Giai đoạn, nguyên tắc thiết kế hỗn hợp bê tông nhựa rỗng thoát nước

1. Yêu cầu khi thiết kế hỗn hợp bê tông nhựa rỗng thoát nước

Theo các quy định của tiểu mục 3.1 và tiểu mục 3.2 trong Mục 3 của Tiêu chuẩn quốc gia TCVN 13048:2020, hỗn hợp bê tông nhựa rỗng thoát nước (Porous Asphalt Mixture) được định nghĩa một cách chi tiết như sau:

- Hỗn hợp bê tông nhựa rỗng thoát nước (BTNRTN) là một loại bê tông nhựa đặc biệt, bao gồm hỗn hợp cốt liệu với cấp phối hở (open-grade) và chất kết dính được cải thiện bằng polymer, chủ yếu là nhựa đường. Đặc điểm nổi bật của BTNRTN là độ rỗng dư cao sau khi đầm nén (từ 18% đến 22%), tạo điều kiện cho chất lỏng có thể thấm qua một cách hiệu quả.

- Quá trình sản xuất BTNRTN được thực hiện thông qua phương pháp trộn nóng tại trạm trộn, đảm bảo sự kết hợp chặt chẽ giữa các thành phần để tạo ra một sản phẩm chất lượng và đáp ứng các yêu cầu kỹ thuật đặc biệt của nó. Ký hiệu chung của hỗn hợp này là BTNRTN, đại diện cho các đặc tính và tiêu chuẩn chất lượng quy định trong Tiêu chuẩn quốc gia.

* Lớp mặt bê tông nhựa rỗng thoát nước (Porous Asphalt Course) không chỉ đơn thuần là một thành phần của kết cấu áo đường, mà còn là một sự kết hợp độc đáo của công nghệ và tính năng đa dạng. 

- Lớp trên cùng của kết cấu áo đường đồng nghĩa với việc sử dụng hỗn hợp BTNRTN, được chế tạo thông qua phương pháp trộn nóng và quy trình rải nóng. Sự sáng tạo này không chỉ tạo ra một lớp bề mặt đặc biệt mà còn đem lại nhiều ưu điểm hữu ích.

- Lớp BTNRTN được phủ lên bề mặt đường không thấm nước, đồng thời đảm bảo các tác dụng quan trọng như cải thiện độ nhám và sức kháng trượt của mặt đường. Không chỉ giúp thoát nước mưa một cách hiệu quả, lớp này còn giảm thiểu hiện tượng văng bụi nước sau bánh xe trong thời tiết mưa, mang lại sự an toàn và thoải mái khi lái xe.

- Đặc biệt, lớp BTNRTN không chỉ đóng vai trò chống thấm và làm đẹp mặt đường, mà còn giảm tiếng ồn do xe chạy gây ra, tạo ra một môi trường giao thông êm dịu và thân thiện hơn. Đồng thời, lớp này tham gia chịu lực cùng với kết cấu áo đường, với chiều dầy được tính đến trong quá trình tính toán kết cấu áo đường, đảm bảo sự ổn định và bền bỉ của tuyến đường trong thời gian dài.

* Theo quy định chi tiết, quá trình thiết kế hỗn hợp bê tông nhựa rỗng thoát nước đặt ra mục tiêu quan trọng là xác định hàm lượng nhựa tối ưu phù hợp với hỗn hợp cốt liệu đã được chọn. 

​- Tất cả các vật liệu sử dụng, bao gồm cả cốt liệu lớn, cốt liệu nhỏ, bột khoáng, và nhựa đường, phải đáp ứng các chỉ tiêu cơ lý được quy định rõ trong Điều 6. Điều này đảm bảo rằng mọi thành phần đều đáp ứng các tiêu chuẩn chất lượng cao nhất.

​- Đường cong cấp phối của hỗn hợp cốt liệu sau khi phối trộn phải nằm trong khoảng quy định của đường bao cấp phối, được xác định trong Bảng 1 tại tiểu mục 5.3 của Mục 5 trong Tiêu chuẩn quốc gia TCVN 13048:2020. Điều này đảm bảo sự đồng đều và ổn định của hỗn hợp.

