Nghiên cứu sử dụng phụ gia tăng khả năng dính bám đá-nhựa cải thiện chất lượng bê tông nhựa ở Việt Nam

iii

MỤC LỤC
MỞ ĐẦU .....................................................................................................................1
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ DÍNH BÁM ĐÁ-NHỰA, SUY GIẢM DÍNH
BÁM ĐÁ-NHỰA, CÁC GIẢI PHÁP CẢI THIỆN DÍNH BÁM ĐÁ- NHỰA VÀ
VAI TRÒ CỦA PHỤ GIA TĂNG DÍNH BÁM .........................................................7
1.1. Dính bám đá – nhựa ..........................................................................................7
1.2. Suy giảm dính bám đá-nhựa - Bong tách..........................................................8
1.2.1.
Nguyên nhân gây suy giảm liên kết đá-nhựa - Bong tách ......................8
1.2.2.
Nhận dạng hư hỏng mặt đường BTN do bong tách ................................9
1.2.3. Cơ chế hình thành và phát triển bong tách (mechanisms of stripping)......13
1.3. Các nhân tố ảnh hưởng đến khả năng dính bám đá-nhựa ...............................15
1.3.1.
Ảnh hưởng của nhựa đường .................................................................15
1.3.2.
1.3.3.

Ảnh hưởng của cốt liệu .........................................................................17
Ảnh hưởng của thiết kế hỗn hợp BTN ...................................................21

1.3.4.

Ảnh hưởng của thời tiết khi thi công lớp BTN ......................................22

1.3.5.
Ảnh hưởng của khí hậu môi trường ......................................................22
1.3.6.
Ảnh hưởng của lưu lượng xe.................................................................22

1.4. Các giải pháp cải thiện dính bám đá-nhựa, giảm thiểu bong tách ..................22
1.5. Tính năng của một số loại phụ gia tăng dính bám đá – nhựa .........................23
1.5.1.
Phụ gia vô cơ (dạng rắn) ......................................................................24
1.5.2.
Phụ gia hóa học ....................................................................................26
1.5.3.
Phụ gia nano organosilane [23] ...........................................................26
1.6. Cơ chế hoạt động của các loại phụ gia tăng dính bám đá – nhựa ...................27
1.6.1.
Cơ chế hoạt động của vôi hydrat [39], [52] ........................................28
1.6.2.
Cơ chế hoạt động của Wetfix Be [22]...................................................29
1.6.3.
Cơ chế hoạt động của Toughfix [56] ....................................................30
1.6.4.
Cơ chế hoạt động của Toughfix Hyper [57] .........................................31
1.6.5.
Cơ chế hoạt động của Zycotherm (Z.T.) [33] .......................................32
1.6.6.
Phân tích đặc thù của loại phụ gia Toughfix Hyper có khả năng cải thiện
dính bám đối với cả đá vôi và đá granite .............................................................33
1.7. Các phương pháp thí nghiệm kiểm tra đánh giá khả năng dính bám đá-nhựa
[28], [47], [58]. ..........................................................................................................34
1.8. Tình Hình nghiên cứu sử dụng phụ gia tăng dính bám trên thế giới ..............35
1.8.1.
Hoa Kỳ ..................................................................................................35


iv

1.8.2.
1.8.3.

Châu Âu ................................................................................................37
Châu Á ..................................................................................................39

1.9. Tình hình nghiên cứu sử dụng phụ gia tăng dính bám tại Việt Nam ..............40
1.9.1. Đánh giá một số công trình nghiên cứu, thử nghiệm điển hình liên quan đến
phụ gia tăng dính bám ..........................................................................................40
1.9.2. Đánh giá các tiêu chuẩn kỹ thuật, phương pháp thử liên quan đến khả năng
dính bám đá-nhựa và phụ gia tăng dính bám .......................................................41
1.10. Kết luận và những nội dung cần giải quyết trong luận án ..............................42
CHƯƠNG 2. NGHIÊN CỨU PHÂN TÍNH, ĐÁNH GIÁ, LỰA CHỌN PHƯƠNG
PHÁP THÍ NGHIỆM KIỂM TRA KHẢ NĂNG DÍNH BÁM ĐÁ-NHỰA PHÙ
HỢP VỚI ĐIỀU KIỆN VIỆT NAM .........................................................................45
2.1. Phân tích các phương pháp thí nghiệm kiểm tra khả năng dính bám đá-nhựa
trên thế giới ...............................................................................................................45
2.1.1.
Các phương pháp thí nghiệm với hỗn hợp đá-nhựa ở trạng thái rời ...46
2.1.2.
Các phương pháp thí nghiệm với hỗn hợp đá-nhựa đã đầm nén .........51
2.1.3.
Tình hình sử dụng các phương pháp thí nghiệm kiểm tra khả năng dính
bám đá-nhựa trên thế giới ....................................................................................60
2.2. Phân tích lựa chọn phương pháp thí nghiệm dính bám đá-nhựa phù hợp với
điều kiện Việt Nam ...................................................................................................61
2.2.1.
Lựa chọn các phương pháp thí nghiệm đưa vào phân tích ..................61
2.2.2.

Phân tích lựa chọn phương pháp thí nghiệm với hỗn hợp đá-nhựa ở
trạng thái rời .........................................................................................................63
2.2.3.
Phân tích lựa chọn phương pháp thí nghiệm với hỗn hợp đá-nhựa ở
trạng thái đầm chặt ...............................................................................................64
2.3. Phân tích lựa chọn giữa AASHTO T283 và ASTM D 4867 và hiệu chỉnh cho
phù hợp với điều kiện khí hậu Việt Nam ..................................................................70
2.3.1.
Phân tích lựa chọn giữa AASHTO T283 và ASTM D 4867 ..................70
2.3.2.
Phân tích loại bỏ việc bảo dưỡng mẫu với chu kỳ đóng băng/tanbăng
trong AASHTO T283 cho phù hợp với điều kiện khí hậu Việt Nam .....................71
2.4. Kết luận chương 2 ...........................................................................................72
CHƯƠNG 3. NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM TRONG PHÒNG ĐÁNH GIÁ
HIỆU QUẢ CỦA MỘT SỐ LOẠI PHỤ GIA ĐANG SỬ DỤNG Ở VIỆT NAM ..73
3.1. Nghiên cứu xác định hàm lượng phụ gia vôi hydrat tối ưu để xử lý trước bề
mặt đá dăm nhằm cải thiện khả năng dính bám đá-nhựa cho BTN ..........................73
3.1.1.
Mục đích nghiên cứu.............................................................................73


v

3.1.2.
3.1.3.

Tóm tắt trình tự tiến hành nghiên cứu thực nghiệm .............................74
Thiết kế thành phần hỗn hợp BTNC12.5 ..............................................74

3.1.4.

3.1.5.

