Qua điều tra tiến hành ở nhiều nước thuộc Hiệp hội Đường ô tô thế giới (Viết tắt là AIPCR) cho thấy lợi ích to lớn trong khả năng kỹ thuật của các vật liệu xây dựng mặt đường ô tô, từ các trục tuyến đường chiến lược lớn cho đến các quảng trường đô thị. Cùng với thời gian thử nghiệm, đã xác định được các kiểu kết cấu mặt đường composite có hiệu quả nhất. Đó là sự kết hợp giữa mặt đường bê tông cốt thép liên tục với lớp bê tông nhựa, bảo đảm sự dính bám tốt giữa hai lớp - một loại hình kết cấu rất hứa hẹn về kinh tế, kỹ thuật.
Ủy ban kỹ thuật "Mặt đường ô tô” (ủy ban C7/8) của AIPCR đã xác định khái niệm về mặt đường composite là "Sự kết hợp của các lớp hyđrô cacbon hoặc các tấm lát với BTXM chấn động. Mục đích nghiên cứu là kết hợp hai hoặc nhiều lớp mặt đường tính chất khác nhau để tận dụng được phần tốt nhất các ưu điểm của chúng".
Như vậy, có thể làm mặt đường cho các đường cao tốc, đường liên đô thị, đường đô thị, các khu quảng trường vừa bền chắc, êm thuận lại vừa kinh tế và mỹ quan.
Trong giai đoạn đầu đã nghiên cứu ba họ mặt đường composite cho các mặt đường làm mới đó là: Mặt đường composite kiểu 1 : BTXM + lớp mặt đá trộn nhựa.
- Mặt đường composite kiểu 2: BTXM + lớp mặt lát.
- Mặt đường composite kiểu 3: Móng hoặc nền gia cố xi măng + đá trộn nhựa + BTXM.
1 . Mặt đường composite kiểu 1: BTXM + lớp mặt đá trộn nhựa
- Về chất lượng mặt đường: sau 5 năm chất lượng sử dụng rất tốt và chắc chắn sẽ đảm bảo chất lượng sau 10 năm. Việc giảm tiếng ồn xe chạy là một ưu điếm ngày càng được coi trọng. Sự linh hoạt trong việc chọn lớp mặt và khả năng thay thế lớp mặt này phù hợp với yêu cầu mới trong việc bảo vệ môi trướng cũng được đánh giá cao.
- Sau gần 10 năm sử dụng nhận thấy loại mặt đường composite với tấm bê tông cốt thép (BTCT) liên tục tốt hơn loại mặt đường composite với các tấm BTXM thông thường. Xu hướng là không nên rải các lớp bê tông nhựa mỏng trên các tấm BTXM thường mà phải rải các lớp BTN dày hơn đề tránh xuất hiện các đường nứt.
- Cần đặc biệt chú ý sử dụng vật liệu tối ưu. Một số nước đã sử dụng bê tông không đúng tiêu chuẩn để làm lớp mặt, đã dùng bê tông với hàm lượng xi măng quá thấp, vì vậy gây nên các hậu quả xấu Tương tự với lý do tránh "lún vệt bánh xe" người ta đã sử dụng các lớp BTN mỏng, cũng làm cho mặt đường mau hỏng. Kinh nghiệm cho thấy sự dính bám giữa lớp BTN và lớp BTXM là đặc biệt quan trọng cho nên phái có biện pháp thích đáng để tăng tính dính bám. Vì vậy sử dụng các loại bi tum cải tiến cho mặt đường có lượng giao thông lớn là điều cần ưu tiên đối vôi mặt đường composite kiểu 1.
2. Mặt đường composite kiểu 2: BTXM + lớp mặt bằng các tấm lát
Kiểu kết cấu mặt đường này đã được những kỹ sư thiết kế và quản lý đường đô thị và các quảng trường, công viên thành phố quan tâm. Phần lớn những người sử dụng và dân cư hai bên đường yêu cầu đường và quảng trường đô thị phải mỹ quan và dễ đào bới để sửa chữa hệ thống các công trình ngầm bên dưới.
Mặt đường lát thích hợp với các yêu cầu này:
- Có ba loại mặt đường lát: đá thiên nhiên chiếm từ 0 - 30%, đất nung và gốm chiếm 0 - 5% và tấm bê tông chiếm từ 70 - 1 00% diện tích mặt đường lát tuỳ theo cứng nước. Ngày nay các tấm lát bê tông được sử dụng phổ biến nhất, ví dụ ở Đức hàng năm sử dụng trên 130 triệu m2, tại Hà Lan mỗi năm một đầu người tiêu thụ 1,2m2 tấm bê tông. Kết cấu mặt đường composite (móng bê tông) thường được sử dụng với các tấm lát bê- tông và tấm lát đá mà chủ yếu là với các tấm bê tông.