​- Hàm lượng nhựa tối ưu được chọn sao cho hỗn hợp đáp ứng tất cả các chỉ tiêu cơ lý được liệt kê trong Bảng 2 tại tiểu mục 5.4 của Mục 5 Tiêu chuẩn quốc gia TCVN 13048:2020. Việc này đảm bảo sự linh hoạt và khả năng chịu lực tốt nhất cho hỗn hợp, đồng thời đáp ứng yêu cầu kỹ thuật cụ thể.

2. Các bước thiết kế hỗn hợp bê tông nhựa rỗng thoát nước

Cũng tại Tiêu chuẩn quốc gia TCVN 13048:2020 thì các bước thiết kế hỗn hợp bê tông nhựa rỗng thoát nước được quy định bao gồm:

* Giai đoạn thiết kế sơ bộ, một bước quan trọng trong quá trình phát triển hệ thống, không chỉ là quá trình sử dụng mẫu vật liệu từ nguồn cung cấp hoặc từ phễu nguội của trạm trộn bê tông nhựa để bắt đầu quá trình thiết kế. Điều này còn là một cơ hội để mở rộng sự hiểu biết về chất lượng của các loại cốt liệu có sẵn tại địa điểm thi công.

- Mục tiêu chính của công tác thiết kế sơ bộ không chỉ dừng lại ở việc đánh giá chất lượng của các loại cốt liệu, mà còn mở rộng ra đối chiếu chúng với các yêu cầu kỹ thuật nghiêm ngặt. Câu hỏi quan trọng được đặt ra là liệu có thể tận dụng những cốt liệu này để tạo ra bê tông nhựa rỗng thoát nước đáp ứng đầy đủ yêu cầu về thành phần hạt và các chỉ tiêu quy định cho hỗn hợp bê tông nhựa rỗng thoát nước hay không.

- Không chỉ là quá trình đơn thuần kiểm tra chất lượng, giai đoạn này còn là cơ hội để tìm ra sự tương tác tối ưu giữa các thành phần cốt liệu và nhựa đường. Việc này có thể đưa ra những hiểu biết sâu rộng về khả năng tương thích và tính linh hoạt của các nguyên liệu, từ đó làm nền tảng cho quá trình thiết kế chi tiết hơn trong các giai đoạn tiếp theo. Đồng thời, quá trình này còn giúp tối ưu hóa sử dụng nguồn cung cấp và làm tăng khả năng đáp ứng yêu cầu kỹ thuật trong quá trình sản xuất hàng loạt.

- Giai đoạn thiết kế sơ bộ không chỉ là một bước quan trọng trong quá trình phát triển dự án, mà còn mang lại nhiều ý nghĩa quan trọng:

​+ Giai đoạn này đặt ra nhiệm vụ quan trọng là xác định sự phù hợp của cốt liệu và hỗn hợp bê tông nhựa rỗng thoát nước, đảm bảo chúng đáp ứng đầy đủ yêu cầu kỹ thuật của công trình. Điều này đặc biệt quan trọng khi không có dữ liệu nào về các nguồn cốt liệu tại nơi thi công trước đây, giúp xây dựng sự tin tưởng và sự chắc chắn về chất lượng của nguyên liệu sử dụng.

​+ Giai đoạn thiết kế sơ bộ cung cấp thông tin quan trọng để tính toán giá thành xây dựng. Việc này không chỉ giúp dự án có cái nhìn tổng quan về chi phí, mà còn tạo ra cơ hội để tối ưu hóa sử dụng nguồn cung cấp và làm giảm chi phí một cách hiệu quả.

​+ Giai đoạn sơ bộ là bước tiền đề quan trọng cho việc tiến hành giai đoạn thiết kế hoàn chỉnh. Các thông tin thu thập và kết quả từ giai đoạn này sẽ định hình hướng đi cho quá trình thiết kế chi tiết, giúp tối ưu hóa kế hoạch và đảm bảo hiệu suất của dự án trong tương lai.

