Nguyên nhân hư hỏng đường bê tông nhựa, biện pháp hạn chế

Nguyên nhân hư hỏng đường bê tông nhựa, biện pháp hạn chế

Các hư hỏng thường gặp của mặt đường bê tông nhựa

Dựa trên các tiêu chí đánh giá hư hỏng mặt đường bê tông nhựa của tiêu chuẩn thiết kế áo đường mềm  22TCN 211-06 được xác định như sau:

Vết nứt mặt đường bê tông nhựa:

Nếu theo hướng phát triển đường nứt thì trên mặt đường xuất hiện các vết nứt thuộc các dạng sau: vết nứt dọc ngang, vết nứt phản ánh và vết nứt mạng lưới.

Theo chiều rộng vết nứt thì bao gồm 3 loại sau: vết nứt rộng, vết nứt trung bình và vết nứt hẹp.

• Vết nứt ngang, dọc: là vết nứt xuất hiện theo chiều ngang và chiều dọc đường.
• Nứt mạng lưới:  là các vết nứt dạng lưới xuất hiện trên mặt đường, các đường nứt phát triển theo thời gian và dưới tác dụng của  tải trọng xe và khí hậu. Các vết nứt dạng lưới có thể đã liên kết hoặc chưa liên kết với nhau thành mạng lưới vết nứt,  hoặc đã nứt ra thành miếng có dạng như da cá sấu.
• Nứt phản ánh:  các vết nứt phản ảnh này xuất hiện khi lớp kết cấu bên dưới mặt đường bê tông nhựa bị nứt (lớp móng dưới bị nứt, thảm chồng lên lớp bê tông nhựa cũ đã bị nứt không được xử lý), trong trường hợp thảm mặt đường bê tông nhựa tại vị trí cống, trên mặt cầu hoặc mặt đường bê tông nhựa thảm trên tấm bê tông xi măng… khi chịu tác dụng trùng phục của bánh xe, lớp mặt đường bê tông nhựa bên trên chịu các ứng suất kéo và có thiên hướng sao chép vệt nứt đã hình thành trong các lớp bên dưới.

Biến dạng bề mặt đường bê tông nhựa

Biến dạng bề mặt được chia ra làm các dạng hư hỏng như mặt đường bị vệt hằn bánh xe, bị lún sụt; bị đầy trồi trượt; dạng làn sóng và xô dồn.

• Vệt lún sụt,  hằn bánh xe là các vết lún dài trên mặt đường dọc theo vệt bánh xe làm cho mặt đường không còn giữ được độ bằng phẳng do bị lún lõm cục bộ. Trong một số trường hợp mặt đường xảy ra hiện tượng “cao su” là hiện tượng mặt đường bị rạn nứt và biến dạng lớn dưới tác động của bánh xe.

Khi xe đi qua thì tải trọng xe tác động làm mặt đường lún võng xuống, khi xe đi qua hẳn thì đàn hồi trở lại một phần hay toàn bộ dẫn đến kết cấu mặt đường sẽ bị phá hoại một phần hoặc hoàn toàn dần dần.

• Mặt đường bị xô dồn, trồi trượt và có làn sóng là hiện tượng dồn, trượt và đẩy trồi là một đoạn các đoạn đẩy trồi và lún võng xuất hiện thành dải với chiều dài nhỏ hơn 1,5m dọc theo chiều ngang của đường

Hư hỏng bề mặt đường bê tông nhựa:

Hư hỏng bề mặt bao gồm các dạng như mặt đường bị chảy nhựa, bị bong tróc và rời rạc, mặt đường bị lộ đá, bị ổ gà.

• Mặt đường bị chảy nhựa: mặt đường bê tông nhựa khi được thiết kế cấp phối với một hàm lượng thừa nhựa (nhựa ở dạng tự do nhiều) khi chịu tác dụng của tải trọng xe sẽ xuất hiện hiện tượng chảy nhựa (nhựa đường trồi lên trên mặt) cộng thêm chịu tác dụng của nhiệt độ do bức xạ mặt trời gây nên làm giảm cường độ lớp bê tông nhựa và dễ bị trơn trượt.
• Mặt đường bị bong bật, rời rạc và lộ đá là hiện tượng mặt đường bị bong lớp bê tông nhựa dưới tác dụng lâu dài của nước dẫn đến tình trạng rời rạc bề mặt đường dọ nhựa bị tách khỏi cốt liệu hình thành các vệt bong tróc và tạo thành các ổ gà, ổ voi.
• Ổ gà, ổ voi là những vệt lõm được tạo thành trên đường do sự bong bật lớp mặt bê tông nhựa tạo thành.

Các dạng hư hỏng mặt đường bê tông nhựa theo thời gian

Mặt đường bê tông nhựa dưới tác dụng của các yếu tố khí quyển  và sau một thời gian dài sử dụng (trên 2 năm) sẽ có hiện tượng lớp mặt bê tông nhựa bị già hóa, không còn tính đàn hồi và dễ bị bong bật lớp mặt, thường được gọi là mặt đường bê tông nhựa bị bạc đầu.

