Đặc trưng kỹ thuật yêu cầu cho cốt liệu
Yêu cầu chất lượng của cốt liệu: tính chịu mài mòn của cốt liệu; hình khối, góc
cạnh của cốt liệu (chỉ số nghiền một mặt); thành phần hỗn hợp cốt liệu.
2.2.2 Yêu cầu cốt liệu cho hỗn hợp OGFCA
+ Kích cỡ hạt lớn nhất và loại hỗn hợp OGFCA:
Nghiên cứu sinh đề xuất cỡ hạt lớn nhất D
max
của vật liệu OGFCA ở Việt Nam là
9.5mm, tên gọi là Open Graded Friction Course Asphalt-OGFCA; ký hiệu: OG-
X.d: với X là loại cấp phối đề xuất, d là cỡ hạt lớn nhất, mm.
Các loại OG đề xuất: OG-A.9,5, OG-B.9,5 và OG-C.9,5
+ Thành phần vật liệu hỗn hợp
Thành phần vật liệu trong hỗn hợp OGFCA bao gồm: Cốt liệu thô: từ 4,75mm
đến D
max
, cốt liệu mịn: từ 0.075mm đến 2.36mm chủ yếu dùng cát xay (đá
nghiền); bột khoáng: dưới sàng 0.075mm được nghiền từ đá vôi.
- 12 -
+ Đặc điểm cấp phối cốt liệu
Hàm mục tiêu của nghiên cứu thiết kế BTN OGFCA là tạo độ rỗng dư thiết kế
V

a
= 16-18%.
+ Đề xuất các loại hỗn hợp cốt liệu cho OGFCA tại Việt Nam
Bảng 2.1: Cấp phối vật liệu OGFCA đề xuất nghiên cứu tại Việt nam.
Kích cỡ mắt sàng
(mm)
CẤP PHỐI NGHIÊN CỨU
OG-A.9,5
OG-B.9,5
OG-C.9,5
12.5
100
100
100
100
100
100
9.5
87
100
96
100
95
100
4.75
12
42
42
67
26

46
2.36
5
14
-
-
12
26
1.18
-
-
14
24
-
-
0.075
3
6
0
6
3
8
12,5
9,5
4,752,360,075
0
10
20
30
40

50
60
70
80
90
100
Lîng lät qua sµng (%)
Cì sµng (mm)
OG-A.9,5
OG-B.9,5
OG-C.9,5

Hình 2.1: Đường cong cấp phối OG nghiên cứu.
+ Lựa chọn cốt liệu cho thiết kế hỗn hợp
● Cốt liệu thô (đá dăm): nguồn gốc đá từ mỏ Tân Cang-Đồng Nai.
● Cốt liệu mịn: được nghiền (xay) từ đá gốc; không sử dụng cát thiên nhiên để
chế tạo bê tông nhựa tạo nhám.
2.3 Chất liên kết: Tác giả kiến nghị chọn bitum polime PMB-I và đảm bảo thỏa
mãn các yêu cầu kỹ thuật theo tiêu chuẩn nhựa đường Polime 22TCN 319-04.
2.4 Bột khoáng: Bột khoáng được nghiền từ đá vôi với hàm lượng CaCO
3
>85%
(dùng bột khoáng Hà Tiên hàm lượng CaCO
3
>90÷95%).
2.5 Thiết kế thành phần hỗn hợp bê tông nhựa tạo nhám
2.5.1 Thiết kế thành phần hỗn hợp theo phương pháp Marshall
Quy trình đúc mẫu, máy móc và dụng cụ thí nghiệm và trình tự đúc mẫu.
- 13 -
2.5.2 Thí nghiệm thành phần hỗn hợp bê tông nhựa tạo nhám

+ Xác định sơ bộ hàm lượng nhựa cần thiết (Phụ lục thí nghiệm IV, V)
Bảng 2.2: Hàm lượng nhựa dự đoán cần thiết cho ba cấp phối đề xuất.
Cận dưới Cận trên
OG-A 4,2 4,7
4,0÷5,5
OG-B 3,9 4,8
4,0÷5,5
OG-C 4,3 4,9
4,0÷5,5
Loại OG
Hàm lượng nhựa dự đoán theo tỉ diện bề
mặt (%) theo KLHH
Kiến nghị chọn
khoảng HLN dự
đoán cần thiết (%)
theo KLHH

+ Thí nghiệm xác định các đặc trưng cơ lý mẫu thí nghiệm(Phụ lục VI)
+ Xác định hàm lượng nhựa tối ưu (Phụ lục thí nghiệm VIII)
Bảng 2.3: Đề xuất giá trị kỹ thuật giới hạn cho hỗn hợp nghiên cứu [21],[23].

