NCKH: LỰA CHỌN CÔNG NGHỆ HIỆN ĐẠI TRONG BẢO TRÌ CÔNG TRÌNH ĐƯỜNG BỘ part 6

CHƯƠNG 6.
NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG
CÔNG NGHỆ VỮA NHỰA KIỂU MICRO SURFACING
1. TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU ÁP DỤNG CÔNG NGHỆ VỮA NHỰA KIỂU
MICRO SURFACING TRÊN THẾ GIỚI
1.1. Khái niệm về vữa nhựa kiểu Micro Surfacing
Vữa nhựa kiểu Micro Surfacing (sau đây được goi là vữa nhựa Micro Surfacing
hoặc Micro Surfacing) là hỗn hợp trộn nguội gồm cốt liệu cấp phối chặt, bột khoáng
và nhũ tương nhựa đường polime với tỷ lệ thích hợp được rải trên mặt đường bằng
máy chuyên dụng với chiều dầy quy định.
Sự khác nhau cơ bản giữa vữa nhựa Micro Surfacing và vữa nhựa Slurry Seal là
ở các điểm sau:
-

Vữa nhựa Micro Surfacing bắt buộc phải có nhũ tương nhựa đường polime
phân tách sớm (CQS-1hP), do đấy quá trình phân tách của hỗn hợp vữa chủ
yếu là do các phản hứng hóa học chứ không phải chủ yếu do nước bay hơn
như trong vữa nhựa đường thông thường, vì thế quá trình phân tách của nhũ
tương rất nhanh (dưới 30 phút) và quá trình đông rắn cũng rât nhanh để có thể
thông xe được (dưới 1 giờ sau khi rải), và cũng vì thế mà quá trình phân tách
của hỗn hợp ít phụ thuộc vào điều kiện thời tiết.

-

Vữa nhựa Micro Surfacing rải được nhiều lớp chồng lên nhau; còn với vữa
nhựa thông thường chỉ rải được một lớp, chiều dày bằng kích cỡ lớn nhất và
nhỏ nhất của hạt cốt liệu.

1.2. Tình hình nghiên cứu áp dụng vữa nhựa Micro Surfacing trên thế giới
Việc xử lý bề mặt áo đường trong công tác bảo trì đường ôtô đô đường đô thị
bằng vữa nhựa (Slurry Seal) đã được áp dụng đấu tiên từ những năm 30 của thế kỷ

trước ở Đức, và được gọi là bê tông nhựa hạt siêu mịn thành phần gồm có cốt liệu hạt
rất nhỏ, nhũ tương nhựa đường và nước. Vào cuối những năm 50 thì xuất hiện ở Anh.
Trong những năm 60 của thế kỷ 20 việc sản xuất chế tạo nhũ tương nhựa đường được
190


cải tiến, các thiết bị máy móc chuyên dùng trong việc thủ công được chế tạo hàng loạt,
các loại phụ gia cải thiện tính chất và chất lượng của hỗn hợp vữa nhựa được xuất hiện
nhiều trên thị trường đã làm cho công nghệ xử lý mặt đường bằng vữa nhựa được phát
triển. Đến những năm 70 của thế kỷ 20, công nghệ này xuất hiện ở Pháp, ở Nga và đầu
những năm 80 được áp dụng ở Mỹ. Hỗn hợp vữa nhựa Slurry Seal sau đó được cải
thiện thành hỗn hợp vữa nhựa Micro Surfacing.
Hiện nay nhiều nước trên thế giới đã áp dụng công nghệ xử lý bề mặt áo đường
ôtô, đường thành phố, đường sân bay, bến bãi đỗ xe… bằng vữa nhựa Micro Surfacing
trong công tác bảo trì, sửa chữa và nâng cao chất lượng khai thác (đo bằng độ phẳng,
độ ma sát, chống nước thấm…) do nhiều lợi ích của công nghệ này đem lại về kinh tế,
rút ngắn thời gian thi công và thời gian cấm xe, giảm tiêu hao năng lượng, giảm khí
thải, tiết kiệm vật liệu (xem Hình 6.1 và 6.2).
Tiêu hao
năng lượng

Vật liệu thô

Phát thải

Vữa nhựa polyme

Ảnh hưởng
đến sức
khỏe

Rủi ro tiềm
ẩn

Lớp phủ mỏng bê tông
asphalt rải nóng
Lớp phủ mỏng bê tông
asphalt polyme rải nóng

Hình 6.1- So sánh các chỉ tiêu “hiệu quả sinh thái” của ba loại vật liệu
dùng xử lý bề mặt áo đường (Takamura)
Trên quy mô toàn thế giới, một hiệp hội quốc tế vữa nhựa xử lý mặt đường
(ISSA) đã được thành lập, và từ năm 1977 cứ 5 năm lại tổ chức hội nghị quốc tế để
trao đổi kinh nghiệm, đẩy mạnh việc áp dụng vữa nhựa trong việc xử lý bề mặt áo
đường.
Riêng trong năm 2000, các nước ở châu Phi, Trung Đông, Châu Âu, ven Thái
Bình Dương, Mỹ Latinh, Bắc Mỹ đã sử dụng 1.964.556 tấn vữa nhựa và 2.073.231 tấn
vữa nhựa Micro Surfacing để xử lý mặt đường trong công việc bảo trị. Gần đây còn
191


thêm một số nước ở khu vực Đông Nam Á, sử dụng khối lượng vữa nhựa tăng lên rất
nhiều lần. Nhiều công trình nghiên cứu về lĩnh vực này được tiến hành ở nhiều nước
như ở Mỹ, Pháp, Đức, Anh, Úc… và gần đây năm 2010, NCHRP đã có một báo cáo
tổng hợp 411 về các kết quả nghiên cứu về kinh nghiệm thi công ở hơn 50 bang ở Mỹ,
13 thành phố ở Canada và một số viện nghiên cứu khác, và đề ra hướng nên nghiên
cứu tiếp theo.