Xử lý trước bề mặt đá dăm với vôi hydrat ............................................76
Thí nghiệm đánh giá ảnh hưởng của nước đến hỗn hợp BTN đã đầm nén
…………………………………………………………………………………78

3.1.6.
Thí nghiệm LVBX với BTNC12.5 có tỷ lệ tối ưu vôi hydrat xử lý trước
với đá dăm là 1.0% ...............................................................................................84
3.1.7.
Kết luận chung ......................................................................................85
3.2. Nghiên cứu xác định hiệu quả của Toughfix Hyper (TFH) và tỷ lệ TFH tối ưu
……………………………………………………………………………….85
3.2.1.
Mục đích nghiên cứu.............................................................................85
3.2.2.
Thí nghiệm với nhựa đường ..................................................................86
3.2.3.
Thiết kế thành phẫn BTNC12.5 ............................................................89
3.2.4.
Thí nghiệm đánh giá ảnh hưởng của nước đến cường độ hỗn hợp BTN
đã đẩm nén ............................................................................................................91
3.2.5.
Thí nghiệm LVBX với BTNC12.5 có tỷ lệ TFH tối ưu 0.15%...............98
3.2.6.
Kết luận chung ....................................................................................100
3.3. Đánh giá hiệu quả của 6 phụ gia tăng dính bám đá – nhựa cho BTNC12.5 sử
dụng cốt liệu dính bám kém miền Trung ................................................................100
3.3.1.
Mục đích nghiên cứu...........................................................................100

3.3.2.
Lựa chọn vật liệu ................................................................................101
3.3.3.
Thiết kế thành phần hỗn hợp BTNC12.5 ............................................102
3.3.4.
Thí nghiệm độ dính bám theo TCVN 7504:2005 ................................103
3.3.5.
Thí nghiệm đánh giá ảnh hưởng của nước đến cường độ hỗn hợp BTN
đã đẩm nén theo AASHTO T283* .......................................................................104
3.3.6.
Phân tích đánh giá hiệu quả của các phụ gia ....................................107
3.4. Kết luận chương 3 .........................................................................................108
CHƯƠNG 4. NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM HIỆN TRƯỜNG ĐÁNH GIÁ
HIỆU QUẢ CỦA PHỤ GIA TĂNG DÍNH BÁM TRÊN MỘT SỐ ĐOẠN ĐƯỜNG
KHU VỰC MIỀN TRUNG ....................................................................................110
4.1. Khảo sát độ nhạy ẩm trên đoạn đường Km1249+200 - Km1249+300 thuộc
Dự án xây dựng mở rộng QL1 sau 3 năm khai thác ...............................................110
4.1.1.
Mục đích nghiên cứu...........................................................................110
4.1.2.
Khảo sát lựa chọn đoạn đường nghiên cứu, khoan mẫu BTN ............111


vi

4.1.3.
Đánh giá chất lượng mặt đường đoạn nghiên cứu tại thời điểm bắt đầu
khai thác ……………………………………………………………………………..…112
4.1.4.
4.1.5.

Thí nghiệm xác định độ nhạy ẩm của BTN trên đoạn nghiên cứu .....115
Phân tích đánh giá độ nhạy ẩm đã xác định trên đoạn đường nghiên cứu
………………………………………………………………………….……118

4.2. Thí nghiệm đánh giá hiệu quả của phụ gia ToughFix trong giai đoạn thi công
tại đoạn đường Km66+700- Km67+200, cao tốc Đà Nẵng-Quảng Ngãi ...............119
4.2.1.
Mục đích nghiên cứu...........................................................................119
4.2.2.
Tóm tắt thông tin về đoạn nghiên cứu ................................................119
4.2.3.

Đánh giá hiệu quả của phụ gia Toughfix với BTNC12.5 tại trạm trộn
………………………………………………………………………………..121

4.2.4.
Đánh giá hiệu quả của Toughfix trong giai đoạn lu lèn BTNC12.5 ..125
4.2.5.
Kết luận về hiệu quả của phụ gia Toughfix cho BTNC12.5 trong giai
đoạn thi công trên đoạn Km66 +700 - Km67+200 ............................................130
4.3. Kết luận chương 4 .........................................................................................130
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ.................................................................................131
TÀI LIỆU THAM KHẢO .......................................................................................134
CÁC CÔNG TRÌNH KHOA HỌC ĐÃ CÔNG BỐ ...............................................140
PHỤ LỤC 1. Thông tin về tính năng của các loại phụ gia (vôi hydrat, Wetfix Be,
Toughfix, Toughfix Hyper và Zycotherm)
PHỤ LỤC 2. Phương pháp đánh giá ảnh hưởng của nước đến hỗn hợp BTN đã đầm
nén (AASHTO T283*)
PHỤ LỤC 3. Kết quả thí nghiệm xác định hàm lượng vôi hydrat tối ưu

PHỤ LỤC 4. Kết quả thí nghiệm xác định hàm lượng Toughfix Hyper tối ưu
PHỤ LỤC 5. Kết quả thí nghiệm đánh giá hiệu quả của 6 loại phụ gia
PHỤ LỤC 6. Kết quả thí nghiệm hiện trường


vii

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT
BTN

Bê tông nhựa (trong luận án này đồng nghĩa với BTNC)

BTNC

Bê tông nhựa chặt

BTNC12,5

Bê tông nhựa chặt có cỡ hạt lớn nhất danh định là 12,5 mm

BTNC19

Bê tông nhựa chặt có cỡ hạt lớn nhất danh định là 19 mm

BTNRTN

Bê tông nhựa rỗng thoát nước (Porous Asphalt-PA)

SMA

Stone Matrix Asphalt (Hỗn hợp đá vữa nhựa)

KQTN

Kết quả thí nghiệm

YCKT

Yêu cầu kỹ thuật

LVBX

Lún vệt bánh xe

GTVT

Giao thông vận tải

TCVN

Tiêu chuẩn Việt Nam

QĐ 858

Quyết định số 858/QĐ-BGTVT ngày 26/3/2014 của Bộ trưởng
Bộ GTVT về việc ban hành “Hướng dẫn áp dụng hệ thống các
tiêu chuẩn kỹ thuật hiện hành nhằm tăng cường quản lý chất
lượng thiết kế và thi công mặt đường bê tông nhựa nóng đối với
các tuyến đường ô tô có quy mô giao thông lớn”

QĐ 1617

Quyết định số 1617/QĐ-BGTVT ngày 29/4/2014 của Bộ trưởng
Bộ GTVT về việc ban hành “Quy định kỹ thuật về phương pháp
thử độ sâu hằn lún vệt bánh xe của bê tông nhựa xác định bằng
thiết bị Wheel tracking”

QĐ 3287

Quyết định số 3287/QĐ-BGTVT ngày 29/10/2018 của Bộ
trưởng Bộ GTVT về việc ban hành “Quy định tạm thời về kỹ
thuật thi công và nghiệm thu lớp phủ siêu mỏng tạo nhám trên
đường ô tô”

TSk

Cường độ kéo gián tiếp khi ép chẻ của mẫu BTN được bảo
dưỡng ở trạng thái khô

TSbh

Cường độ kéo gián tiếp khi ép chẻ của mẫu BTN được bảo
dưỡng ở trạng thái bão hòa


viii

TSR

Tỷ số cường độ kéo gián tiếp khi ép chẻ của mẫu BTN (tính

bằng TSbh/TSk)

AASHTO

American Association of State Highways and Transportation
Officials (Hiệp hội những người làm đường và vận tải toàn nước
Hoa Kỳ)

ASTM

American Society of Testing Materials (Hiệp hội thí nghiệm vật
liệu Hoa Kỳ)