- Đối với các lực tác dụng thì mặt đường lát đá thích hợp với xe nặng, mặt đường lát đá và lát tấm bê tông được dùng cho các làn xe buýt cho đường có lượng vận chuyển trung bình và các bãi đỗ xe. Vật liệu đất nung và gốm chỉ dùng lát các quảng trường và công viên ít xe chạy.
- Lý do để lựa chọn loại mặt đường composite này là:
a. Tìm được một quy hoạch bố trí hài hoà, đảm bảo chất lượng.
b. Tạo được một sự khác nhau giữa đường phố và đường (an toàn và độc đáo; lâu bền; tháo lắp được)
c Một kết cấu truyền thống, không cần thiết bị thi công đặc biệt.
Kết cấu mặt đường composite kiểu 2 phổ biến nhất gồm có: tấm lát, lớp đệm cát chiều dày 3cm (tối thiêu 2cm, tối đa 5cm), và lớp móng bê tông chấn động (thường là bê tông nghèo). Lớp móng bê- tông nghèo chiều dày 10 - 15cm dùng cho vỉa hè, chiều dày từ 12 - 20cm dùng cho đường ít xe, chiều dày 1 5 - 22cm dùng cho làn xe buýt.
Vật liệu chèn khe giữa các tấm lát bê tông thường là cát, giữa các tấm đá có thể là cát, vữa, bi tum.
Sau một thời gian sử dụng các loại tấm lát này được đánh gía như sau:
- Rất tốt với tấm lát đá.
- Tốt với tấm lát bê tông.
- Dễ vỡ nhưng mỹ quan với tấm lát đất nung.
Việc xác định để đánh giá chất lượng của các kết cấu này chủ yếu thông qua việc quan sát bằng mắt, kiểm tra độ bằng phẳng, độ ổn định của các tấm, độ cập kênh các mép tấm.
Phần lớn các nước có các tài liệu hướng dẫn, quy phạm và sổ tay thiết kế và thi công các loại mặt đường lát.
Để đẩy mạnh việc sừ dụng kỹ thuật này cần phải:
Phổ biến các quy phạm thiết kế và thi công.
Mở rộng phạm vi sử dụng mặt đường composite tấm nhỏ và tấm lớn mà tiềm năng sử dụng rất lớn, mỗi nước nên làm một đoạn thí điểm để minh hoạ cho sự đa dạng của loại hình kết cấu này.
Phải làm tốt hơn việc thoát nước, rửa đường, sự làm việc của khe nối...
3. Mặt đường composite kiểu 3: móng gia cố xi măng + đá trộn nhựa + lớp mặt BTXM.
Kiều mặt đường này đã được các nước Mỹ, Bỉ, Cộng hoà Séc xây dựng và khai thác từ những năm 1965 - 1970, các nước Pháp, Úc mới sử dụng từ những năm 1985 - 1990. Vì vậy, các giải pháp kỹ thuật thiết kế của các nước cũng rất đa dạng.
Kết quả điều tra cho thấy:
- Lớp đá trộn nhựa kẹp giữa lớp mặt BTXM (hoặc BTCT liên tục) và lớp móng đá gia cố xi măng (hoặc bê tông nghèo) có thể là một lớp mỏng 5cm hoặc là một lớp dày từ 15 - 20cm. Lợi ích của lớp nhựa trung gian dày kẹp giữa hai lớp cứng này hiện còn chưa khẳng định, ngoại trừ tác dụng kết dính giữa hai lớp móng gia cố và lớp mặt BTXM. Mà việc kết dính các lớp và các đặc trưng của các mặt tiếp giáp trong kết cấu lại không phụ thuộc vào chiều dày của lớp đá trộn nhựa này. Vì vậy, đương nhiên các nhà thiết kế đã chọn lớp đá trộn nhựa mỏng 5cm. Trước khi tìm ra tác dụng kết dính, ngay từ đầu nhiều nước đã chọn lớp đá trộn nhựa trung gian này để cải thiện tính chống xói của lớp móng. Việc nghiên cứu của AIPCR về thoát nước và chống phủi bùn trước đó cho thấy cần phải bảo đảm cho bề mặt lớp móng dưới tấm BTXM không bị xói bằng cách phủ một lớp đá trộn nhựa. Tính chống xói là một trong các đặc trưng của hỗn hợp đá trộn nhựa chặt so với cát gia cố hoặc cấp phối đá có gia cố hoặc không gia cố chất liên kết.