Vật liệu thô

Tiêu hao năng lượng
Vữa nhựa polyme

Lớp phủ mỏng bê
tông asphalt rải
nóng

Lớp phủ mỏng bê tông asphalt
polyme rải nóng

Hình 6.2- So sánh mức độ ảnh hưởng xấu đến môi trường ba loại vật liệu
dùng xử lý bề mặt áo đường (Takamura)
Trong số các tài liệu hướng dẫn thiết kế, thi công lớp vữa nhựa Micro Surfacing,
ngoài các thông báo kỹ thuật chính thức (T.B) của ISSA, đã có nhiều chỉ dẫn kỹ thuật
được ban hành, như tiêu chuẩn kỹ thuật của ASTM, D6372-99a, D3910-98) của TTI,
của châu Âu (EN12274-1 đến 12274-8), của Anh (BSEN 12273), của Úc (AusRoads
AGPT04K/09)… Trong các chỉ dẫn kỹ thuật này, các nguyên tắc chủ yếu về mục đích
sử dụng, phạm vi áp dụng, yêu cầu về vật liệu thành phần, phương pháp thiết kế hỗn
hợp vữa nhựa Micro Surfacing, công nghệ thi công, kiểm tra đánh giá chất lượng đều
tương tự như nhau. Riêng các thiết bị thí nghiệm của mỗi nước có khác nhau do có sự
cải tiến, tuy nhiên những chỉ tiêu kỹ thuật chủ yếu yêu cầu cho vữa nhựa Micro
Surfacing thì gần tương tự nhau.
2. PHẠM VI ÁP DỤNG CÔNG NGHỆ VỮA NHỰA MICRO SURFACING

192


Qua kinh nhiệm xử lý bề mặt áo đường cũ bằng vữa nhựa Micro Surfacing ở
nhiều nước, rút ra được kết luận chủ yếu là:
-

Vữa nhựa Micro Surfacing được sử dụng rộng rãi ở các nước trong công tác
bảo trì hệ thống mặt đường như sửa chữa các vị trí bị bong tróc, gợn sóng,
chảy nhựa, bù phụ các vết hằng bánh xe, bù vênh… và khôi phục hoặc nâng
cao độ bằng phẳng, độ ma sát, ngăn nước thấm… để cải thiện chất lượng khai
thác và kéo dài tuổi thọ của áo đường. Trung bình lớp vữa nhựa Micro
Surfacing có thể sử dụng đến 7 năm.

-

Vữa nhựa Micro Surfacing chỉ được sử dụng trên áo đường có đủ cường độ về
mặt kết cấu tương ứng với lưu lượng xe, tải trọng trục xe thiết kế.

-

Vữa nhựa Micro Surfacing không những được dùng cho mặt đường bê tông
nhựa mà còn dùng để rải trên các tấm mặt đường bê tông xi măng để cải thiện
độ ma sát, nâng cao sự êm thuận khi xe chạy qua các khe nối.

Tuy nhiên, tùy mức độ hư hỏng của từng loại hư hỏng của các loại mặt đường và
biện pháp sửa chữa và loại cấp phối cốt liệu sử dụng có khác nhau. Ngoài ra đối với
một số loại hư hỏng, không nên dùng vữa nhựa Micro Surfacing để sửa chữa, mà phải
dùng biện pháp và các loại vật liệu khác để xử lý. Ví dụ, đối với mặt đường bê tông
nhựa, khi mặt đường bị bong tróc ít, tình trạng nứt không nghiêm trọng thì dùng vữa
nhựa Micro Surfacing để xử lý, nhưng nếu tình trạng nứt nghiêm trọng thì dùng biện
pháp sửa chữa khác. Khi vệt hằn bánh xe phát sinh là do xe chạy lâu ngày, bánh xe
đầm nén lớp bê tông nhựa, hoặc Sự
làm
hao mòn đi thì dùng vữa nhựa Micro Surfacing để
hư hỏng

của bề mặt

bù phụ; nếu độ sâu vết hằng bánhasphalt
xe không lớn hơn 12,5 mm thì dùng cấp phôi cốt
liệu loại II và rải 1 lượt; nếu độ sâu lớn hơn 12,5mm thì dùng cấp phối cốt liệu loại III
Giảm độ ma sát

Oxy hóa

Vệt hằn bánh xe

Độ gồ ghề ≥

Chảy nhựa

và rải 1 lượt, hoặc 2 lượt nếu sâumứchơn.
độ vừaNgược lại nếu vết hằng bánh xe phát sinh là do
(nguyên nhân)
phải

kết cấu
đủ cường độ hoặc do
lớp bê trông nhựa bị biến dạng cắt trượt
Sử lýáo đường khôngĐúng
Không đúng
thông

thường dùng biện pháp xử lý bằng vữa nhựa Micro Surfacing được trừ khi cần sửa
thì không
Nứt bề mặt ≥ mức

nghiêm trọng

Do độ chặt
hoặc do
bánh xe

Nứt bề mặt ≥ mức
nghiêm trọng

Do độ ổn định của
hỗn hợp hoặc
không đủ cường độ

chữa tạm thời. Tình trạng mặt đường cũ, điều kiện để rải lớp vữa nhựa Micro
Surfacing trên toàn
rộngđúngđể khôi phục,
độđúngbằng phẳng, độ nhám, cũng
Đúngnâng cao
Không
Đúng chiềuKhông
gồ ghềHình
≥ mức 6.3, Không
yêu cầu tương
tựdụng
như thế Độ
(xem
6.4).áp dụng
Không áp
nghiêm trọng

biện pháp bảo trì
Đúng
Lựa chọn biện
pháp bảo trì phù
hợp

Không áp dụng
biện pháp bảo trì

biện pháp bảo trì

Không đúng
Vữa nhựa
Polime

Không áp dụng
biện pháp bảo trì

Vữa nhựa
Polime

Vệt hằn
≤1/2"

Vệt hằn
>1/2"

Vữa nhựa
Polime
loại II

Vữa nhựa
Polime
loại III

193


Hình 6.3-Các trường hợp không nên dùng vữa nhựa Micro Surfacing để xử lý hư
hỏng mặt đường bê tông nhựa (Helali, 1996; Hicks, 2000; Caltrans 2009)

Sự hư hỏng
của bề mặt
bê tông

Lợi ích chung

Nứt

Bong bật

Giảm ma sát

Vệt hằn bánh xe
(nguyên nhân)