NCHRP

National Cooperation Highway Research Program (Chương
trình hợp tác nghiên cứu đường bộ quốc gia)


ix

DANH MỤC BẢNG
Bảng 1. 1. Phân nhóm cốt liệu theo thành phần khoáng [26] ...................................19
Bảng 1. 2. Phân loại đá dựa trên hàm lượng SiO2 ....................................................21
Bảng 1. 3. Hiệu quả sử dụng vôi hydrat theo đánh giá của các bang nước Mỹ........36
Bảng 1. 4. So sánh tuổi thọ của đường có và không sử dụng vôi hydrat

trên

hệ thống đường cao tốc giữa các Bang nước Mỹ......................................................37

Bảng 1. 5. Phụ gia chống bong tách dạng lỏng của hãng PetroChem (USA) ...........37
Bảng 1. 6. Tình hình sử dụng vôi hydrat cho BTN tại các nước châu Âu ................38
Bảng 2. 1. Các phương pháp thí nghiệm trên mẫu hỗn hợp đá-nhựa rời ..................46
Bảng 2. 2.Các phương pháp thí nghiệm trên mẫu hỗn hợp đá-nhựa đã đầm nén .....51
Bảng 2. 3. Các phương pháp thí nghiệm dính bám đá-nhựa.....................................62
Bảng 3. 1. Các chỉ tiêu kỹ thuật của BTNC12.5 ở hàm lượng nhựa tối ưu ……….75
Bảng 3. 2. Kết quả thí nghiệm LVBX của mẫu BTNC12.5 dùng đá granite ……..76
Bảng 3. 3. Thành phần hóa học của vôi hydrat sử dụng trong thí nghiệm ………..77
Bảng 3. 4. Số lượng mẫu BTNC12.5 xử lý trước bằng vôi hydrat ………………...78
Bảng 3. 5. Kết quả thí nghiệm cường độ kéo khi ép chẻ của mẫu BTNC12.5 với đá
vôi, đá granite, tỷ lệ vôi hydrat khác nhau …………………………………..……80
Bảng 3. 6. Kết quả thí nghiệm LVBX của mẫu BTNC12,5 ………………………84
Bảng 3. 7. Kết quả thí nghiệm chỉ tiêu cơ lý của nhựa đường với các tỷ lệ TFH….88
Bảng 3. 8. Các chỉ tiêu kỹ thuật của BTNC12.5 ở hàm lượng nhựa tối ưu ………..90
Bảng 3. 9. Kết quả thí nghiệm LVBX của BTNC12.5 (không có phụ gia TFH), với 5
loại đá dăm

……………………………………………………………………..91

Bảng 3. 10. Số lượng mẫu thí nghiệm xác định cường độ kéo gián tiếpkhi ép chẻ..91
Bảng 3. 11. Tỷ lệ phụ gia tăng dính bám lựa chọn để nghiên cứu………………..102
Bảng 3. 12. Các chỉ tiêu kỹ thuật của hỗn hợp BTNC12.5 (không có phụ gia) …102
Bảng 3. 13. Kết quả thí nghiệm độ dính bám ứng với 6 loại phụ gia …………….103
Bảng 3. 14. Tổng số lượng mẫu thí nghiệm TSk và TSbh ứng với 6 loại phụ gia 104
Bảng 3. 15. Kết quả thí nghiệm TSk, TSbh, TSR của mẫu BTNC12.5 …………105


x

Bảng 4. 1. Chất lượng thi công BTNC19 của đoạn 1248+400-Km 1249+300 ......113

Bảng 4. 2. Chất lượng thi công BTNC12.5 của đoạn 1248+400-Km 1249+600 ...114
Bảng 4. 3. Độ rỗng dư của các mẫu BTNC12.5 .....................................................115
Bảng 4. 4. Cường độ kéo gián tiếp khi ép chẻ mẫu khô .........................................116
Bảng 4. 5. Cường độ kéo gián tiếp khi ép chẻ mẫu bão hòa ...................................116
Bảng 4. 6. Độ lệch của chuỗi thí nghiệm ................................................................117
Bảng 4. 7. Đánh giá độ chụm của chuỗi kết quả thí nghiệm ..................................117
Bảng 4. 8.Cấp phối hỗn hợp vật liệu khoáng của BTNC12.5.................................120
Bảng 4. 9. Kết quả thiết kế hỗn hợp BTN12.5 có Tough Fix 0.3% ........................120
Bảng 4. 10. Ký hiệu 2 tổ mẫu BTNC12.5 chế bị từ mẫu rời .................................122
Bảng 4. 11. Kết quả thí nghiệm các mẫu BTN12.5 chế bị từ mẫu rời Làn 1 .........122
Bảng 4. 12. Kết quả thí nghiệm các mẫu BTNC12.5 chế bị từ mẫu rời Làn 2 .......123
Bảng 4. 13. Đánh giá độ chụm của TSk, TSbh của mẫu thí nghiệm ở làn 1 ..........124
Bảng 4. 14. Đánh giá độ chụm của TSk, TSbh của mẫu thí nghiệm ở làn 2 ..........124
Bảng 4. 15. Ký hiệu mẫu khoan BTNC12.5 ...........................................................126
Bảng 4. 16. Kết quả thí nghiệm TSR trên mẫu khoan BTNC12.5 Làn 1 ...............127
Bảng 4. 17. Kết quả thí nghiệm TSR trên mẫu khoan BTNC12.5 Làn 2 ...............127
Bảng 4. 18. Đánh giá độ chụm của TSk, TSbh của mẫu khoan thí nghiệm ở làn 1
.................................................................................................................................128
Bảng 4. 19. Đánh giá độ chụm của TSk, TSbh của mẫu khoan thí nghiệm ở làn 2
.................................................................................................................................128


xi

DANH MỤC HÌNH ẢNH, HÌNH VẼ, BIỂU ĐỒ
Hình 1. 1. Minh họa cơ chế bong tách (stripping) do tác động của nước ..................9
Hình 1. 2. Nhận dạng bong tách ...............................................................................10
Hình 1. 3. Lún vệt bánh xe do bong tách lớp BTN phía dưới...................................11
Hình 1. 4. Nứt mỏi do bong tách lớp BTN phía dưới ...............................................11
Hình 1. 5. Bong tróc mặt đường do BTN có độ chặt thấp (độ rỗng dư cao) ...........12

Hình 1. 6. Bong tróc mặt đường BTN do cốt liệu bị phân tầng ................................12
Hình 1. 7 Ổ gà ...........................................................................................................12
Hình 1. 8. Phân loại cốt liệu theo hàm lượng SiO2 và theo điện tích bề mặt ...........21
Hình 1.9. Qui trình sản xuất vôi hydrat Ca(OH)2 .....................................................24
Hình 1. 10. Cơ chế tương tác của vôi hydrat với cốt liệu gốc a xít .........................28
Hình 1. 11. Cấu trúc hóa học của Wetfix Be ............................................................29
Hình 1. 12. Các phân tử Wetfix be làm cầu nối giữa cốt liệu và nhựa đường ..........29
Hình 1. 13. Cơ chế tương tác của Toughfix với bề mặt cốt liệu ...............................30
Hình 1. 14. Cơ chế hoạt động của Toughfix Hyper với các bề mặt cốt liệu .............31
Hình 1. 15. Cơ chế hoạt động của phụ gia Z.T. với bề mặt cốt liệu ........................32
Hình 2. 1. Thiết bị Hamburg Wheel-Tracking ..........................................................55
Hình 2. 2. Minh họa điểm bong màng nhựa .............................................................55
Hình 2. 3. Minh họa mẫu bão hòa chân không .........................................................57
Hình 2. 4. Mô hình thí nghiệm xác định cường độ chịu kéo khi ép chẻ ...................58
Hình 3. 1. Cấp phối hỗn hợp cốt liệu của BTNC12.5 ...............................................75
Hình 3. 2 Vôi hydrat -Ca(OH)2 thương phẩm sử dụng dể thí nghiệm .....................77
Hình 3. 3 Mẫu đá dăm đã xử lý vôi hydrat ...............................................................77
Hình 3. 4. Trộn hỗn hợp đá dăm ẩm với phụ gia vôi hydrat .....................................79
Hình 3. 5. Đầm Marshall chế tạo mẫu BTN12,5 ......................................................79
Hình 3. 6. Mẫu BTNC12,5 được bão hòa .................................................................79
Hình 3. 7. Thí nghiệm kéo gián tiếp khi ép chẻ mẫu BTNC12,5 .............................79
Hình 3. 8. Mẫu BTN được bảo dưỡng ở 60°C trong 24 giờ .....................................80