Các chỉ tiêu
kỹ thuật yêu cầu
Độ ổn
định
Độ dẻo
Độ rỗng
dư Va
Độ rỗng cốt
liệu VMA

Độ chảy
nhựa
(kN)
(mm)
(%)
(%)
(%)
BTNNC
(22TCN 345-06)
>6
2÷4
12÷16
≥ min.22
≤ 0,2
OG đề xuất
>6
2÷4
16÷18
≥ min.22
≤ 0,2
Kết quả xác định hàm lượng nhựa tối ưu như bảng dưới đây.
Bảng 2.4: Hàm lượng nhựa tối ưu cho ba hỗn hợp đề xuất.
STT
Loại
OGFCA
HLN tối ưu theo khối
lượng hỗn hợp (%)
HLN tối ưu theo khối
lượng cốt liệu (%)
1

OG-A
4.8
5.0
2
OG-B
5.2
5.5
3
OG-C
5.2
5.5
Tổng hợp kết quả thí nghiệm:
- 14 -
Bảng 2.5: Tổng hợp kết quả và lựa chọn loại cấp phối đề xuất.
Độ ổn định Độ dẻo Độ rỗng dư Va Độ rỗng cốt liệu Độ chảy nhựa
(kN) (mm) (%) (%) (%)
OG-A 9,82 3,9 16,44 24,98 0,04
OG-B 15,00 3,2 13,59 19,92 0,07
OG-C 15,76 3,3 14,29 24,08 0,12
Đề xuất giới hạn
kỹ thuật
> 8 3-6 16-18
≥ 22 ≤ 0,20
Các chỉ tiêu kỹ thuật yêu cầu
Loại cấp phối

2.5.3 Xác lập thành phần các hỗn hợp và đề xuất các chỉ tiêu kỹ thuật
Qua thí nghiệm, kết quả xác lập được ba thành phần hỗn hợp như bảng sau.
Bảng 2.6: Xác lập thành phần các hỗn hợp cấp phối phục vụ nghiên cứu.
stt Cỡ sàng vuông (mm) OG-A OG-B OG-C

Phương pháp
thí nghiệm
1
12,5
100
100 100
2
9,5
87-100
96-100 95-100
3
4,75
12-42
42-67
26-46
4
2,36
5-14
-
12-26
5
1,18
-
14-24
-
6
0,075
3-6
0-6
3-8

TCVN 8860-2-
2011
TCVN 8860-3-
2011
Hàm lượng nhựa (%) theo
khối lượng hỗn hợp
Nhựa PmB-I: 4,0 ÷ 5,5

Bảng 2.7: Đề xuất các chỉ tiêu kỹ thuật cho hỗn hợp bê tông nhựa tạo nhám.
STT Đặc tính Giá trị Tiêu chuẩn Kiến nghị
3
Thấm đứng (10
-3
m/s)
≥ 0.1
EN 13108-7-
2006
Chấp nhận
EN 13108-20-
2005
4
Độ mài mòn
Cantabro (%)
10 ÷ 20
Đầm nén Marshall
2x50 chày/mặt
5
Hê số cường độ chịu
kéo (ITS) (%)
≥ 70

Đầm nén Marshall
2x50 chày/mặt
EN 12697-17
≤ 20%
(25
0
C, 300 vòng)
1
Độ rỗng còn dư (%)
≥ 16÷18
Đầm nén Marshall
2x50 chày/mặt
2
Hàm lượng nhựa (%)
4,0-5,5
Đầm nén Marshall
2x50 chày/mặt
EN 13108-7
-

2.6 Kết luận chương 2
Kết quả nghiên cứu chương 2 có thể rút ra các nhận xét sau:
1. Đã đề xuất các thành phần hỗn hợp cốt liệu;
- 15 -
2. Đã xác định hàm lượng nhựa tối ưu cho ba hỗn hợp BTN đề xuất; chỉ tiêu kỹ
thuật giới hạn cho hỗn hợp vật liệu, trong đó độ rỗng dư chọn từ 16%÷18%.
3. Đã xác lập được ba thành phần hỗn hợp bê tông nhựa lớp tạo nhám phục vụ
cho nghiên cứu thực nghiệm trong điều kiện của Việt Nam phục vụ thí nghiệm
để đánh giá các đặc trưng cơ-lý để lựa chọn thành phần vật liệu hợp lý cho bê
tông nhựa lớp tạo nhám trong chương 3 tiếp theo.

**********
Chương III: NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM XÁC ĐỊNH ĐẶC TRƯNG
CƠ LÝ CÁC HỖN HỢP BÊ TÔNG NHỰA TẠO NHÁM VÀ LỰA CHỌN
THÀNH PHẦN VẬT LIỆU HỢP LÝ CỦA HỖN HỢP
Nội dung chương 3 là nghiên cứu thực nghiệm đánh giá các chỉ tiêu cơ lý. Qua
các kết quả thí nghiệm, phân tích và đối chứng mẫu; đánh giá vật liệu OGFCA
theo yêu cầu kỹ thuật giới hạn đã đề xuất; từ đó có thể lựa chọn loại hỗn hợp với
thành phần vật liệu hợp lý cho bê tông nhựa lớp tạo nhám mặt đường ô tô tại Việt
Nam
3.1 Các loại hỗn hợp cấp phối đề xuất thí nghiệm
Để nghiên cứu các đặc tính của OGFCA phục vụ khai thác, nghiên cứu sinh đề
xuất loại cấp phối và loại nhựa sử dụng như bảng 3.1, 3.2, hình 3,1 dưới đây.
Bảng 3.1: Đề xuất cấp phối và loại nhựa nghiên cứu.
TT
Loại OGFC-HLN
tối ưu theo KLHH
Loại nhựa sử dụng