Các nguyên nhân mặt đường bê tông nhựa bị hư hỏng

Các yếu tố khách quan làm hư hỏng mặt đường bê tông nhựa

Những nhân tố về khí hậu

• Mưa: là nhân tố ảnh hưởng tới sức chịu đựng của các vật liệu làm đường. Cường độ nền đường và mặt đường bị giảm đi do  nước mưa đọng trên bề mặt  và thấm xuống nền đường.
• Bức xạ mặt trời, nhiệt độ, nước…làm cho bê tông nhựa bị “lão hóa”, khả năng biến dạng giảm, dễ nứt nẻ. Dưới tác dụng của bức xạ mặt trời làm cho mặt đường bị nứt gãy do nhiệt độ của mặt đường thay đổi (thường là tăng lên) làm phát sinh ứng suất nhiệt gây phá hoại mặt đường.

Chất lượng của đất và các loại vật liệu xây dựng đường

Chất lượng của các loại vật liệu cấu thành mặt đường bê tông nhựa đóng một vai trò quan trọng đối với kết cấu áo đường.Mặt đường sẽ có chất lượng kém, nhanh bị hư hỏng do các loại vật liệu có cường độ không đạt tiêu chuẩn thiết kế, vật liệu không sạch hoặc cấp phối hạt không đúng quy cách…

Chất lượng của thiết kế cấp phối bê tông nhựa

Việc thiết kế cấp phối bê tông nhựa kém sẽ gây ảnh hưởng xấu, làm cho kết cấu bê tông nhựa chóng hư hỏng. Ví dụ:

• Hàm lượng nhựa quá nhiều khi thiết kế cấp phối bê tông nhựa sẽ dẫn đến lượng nhựa tự do quá nhiều nên tính ổn định nhiệt của kết cấu kém dẫn đến mặt đường bị trơn trượt, chảy nhựa gây nguy hiểm cho phương tiện tham gia giao thông.
• Hàm lượng nhựa quá ít khi thiết kế cấp phối bê tông nhựa sẽ dẫn đến lượng bitum không đủ để tạo màng bao bọc các hạt khoáng chất làm cho lực dính bê tông nhựa bị giảm đi do các hạt khoáng chất trực tiếp tiếp xúc với nhau mà không thông qua màng nhựa, dẫn đến khi chịu tác động của nước cường độ bê tông nhựa sẽ giảm nhanh (tính ổn định nước kém), cấu trúc bê tông nhựa trở thành cấu trúc tiếp xúc, mặt đường dễ bị bong bật.
• Khi mặt đường có nhiều xe chạy lại được thiết kế cấp phối bê tông nhựa chặt hạt nhỏ D_max =10, 15 sẽ dẫn đến mặt đường không đủ cường độ hoặc gây ra hiện tượng mặt đường bị dồn nhựa do kết cấu quá dày.

Về phương diện thi công và chế tạo hỗn hợp bê tông nhựa, những sai sót về quy trình công nghệ thi công cũng làm cho mặt đường bê tông nhựa nhanh bị hư hỏng.

Ảnh hưởng của cường độ vận chuyển và tải trọng xe

• Hiện tượng mài mòn mặt đường: sự mài mòn tùy thuộc vào cường độ vận chuyển thành phần dòng xe và vào tốc độ xe.
• Hiện tượng mỏi: Trên các đường nhựa thì hiện tượng mỏi được xuất hiện khá phổ biến do sự diễn biến khác nhau giữa móng đường và lớp trên mặt đường, do sự không liên tục trong cấp phối vật liệu. Sự mỏi là do lực thẳng đứng và các lực kéo nén tác dụng lên kết cấu mặt đường.
• Dưới tác dụng của tải trọng bánh xe làm cho mặt đường bị đứt gãy do mặt đường khi đó chịu nén và chịu kéo khi uốn làm phát sinh biến dạng có trị số vượt quá trị số cho phép.

Nhân tố về con người: con người vừa là chủ thể xây dựng, sử dụng, bảo quản những tuyến đường. Nhưng do sự thiếu hiểu biết, sự thiếu ý thức của con người lại là tác nhân gây ra những hư hỏng của đường bê tông nhựa. Thỉ dụ như khi chủ phương tiện và lái xe chở hàng quá tải trọng cho phép, vào vụ mùa người dân phơi rơm rạ và đốt trên mặt đường hay đào rãnh ngang đường để phục vụ nhu cầu tát nước, v.v… làm cho mặt đường  bị hư hỏng nhanh chóng.

Các nguyên nhân cụ thể ứng với các dạng hư hỏng mặt đường bê tông nhựa

Nứt mặt đường (nứt dọc, ngang, nứt mai rùa, nứt khối, nứt vỡ cạnh):

Nứt mặt đường chủ yếu là do lớp mặt bê tông nhựa bị mỏi dưới tác dụng của tải trọng trùng phục thường xuyên và lâu dài, một nguyên nhân nữa là do sự co ngót của kết cấu bê tông nhựa do nhiệt độ thay đổi theo chu kỳ trong ngày hoặc do chất lượng của lớp móng và lớp nền kết cấu áo đường kém ở bên gần lề đường khoảng từ 0,3-0,6m từ mép đường vào dễ vỡ cạnh khi chịu tải trọng xe.