xii

Hình 3. 9. Mẫu BTN sau khi thí nghiệm kéo khi ép chẻ ..........................................80
Hình 3. 10. TSk và TSbh của BTNC12.5 đá vôi sử dụng phụ gia vôi hydrat ..........81
Hình 3. 11. TSk và TSbh của BTNC12.5 đá granite sử dụng phụ gia vôi hydrat ....81
Hình 3. 12. Các yếu tố ảnh hưởng đến cường độ kéo gián tiếp khi ép chẻ ..............83

Hình 3. 13. Biểu đồ độ dính bám đá – nhựa sử dụng TFH .......................................87
Hình 3. 14. Các cấp phối hỗn hợp cốt liệu của BTNC12.5 ......................................89
Hình 3. 15. TSk và TSbh của mẫu BTNC2.5 đá granite Bình Định .........................93
Hình 3. 16. TSR của mẫu BTNC12.5 đá granite Bình Định ....................................93
Hình 3. 17. TSk và TSbh của mẫu BTNC12.5 đá granite Đà Nẵng .........................93
Hình 3. 18. TSR của mẫu BTN đá granite Đà Nẵng .................................................94
Hình 3. 19. TSk và TSbh của mẫu BTNC12.5 đá granite Hà Tĩnh ..........................94
Hình 3. 20. TSR của mẫu BTNC12.5 đá granite Hà Tĩnh ........................................95
Hình 3. 21. TSk và TSbh của mẫu BTNC12.5 đá granie Đăk Lăk ...........................95
Hình 3. 22. TSR của mẫu BTNC12.5 đá granie Đăk Lăk.........................................96
Hình 3. 23. TSk và TSbh của mẫu BTNC12.5 đá vôi Ninh Bình .............................96
Hình 3. 24. TSR của mẫu BTNC12.5 đá vôi Ninh Bình...........................................97
Hình 3. 25. So sánh LVBX của BTNC12.5 có và không có TFH=0.15% ...............99
Hình 3. 26. Cấp phối hỗn hợp vật liệu khoáng của BTNC12.5 ..............................102
Hình 3. 27. Biểu đồ giá trị TSR ứng với 6 loại phụ gia ..........................................106
Hình 3. 28. Biểu đồ đánh giá % tăng TSbh.............................................................106
Hình 4. 1. Toàn cảnh khu vực đoạn đường lựa chọn để nghiên cứu (11/2018)......111
Hình 4. 2. Khoan mẫu BTN trên đoạn nghiên cứu (11/2018) ................................112
Hình 4. 3. Cấp phối hỗn hợp vật liệu khoáng của BTNC19 (Km 1249+300) .......113
Hình 4. 4. Cấp phối hỗn hợp vật liệu khoáng của BTNC12.5 (Km 1249+300) .....114
Hình 4. 5. Kết quả đo Edh vào tháng 11/2015 của đoạn nghiên cứu ......................115
Hình 4. 6. Giá trị TSk và TSbh của mẫu khoan hiện trường đoạn nghiên cứu.......118
Hình 4. 7. Hệ thống cấp phụ gia Tough Fix cho thùng trộn BTN .........................121
Hình 4. 8. Sơ đồ lấy mẫu thí nghiệm tại máy rải hiện trường.................................122
Hình 4. 9. TS trên 2 làn xe của mẫu BTNC12.5, 0.3% Toughfix ...........................124


xiii

Hình 4. 10. TSR trên 2 làn xe của mẫu BTNC12.5, 0.3% Toughfix ......................125

Hình 4. 11. Khoan mẫu BTNC12.5 đoạn Km66 + 700 -Km67+200 ......................126
Hình 4. 12. Sơ đồ khoan mẫu thí nghiệm tại hiện trường .......................................126
Hình 4. 13. TS trên 2 làn xe của mẫu khoan hiện trường BTNC12.5 Toughfix.....129
Hình 4. 14. TSR trên 2 làn xe của mẫu khoan hiện trường BTNC12.5 Toughfix ..129


1

MỞ ĐẦU
1. Sự cần thiết của việc nghiên cứu
Ở Việt Nam, mặt đường bê tông nhựa (BTN) được sử dụng phổ biến trong xây dựng
các tuyến đường ô tô cấp cao. BTN có nhiều ưu điểm như: dễ thi công, dễ sửa chữa…,
nhưng lại có đặc thù là nhạy cảm với nước (hay còn được gọi là nhạy ẩm). Thuật ngữ
“BTN nhạy cảm với nước” hay gọi tắt là “Nhạy ẩm” (Moisture susceptibility) biểu
thị khả năng BTN dễ bị suy giảm tính năng do tác động của nước, dẫn tới “BTN bị
hư hỏng do nước” [58]. Nhìn chung, mức độ nhạy ẩm của BTN được tăng lên bởi bất
kỳ yếu tố nào làm tăng độ ẩm trong BTN.
Thuật ngữ “BTN bị hư hỏng do nước” (moisture damage) biểu thị mặt đường BTN
bị suy giảm tính năng do tác động của nước, là kết quả của việc mất khả năng dính
bám đá –nhựa (thường gọi là bong tách-stripping) và sau đó là mất khả năng dính kết
trong nội tại màng nhựa đường, dẫn tới phá hủy tính toàn vẹn của BTN.
Bong tách kết hợp với tải trọng trùng phục của xe, lâu dần mặt đường BTN xuất hiện
những hư hỏng như: bong tróc mặt đường, nứt mỏi, hằn lún vệt bánh xe [43]. Có thể
nói hư hỏng điển hình của mặt đường BTN do tác động của nước là bong tách [46],
[61].
Mặt đường BTN khi bị hư hỏng do tác động của nước rất khó sửa chữa. Việc phủ
thêm một lớp BTN trên mặt đường bị hư hỏng, thường xem là giải pháp có hiệu quả
với những hư hỏng mặt đường BTN do các nguyên nhân khác, thì trong trường hợp
hư hỏng BTN do tác động của nước thường là không hiệu quả. Giải pháp phổ biến để
khắc phục hiện tượng hư hỏng BTN do nước thường là phải cào bóc lớp BTN nhựa

cũ đã hư hỏng và rải lớp BTN mới thay thế, dẫn tới chi phí sửa chữa cao hơn nhiều
[43], [61].
Trên thế giới, việc nghiên cứu về các nhân tố ảnh hưởng đến suy giảm dính bám đánhựa, về độ nhạy ẩm của BTN cũng như về phụ gia tăng dính bám đá-nhựa được
quan tâm nhiều. Tại Mỹ, độ nhạy ẩm của BTN được đánh giá là vấn đề phổ biến,
mang tính quốc gia. Kết quả khảo sát tại với 44 Bang nước Mỹ cho thấy: 82% của