Tiêu chuẩn áp dụng
PmB-I
1
OG-A-4,8%
x
Đề tài đề xuất
2
OG-B-5.2%
x
Đề tài đề xuất
3
OG-C-5.2%

x
Đề tài đề xuất
4
BTNP.9,5
x
22TCN 356-06
5
BTNNC.9,5
x
22TCN 345-06

3.2 Chuẩn bị vật liệu: phải tuân thủ theo các tiêu chuẩn qui định
[3],[7],[16],[18],[21],[22], (phụ lục thí nghiệm-Phụ lục III; IV và V).
- 16 -
3.3 Chế bị mẫu: yêu cầu chế bị mẫu phải tuân thủ theo các chỉ dẫn của qui trình
thí nghiệm [17],[18] đối với các chỉ tiêu cần kiểm tra.
3.4 Nghiên cứu thực nghiệm đánh giá các chỉ tiêu cơ lý các mẫu thử
3.4.1 Thực nghiệm xác định modul đàn hồi vật liệu [14]
Xác định modul đàn hồi tĩnh vật liệu bê tông nhựa lớp tạo nhám nghiên cứu được
thực hiện bằng cách ép các mẫu trụ tròn trong điều kiện cho nén nở hông tự do
(nén 1 trục, mẫu không đặt trong khuôn, bản ép bằng đường kính mẫu)
Kết quả thí nghiệm lập được biểu đồ như hình 3.4 sau.
50
100
150
200
250
300
350
400

450
PmB-I PmB-II PMB-III
OG-A
226 258 322
OG-B
242 277 345
OG-C
236 269 337
226
258
322
242
277
345
236
269
337

Hình 3.1: Kết quả thí nghiệm modul đàn hồi của ba hỗn hợp nghiên cứu.
3.4.2 Thí nghiệm xác định cường độ chịu kéo gián tiếp [19] (Phụ lục thí
nghiệm IX)
Kết quả kiểm tra nhận thấy: theo tiêu chuẩn của Châu Âu EN12697-12 thì hệ số
ITS của ba loại nghiên cứu đều lớn hơn 70% là đạt yêu cầu. Đây chính là một
trong các cơ sở để đánh giá và lựa chọn thành phần vật liệu bê tông nhựa lớp tạo
nhám hợp lý.
0.90
0.98
0.95
0.92
0.997

0.94
0.99
0.84
0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1
OG-A-4.8%-PmB-I
OG-B-5,0%-PmB-I
OG-C-5,0%-PmB-I
OG-A-4.8%-PmB.III
OG-B-5,0%-PmB.III
OG-C-5,0%-PmB.III
BTNP.9,5-4.8%-PmB.III
BTNNC.12,5-4.8%-…
Hệ số ITS (%)

Hình 3.2: Hệ số cường độ chịu kéo gían tiếp của ba hỗn hợp nghiên cứu
và mẫu đối chứng.
Đơn vị (Mpa)
- 17 -
3.4.4 Thí nghiệm xác định hệ số thấm [EN 13108-7] (Phụ lục thí nghiệm XI)

4,6
4,0
3,5
3,1
2,3
1,6
1,0
0,8
0,9
0,6

0,4
0,1
0,0
1,0
2,0
3,0
4,0
5,0
4,0% 4,5% 5,0% 5,5%
Thầm nước Kv-OG-A
Thấm nước Kv-OG-B
Thấm nước Kv-OG-C

Hình 3.3: Thiết bị kiểm tra thấm và kết quả thí nghiệm.
Kết quả thí nghiệm cho thấy: Theo tiêu chuẩn qui định kỹ thuật vật liệu BTN
rỗng của Châu Âu thì hệ số thấm Kv ≥ 0,1 (10
-3
m/s) là đạt yêu cầu. Kết quả thí
nghiệm thì loại OG-A là vật liệu cho hệ số thấm cao nhất, và đạt yêu cầu qui định
cho BTN rỗng.
3.4.5 Thí nghiệm xác định độ mài mòn Cantabro [EN 13108-7]
Tiêu chuẩn thí nghiệm này dùng để đánh giá độ chịu mài mòn của mẫu đầm bê
tông nhựa tạo nhám ở nhiệt độ 25
0
C, quay 300 vòng trong thùng quay
Losangeles.
Kết quả thí nghiệm cho thấy: độ mài mòn Cantabro của vật liệu OG giảm khi hàm
lượng nhựa tăng; độ mài mòn Cantabro loại OG-A cao hơn so với loại OG-B và
OG-C; tuy nhiên theo tiêu chuẩn qui định thì giá trị độ mài mòn của các hỗn hợp
vẫn đạt yêu cầu < 20%.