* Giai đoạn thiết kế hoàn chỉnh, bước tiếp theo sau giai đoạn thiết kế sơ bộ, đánh dấu sự chuyển đổi từ lý thuyết sang thực tế. Trên nền số liệu thu thập từ giai đoạn thiết kế sơ bộ, quá trình này tập trung vào việc thực hiện các thử nghiệm thực tế tại trạm trộn bê tông nhựa, với việc lấy mẫu cốt liệu từ các phễu nóng (Hot-bin) để tiến hành quá trình thiết kế chi tiết.

- Mục tiêu của giai đoạn thiết kế hoàn chỉnh không chỉ là tìm ra thành phần hạt thực tế của hỗn hợp cốt liệu mà còn là xác định hàm lượng nhựa thực tế cần thiết khi sản xuất bê tông nhựa rỗng thoát nước tại trạm trộn. Trong quá trình này, việc đảm bảo rằng thành phần hạt của cốt liệu giữ nguyên hoặc gần tương tự như giai đoạn thiết kế sơ bộ là một yếu tố quan trọng. Điều này đảm bảo tính liên tục và đồng đều của quá trình sản xuất, từ lý thuyết đến thực tế.

- Quá trình chạy thử và lấy mẫu không chỉ là để kiểm nghiệm các giả định thiết kế, mà còn để hiểu rõ hơn về sự tương tác giữa các thành phần cốt liệu và nhựa đường trong điều kiện sản xuất thực tế. Điều này tạo cơ hội để điều chỉnh và tối ưu hóa quá trình sản xuất, đồng thời đảm bảo rằng sản phẩm cuối cùng đáp ứng đầy đủ các yêu cầu chất lượng và kỹ thuật. Giai đoạn thiết kế hoàn chỉnh không chỉ là bước tiến quan trọng trong quá trình, mà còn là bước quyết định để đảm bảo sự thành công và hiệu suất của dự án.

- Giai đoạn thiết kế hoàn chỉnh đặt ra những mục tiêu quan trọng, đồng thời mang lại những ý nghĩa không thể phủ nhận:

​+ Giai đoạn này không chỉ là quá trình thử nghiệm lý thuyết, mà còn là bước quyết định chứng minh khả năng sản xuất thực tế của hỗn hợp bê tông nhựa rỗng thoát nước tại trạm trộn. Việc này không chỉ giúp xác định khả năng tổ hợp của các thành phần, mà còn đảm bảo tính hiệu quả và thực tế của phương pháp sản xuất.

​+ Mục tiêu cốt lõi của giai đoạn này là đảm bảo rằng hỗn hợp bê tông nhựa rỗng thoát nước sản xuất ra đáp ứng hoặc vượt qua tất cả các yêu cầu kỹ thuật của công trình. Điều này bao gồm cả độ bền, khả năng thoát nước, và các tiêu chí chất lượng khác, đảm bảo sự thích ứng với mọi yêu cầu đặt ra.

​+ Giai đoạn thiết kế hoàn chỉnh không chỉ dừng lại ở việc chứng minh khả năng và đảm bảo chất lượng, mà còn là bước chuẩn bị cho quá trình sản xuất thử và rải thử. Nền tảng thông tin và kinh nghiệm thu được từ giai đoạn này đóng vai trò quan trọng trong việc thiết lập công thức chế tạo hỗn hợp bê tông nhựa rỗng thoát nước, tối ưu hóa quá trình sản xuất và đảm bảo sự nhất quán với kỹ thuật đã được xác định trước đó.