2

các cơ quan yêu cầu sử dụng phụ gia chống bong tách, trong đó có 56% sử dụng phụ
gia lỏng, 15% sử dụng cả phụ gia lỏng và vôi hydrat, 29% sử dụng vôi hydrat [58].
Tại châu Âu, vôi hydrat ngày càng được sử dụng nhiều cho BTN tại hầu hết các nước
châu Âu, đặc biệt là Áo, Pháp, Hà Lan, Anh và Thụy Sĩ [40]. Tại các nước châu Á,
tùy theo kinh nghiệm mà mỗi nước sử dụng phụ gia chống bong tách dạng rắn, dạng
lỏng khác nhau, vôi hydrat [35], Wetfix BE [22], phụ gia chống bong tách dạng lỏng
gốc amin [51] đã được đưa vào các tiêu chuẩn mang tính quốc gia để khuyến nghị sử
dụng.
Phụ gia tăng dính bám, trên thế giới thường được gọi là phụ gia chống bong tách
(anti-stripping additives), là một giải pháp hữu hiệu khi BTN sử dụng cốt liệu dính
bám kém nhằm cải thiện khả năng dính bám đá-nhựa, giảm thiểu tác động của nước
gây hư hỏng mặt đường BTN.
Việt Nam có đặc thù về khí hậu, nằm trong vùng khí hậu nhiệt đới gió mùa, mưa
nhiều. Về cốt liệu sử dụng cho BTN, có nhiều loại cốt liệu có độ dính bám đá-nhựa
kém, điển hình là cốt liệu tại khu vực Miền Trung. Về phụ gia tăng dính bám đánhựa, mặc dù TCVN có khuyến nghị áp dụng phụ gia vôi, xi măng, phụ gia hóa dạng
lỏng khi chế tạo BTN với cốt liệu có độ dính bám kém [22], tuy nhiên chưa có công
trình nào ở nước ta sử dụng phụ gia vôi để tăng khả năng dính bám. Một số loại phụ
gia hóa học đã được mang vào Việt Nam như: Wetfix Be (Thụy Điển), Tougfix,
Toughfix Hyper (Nhật Bản), Zycotherm (Ấn độ), tuy nhiên chỉ có Wetfix Be và
Tougfix được đưa vào sử dụng. Nhìn chung đến nay hầu như chưa có đề tài, dự án
nghiên cứu đánh giá tổng thể về hiệu quả sử dụng phụ gia tăng dính bám đá-nhựa cho

BTN tại Việt Nam. Vì vậy, luận án “Nghiên cứu sử dụng phụ gia tăng khả năng dính
bám đá-nhựa cải thiện chất lượng bê tông nhựa ở Việt Nam” là cần thiết, có tính thời
sự, có ý nghĩa về mặt khoa học và thực tiễn.
Trong quá trình thực hiện luận án, đề tài nghiên cứu cấp Bộ năm 2017 “Nghiên cứu
đánh giá hiệu quả của các phụ gia tăng dính bám để cải thiện chất lượng BTN sử dụng
đá dăm có độ dính bám kém khu vực Miền Trung” do của Viện Khoa học và Công


3

nghệ GTVT chủ trì được triển khai. Việc tham gia thực hiện đề tài này đã giúp cho
NCS có những thông tin hữu ích để triển khai luận án này.
2. Mục tiêu nghiên cứu
Xác định được nguyên nhân suy giảm khả năng dính bám đá-nhựa. Đề xuất được
phương pháp thí nghiệm xác định khả năng dính bám đá-nhựa, xác định độ nhạy ẩm
của BTN phù hợp với điều kiện Việt Nam. Đánh giá được hiệu quả của các loại phụ
gia tăng dính bám cho BTNC hiện có tại Việt Nam.
3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu của luận án
- Đối tượng nghiên cứu của luận án là các loại phụ gia tăng dính bám điển hình
hiện có tại Việt Nam sử dụng để cải thiện chất lượng BTNC.
- Phạm vi nghiên cứu của luận án bao gồm các nghiên cứu lý thuyết về cơ sở
khoa học của dính bám đá-nhựa và phụ gia tăng dính bám; các nghiên cứu
thực nghiệm đánh giá hiệu quả của các phụ gia tăng dính bám hiện có tại Việt
Nam cho BTNC12.5, vì đây là lớp vật liệu đắt tiền nhất, chịu tác dụng trực
tiếp của điều kiện môi trường, tác động của nước và lượng xe lưu thông.
4. Phương pháp nghiên cứu
- Phương pháp nghiên cứu lý thuyết, bao gồm phương pháp phân tích và tổng
hợp lý thuyết và phương pháp phân loại và hệ thống hóa lý thuyết: Được sử
dụng để nghiên cứu, phân tích và tổng hợp các kết quả nghiên cứu về 1) hư
hỏng mặt đường BTN do tác hại của nước, bao gồm: nguyên nhân, cơ chế gây

hư hỏng, giải pháp giảm thiểu; 2) phụ gia tăng dính bám đá-nhựa, bao gồm:
các loại phụ gia, cơ chế hoạt động của các loại phụ gia; 3) phương pháp thí
nghiệm đánh giá độ nhạy ẩm của BTN và hiệu quả của phụ gia tăng dính bám.
- Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm, bao gồm phương pháp quan sát khoa
học và phương pháp thực nghiệm khoa học được sử dụng để 1) nghiên cứu
thực nghiệm trong phòng đánh giá hiệu quả của một số phụ gia tăng dính bám
đá-nhựa cho điển hình hiện có tại Việt Nam cho BTNC12.5; 2) nghiên cứu
thực nghiệm hiện trường trên các đoạn đường có sử dụng phụ gia tăng dính
bám Wetfix Be, Tough Fix cho BTN khu vực miền Trung.


4

- Phương pháp toán học thống kê được sử dụng để xử lý các kết quả thí nghiệm,
phân tích, xác định sự ảnh hưởng của các thông số thí nghiệm.
5. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của luận án
5.1. Ý nghĩa khoa học
1). Phân tích và nêu bật được bản chất của dính bám đá-nhựa trong hỗn hợp BTN,
suy giảm dính bám đá-nhựa (nguyên nhân, cơ chế hình thành, giải pháp giảm thiểu),
các giải pháp tổng thể cải thiện dính bám đá-nhựa nói chung và sử dụng phụ gia tăng
dính bám nói riêng.
2). Phân tích chi tiết vai trò, cơ chế hoạt động của các loại phụ gia tăng dính bám đá
nhựa cho BTN trên thế giới và hiện có tại nước ta: Wetfix Be, Toughfix, Toughfix
Hyper, Zycotherm, vôi hydrat và xi măng.
3). Đề xuất phương pháp thí nghiệm cần thiết để đánh giá khả năng dính bám đánhựa, và đánh giá hiệu quả của phụ gia tăng dính bám phù hợp với điều kiện Việt
Nam.
5.2. Ý nghĩa thực tiễn
1). Xác định hàm lượng tối ưu của một số phụ gia tăng dính bám được sử dụng rộng
rãi trên thế giới nhưng chưa được áp dụng đại trà tại Việt Nam (vôi hydrat tối ưu cho
giải pháp xử lý trước với cấp phối đá dăm, Toughfix Hyper tối ưu).