Sử lý
thông
thường

Phạm vi khu
vực giảm ma
sát
Cục bộ

Lựa chọn biện
pháp bảo trì phù
hợp

Bảo trì bằng
thiết bị máy móc

Do bánh xe

Do không đủ
cường độ

Diện rộng
Vữa nhựa
Polime

Vệt hằn
≤1/2"

Vệt hằn
>1/2"

Vữa nhựa
Polime
loại II

Vữa nhựa
Polime
loại III

Không áp dụng
biện pháp bảo trì

Hình 6.4-Các trường hợp nên hay không nên dùng vữa nhựa Micro Surfacing để
xử lý hư hỏng mặt đường bê tông xi măng (Berg, 2009; Anderson, 2007; Bennett,
2007)

194


Vì thế trước khi áp dụng biện pháp xử lý bề mặt áo đường cũ bằng vữa nhựa
Micro Surfacing phải khảo sát tình trạng áo đường cũ, điều tra lưu lượng xe hiện tại và
tương lại, điều kiện khí hậu thời tiết của khu vực trong thời gian sẽ thi công. Việc khảo
sát tình trạng áo đường cũ phải chu tất cho từng đoạn đường có tình trạng khác nhau.
Quan trọng nhất là cường độ của áo đường hiện tại, thời gian khai thác còn lại của áo
đường cho đến khi đại tu hoặc xây dựng lại đường; và tình trạng hư hỏng cụ thể của
mặt đường trên từng đoạn.
3. YÊU CẦU VỀ CỐT LIỆU, CHẤT KẾT DÍNH, PHỤ GIA
3.1. Yêu cầu về thành phần cốt liệu
Vữa nhựa Micro Surfacing là một hỗn hợp các cốt liệu đá cỡ nhỏ, bộ khoáng,
chất phụ gia (nếu cần), nước và nhũ tương nhựa đường polime được trộn kỹ và đều
trong thiết bị chuyên dùng, và rải thành lớp mỏng (12,7mm) trên mặt đường. Sau 1 giờ
là có thể thông xe ngay.
Yêu cầu về chất lượng và các chỉ tiêu kỹ thuật của cac vật liệu thành phần nói
trên khá chặt chẽ, nhất là đối với cốt liệu đá và chất kết dính (nhũ tương nhựa polime):

-

Về cốt liệu đá: hầu hết các chỉ dẫn kỹ thuật (CDKT) đều yêu cầu phải dùng đá
có chất lượng tốt, các viên đá phải được xay nghiền 100%. Ban đầu một số
nước yêu cầu phải dùng đá granit, không dùng đá vôi. Những chỉ dẫn kỹ thuật
của những năm gần đây (2005-2010) cho phép dùng cả đá vôi, nhưng hệ số
hao mòn L.A phải dưới 30%, và độ bền (tác dụng của Natri Sunfat phải dưới
15%, hoặc của Magiesium Sunfat phải dưới 25%). Cốt liệu phải sạch, không
quy định tiêu chuẩn lượng bụi sét, nhưng yêu cầu hệ số tương đương cát phải
lớn hơn 65. Ngoài ra còn khuyến nghị nên dùng các hạt đá được xay nghiền có
mặt vỡ còn tươi mới, càng nhám càng tốt.

-

Về cấp phôi cốt liệu: ở hầu hết các chỉ dẫn kỹ thuât đều đề nghị dùng cấp phối
cốt liệu loại II và loại III cho vữa nhựa Micro Surfacing (xem Bảng 6.1). Cấp
phối loại II và III đều có cỡ hạt lớn nhất là 9,5mm; loại II có ít thành phần hạt
từ 4,75mm đến 9,5mm hơn, nhiều nhất chỉ được 10%; còn loại III có thành
phần hạt từ 4,75mm đến 9,5mm nhiều hơn, có thể đến 30%. Thành phần hạt

195


mịn lọt qua sàng No.200 (0,075mm) đều thống nhất trong các chỉ dẫn kỹ thuật
là từ 5% đến 15%, và khuyến nghị là nên chọn trị số ở giữa (10%) vì đây là
một thành phần quan trọng ảnh hưởng rất lớn đến sự kết dính của vữa nhựa
Micro Surfacing và do đó ảnh hưởng lớn đến chất lượng.
Bảng 6.1- Cấp phối cốt liệu hạt dùng cho vữa nhựa Micro Surfacing
được sử dụng rộng rãi hiện nay (ISSA 2010b)
Lượng lọt sàng, %

Kích cỡ sàng
vuông (mm)

Loại II

Loại III

9,5
4,75
2,36
1,18
0,600
0,300
0,150
0,075

100
90 - 100
65 - 90
45 - 70
30 - 50
18 - 30
10 - 21
5 - 15

100
70 - 90
45 - 70
28 - 50

19 - 34
12 - 25
7 - 18
5 - 15

Dung sai (%)

±5
±5
±5
±5
±4
±3
±2

Cấp phối cốt liệu hạt của Anh (RSTA-UK) (xem Bảng 6.2), có một loại giống hệt
ở Bảng 6.1 còn một loại có thể dùng cho cả vữa nhựa Micro Surfacing và vữa nhựa
thông thường.
Bảng 6.2- Cấp phối cốt liệu hạt dùng cho vữa nhựa Micro Surfacing
của Anh (RSTA-UK)
Kích cỡ mắt sàng
vuông, mm

Lượng lọt sàng %
Loại dùng cho cả vữa nhựa Micro
Surfacing và vữa nhựa thông thường

Loại dùng cho vữa nhựa
Micro Surfacing

5

100

70-90

2,36

75-100

45-70

1,18

55-90

28-50

0,600

35-70

19-34

0,300

20-45

12-25

0,075

5-15

5-15

196


Trong một số chỉ dẫn kỹ thuật của các nước, thành phần các cỡ hạt lọt qua sàng
330mm và 150mmm có khác nhau một ít, không đáng kể. Theo chỉ dẫn kỹ thuật của
Ontario - Canada 2008, ngoài loại II và loại III đề nghị nên có thêm cấp phối loại III
cải thiện, giảm bớt thành phần hạt lớn bằng cách đưa thêm cỡ sàng 6,7mm vào nữa, và
lượng nằm trên sàng 6,7 mm nhiều nhất là 5%, lượng nằm trên sàng 4,75mm nhiều
nhất là 20% (Bảng 6.3).
Bảng 6.3- Cấp phối cốt liệu hạt dùng cho vữa nhựa Micro Surfacing
(Ontarrio-Canada-2008)
Kích cỡ mắt