• Mức độ nứt khối ít
• Mức độ vỡ cạnh ít
• Mức độ nứt khối trung bình
• Mức độ vỡ cạnh trung bình
• Mức độ nứt khối nhiều
• Mức độ vỡ cạnh nhiều

Biến dạng bề mặt (Vệt hằn bánh, lún sụt; làn sóng, xô dồn; đẩy trượt trồi)

Biến dạng bề mặt chủ yếu là do tác động của tải trọng giao thông (tải trọng đứng, trượt ngang) và do kết cấu áo đường có cường độ không ổn định và kém (như hàm lượng đá dăm trong hỗn hợp bê tông nhựa thấp, chiều dày lớp bê tông nhựa quá lớn, liên kết giữa tầng mặt và móng kém dẫn đến cường độ giảm)… hoặc khi tầng móng không đảm bảo cường độ, bị lún lệch thì kết cấu mặt bê tông nhựa phía trên cũng bị lún lệch.

Hư hỏng bề mặt

• Chảy nhựa: hiện tượng chảy nhựa là do có quá nhiều chất kết dính  nhựa đường trong thành phần bê tông nhựa (nhựa ở dạng tự do nhiều) khi gặp thời tiết nóng thì các chất kết dính ở trong các lỗ rỗng sẽ bị chảy và đẩy trồi lên trên bề mặt đường.
• Bong tróc, rời rạc, lộ đá: hư hỏng này xảy ra do tải trọng trùng phục tác dụng trên bề mặt tiếp xúc giữa bánh xe và mặt đường xuống lớp cấp phối làm giảm ma sát giữa mặt đường và bánh xe và mặt đường có tính ổn định nước kém, nước thấm xuống mặt đường và tách nhựa ra khỏi bê tông nhựa. Nguyên nhân cốt lõi của hư hỏng này có thể là do thiết kế cấp phối bê tông nhựa với hàm lượng nhựa quá ít hoặc bê tông nhựa bị mất tính kết dính với đá dăm, mất tính đàn hồi do sử dụng lâu ngày bị già hóa.
  • Mức độ ít
  • Mức độ trung bình
  • Mức độ nhiều
• Ổ gà, ổ trâu: sau khi bị bong bật, rời rạc nếu mặt đường không được sửa chữa kịp thời thì nước thấm xuống nền đường dần dần sẽ bị hư hỏng nặng thêm tạo thành các ổ trâu, ổ gà.

Các biện pháp phòng ngừa và giảm thiểu tình trạng hư hỏng mặt đường bê tông nhựa

Trên cơ sở các tính chất của bê tông nhựa, các điều kiện làm việc của mặt đường, chúng tôi đã tiến hành phân tích, đánh giá nguyên nhân của các dạng hư hỏng và đề xuất một số biện pháp giảm thiểu mức độ hư hỏng.

Biện pháp hạn chế mặt đường bê tông nhựa bị trượt

• Thiết kế chiều dày lớp bê tông nhựa phù hợp
• Dùng phụ gia tăng dính hoặc nhựa có độ kim lún nhỏ
• Dùng bột khoáng tương tác tốt với nhựa và có độ mịn cao.
• Thiết kế bê tông nhựa có hàm lượng nhựa họp lý, hàm lượng đá dăm cao.
• Xử lý liên kết giữa lớp bê tông nhựa và tầng móng tốt.

Biện pháp tăng tính ổn định nước của bê tông nhựa

• Mặt đường được thiết kế đủ độ dốc để đảm bảo nước mặt thoát nhanh.
• Thiết kế hỗn hợp có độ rỗng nhỏ và độ chặt cao.
• Thiết kế hỗn hợp bê tông nhựa có hàm lượng nhựa hợp lý, phù hợp các điều kiện thực tế (điều kiện về vật liệu địa phương, điều kiện về khí hậu, nền móng…).
• Cốt liệu đá, nhựa được lựa chọn và phối trộn hợp lý nhằm đảm bảo sự hấp thụ nhựa của cốt liệu là hấp phụ hóa học
• Sử dụng phụ gia tăng dính.

Biện pháp hạn chế mặt đường bê tông nhựa biến dạng, nứt nẻ:

• Hỗn hợp được thiết kế có hàm lượng nhựa hợp lý, có khả năng chịu kéo khi uốn, khả năng biến dạng cao và có thể dùng nhựa đặc biệt.
• Tầng móng và nền đất khi xây dựng phải có chất lượng tốt,  đồng đều, khả năng chống biến dạng lớn và có độ lún nhỏ.
• Không sử dụng các vật liệu chứa bụi sét.
• Tìm mọi biện pháp cải thiện chế độ thủy nhiệt của nền – mặt đường ( xử lý thoát nước tốt cho mặt đường, làm tầng móng cách nước, hạ mực nước ngầm…).