2). Đánh giá hiệu quả của 6 loại phụ gia tăng dính bám hiện có tại Việt Nam (Wetfix
Be, Toughfix, Toughfix Hyper, Zycotherm, vôi hydrat và xi măng) cho BTN có sử
dụng đá dăm dính bám kém tại mỏ đá miền Trung.
3) Đánh giá được hiệu quả của phụ gia Toughfix trong giai đoạn thi công trên đoạn
đường thuộc Dự án xây dựng đường ô tô cao tốc Đà Nẵng-Quảng Ngãi.
4) Xác định được độ nhạy ẩm của mặt đường BTN sau 3 năm khai thác trên một đoạn
đường của QL1A.
6. Bố cục của luận án
Luận án có bố cục gồm phần mở đầu, 4 chương, kết luận và định hướng nghiên cứu
tiếp, cụ thể như sau:
Mở đầu


5

Trình bày về sự cần thiết của việc nghiên cứu, mục tiêu nghiên cứu, đối tượng và
phạm vi nghiên cứu của luận án, phương pháp nghiên cứu, ý nghĩa khoa học và thực
tiễn của luận án, bố cục của luận án.
Chương 1 - Nghiên cứu tổng quan về dính bám đá-nhựa, suy giảm dính bám đánhựa, các giải pháp cải thiện dính bám đá- nhựa và vai trò của phụ gia tăng dính
bám đá-nhựa
Chương này tập trung phân tích, đánh giá những nghiên cứu trên thế giới và trong
nước liên quan đến dính bám đá-nhựa trong hỗn hợp BTN, hư hỏng mặt đường BTN
do suy giảm dính bám đá-nhựa, các giải pháp cải thiện dính bám đá- nhựa, vai trò, cơ
chế hoạt động với cốt liệu của phụ gia tăng dính bám đá-nhựa, tình hình nghiên cứu
sử dụng phụ gia tăng dính bám làm cơ sở lựa chọn những nội dung cần thiết để nghiên
cứu.
Chương 2 - Nghiên cứu phân tích, lựa chọn phương pháp thí nghiệm kiểm tra,
đánh giá khả năng dính bám đá-nhựa phù hợp với điều kiện Việt Nam
Chương này tập trung phân tích đánh giá các phương pháp thí nghiệm kiểm tra khả
năng dính bám đá-nhựa điển hình trên thế giới, các phương pháp hiện có trong nước,

qua đó lựa chọn các phương pháp thí nghiệm đánh giá khả năng dính bám đá-nhựa
phù hợp với điều kiện Việt Nam.
Chương 3 - Nghiên cứu thực nghiệm trong phòng đánh giá hiệu quả của các loại
phụ gia tăng khả năng dính bám hiện có tại Việt Nam
Chương này bao gồm các thí nghiệm, phân tích nhằm: 1) xác định hàm lượng tối ưu
của một số phụ gia tăng dính bám được sử dụng rộng rãi trên thế giới nhưng chưa
được áp dụng đại trà tại Việt Nam (vôi hydrat tối ưu cho giải pháp xử lý trước với cốt
liệu, Toughfix Hyper tối ưu) và 2) đánh giá hiệu quả của 6 loại phụ gia tăng dính bám
hiện có tại Việt Nam (Wetfix Be, Toughfix, Toughfix Hyper, Zycotherm, vôi hydrat
và xi măng) cho BTN có sử dụng đá dăm dính bám kém tại mỏ đá miền Trung.
Chương 4- Nghiên cứu thực nghiệm hiện trường đánh giá hiệu quả của phụ gia
tăng dính bám trên một số đoạn đường khu vực miền Trung


6

Chương này tập trung vào những nội dung chủ yếu sau: 1) khảo sát, thí nghiệm, xác
định độ nhạy ẩm của BTN có sử dụng phụ gia Wetfix Be trên một đoạn đường lựa
chọn thuộc Dự án xây dựng mở rộng QL1A qua tỉnh Bình Định – Phú Yên sau 3 năm
khai thác và 2) khảo sát, thí nghiệm, đánh giá hiệu quả của phụ gia Tough Fix trong
giai đoạn thi công BTN trên một đoạn đường thuộc Dự án xây dựng đường cao tốc
Đà Nẵng-Quảng Ngãi.
Kết luận và định hướng nghiên cứu tiếp
Tóm tắt những kết quả nghiên cứu có tính mới của luận án, đưa ra những định hướng
nghiên cứu tiếp theo.


7

CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ DÍNH BÁM ĐÁ-NHỰA, SUY GIẢM

DÍNH BÁM ĐÁ-NHỰA, CÁC GIẢI PHÁP CẢI THIỆN DÍNH BÁM ĐÁNHỰA VÀ VAI TRÒ CỦA PHỤ GIA TĂNG DÍNH BÁM
Chương này tập trung phân tích, đánh giá những nghiên cứu trên thế giới và trong
nước liên quan đến dính bám đá-nhựa trong hỗn hợp BTN, hư hỏng mặt đường BTN
do suy giảm dính bám đá-nhựa, các giải pháp cải thiện dính bám đá- nhựa, vai trò, cơ
chế tương tác với cốt liệu của phụ gia tăng dính bám đá-nhựa, tình hình nghiên cứu
sử dụng phụ gia tăng dính bám làm cơ sở lựa chọn những nội dung cần thiết để nghiên
cứu.
1.1.

Dính bám đá – nhựa

BTN là vật liệu được tạo thành từ hỗn hợp cốt liệu (đá dăm, cát, bột khoáng) và nhựa
đường có tỷ lệ xác định được trộn nóng tại trạm trộn, sau đó được rải và đầm nén tại
mặt đường.
BTN phải có cường độ và độ ổn định để chống lại tác động của tải trọng xe và các
tác động bất lợi của môi trường. Cường độ của BTN được tạo thành bởi hai nhân tố
là lực ma sát và lực dính [36] , trong đó:
1). Lực ma sát được tạo thành bởi: cường độ của cốt liệu, đặc tính của cốt liệu (độ
góc cạnh, độ nhám bề mặt), tỷ lệ các cỡ hạt cốt liệu (cấp phối cốt liệu)...
2). Lực dính được tạo thành bởi: lực dính kết của nhựa đường và lực dính bám đánhựa:
a) Lực dính kết (cohesive strengh): Lực liên kết nội tại giữa các phân tử nhựa đường.
Nhân tố ảnh hưởng chủ yếu đến lực dính kết là tính năng của nhựa đường, thể hiện
qua mác nhựa đường. Nhựa đường có độ nhớt (độ quánh) càng lớn thì khả năng dính
kết của nhựa đường càng lớn. Nhựa đường biến tính polime thường có độ nhớt cao
hơn so với nhựa đường gốc được sử dụng để chế tạo nhựa đường polime do nhựa
đường polime có khả năng ổn định tính năng khi nhiệt độ cao nên có khả năng tạo ra
lực dính kết lớn hơn so với nhựa đường thường. Lực dính kết là cơ sở để tạo nên lực
dính bám.