Lượng lọt sàng %

sàng vuông,

Cấp phối loại II

Cấp phối loại III cải thiện

Cấp phối loại III

mm

9,5
6,7
4,75
2,36
1,18
0,600
0,300
0,150
0,075

100
90-100
65-90
45-70
30-50
18-30
10-21
5-15

100
95-100
80-95
50-75
33-55
25-40
15-30
7-20
5-15

100

70-90
45-70
28-50
19-34
12-25
7-18
5-15

Trong Bảng 6.3, cấp phối cốt liệu loại II dùng để sửa chữa các vị trí bong bật, bù
phụ các vị trí hư hỏng không sâu, và làm lớp nâng cao độ bằng phẳng, độ nhám trên
mặt đường có lưu lượng giao thông vừa phải, đường thành phố, đường ở các khu dân
cư, bãi đỗ xe. Chiều dày của lớp vữa nhựa Micro Surfacing của cấp phối loại II không
quá 12,7mm, có thể rải chiều dày chỉ 6mm đến 7mm (rải 1 lượt hay nhiều lượt liền
nhau tùy độ sâu vết hằn từ 8,5mm đến 38mm). Cấp phối cốt liệu loại III dùng để bù
phụ các vết hằn bánh xe, làm lớp bù vênh và làm lớp có độ nhám rất cao chống trơn
trượt trên mặt đường có lưu lượng xe lớn, nhiều xe nặng, và nâng cao độ bằng phẳng.
3.2. Yêu cầu về chất kết dính
Ở tất cả các chỉ dẫn kỹ thuật của các nước đều dùng nhũ tương nhựa polime gốc
axít. Trong đó hàm lượng polime đặc tối thiểu bằng 3% khối lượng nhựa đường. Một

197


số ít chỉ dẫn kỹ thuật cho phép bằng 2,5% (Caltrans). Loại polime thường dùng là loại
nhựa cao su thiên nhiên (natural latex), hoặc loại styrene butadiene styrene latex..
Trong Chỉ dẫn kỹ thuật của một số nước, một số Bang, dùng loại CSS-1hP, hoặc
CQS.1P, hiện nay đa số chỉ dẫn kỹ thuật khuyến nghị dùng CQS-1hP (còn viết tắt
khác: PMCQS-1h; LMCQS-1h):
-

CSS-1hP - nhũ tương nhựa đường polime gốc axít phân tách chậm, độ quánh
thấp, nhựa đặc gốc có độ kìm lún nhỏ.

-

CPS-1hP - nhũ tương nhựa đường polime gốc axít phân tách nhanh, độ quánh
thấp, nhựa đặc gốc có độ kìm lún nhỏ.

-

CQS-1hP - nhũ tương nhựa đường polime gốc axít phân tách sớm, độ quánh
thấp, nhựa đặc gốc có độ kim lún nhỏ (40-90)

Các chỉ dẫn kỹ thuật của nhũ tương nhựa đường polime gốc axít phải đạt được
yêu cầu quy định tại Bảng 6.4.
Bảng 6.4-Các chỉ tiêu kỹ thuật quy định cho nhũ tương nhựa đường
polime phân tách sớm gốc axít (CQS-1hP)
Các chỉ tiêu

Mức quy định

1. Độ nhớt Saybolt Furol ở 25o C

20 đến 90

2. Điện tích

dương

3. Thử nghiệm sàng, %, không lớn hơn

0,1

4. Thử nghiệm sau khi chưng cất:
- Hàm lượng dầu, theo thể tích, %, không lớn hơn

0,5

- Hàm lượng nhựa đường gốc, %, không nhỏ hơn

62

- Độ kìm lún (25oC, 100g, 5s), 0,1mm

40 đến 90

- Điểm hóa mềm, oC, không nhỏ hơn

57

- Độ đàn hồi,%, không nhỏ hơn

50

- Hàm lượng polime, %, không nhỏ hơn

3

Có một số chỉ dẫn kỹ thuật yêu cầu hàm lượng nhựa đường gốc tối thiểu bằng
65%, độ đàn hồi bằng 60%. Đối với nhũ tương CQS.1hP, một số chỉ tiêu kỹ thuật yêu

cầu cho các loại nhũ tương polime khác đã được giảm đi (như yêu cầu thử nghiệm trên
xi măng…). Với loại nhũ tương nhựa đường polime gốc axít đạt những yêu cầu kỹ
198


thuật ở Bảng 6.4 sẽ đảm bảo hỗn hợp vữa nhựa Micro Surfacing phân tách nhanh (nhỏ
hơn 30 phút) và đông rắn nhanh đề thông xe (sau khỉ rải nhiều nhất là 1 giờ); hỗn hợp
chịu được nhiệt độ cao cũng như nhiệt độ thấp; đảm bảo sự dính báo giữa cốt liệu và
nhựa, sự kết dính giữa các thành phần trong hỗn hợp lâu bền dưới tác dụng của tải
trọng xe và thời tiết.
3.3. Yêu cầu về bột khoáng
Bột khoáng ngoài vai trò là một phần của thành phần hạt mịn trong cấp phối cốt
liệu, còn đóng một vai trò quan trọng trong việc cải thiện tính dễ thi công trong lúc
trộn hỗn hợp, kéo dài được thời gian trộn, rải hỗn hợp dễ dàng hơn. Phản ứng hóa học
giữa các ion hydroxyl của bộ khoáng với các ion của chất nhũ hóa làm đẩy nhanh quá
trình phân tách nhũ tương và quá trình đông rắn của hỗn hợp vữa nhựa. Ngoài ra bột
khoáng là loại hạt rất mịn, có khả năng hấp thụ nhanh nước trong nhũ tương nhựa
đường, góp phần đẩy nhanh quá trình phân tách.
Ở các chỉ dẫn kỹ thuật của các nước đều thông nhất nên dùng các loại bột khoáng
có hoạt tính hóa học như xi măng, bột vôi thủy, nhưng cũng có thể dùng loại ít hoặc
không có hoạt tính hoa học như bột đá vôi, tro bay…..Lượng bột khoáng thường dùng
là từ 0,5% đến 3% khối lượng cốt liệu khô. Các chỉ tiêu kỹ thuật yêu cầu của bột
khoáng cũng quy định như trong TCVN đối với bê tông nhựa nóng.
3.4. Yêu cầu về chất phụ gia
Khi cần thiết phải điều chỉnh thời gian trộn, thời gian phân tách và đông rắn (vì
thời tiết thay đổi đột ngột trong ngày, hoặc trong các ngày thi công) hoặc để tăng độ
dính bám của nhựa đường với cốt liệu, tăng dính bám của lớp vữa nhựa với bề mặt áo
đường, có thể dùng chất phụ gia thích hợp để xử lý.
Phụ gia thường dùng ở các nước, để làm chậm thời gian phân tách, là aluminium
sunfat, aluminium chloride, borax. Để đẩy nhanh quá trình phân tách và đông rắn

