Ảnh minh họa
Nứt ở nhiệt độ trung gian là một dạng phá hoại phổ biến của lớp bê tông nhựa (BTN) trong kết cấu mặt đường. Trên thế giới có nhiều nghiên cứu đã chỉ ra các yếu tố ảnh hưởng đến khả năng chống nứt của BTN như: cốt liệu, nhựa đường, công tác thiết kế thành phần hỗn hợp BTN, công tác thi công lớp BTN, lưu lượng xe, tải trọng xe, nhiệt độ môi trường... Bài báo trình bày một số kết quả nghiên cứu đánh giá ảnh hưởng của loại nhựa đường, cỡ hạt lớn nhất danh định của hỗn hợp BTN, hàm lượng nhựa và nguồn gốc cốt liệu đến khả năng chống nứt ở nhiệt độ trung gian của BTN Superpave trong điều kiện Việt Nam.
Superpave là một trong những sản phẩm nổi bật của chương trình nghiên cứu chiến lược đường ô tô (SHRP). Phương pháp thiết kế BTN theo Superpave đã giải quyết vấn đề liên quan đến lựa chọn vật liệu (nhựa đường PG, cát, đá, bột khoáng) phục vụ cho thiết kế hỗn hợp BTN phù hợp với đặc tính dòng xe (lưu lượng xe, tốc độ xe lưu thông), nhằm giảm thiểu các hư hỏng mặt đường như nứt ở nhiệt độ thấp, nứt ở nhiệt độ trung gian, biến dạng vĩnh cửu (LVBX) ở nhiệt độ cao trong quá trình khai thác.
Phương pháp thiết kế Superpave hiện đang được áp dụng phổ biến tại Hoa Kỳ, Canada và nhiều quốc gia phát triển khác. LVBX và nứt là hai dạng phá hoại phổ biến của lớp BTN trong kết cấu mặt đường tại Việt Nam. Hai dạng phá hoại này luôn đối lập nhau, khắc phục được dạng này sẽ dễ dàng phát sinh dạng kia. Để lớp BTN không bị LVBX thường sử dụng cấp phối thô hơn, lượng nhựa ít hơn nhưng sẽ dẫn đến khả năng chịu kéo, khả năng chống nứt kém đi.
Nhiều dự án trong thời gian qua đã khắc phục được hiện tượng LVBX nhưng lại bắt đầu xuất hiện hiện tượng nứt, vỡ lớp BTN bề mặt làm cho nước mưa thấm xuống các lớp vật liệu phía dưới làm phá hoại kết cấu mặt đường. Khắc phục dạng phá hoại này rất khó khăn, nhiều trường hợp phải đào bỏ cả kết cấu làm tăng kinh phí, gây nhiều bức xúc trong xã hội. Do vậy, khi thiết kế hỗn hợp BTN phải lựa chọn cấp phối cốt liệu và hàm lượng nhựa hợp lý nhằm đảm bảo đồng thời khả năng chống LVBX và chống nứt.
Xu hướng thiết kế hỗn hợp BTN hiện nay tại Hoa Kỳ là thiết kế hỗn hợp BTN theo nguyên tắc thiết kế cân bằng BMD (Balanced Mix Design) giữa các đặc trưng thể tích-độ nhạy ẩm, khả năng chống lún vệt bánh xe và khả năng chống nứt. Về đánh giá độ nhạy ẩm: Hầu như tất cả các bang của Hoa Kỳ đều yêu cầu thử nghiệm đánh giá độ nhạy ẩm khi thiết kế hỗn hợp BTN và 85% các bang sử dụng thí nghiệm theo AASHTO T283 hoặc thí nghiệm Hamburg Wheel Tracking.
Về khả năng chống lún vệt bánh xe: Gần như tất cả các bang của Mỹ đều sử dụng thiết bị Hamburg Wheel Tracking hoặc APA thí nghiệm LVBX trong môi trường nước nóng [3]. Hiện nay, Việt Nam cũng đã quy định chỉ tiêu chống LVBX sử dụng thiết bị Hamburg Wheel Tracking theo Quyết định số 1617/QĐ-BGTVT [2], tuy nhiên chưa có quy định về chỉ tiêu chống nứt khi thiết kế hỗn hợp BTN. Về khả năng chống nứt do nhiệt độ thấp: Nứt do nhiệt độ thấp thường xuất hiện vào mùa lạnh, nhiệt độ rất thấp (âm).
Do đặc thù điều kiện khí hậu Việt Nam không xuất hiện nhiệt độ quá thấp (âm) nên nghiên cứu này không đánh giá về nứt do nhiệt độ thấp. Về khả năng chống nứt ở nhiệt độ trung gian (nứt mỏi): Trên thế giới có nhiều mô hình thí nghiệm để đánh giá khả năng chống nứt ở nhiệt độ trung gian của BTN như mô hình uốn dầm 2 điểm, uốn dầm 3 điểm, uốn dầm 4 điểm, uốn dầm 5 điểm và mô hình kéo (nén).
Tuy nhiên, thí nghiệm uốn dầm bán nguyệt SCB theo AASHTO TP 124 giúp kiểm tra, đánh giá nhanh và chính xác khả năng chịu kéo uốn, khả năng kháng nứt của mẫu BTN, kết quả thí nghiệm có độ chụm cao, thiết bị thí nghiệm rẻ tiền, có thể tận dụng máy Marshall tự động hiện có tại các phòng thí nghiệm của Việt Nam, có chuẩn để đánh giá “đạt”, có tương quan chặt với hư hỏng nứt thực tế của mặt đường tại hiện trường, do vậy nên được sử dụng rộng rãi khi thiết kế BTN để đánh giá khả năng chống nứt ở nhiệt độ trung gian của mẫu BTN.
Kết quả thí nghiệm sẽ đưa ra chỉ số mềm FI, chỉ số này càng cao thì hỗn hợp BTN có khả năng chống nứt ở nhiệt độ trung gian càng tốt. Bang Illinois của Hoa Kỳ đã đưa ra tiêu chuẩn giới hạn cho chỉ số mềm FI lớn hơn 8 để đảm bảo khả năng chống nứt của hỗn hợp BTN. Có rất nhiều yếu tố ảnh hưởng đến khả năng chống nứt ở nhiệt độ trung gian, chống LVBX ở nhiệt độ cao, chống lại phá hoại do ẩm của BTN...