8

b) Lực dính bám (adhesive strengh): Lực liên kết giữa nhựa đường với bề mặt cốt
liệu, hay còn được gọi là lực dính bám đá-nhựa.
Một trong những giải pháp hiệu quả để tăng khả năng dính bám đá – nhựa là sử dụng
phụ gia tăng dính bám (phụ gia chống bong tách) cho BTN [23], [26], [27].
Nhân tố ảnh hướng đến khả năng dính bám đá-nhựa có thể kể đến là tính năng của
nhựa đường, thuộc tính của cốt liệu (thuộc tính khoáng vật, hóa học, vật lý, hình dạng
hạt, độ sạch, độ ẩm…) và tác động của nước. Các nhân tố ảnh hưởng đến khả năng
dính bám đá-nhựa sẽ được phân tích chi tiết dưới đây.
1.2.

Suy giảm dính bám đá-nhựa - Bong tách

1.2.1. Nguyên nhân gây suy giảm liên kết đá-nhựa - Bong tách
Sự hiện diện của nước trong quá trình khai thác mặt đường BTN thường xảy ra và
khó có thể tránh khỏi. Một số nguyên nhân dẫn đến sự hiện diện của nước trong lớp
BTN có thể kể đến là: nước mưa xâm nhập qua các vết nứt mặt đường hoặc khi BTN
có độ rỗng dư lớn, nước thấm từ lớp móng lên do gia tăng mực nước ngầm, nước
thấm từ hai bên lề đường, cốt liệu bị quá ẩm do không sấy đủ khô trong quá trình trộn
hỗn hợp BTN [46].
Nước tồn tại trong hỗn hợp BTN sẽ xâm nhập vào giao diện giữa màng nhựa đường
và bề mặt cốt liệu. Theo thời gian, liên kết đá-nhựa ngày càng suy giảm, và đến một
mức nào đó liên kết đá-nhựa sẽ bị phá hủy, màng nhựa bị tách khỏi bề mặt cốt liệu.
Hiện tượng này được gọi là bong tách (stripping).
Bong tách (stripping) được định nghĩa là sự phá hủy liên kết dính bám đá-nhựa do
tác động của nước. Vì vậy có thể nói hư hỏng mặt đường BTN do tác động của nước
chủ yếu là do bong tách [46], [61]. Minh họa cơ chế bong tách do tác động của nước
được thể hiện tại hình 1.1.
Thuật ngữ “BTN bị hư hỏng do nước” (Moisture damage) biểu thị mặt đường BTN

bị suy giảm tính năng do tác động của nước, là kết quả của việc mất khả năng dính
bám (loss of adhesion) đá –nhựa và sau đó là mất khả năng dính kết (loss of cohesion)
trong nội tại chất kết dính nhựa đường, dẫn tới phá hủy tính toàn vẹn của BTN.


9

Hình 1. 1. Minh họa cơ chế bong tách (stripping) do tác động của nước
Thuật ngữ “BTN nhạy cảm với nước” hay gọi tắt là “Nhạy ẩm” (Moisture
susceptibility) biểu thị khả năng BTN dễ bị suy giảm tính năng do tác động của nước,
dẫn tới “BTN bị hư hỏng do nước” (Moisture damage). Nhìn chung, mức độ nhạy
ẩm của BTN được tăng lên bởi bất kỳ yếu tố nào làm tăng độ ẩm trong BTN.
Vì vậy, có thể nhận thấy rằng nhạy ẩm của BTN, bong tách, BTN bị hư hỏng do nước
có liên quan chặt chẽ với nhau.
Cường độ của BTN sẽ bị suy giảm đáng kể khi nước xâm nhập vào hỗn hợp BTN.
Dưới tác động của nước, của nhiệt độ môi trường thay đổi, của tải trọng xe lưu thông,
liên kết đá-nhựa bị suy giảm, bong tách sẽ dần phát triển dẫn tới hư hỏng mặt đường
BTN.
1.2.2. Nhận dạng hư hỏng mặt đường BTN do bong tách
Bong tách có thể bắt đầu xuất hiện tại đáy lớp móng BTN hoặc tại mặt đường BTN
và được gọi với các tên đặc thù là bong tách và bong tróc [32]:
1.2.2.1. Bong tách (Stripping)
Bong tách hình thành đầu tiên tại đáy của lớp BTN nóng phía dưới (lớp móng BTN),
sau đó phát triển lên các lớp BTN phía trên.
Tác động của nước lên lớp móng BTN là nguyên nhân chủ yếu gây bong tách móng
BTN. Nước thấm từ lớp móng vật liệu rời lên lớp móng BTN do mực nước ngầm gia
tăng, hoặc nước thấm từ hai bên lề đường xuống; nhất là khi lớp móng BTN có độ
rỗng dư lớn, có độ chặt thi công thấp hoặc khi sử dụng đá dăm có độ dính bám kém
cho BTN là các nguyên nhân chủ yếu gây ra bong tách móng BTN. Theo thời gian,
lớp móng BTN hư hỏng, dẫn đến suy giảm cường độ kết cấu mặt đường BTN, và hậu

quả là mặt đường BTN xuất hiện lún vệt bánh, nứt mỏi.


10

Bong tách lớp móng BTN rất khó phát hiện, và thường chỉ thực hiện được bằng cách
quan sát mẫu khoan BTN. Hình 1.2 b minh họa BTN bị bong tách, cho thấy thiếu sự
dính bám giữa nhựa đường với cốt liệu. Hình 1.2 a minh họa BTN không bị bong
tách, dính bám đá- nhựa tốt.

a). Dính bám đá-nhựa tốt
b) Bong tách (Dính bám kém)
Hình 1. 2. Nhận dạng bong tách
Hư hỏng mặt đường BTN do bong tách lớp móng BTN chỉ được phát hiện khi mặt
đường xuất lún vệt bánh (hình 1.3) hoặc nứt mỏi (hình 1.4).
Hư hỏng của mặt đường BTN do bong tách lớp móng BTN rất khó sửa chữa. Việc
phủ thêm một lớp BTN trên mặt đường bị hư hỏng, thường xem là giải pháp có hiệu
quả với những hư hỏng mặt đường BTN do các nguyên nhân khác, thì trong trường
hợp này thường là không hiệu quả. Giải pháp sửa chữa phổ biến và hiệu quả nhất là
phải cào bóc các lớp BTN nhựa đã hư hỏng do bong tách và rải các lớp BTN mới
thay thế, dẫn tới chi phí sửa chữa cao hơn nhiều [43], [61].


11

Hình 1. 3. Lún vệt bánh xe do bong tách lớp BTN phía dưới

Hình 1. 4. Nứt mỏi do bong tách lớp BTN phía dưới
1.2.2.2. Bong tróc (raveling)
Bong tróc là một trường hợp riêng của bong tách, hình thành đầu tiên trên bề mặt mặt

đường BTN, sau đó phát triển xuống các lớp BTN phía dưới.
Tác động của nước mưa, nước mặt lên mặt đường BTN, nhất là tại các khu vực mưa
nhiều, hoặc thoát nước mặt kém, hoặc vùng có khí hậu ẩm ướt là nguyên nhân gây
bong tróc. Bong tróc thường xảy ra khi lớp mặt BTN có độ rỗng dư lớn, hoặc có độ
chặt thi công thấp, hoặc cấp phối cốt liệu của BTN bị phân tầng do quá nhiều hạt thô
[55] , hoặc cốt liệu cho BTN có độ dính bám kém.