thường dùng xi măng. Các amine, phụ gia chống bong tróc dùng để tăng độ dính bám
của nhựa với hạt cốt liệu.
Lượng phụ gia sử dụng chỉ từ vài phần nghìn đến vài phần trăm khối lượng cốt
liệu khô, nhưng đem lại hiệu quả lớn cho các mục đích nói trên.

199


Thông thường các phụ gia này được đưa vào khi sản xuất nhũ tương, nhưng cũng
có thể đưa vào một thành phần nào đó của hỗn hợp khi đưa vào máy trộn hỗn hợp vữa
nhựa ở hiện trường thi công để điều chỉnh kịp thời. Lẽ dĩ nhiên loại và lượng phụ gia
phải được Tư vấn thiết kế hỗn hợp và tư vấn giám sát chấp thuận và được kiểm soát
chặt chẽ.
4. CÁC PHƯƠNG PHÁP THIẾT KẾ HỖN HỢP VỮA NHỰA MICRO
SURFACING, CÁC THIẾT BỊ THỬ NGHIỆM VÀ CÁC CHỈ TIÊU KỸ THUẬT
4.1. Các phương pháp thiết kế
Theo thời gian, các phương pháp thiết kế hỗn hợp vữa nhựa Micro Surfacing có
thay đổi ít nhiều, tuy nhiên những vấn đề cơ bản phải tuân theo thì không khác mấy.
Điểm qua những phương pháp thiết kế hỗn hợp vữa nhựa Micro Surfacing của:
ISSA A143, ASTM D6372.99a, TTI 1289 (Texas Transportation Institue Method),
AusRoads AGPT04K/09 Method, Benedict “Proposed Performance” Design Method
(1985), Emperial method (based on pastexperience) thì thấy rằng quá trinh thiết kế đều
phải qua các bước chủ yếu sau:
1- Khảo sát đánh giá cá đặc trưng của đoạn đường sẽ áp dụng công nghệ vữa nhựa
Micro Surfacing để xử lý.
2- Chọn loại các loại vật liệu thành phần của hỗn hợp: nhũ tương nhựa, cốt liệu đá,
bột khoáng, chất phụ gia và nước.
3- Xây dựng công thức phối hợp của hỗn hợp.
4- Tiến hành các thử nghiệm để xác định các giá trị của các chỉ tiêu kỹ thuật và đối
chiếu với yêu cầu đã quy định.

5- Xác định mức chuẩn để áp dụng.
6- Soạn thảo các tài liệu hồ sơ để thi công, dựa trên kết quả của các bước từ bước
1 đến bước 5.
Công việc thiết kế vữa nhựa Micro Surfacing phụ thuộc rất nhiều vào kỹ năng và
kinh nghiệm của các người thiết kế, đặc biệt là sự hiểu biết sâu về tác dụng giữa nhũ
tương nhựa đường polime với cốt liệu hạt, và đòi hỏi phòng thì nghiệm phải có đầy đủ

200


các thiết bị thí nghiệm cũng như các thí nghiệm viên có nhiều kinh nghiệm trong lĩnh
vực này.
Người thiết kế phải tự trả lời được các câu hỏi chủ yếu trong khi xây dựng công
thức chế tạo hỗn hợp vữa nhựa Micro Surfacing và khi tiến hành các thử nghiệm:
- Liệu phối hợp các thành phần như thế có bảo đảm được việc trộn dễ dàng hỗn
hợp trong thiết bị, thời gian trộn cho phép không quá ngắn?
- Liệu thời gian bắt đầu phân tách có quá chậm không, và khi phân tách thì
màng nhựa bọc các hạt cốt liệu có đều khắp và dính bám tốt không ?
- Liệu mức độ kết dính của hỗn hợp khi hỗn hợp đông rắng trong vòng 1h sau
khi rải có đủ để chịu tác dụng của tải trọng bánh xe khi cho thông xe không ?
- Liệu những điều kiện khi thiết kế hỗn hợp đã phù hợp với điều kiện thời tiết
thực tế trong thời gian thi công ở hiện trường (như độ ẩm, nhiệt độ, gió
mưa..) ?
- Liệu hỗn hợp vữa nhựa có thể có đủ chất lượng cần thiết để chịu đựng tác dụng
lâu dài (7-8 năm) của xe cộ và thời tiết khí hậu không ?
Đây là những câu hỏi liên quan chặt chẽ đến các yêu cầu kỹ thuật chủ yếu của
vữa nhựa Micro Surfacing.
Một sơ đồ tóm tắt trình tự thiết kế hỗn hợp vữa nhựa Micro Surfacing được giới
thiệu ở Hình 6.5 đã được nhiều Chỉ dẫn kỹ thuật thực hiện.