- Lớp đá trộn nhựa dính chặt với tấm BTXM mặt đường là điều kiện cần thiết chủ yếu đối với mặt đường composite có lớp mặt BTCT liên tục. Nhiều nước đã khai thác loại mặt đường này gần 30 năm cho thấy tính dính bám này tương đối lâu bền theo thời gian. Một số nước đã làm thí nghiệm cụ thể về tác dụng của lớp dính kết trung gian này và đã quan sát thấy những hư hỏng khi bỏ lớp trung gian này. Với mặt đường BTXM không bố trí thanh truyền lực ờ các khe nối, chịu tải trọng nặng và điều kiện khí hậu khắc nghiệt, vai trò của lớp đá trộn nhựa có được duy trì lâu dài hay không là vấn đề còn đang tranh cãi, bởi đã quan sát một số chỗ mất dính bám tại các khe nối bị cập kênh, ở cuối thời gian phục vụ của mặt đường. Tuy nhiên nhìn chung các kết cấu này đảm bảo điều kiện khai thác an toàn, êm thuận và ít phải duy tu bảo dưỡng. Với các mặt đường bê tông mà khe nối có đặt thanh truyền lực lại đặt trên lớp đệm bằng hỗn hợp đã trộn nhựa, thì về lâu dài vẫn bảo đảm điều kiện làm việc tốt. Nếu bỏ lớp đá trộn nhựa trung gian này thì sự dính bám của các lớp bê tông sẽ xấu đi và có thể xuất hiện sự lún cục bộ. Vì vậy, hiện nay lớp này đã được đưa vào trong các tiêu chuẩn thi công.
Hiện nay người ta chưa khai thác hết tiềm năng trong việc tính toán chiều dày do các lớp dính bám chặt với nhau mang lại. Nếu xem các lớp dính chặt với nhau là một kết cấu toàn khối thì sẽ giảm được từ 1 5 - 30% chiều dày tấm bê tông. Rõ ràng đây là một ưu điểm nổi bật của loại mặt đường composite này.
- Các nước Pháp, Úc sừ dụng mặt đường composite kiểu 3 với lớp mặt đường BTCT liên tục đã đạt được mức phục vụ rất cao, duy trì được các đặc trưng bề mặt ở trạng thái tốt trong một thời gian dài, do đó giảm được giá thành duy tu bảo dưỡng rất nhiều trong suốt niên hạn sử dụng. Đương nhiên để đạt được thành quả này cần phải tuân thủ kỹ thuật làm đường, tôn trọng các quy tắc thiết kế và thi công. Ngoài ra, cần phải cải tiến các khe thi công cuối ngày hoặc cuối tuần của BTCT liên tục, đồng thời phải tối ưu hoá phương pháp thi công và sừ dụng vật liệu khi phải vừa thi công và vừa bảo đảm giao thông.
Đối với Việt Nam, hiện tại các đô thị lớn như Hà Nội, TP. Hồ Chí Minh, Đà Nẵng có tốc độ đô thị hoá nhanh, để đảm bảo cho một đô thị phát triển hiện đại và bền vững, áp dụng công nghệ mới trong xây dựng là hết sức cần thiết. Đặc biệt trong những quy hoạch phát triển vùng đô thị, các trục tuyến đường vành đai, đường liên khu vực đô thị, đường trong các tiểu vùng quy hoạch đô thị mới và là các công trình công cộng đô thị như bãi đỗ xe, quảng trường, công viên,... các trục tuyến, làn đường dành riềng cho xe buýt. Ở Việt Nam tuy mới bắt đầu áp dụng vật liệu xây dựng composite (một số kết cấu hạ tầng đô thị như các dải phân cách tại nút giao Nguyễn Thái Học - Tôn Đức Thắng, phủ bản mặt cầu tại cầu chui Gia Lâm - Hà Nội...) nhưng tính năng vượt trội của loại vật liệu mới cho thấy nhiều ưu điểm trong xây dựng giao thông hạ tầng đô thị, đặc biệt là thẩm mỹ kiến trúc đô thị. Vì vậy, nghiên cứu áp dụng kết cấu mặt đường composite trong phát triển hạ tầng giao thông đô thị tại Việt Nam thực sự sẽ đem lại một hiệu quả kinh tế cao
PGS. NGUYỄN QUANG CHIÊU, THS. NGUYỄN THỦY NGUYÊN - Công ty TNHH tư vấn CTGT TCI