12

Bong tróc là do mất liên kết giữa chất kết dính nhựa đường và các hạt cốt liệu, dẫn
đến cốt liệu bị bong ra khỏi bề mặt mặt đường BTN. Bong tróc gây mất an toàn chạy
xe do mặt đường mất khả năng chống trượt, suy giảm độ bằng phẳng, bong bật cốt
liệu. Các dạng bong tróc điển hình, ổ gà được minh họa tại hình 1.5, hình 1.6, hình
1.7.

Hình 1. 5. Bong tróc mặt đường do BTN có độ chặt thấp (độ rỗng dư cao)

Hình 1. 6. Bong tróc mặt đường
Hình 1. 7 Ổ gà
BTN do cốt liệu bị phân tầng
Hư hỏng mặt đường BTN do bong tróc có thể được phân thành 3 cấp độ:
- Bong tróc nhẹ: Chất kết dính nhựa đường đã bị bào mòn khỏi bề mặt mặt
đường, kết cấu bề mặt hơi thô hoặc rỗ.
- Bong tróc trung bình: Tương tự như bong tróc nhẹ, ngoại trừ kết cấu bề mặt
có độ nhám vừa phải hoặc rỗ.


13

- Bong tróc nghiêm trọng: Tương tự như bong tróc nhẹ, ngoại trừ kết cấu bề mặt
thô ráp nghiêm trọng hoặc rỗ mặt.
Dưới tác động của tải trọng xe chạy, nhất là khi trời mưa, hư hỏng như ổ gà, nứt, bong
bật ngày càng phát triển và lan dần xuống dưới gây phá hoại kết cấu mặt đường.
1.2.3. Cơ chế hình thành và phát triển bong tách (mechanisms of stripping)
Nhiều kết quả nghiên cứu [8], [28], [43], [59] và [61], chỉ ra rằng có 7 cơ chế hình
thành và phát triển bong tách (mechanisms of stripping), bao gồm: tách màng nhựa
(detachment), dịch chuyển màng nhựa (displacement), nhũ tương hóa tự sinh
(spontaneous emulsification), đứt màng nhựa (film rupture), áp lực lỗ rỗng (pore
pressure), xói mòn do thủy lực (hydraulic scouring) và tác động của môi trường
(environmental effects). Các yếu tố gây bong tách này có thể hoạt động độc lập hoặc
kết hợp với nhau gây ra bong tách trong hỗn hợp BTN. Các yếu tố gây bong tách
được phân tích dưới đây.
1) Tách màng nhựa
Tách màng nhựa là hiện tượng màng nhựa bị tách ra khỏi bề mặt cốt liệu do tác động
của lớp nước mỏng, nhưng không xuất hiện sự rách màng nhựa. Tại vị trí bị bong
tách, màng nhựa có thể bong hoàn toàn khỏi bề mặt cốt liệu, biểu thị việc mất hoàn
toàn khả năng bám dính giữa nhựa đường với bề mặt cốt liệu. Lý thuyết năng lượng
bề mặt đã đưa cơ sở để giải thích cơ chế tách màng nhựa. Lý thuyết này xem bám
dính như là hiện tượng nhiệt động liên quan đến năng lượng bề mặt của những vật
liệu liên quan, cụ thể là nhựa đường và cốt liệu khoáng. Sức căng bề mặt của nước
thấp hơn nhiều so với sức căng bề mặt của nhựa đường. Khi độ ẩm của cốt liệu tăng
lên sẽ dẫn đến sức căng bề mặt (hoặc năng lượng bề mặt tự do) của nhựa đường giảm
đi. Do vậy, nếu tồn tại giao diện 3 pha bao gồm cốt liệu, nhựa đường và nước thì nước
sẽ làm giảm năng lượng bề mặt tự do của cả hệ thống nhiều hơn so với tác động của
nhựa đường để tạo ra năng lượng bề mặt nhỏ nhất để ổn định nhiệt động. Lý thuyết
năng lượng bề mặt nhấn mạnh đến tác động của sự phân cực của các phân tử hiện
diện tại bề mặt của 2 pha. Hầu hết cốt liệu đều có điện tích bề mặt. Nhựa đường, do
chủ yếu là các cao phân tử hydrocarbon, nên có tính phân cực yếu. Do vậy, sự liên

14

kết giữa nhựa đường và cốt liệu chủ yếu là do lực phân tán tương đối yếu. Các phân
tử nước, ngược lại, có tính phân cực rất cao nên có xu hướng hút cốt liệu với lực hút
lớn hơn nhiều so với lực hút của nhựa đường.
2) Dịch chuyển màng nhựa
Dịch chuyển màng nhựa là do nước thấm vào bề mặt cốt liệu qua những chỗ màng
nhựa bị rách. Màng nhựa bị rách thường là do nhựa đường bao bọc cốt liệu không
hoàn chỉnh ngay từ ban đầu hoặc do màng nhựa sau này bị đứt. Tại các mép, cạnh cốt
liệu, do màng nhựa đường tại khu vực này thường mỏng hơn, hoặc do tác động của
tải trọng giao thông nên màng nhựa thường bị rách tại các vị trí này. Bong tách do
dịch chuyển màng nhựa còn do cốt liệu bị nhiễm bẩn, những khuyết tật (lỗ thủng nhỏ)
của màng nhựa trên bề mặt cốt liệu sẽ sớm hình thành trong trường hợp bọc nhựa với
cốt liệu có nhiều bụi bẩn. Khái niệm bong tách do dịch chuyển màng nhựa tương
đồng với cách tiếp cận của nhiệt động học đến khả năng bám dính (adhesion), nghĩa
là nước sẽ thay thế nhựa đường để bám dính với bề mặt cốt liệu khi tồn tại giao diện
3 pha nước, nhựa đường và cốt liệu. Lý thuyết phản ứng hóa học về bám dính cũng
có thể được sử dụng để giải thích hiện tương bong tách do dịch chuyển. Sự thay đổi
độ pH do hơi nước tích tụ tại bề mặt cốt liệu khoáng có thể dẫn tới thay đổi nhóm
phân cực hấp phụ, cũng như trạng thái ion hóa/ phân ly của chúng, dẫn đến gia tăng
điện tích âm và lớp điện tích kép trên bề mặt cốt liệu cũng như nhựa đường. Việc
hướng tới trạng thái cân bằng điện tích sẽ hút thêm nước vào bề mặt cốt liệu, dẫn tới
sự phân tách vật lý của lớp nhựa đường ra khỏi bề mặt cốt liệu.
3) Nhũ tương tự sinh
Nhũ tương tự sinh là sự kết hợp giữa nước và nhựa đường để hình thành nhũ tương
nghịch, trong đó nhựa đường là pha liên tục và nước là pha không liên tục. Sự hình
thành nhũ tương tự sinh sẽ dẫn đến sự bong tách. Bong tách sẽ càng trầm trọng hơn
nếu có sự hiện diện của khoáng vật sét và một số phụ gia của nhựa đường.
4) Đứt màng nhựa

Đứt màng nhựa thường xảy ra đầu tiên tại vị trí cốt liệu có cạnh sắc hoặc cốt liệu có
bụi bẩn, dưới tác động của tải trọng thi công, của tải trọng xe lưu thông và yếu tố môi