201


Thiết kế vữa nhựa Micro Surfacing

 Chọn cấp phổi cốt liệu:
Loại II; Loại III (phù hợp Bảng 2) Chất lượng cốt liệu khoáng (phù hợp
bảng 1)



Chọn loại, lượng bột khoáng:
Bột vôi thủy, xi măng, bột đá vôi, tro bay… Hàm lượng từ 0,5% đến
3% khối lượng cốt liệu khô

 Chọn nhũ tương nhựa đường polime:
CQS.1hP (phù hợp Bảng 4): Hàm lượng nhựa đường gốc trong nhũ
tương từ 5,5% đến 10,5% khối lượng cốt liệu khô

Trộn hỗn hợp vữa nhựa Micro Surfacing

Điều
chỉnh
thiết kế

Thử nghiệm xác định các chỉ tiêu:
1. Độ kết dính: Vẽ đồ thị mômen xoắn theo thời gian để xác định thời
gian phân tích và thời gian đông rắn có thể thông xe của hỗn hợp vữa
nhựa polime (theo bảng 5)
2. Độ bào mòn của mẫu ngâm nước: Xác định hàm lượng tối thiểu của

nhũ tương nhựa đường polime trong hỗn hợp và khả năng chống bong
tróc của màng nhựa bọc các viên đá (theo bảng 5)
3. Độ dịch chuyển dước tác dụng tải trọng bánh xe: xác định độ nén và

Nếu có 1 chỉ
tiêu không đạt

dịch chuyển ngang của các lớp hỗn hợp vữa nhựa (theo bảng 5)
4. Xếp cấp hạng hỗn hợp vữa nhựa Micro Surfacing: Căn cứ vào lượng
hao mòn, độ dính bám và mức độ toàn vẹn ở nhiệt độ cao của mẫu vữa
nhựa polime (theo Bảng 5).

Đạt

Chọn hỗn hợp đã thiết kế

Hình -6. 5- Sơ đồ tiến trình thiết kế hỗn hợp vữa nhựa Micro Surfacing

202


Các chỉ tiêu trong sơ đồ Hình 6.5 phải đạt mức quy định tại Bảng 6.5.
Bảng 6.5-Các chỉ tiêu kỹ thuật chủ yếu đối với hỗn hợp vữa nhựa Micro
Surfacing khi thiết kế hỗn hợp trong phòng thí nghiệm
Chỉ tiêu kỹ thuật
Tối ưu hóa và xác
định thời gian trộn
thích hợp – Thiết bị
(Cohession):
của Đức

1. Độ kết dính

Mức

Phương pháp

quy định

thử
ISSA.TB 39

-

Tại thời điểm 30 min, kg-cm, không nhỏ hơnĐiều

chỉnh hàm
12 lượng
nhũ tương, nước, bột
gia
hơnkhoáng và phụ20

-

Tại thời điểm 60 min, kg-cm, không nhỏ

Kiểm tra
độ dễnước (Wet Track
2. Độ mài mòn của mẫu
ngâm

Không đạt

Abrasion):

thi công – chỉ
số rải theo các
điều kiện khác
không
nhau lớn hơn
Đạt

-

Trong 1 h, g/cm2,

-

Trong 1 ngày, g/cm2, không lớn hơn

ISSA.TB 100
538
807

Tối ưu hóa và xác định thời gian
3. Độ dịch chuyển
trong thử nghiệm tác dụng tải
phân tích và thời gian đông rắn thông

Thay đổi các thành
phần phối trộn

ISSA.TB 147

và mức đông rắn sau 24h rải
trọng bánh xexe được
(Displacement
in Loaded Wheel

Test-LWT):
Xác định hàm lượng nhựa đường tối

-

Độ dịch chuyển
%,Pháp
không
lớn hơn
thiểu – ngang,
Thiết bị của
(WTAT)

-

Độ dịch chuyển đứng, %, không lớn hơn

Không có

5

giải pháp

10

Xác định
lượng
nhựaMicro
đường tối
4. Xếp hạng hỗn
hợphàm
vữa
nhựa
Surfacing

ISSA.TB 144

đa – Thiết bị LWT (của ISSA)

(Classification):
-

Rất tốt, cấp

AAA

-

Tốt, cấp

BAA
Không đạt

-

Xác định các chỉ
tiêu chất lượng lâu
Trung bình, cấp dài. Tính chịu nước,
kháng nứt. Thiết bị
Caltrans kiến nghị trình
tư thiết
của Pháp

BBB
kế hỗn hợp vữa nhựa có chi tiết hơn và dùng các

thiết bị của từng nước khác nhau
Đạtcho mỗi thí nghiệm (xem Hình 6.6).

Kiểm tra mức chịu
đựng biến dạng của
vữa bù các vệt hằn
bánh xe. Thiết bị APA
(Mỹ)

Không đạt

Đạt

Kiểm tra lại thời
gian trộn, thời gian
phân tích và đông

rắn
Đạt
Chấp nhận thiết kế hỗn hợp

Không đạt

203


Hình 6.6-Sơ đồ tiến trình thiết kế hỗn hợp vữa nhựa Micro Surfacing (Caltrals)
Trong một số chỉ dẫn kỹ thuật, ngoài các chỉ tiêu nói trên có đưa thêm một vài
chỉ tiêu kỹ thuật yêu cầu đối với hỗn hợp vữa nhựa Micro Surfacing,:
-

Chỉ dẫn kỹ thuật của Ontario - 2008, đưa thêm chỉ tiêu “thời gian trộn ở 25 o C (mix
time at 25oC) không dưới 120 s; lượng nhựa đường vượt trội trong thí nghiệm tác

204


dụng tải trọng bánh xe - nhựa thừa dính bắm vào cát (excess asphalt by LWT and
adhesion) tối đa 538g/m2, và thay chỉ tiêu dịch chuyển đứng bằng chỉ tiêu “tỷ trọng
riêng” sau 1000 chu kỳ tác dụng của tải trọng 57kg (specific gravity after 1000
cycles or 57kg) tối đa là 2,10 (theo ISSA. A143 -2010).
-

Chỉ dẫn kỹ thuật California (Caltrans - 2004) cũng yêu cầu chỉ tiêu “lượng nhựa
đường vượt trội” như của Ontario và quy định tối đa là 50 g/m2 (theo phương pháp
ISSA TB109).

-

Chỉ dẫn kỹ thuật của TTI (Texas Transportation Institue) có đưa thêm một chỉ tiêu
“Cup Flow Test” để chọn hàm lượng nước tối ưu khi dùng tổ hợp nhựa đường và xi
măng trong hỗn hợp.