Kết quả thí nghiệm (phụ lục X) kiểm tra độ mài mòn Cantabro như sau.
1,0
3,0
5,0
7,0
9,0
11,0
13,0
15,0
17,0
19,0
4,0 4,5 5,0 5,5
OG-A
OG-B
OG-C

Hình 3.4: Tổng hợp độ mài mòn Cantabro của ba hỗn hợp nghiên cứu.
3.4.6 Kiểm tra vệt hằn bánh xe vật liệu nghiên cứu (AASHTO T324-04)
+ Đặc điểm thử nghiệm vệt hằn bánh xe: Thiết bị kiểm tra bằng cách lăn một
bánh cao su đặc có đường kính 203 mm, chiều rộng vệt bánh xe 50 mm trên bề
Hàm lượng nhựa (%) KLHH
Kv (10
-3
m/sec)
Cantabro Loss (%)
Hàm lượng nhựa (%)
- 18 -
mặt của mẫu BTN kích thước 320mm x 260 mm, chiều dày mẫu đầm thay đổi từ
4,0÷10,0 cm; sấy khô ở nhiệt độ 50ºC. Mẫu thử nghiệm được thực hiện với tổng
số lượt bánh xe đi qua là 20.000 lượt/điểm hoặc chiều sâu vệt lún tối đa 12.5 mm.

+ Mục đích của thử nghiệm: kiểm tra độ bền chịu biến dạng của vật liệu
OGFCA. Từ đó xem xét để lựa chọn thành phần vật liệu hỗn hợp và chiều dày lớp
vật liệu.
● Số liệu đầu vào:
Chế bị mẫu dầm trong thiết bị: OG-A; OG-B và OG-C chiều dày thử nghiệm lấy
4cm và 5cm, dùng nhựa PmB-I và PmB-III.
+ Kết quả thử nghiệmtổng hợp như bảng sau.
Từ bảng 3.5, căn cứ vào kết quả kiểm tra và giới hạn kỹ thuật qui định; tác giả
kiến nghị chọn hỗn hợp loại OG-A là thành phần vật liệu hợp lý cho bê tông nhựa
lớp tạo nhám được lựa chọn (bảng 3.6).
Bảng 3.2: Tổng hợp kết quả kiểm tra đặc trưng cơ-lý của ba hỗn hợp.
STT Giá trị thí nghiệm OG-A OG-B OG-C
Yêu cầu kỹ thuật Tiêu chuẩn kỹ thuật
1 Số chày đầm/mặt
2 Loại nhựa
3 Hàm lượng nhựa (%) theo khối lượng hỗn hợp 4.8 5.0 5.0
4 Độ ổn định (kN) 12.89 13.91 15.76 min.12
5 Độ dẻo (mm) 3.9 3.2 3.3 3-6
6
Độ ổn định ở 60
0
C so với ban đầu (%)
93.1 84.1 87.0 min.85
7 Độ rỗng dư Va (%) 16.44 13.68 14.07 16%-18%
AASHTO T 269-97
(98)
8
Độ hằn vệt bánh xe (mm)-Thiết bị HWTD-

Hamburg Wheel Tracking Device (20.000
chu kỳ, áp lực 7 daN/cm
2
, nhiệt độ thí nghiệm
60
0
C )
5.2 1.2 1.7 max.10
Theo quy định của
các quy trình thí
nghiệm tương ứng
hiện hành
9
Hệ số thấm (10
-3
m/sec)
3.7 0.4 1.0
≥ 0,1 (10
-3
m/s)
EN 13108-7
10 Độ mài mòn Cantabro (%) 17.5 7.8 9.5
≤ 20% (25
0
C, 300 vòng)
EN 13108-7
11 Hê số cường độ chịu kéo (%) 91 99 94
≥ 70% EN 12697-12
AASHTO T245-
97(2001)

50
PmB-I

OG-C
Hình 3.5: Máy đo vệt
hằn lún bánh xe và
thiết bị đầm mẫu.

- 19 -
Bảng 3.3: Thành phần vật liệu hợp lý cho BTN lớp tạo nhám được lựa chọn.
Cỡ sàng vuông (mm) Miền cấp phối Thiết kế
Phương pháp thí
nghiệm
12,5 100 100
9,5 87-100 94
4,75 12-42 27
2,36 5-14 10
0,075 3-6 5
Loại nhựa 22TCN 319-04
Hàm lượng nhựa (%) theo khối lượng
hỗn hợp.
TCVN 8860-3-
2011
PmB-I
4,2 ÷ 5,5