-

Benedict, trong báo cáo (1985) đề nghị các chỉ số cơ bản mới để thiết kế hỗn hợp
vữa nhựa Micro Surfacing:
+ Chỉ số SEN (System Evaluation Number) để đánh giá sự hao mòn của mẫu hỗn
hợp vữa nhựa Micro Surfacing ngậm nước trong 6 ngày. Trước đó chỉ có chỉ
tiêu này đới với mẫu ngâm nước trong 1 ngày.
+ Chỉ số LWN (Loaded Wheel Number), thể hiện số chu kỳ trong thử nghiệm
LWT để mẫu vữa nhựa Micro Surfacing không bị nén chặt nữa, hoặc là thể hiện
số phaafna trăm nén chặt tại một số chu kỳ đã quy định
+ Chỉ số độ nhám vĩ mô MTN (Macro Texture Number) của vữa nhựa Micro
Surfacing. Benedict cũng thử tìm quan hệ giữa chỉ số LWN với độ ổn định
Marshall.
Trong phương pháp thiết kế hỗn hợp vữa nhựa Micro Surfacing của châu Âu cho

đến năm 2010, nhìn chung không khác mấy với phương pháp của ISSA, trong đó xác
định độ quánh theo EN12274-3 tương tự của ISSA.TB136; xác định độ kết dính theo
EN12274-4 tương tự của ISSA.TB139; xác định độ hao mòn theo EN12274-5 tương tự
của ISSA.TB100; xác định độ hao mòn trong nước theo EN12274-7 tương tự của
ISSA.TB144. (ở Anh vào tháng 1/2011 đã có một tiêu chuẩn mới về hỗn hợp vữa nhựa
là BSEN12273).

205

4.2. Các phương pháp và thiết bị thử nghiệm các chỉ tiêu kỹ thuật của vữa nhựa
Micro Surfacing
Để thiết kế hỗn hợp vữa nhựa Micro Surfacing, phải xác định các chỉ tiêu kỹ
thuật mà hiện nay ở các phòng thí nghiệm giao thông của ta chưa có thiết bị chuẩn. Ở
các nước trên thế giới, các thiết bị cũng được cải tiến theo thời gian và cũng khác nhau
ít nhiều, vì thế các giá trị của chỉ tiêu quy định cho vữa nhựa cũng có khác nhau ở một
vài thử nghiệm. Xu hướng hiện nay, các nước dùng các thiết bị thử nghiệm tự động.
Dưới đây giới thiệu một số thiết bị thử nghiệm các chỉ tiêu chủ yếu của vữa nhựa
Micro Surfacing đang dùng ở các nước:
4.2.1. Thử nghiệm “Độ kết dính” (cohesion tester)
Mục đích của phương pháp thử nghiệm này là để xác định các thời gian phân
tách khác nhau của hỗn hợp vữa nhựa Micro Surfacing và những đồ thị quan hệ giữa
thời gian và mômen xoắn khi thử nghiệm để phân loại các hỗn hợp vữa nhựa Micro
Surfacing thuộc loại nhanh hay chậm, có phù hợp với yêu cầu thiết kế không (xem
Hình 6.7a, Hình 6.7 b với Hình 6.8). (Thiết bị thử nghiệm độ kết dính giới thiệu tại
Hình 6.7a, 6.7b được đề nghị áp dụng trong Dự thảo thiết kế, thi công và nghiệm thu
lớp vữa nhựa Micro Surfacing).
Trong thử nghiệm này mômen xoắn (kg-cm) đo được biểu thị cho sự kết dính và
sự phát triển cường độ của lực kết dính của vữa nhựa Micro Surfacing. Trị số mômen
xoắn phát triển theo thời gian như thế nào đối với tác dụng của tải trọng bánh xe ô tô .
Hai trị số mômen xoắn đặc trưng được xác định bằng thử nghiệm này, tương ứng với
hai thời điểm đặc trưng gọi là “thời điểm phân tách xong” (set time) và “thời điểm bắt
đầu thông xe” (early rolling traffic time) là “độ kết dính” tối thiểu yêu cầu lần lượt ở
30 phút và 60 phút sau khi rải vữa nhựa Micro Surfacing.

206


Tay cầm dẫn hướng thẳng

0 đến 30psi Đo
áp lực
Van điều khiển

Đầu thanh nén khí
xylanh tác động kép

Đầu nút cao su tự
động

Mẫu

Hình 6.7 a-Thiết bị thí nghiệm độ kết dính (chiếu đứng)

Hình 6.7 b-Thiết bị thí nghiệm độ kết dính (chiếu cạnh)

207


Hình 6.8-Thiết bị thí nghiệm độ kết dính tự động
4.2.2. Thử nghiệm xác định độ bào mòn của mẫu ngậm nước (Wet Track Abrasion
Test)
Thiết bị này dùng để xác định hàm lượng nhựa đường tối thiểu trong hỗn hợp
vữa nhựa Micro Surfacing và sức kháng chống bong tróc nhựa bọc cốt liệu, trong điều
kiện chịu tác dụng lâu dài của nước.
Các Hình 6.9; 6.10; 6.11; 6.12 giới thiệu thiết bị xác định độ bào mòn của mẫu
vữa nhựa Micro Surfacing ngậm nước và các phụ kiện chính (được chọn lựa để vừa
vào Dự thảo thiết kế, thi công và nghiệm thu lớp vữa nhựa Micro Surfacing).

Hình 6.9-Thiết bị xác định độ bào mòn của mẫu ngâm nước (mẫu vữa nhựa
Micro Surfacing đã đặt vào thiết bị để thí nghiệm)

208


Hình 6.10-Đầu bào mòn của thiết bị

Hình 6.11-Khay trộn bằng kim loại để giữ mẫu vữa nhựa Micro Surfacing

Hình 6.12-Đổ vữa nhựa vào tấm thép có khuôn tròn rỗng
để đúc mẫu vữa nhựa Micro Surfacing

209


Hình 6.13-Thiết bị thí nghiệm độ bào mòn mẫu vữa nhựa Micro Surfacing
ngâm nước của Pháp (French W.T.A Test)
4.2.3. Thử nghiệm độ dịch chuyển trong thử nghiệm tác dụng tải trọng bánh xe
(Displacement in Loaded Wheel Test)
Thử nghiệm này dùng để xác định mức độ bị nén chặt và các đặc trưng dịch
chuyển của nhiều lớp vữa nhựa Micro Surfacing rải trên mặt đường dưới tác dụng của
tải trọng bánh xe ô tô, (nhất là trường hợp cần rải 2 hay nhiều lớp vữa nhựa Micro
Surfacing lên nhau).
Hình 6.14 giới thiệu thiết bị Tải trọng bánh xe (dùng trong Dự thảo thiết kế, thi
công và nghiệm thu lớp vữa nhựa Micro Surfacing).

Hình 6.14-Thiết bị tác dụng tải trọng bánh xe (Loaded Wheel Tester)
210

4.2.4. Thử nghiệm xếp cấp hạng hỗn hợp vữa nhựa Micro Surfacing (Classification
Test)
Thử nghiệm này dùng để xác định độ tương thích tương đối giữa cốt liệu hạt mịn
của một cấp phối cốt liệu đã được xác định trước với lượng nhựa gốc có trong nhũ
tương nhựa đường polime.
Kết quả của thử nghiệm sẽ cung cấp một hệ thống xếp hạng chât liệu theo cấp A,
B, C, D, O hoặc theo giá trị điểm số 4, 3, 2, 1, 0 tùy theo lượng bị bào mòn, độ dính
bám giữa nhựa và cốt liệu, và độ kết dính khi ở nhiệt độ cao của một hỗn hợp cốt liệu
– nhựa đường đã được xác định; (để so sánh với các giá trị thí nghiệm của hỗn hợp
làm quy chuẩn) xem Bảng 6.6.
Thiết bị thử nghiệm chủ yếu là máy bào mòn các mẫu vữa nhựa Micro Surfacing
đặc trưng các xylanh làm quay hai đầu ống xy lanh quanh 1 trục trung tâm 20
vòng/phút và các dụng cụ thiết bị phụ, trong đó có rổ đựng mẫu nhúng vào nước đang
sôi mạnh.
Hình 6.15 giới thiệu thiết bị bào mòn và các phụ kiện trong thử nghiệm xếp cấp
hạng hỗn hợp vữa nhựa Micro Surfacing.

Hình 6.15-Máy bào mòn và các phụ kiện

211


Chú thích:
a) Máy bào mòn

b) cặp ống xi lanh kiểu con thoi

c) Khuôn đúc mẫu gồm cối và chầy

d) Máy ép đúc mẫu

e) Các cặp xi lanh quay qua lại quanh một truc trung tâm của máy bào mòn
Bảng 6.6- Bảng xếp hạng sự tương thích của cốt liệu mịn với nhũ tương
nhựa đường trong hỗn hợp vữa nhựa Micro Surfacing
Xếp hạng của từng chỉ tiêu thử
nghiệm

Lượng bị bào
mòn, g

Độ dính bám
sau 30 phút
trong nước sôi

Độ toàn vẹn
sau 30 phút
trong nước sôi

Theo cấp

Theo điểm

A

4

0-0,7

90-100

90-100

B

3

0,7-1,0

75-90

75-100

C

2

1,0-1,3

50-75

50-75

D

1

1,3-2,0

10-50

10-50

O

0

>2

0

0

4.3. Cách chuẩn bị mẫu vữa nhựa Micro Surfacing và cách thử nghiệm để xác
định từng tiêu chuẩn trên các thiết bị thử nghiệm
Chi tiết nêu tại 6.4.2 được mô tả chi tiết trong các phụ lục B, C, D, E của Dự thảo
Tiêu chuẩn thiết kế, thi công và nghiệm thu lớp vữa nhựa Micro Surfacing kèm theo.
5. CÔNG NGHỆ THI CÔNG LỚP VỮA NHỰA MICRO SURFACING
Hỗn hợp vữa nhựa Micro Surfacing có thể dùng để rải một lớp trên cả chiều rộng
mặt đường, rải bù vênh, rải bù phụ các vết hằn bánh xe trên một dải dài và hẹp, vì thế
thiết bị, loại cấp phối cốt liệu được sử dụng và cách thi công cũng khác nhau.
5.1 Các thiết bị chủ yếu
Ở các nước, các thiết bị chủ yếu trong thi công lớp vữa nhựa Micro Surfacing,
tùy hình thưc bên ngoài có khác nhau, và cách điều khiển bằng điện tử có khác nhau ít
nhiều và được cải tiến theo thời gian nhưng nhìn chung các nguyên tắc cơ bản không
khác nhau:

212

-

Phải đảm bảo trộn hỗn hợp và rải vữa nhựa Micro Surfacing lên mặt đường liên tục
và đều trong một thời gian rất ngắn, để có thể thông xe sau không quá 1 giờ.

-

Thiết bị rải có loại phù hợp để rải toàn bộ chiều rộng làn xe, có loại phù hợp để rải
toàn bộ chiều rộng làn xe, có loại phù hợp để rải trên dải dài nhưng hẹp (vết hằn
bánh xe).
Để rải hỗn hợp trên cả chiều rộng từng làn xe của mặt đường, cần dùng loại máy

tự hành, có bộ phận trộn liên tục, bảo đảm việc đưa liên tục và chính xác lượng cốt
liệu, nhũ tương nhựa đường polimem bộ khoáng, chất phụ gia (nếu cần) và nước vào
thùng trộn và có thể tháo hỗn hợp đã trộn ra liên tục vào thiết bị rải. Thiết bị rải vữa
nhựa Micro Surfacing này gắn liền vào phía sau máy trộn hỗn hợp tự hành. Ở thiết bị
rải có một tấm san gạt bằng cao su (hoặc bằng kim loại) để điều chỉnh, kiểm soát chiều
dày lớp rải. Để cung cấp liên tục nhũ tương nhựa đường polime, nước, có xe chở các
vật liệu này liên tục trực ở trước máy trộn tự động (xem Hình 6.16, 6.17, 6.1.18).
Ngoài ra còn có đội xe ô tô tự đổ chuyên trở cốt liệu khoáng cung cấp vào phễu của
máy trộn tự hành.

Hình 6.16-Máy trộn và rải liên tục hỗn hợp vữa nhựa Micro Surfacing

213


Hình 6.17-Sơ đồ hoạt động hệ thống trộn trong máy trộn và rải vữa nhựa Micro
Surfacing

Hình 6.18-Máy trộn và rải vữa nhựa Micro Surfacing liên tục (RSTA-UK)

214