3.6 Kết luận chương 3
Kết quả nghiên cứu chương 3 có các kết luận như sau:
1. Đã đề xuất các chỉ tiêu kỹ thuật đánh giá chất lượng vật liệu OGFCA; trong đó
đã đề xuất chỉ tiêu kiểm tra độ mài mòn Cantabro và hệ số thấm cho BTN tạo

nhám OGFCA phù hợp với điều kiện Việt Nam;
2. Đã tổng hợp phân tích và kiểm tra giới hạn kỹ thuật yêu cầu vật liệu (bảng 3.5)
và lựa chọn được loại OG-A là thành phần vật liệu hợp lý cho BTN lớp tạo
nhám mặt đường cấp cao tại Việt Nam (bảng 3.7).
***************

Chương IV: NGHIÊN CỨU GIẢI PHÁP NÂNG CAO CHẤT LƯỢNG
KHAI THÁC LỚP BÊ TÔNG NHỰA TẠO NHÁM MẶT ĐƯỜNG Ô TÔ

Độ rỗng dư, độ nhám vĩ mô, độ hút nước bề mặt…bị tác động bởi các nhân tố tải
trọng, khí hậu và môi trường; theo thời gian sẽ bị suy giảm thay đổi. Việc xác
định độ rỗng dư là rất khó khăn, thông qua thí nghiệm trong phòng và hiện trường
nghiên cứu xác định mối quan hệ giữa chúng là rất có ý nghĩa và cần thiết; từ đó
giúp các kỹ sư có thể nắm bắt được các chỉ tiêu của vật liệu BTN lớp tạo nhám
trong suốt quá trình khai thác.
Muốn vậy thông qua chỉ tiêu độ nhám vĩ mô, với các mối quan hệ đã nghiên cứu:
quan hệ giữa độ nhám vĩ mô (chiều sâu rắc cát trung bình) và độ rỗng dư; độ rỗng
dư và độ hút nước; xác định sự thay đổi độ nhám vĩ mô theo thời gian; từ đó có
thể biết được độ rỗng dư còn lại theo thời gian khai thác trong lớp vật liệu BTN.
Chính nhờ mối quan hệ giữa các chỉ tiêu này có thể giúp các kỹ sư quản lý đường
có thể nhận biết được sự suy giảm khả năng làm việc của lớp phủ BTN lớp tạo
- 20 -
nhám, để đề ra các giải pháp quản lý khai thác lớp phủ BTN tạo nhám một cách
hợp lý.
4.1 Nghiên cứu một số chỉ tiêu đánh giá chất lượng khai thác của lớp BTN
tạo nhám
4.1.1 Nghiên cứu mối quan hệ giữa độ rỗng dư và độ nhám vĩ mô
Tác giả thu thập số liệu tại hiện trường từ đơn vị thi công Công ty công trình giao
thông và khai thác đá 621-Thành phố Hồ Chí Minh với gói thầu: Xây dựng đường
hạ cất cánh Sân Bay Cần thơ (phụ lục thí nghiệm XV) và chế bị thí nghiệm mẫu

trong phòng. Tác giả tiến hành thu thập mẫu và thống kê giá trị gồm: độ rỗng dư
và độ nhám vĩ mô.
a/
y = 0,0002x + 0,9185
R² = 1E-05
0,60
0,65
0,70
0,75
0,80
0,85
0,90
0,95
1,00
1,05
1,10
15,83
15,83
15,10
15,10
16,64
16,64
16,44
16,44
18,00
18,00
Độ nhám vĩ mô Htb (mm)
Độ rỗng dư Va (%)
b/
y = 0,0011x + 0,4626

R² = 0,0428
0,30
0,35
0,40
0,45
0,50
0,55
0,60
4,79
4,27
5,50
8,55
4,62
5,78
4,62
5,78
5,66
4,13
5,53
5,45
5,43
Độ nhám vĩ mô Htb (mm)
Độ rỗng dư Va (%)

Hình 4.1: Biểu đồ quan hệ độ rỗng dư và độ nhám vĩ mô kiểm tra trong phòng a/
và hiện trường b/
Kết quả thí nghiệm và phân tích số liệu cho được mối quan hệ giữa độ rỗng dư và
độ nhám vĩ mô theo công thức sau:
+ Thí nghiệm trong phòng: Htb = 0,0002Va+0,9185 (4.1)
+ Thí nghiệm hiện trường: Htb = 0,0011Va+0,4626 (4.2)

Trong đó: Htb là độ nhám vĩ mô (mm), Va là độ rỗng dư (%).
4.1.2 Nghiên cứu mối quan hệ giữa độ rỗng dư và độ hút nước

Qt = 150.75Va + 7722.3
R² = 0.1101
4000
5000
6000
7000
8000
9000
10000
11000
12000
12.4 12.4 12.5 12.3 12.3 12.5 12.3 12.6 12.8 11.2
Độ hút nước Q
t
(cm
3
)
Độ rỗng dư Va (%)

Hình 4.2: Dụng cụ kiểm tra và biểu đồ quan hệ Va và độ hút nước Q
t
.
Diện thoát nước
Diện đọng nước
- 21 -
Phân tích kết quả thí nghiệm có thể lập mối quan hệ giữa độ hút nước và độ rỗng
dư của mặt đường nhám thể hiện theo công thức sau:

Qt = 150,75Va + 7722,3 (4.4)
Trong đó: Qt là độ hút nước bề mặt (cm
3
); Va là độ rỗng dư (%).
Nhận xét: Kết quả nghiên cứu từ mục 4.1.1 và 4.1.2 cho thấy mối liên hệ lẫn
nhau giữa độ nhám vĩ mô (Htb), độ rỗng dư (Va) và độ hút nước (Q
t
) đối với vật
liệu BTN lớp tạo nhám.
4.1.3 Nghiên cứu ảnh hưởng của hiệu ứng màng nước đến điều kiện chạy xe
Nghiên cứu hiệu ứng màng nước đến điều kiện chạy xe, tác giả tiến hành thí
nghiệm tại lý trình KM4+500, gói thầu 1A, công trình xây dựng tuyến Cao tốc
Thành phố Hồ Chí Minh-Long Thành-Dầu Dây.
0.62
0.64
0.62
0.65
0.63
0.56
1.11
1.07
0.00
0.20
0.40
0.60
0.80
1.00
1.20
50 55 60 65 70 75 80 85
Tốc độ xe (km/h)

Hệ số bám φ (mặt đường khô)
2 Kpa 1.8 kPa 1.6 kPa 1.4 kPa

0.41
0.45
0.48
0.47
0.58
0.56
0.69
0.65
0.00
0.10
0.20
0.30
0.40
0.50
0.60
0.70
0.80
50 55 60 65 70 75 80 85
Tốc độ xe (km/h)
Hệ số bám φ (mặt đường ướt)
2 Kpa 1.8 kPa 1.6 kPa 1.4 kPa

Hình 4.3: Hệ số bám của bánh xe với mặt đường ở trạng thái khô và ướt.
Qua nghiên cứu hiện trường có thể nhận thấy một số vấn đề sau:
1. Khi xe chạy ở tốc độ 80 km/h, ở trạng thái mặt đường khô; hệ số bám φ
thay đổi nhỏ 0,62÷0,65; ở trạng thái mặt đường ướt giá trị hệ số bám φ
thay đổi từ 10÷30% so với trạng thái mặt đường khô.

2. Khi thử nghiệm với áp lực hơi 1,4kPa thì giá trị hệ số bám φ là khá cao,
tuy nhiên gây cảm giác rất rất khó chịu cho người lái xe.
4.1.4 Nghiên cứu sự thay đổi độ nhám vĩ mô của mặt đường cao tốc theo thời
gian
Trong nghiên cứu này, tác giả khảo sát độ nhám vĩ mô tại lý trình Km37+00 và
Km38+00 hướng Thành phố HCM đi Trung Lương (Tiền Giang) để kiểm tra độ
nhám vào đầu tháng 11/2009 và đầu tháng 01/2010 (phụ lục XIII).
Qua nghiên cứu tại hiện trường cho thấy: giá trị độ nhám vĩ mô (Htb) giảm từ 3-7%
trong bốn tháng đầu tiên khi đưa tuyến cao tốc TpHCM-Trung Lương vào khai thác.
Với kết quả nghiên cứu này cho phép tác giả định hướng đề xuất thời gian định kỳ
hay thường xuyên bảo dưỡng lớp mặt đường nhám cho tuyến đường cao tốc.
- 22 -
Hình 4. 4: Kết quả khảo sát độ nhám vĩ mô tại lý trình Km37+550÷Km38+150.

0.00
0.20
0.40
0.60
0.80
1.00
1.20
1.40
1.60
1.80
Độ nhám vĩ mô Htb (mm)
Lý trình
Độ nhám vĩ mô htbi năm 2009
Độ nhám vĩ mô htbi năm 2010
Htb năm 2010 (Htb=1.37)
Htb năm 2009 (Htb=1.44)

0
0.2
0.4
0.6
0.8
1
1.2
1.4
1.6
1.8
Độ nhám vĩ mô Htb (mm)
Lý trình
Độ nhám vĩ mô htbi năm 2009
Độ nhám vĩ mô htbi năm 2010
Htb năm 2009 (Htb=1.41)
Htb năm 2010 (Htb=1.38)

Hình 4.5: Kết quả khảo sát độ nhám vĩ mô tại lý trình Km37+550÷Km38+150 và
Km38+150÷Km38+850.
4.1.5 Nghiên cứu hiệu quả tăng nhám bằng công nghệ phun rữa cao áp
Trong nội dung nghiên cứu này tác giả tiến hành thực nghiệm trên tuyến cao tốc
Thành phố Hồ Chi Minh-Trung Lương tại lý trình Km37+550÷Km37+750 để
khảo sát. Tác giả thực nghiệm theo hai phương pháp:
a- Phương pháp thổi bằng khí nén
a/ b/
Hình 4.6: Công tác thổi khí nén a/ và phun rữa cao áp b/.
Nhận xét: Qua nghiên cứu thực nghiệm tại hiện trường; cho thấy giá trị độ nhám
vĩ mô kiểm tra sau khi thổi khí nén tăng lên không đáng kể.
b- Phương pháp phun rữa cao áp

Phân tích kết quả và đánh giá cho phép lập biểu đồ giá trị độ nhám vĩ mô trước và
sau phun rữa cao áp như hình sau.
Nhận xét: Giá trị độ nhám vĩ mô tăng lên đáng kể Htb=6% sau khi phun rữa cao
áp. Từ mục 4.1.4, khả năng suy giảm độ nhám vĩ mô trong thời gian ba tháng là
3-7%. Như vậy theo định kỳ 3 tháng/lần bằng phương pháp phun rữa nước cao áp
có thể bảo trì chất lượng khai thác lớp vật liệu BTN tạo nhám.
ΔHtb=0,03
ΔHtb=0,07
- 23 -

Htb1=1.31
Htb2= 1.25
0.00
0.20
0.40
0.60
0.80
1.00
1.20
1.40
1.60
1.80
2.00
Độ nhám vĩ mô Htb (mm)
Lý trình
Độ nhám vĩ mô trước khi phun rữa cao áp
Độ nhám vĩ mô sau khi phun rữa cao áp
Htb1=1.31
Htb2=1.25

4.2 Nghiên cứu giải pháp nâng cao chất lượng vật liệu BTN tạo nhám
4.2.1 Giải pháp kiểm tra sản xuất vật liệu BTN tạo nhám tại trạm trộn
a-Cốt liệu: Yêu cầu thiết bị nghiền từ mỏ sản xuất cốt liệu cần phải đảm bảo hoạt
động tốt và cần có kiểm tra chất lượng cốt liệu.
b-Bột khoáng: Hàm lượng CaCO
3
phải đạt trên 90%; khả năng hấp thụ nhựa tốt; tỉ
lệ hàm lượng bột khoáng trong hỗn hợp phải đủ theo thiết kế.
c-Chất kết dính: Nhà sản xuất cung cấp và có giấy chứng nhận chất lượng,
khuyến cáo nhiệt độ bitum khi sử dụng và lưu trữ tại trạm trộn.
4.2.2 Giải pháp thi công lớp vật liệu bê tông nhựa nhám
Sản xuất vật liệu tại trạm trộn: như mục 4.2.1; giám sát chặt chẽ: nhiệt độ trộn,
nhiệt độ hỗn hợp khi ra khỏi thùng trộn;
Vận chuyển: cần giới hạn thời gian, hạn chế cự ly vận chuyển, hoặc qui định một
nhiệt độ đến mức tối thiểu khi đến công trường.
Rải vật liệu: lưu ý quan trọng tránh phân tầng.
Lu lèn: đảm bảo ở nhiệt độ đúng qui định; nhiệt độ mặt đường nguội nhanh, do
vậy cần kết thúc đầm nén nhanh hơn. Lu bánh lốp, lu rung không nên sử dụng lu
lèn trên lớp vật liệu BTN nhám.
4.2.3 Giải pháp giám sát, kiểm tra và nghiệm thu vật liệu BTN tạo nhám
Công tác giám sát kiểm tra :tại trạm trộn, tại công trường.
Công tác nghiệm thu chất lượng vật liệu BTN tạo nhám.
4.2.4 Giải pháp quản lý khai thác vật liệu BTN lớp tạo nhám
1) Kiểm tra định kỳ độ nhám mặt đường bằng phương pháp rắc cát 3tháng/lần;
2) Giải pháp quản lý bảo dưỡng mặt đường bằng công nghệ phun rữa cao áp.
4.3 Kết luận chương 4
1. Các chỉ tiêu độ rỗng dư, độ nhám vĩ mô và độ hút nước; qua nghiên cứu cho
thấy: các chỉ tiêu khai thác có mối quan hệ lẫn nhau;
2. Thông qua việc kiểm tra độ nhám vĩ mô (Htb) có thể nhận biết được các giá
trị; đặc biệt chỉ tiêu độ rỗng dư ảnh hưởng đến độ nhám và độ hút nước;

Hình 4.7: Kết quả giá
trị độ nhám vĩ mô sau
khi phun rửa cao áp.

- 24 -
3. Qua nghiên cứu cũng cho thấy ảnh hưởng của hiệu ứng màng nước đến điều
kiện chạy xe là rất thiết thực; từ đó giúp cho các kỹ sư thấy rõ sự suy giảm độ
rỗng dư; có những định hướng và giải pháp để bảo trì mặt đường, nâng cao
chất lượng khai thác lớp BTN tạo nhám.
*************


KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ

I- Những đóng góp của luận án về mặt khoa học
Luận án đã tập trung nghiên cứu loại vật liệu có ý nghĩa khoa học chuyên ngành
xây dựng công trình giao thông; nghiên cứu đã giải quyết các vấn đề có tính khoa
học cao về đặc trưng của vật liệu mặt đường BTN tạo nhám; trong đó các nội
dung đã được làm sáng tỏ bao gồm:
1. Xác lập được ba thành phần hỗn hợp với các yêu cầu đặc trưng vật liệu hỗn
hợp và qui định kỹ thuật cho vật liệu BTN lớp tạo nhám;
2. Đã lựa chọn được thành phần vật liệu hợp lý của hỗn hợp cho BTN lớp tạo
nhám mặt đường ô tô;
3. Đã nghiên cứu các giải pháp nâng cao chât lượng khai thác lớp vật liệu BTN
tạo nhám mặt đường ô tô; trong đó đã xác định:
3.1 Mối quan hệ giữa độ rỗng dư và độ nhám vĩ mô của lớp phủ BTN lớp tạo
nhám;
3.2 Xác định được mối quan hệ giữa độ rỗng dư và độ hút nước;
3.3 Đã xác định được ảnh hưởng của hiệu ứng màng nước đến điều kiện chạy xe
trên đường có độ nhám khác nhau;

3.4 Đã xác định được sự thay đổi độ nhám vĩ mô theo thời gian của mặt đường
nhám trên các tuyến cao tốc ở phía Nam;
3.5 Đã xác định được hiệu quả tăng độ nhám vĩ mô và độ hút nước của mặt
đường BTN tạo nhám bằng công nghệ phun rửa cao áp;
3.6 Đã thiết lập và đề xuất chế độ kiểm tra bảo dưỡng định kỳ mặt đường nhám
trên tuyến cao tốc của mặt đường cấp cao;
3.7 Đã đề xuất các giải pháp nâng cao chất lượng khai thác vật liệu BTN tạo
nhám trên tất cả các khâu: vật liệu, sản xuất vật liệu tại trạm trộn, công nghệ thi
công, công tác kiểm tra giám sát, nghiệm thu chất lượng và công tác quản lý
khai thác lớp vật liệu BTN tạo nhám mặt đường cấp cao.
- 25 -
II- Những đóng góp của luận án về mặt thực tiễn
1. Dựa vào kết quả nghiên cứu về thành phần vật liệu hợp lý BTN lớp tạo nhám;
có thể đề xuất đưa vào sản xuất và làm chủ được công nghệ xây dựng lớp phủ
BTN tạo nhám trong điều kiện của Việt Nam;
2. Luận án đã đề xuất được phương pháp thiết kế và các chỉ tiêu kỹ thuật giới
hạn của hỗn hợp OGFCA;
3. Việc nghiên cứu các mối quan hệ về độ nhám và độ rỗng dư; độ nhám và độ
hút nước; ảnh hưởng của hiệu ứng màng nước trên bề mặt; giúp cho các nhà
quản lý đường cao tốc lưu ý hơn trong khai thác chất lượng vật liệu BTN lớp
tạo nhám mặt đường ô tô trong điều kiện hiện nay;
4. Kết quả đánh giá chất lượng nhám theo thời gian và giải pháp nâng cao chất
lượng khai thác lớp vật liệu BTN nhám bằng phun rữa cao áp; đã đề xuất
công tác bảo dưỡng định kỳ lớp tạo nhám giúp cho các trung tâm quản lý và
khai thác đường cao tốc chủ động và có giải pháp cho công tác bảo dường
định kỳ lớp vật liệu BTN tạo nhám;
III-Những tồn tại, hạn chế
Luận án cũng chỉ nghiên cứu thực nghiệm trong phòng với các chỉ tiêu kỹ thuật
giới hạn của OGFCA qua tham khảo tài liệu, cũng như các thông số kinh nghiệm
về sản xuất, thi công, bảo dưỡng và sửa chữa lớp OGFCA ở các nước mà chưa có

điều kiện sản xuất và rải thử nghiệm thực tế ở Phía Nam.
IV- Kiến nghị
Kiến nghị qui chế kiểm tra định kỳ độ nhám lớp phủ bê tông nhựa lớp tạo nhám
trên các tuyến cao tốc, từ đó có thể đề xuất giải pháp để duy trì hiệu quả làm việc
mặt đường nhám và có qui chế duy tu bảo dưỡng phù hợp đối với vật liệu BTN
lớp tạo nhám.
V- Hướng nghiên cứu tiếp tục của luận án
1) Tiếp tục mở rộng phạm vi nghiên cứu cỡ hạt dmax=12,5mm, loại nhựa sử
dụng, phụ gia; nhằm đánh giá so sánh các chỉ tiêu kỹ thuật của vật liệu
BTN lớp tạo nhám cỡ hạt d=12,5 mm và d=9,5 mm; từ đó có kết luận
chính xác về loại vật liệu này;
2) Kết hợp với các cơ quan sản xuất để sản xuất vật liệu OGFCA và rải thử
nghiệm để có thể kiểm chứng các kết quả và các đề nghị đã nêu ở trên;