* Quá trình lập công thức chế tạo hỗn hợp bê tông nhựa rỗng thoát nước là bước quyết định và đòi hỏi sự tinh tế trong việc điều chỉnh và tối ưu hóa từng thành phần. Trên cơ sở của thiết kế hoàn chỉnh và kết quả thực tế sau khi thử nghiệm lớp bê tông nhựa rỗng thoát nước (BTNRTN), quá trình này bao gồm các điều chỉnh cần thiết để đưa ra công thức chế tạo hỗn hợp BTNRTN, phục vụ cho việc thi công đại trà lớp BTNRTN. Điều này đặt ra yêu cầu cao về sự nhạy bén trong việc hiểu và tương tác giữa các thành phần cốt liệu và nhựa đường. Những điều chỉnh được thực hiện nếu cần thiết, nhằm đảm bảo rằng công thức chế tạo không chỉ đáp ứng mọi yêu cầu kỹ thuật của dự án mà còn mang lại hiệu suất và chất lượng tối ưu nhất.

- Công thức chế tạo hỗn hợp BTNRTN, được xây dựng từ giai đoạn này, không chỉ là một phần quan trọng của quá trình sản xuất hỗn hợp tại trạm trộn, mà còn là cơ sở cho toàn bộ chuỗi công việc tiếp theo. Từ sản xuất đến thi công, kiểm tra, giám sát chất lượng và nghiệm thu, mọi bước đều dựa trên công thức chế tạo này để đảm bảo sự nhất quán và đáp ứng mọi tiêu chuẩn đặt ra. Điều này thể hiện sự chuyên sâu và chú ý đặc biệt trong việc định hình mọi khía cạnh của quá trình sản xuất, từ khâu nghiên cứu đến thực hiện, để đảm bảo thành công toàn diện của dự án.

- Công thức chế tạo hỗn hợp bê tông nhựa rỗng thoát nước (BTNRTN) đòi hỏi một sự chi tiết và tỉ mỉ trong việc xác định và mô tả các thành phần quan trọng. Để đảm bảo tính linh hoạt và hiệu suất của công thức, thông tin chi tiết sau đây nên được bao gồm:

​+ Xác định nguồn gốc cụ thể của cốt liệu và loại nhựa đường sử dụng trong hỗn hợp BTNRTN, đồng thời mô tả tính chất chính và đặc điểm kỹ thuật của chúng.

​+ Đưa ra thông tin về loại và tỷ lệ sử dụng phụ gia cải thiện polymer chuyên dụng, đóng vai trò quan trọng trong việc tối ưu hóa khả năng kết dính và cải thiện tính linh hoạt của hỗn hợp.

​+ Bao gồm kết quả thí nghiệm các chỉ tiêu cơ lý của nhựa đường, đá dăm, cát xay, và bột khoáng, đảm bảo rằng mọi thành phần đáp ứng đúng các tiêu chuẩn chất lượng.

​+ Mô tả thành phần cấp phối của hỗn hợp cốt liệu để đảm bảo sự đồng đều và ổn định trong quá trình sản xuất.

​+ Xác định tỷ lệ của các loại cốt liệu (đá dăm, cát xay, bột khoáng) tại phễu nguội và phễu nóng, đóng vai trò quyết định đặc tính của hỗn hợp BTNRTN.

​+ Bao gồm kết quả của quá trình thiết kế hỗn hợp BTNRTN và hàm lượng nhựa tối ưu, là cơ sở để đảm bảo đạt được hiệu suất kỹ thuật mong muốn.

​+ Xác định dung sai cho phép của cấp phối hỗn hợp cốt liệu và hàm lượng nhựa, đặt ra giới hạn cho quá trình sản xuất BTNRTN tại trạm trộn so với công thức chế tạo.

​+ Mô tả các giá trị nhiệt độ thi công quy định cho các giai đoạn quan trọng như trộn, xả hỗn hợp ra khỏi máy trộn, vận chuyển, rải và lưu.

​+ Chi tiết phương án thi công ngoại trời bao gồm chiều dầy lớp BTNRTN chưa lu lèn, loại lu sử dụng, sơ đồ lu, số lượt lu trên mỗi điểm, và các thông số quan trọng khác.

3. Xử lý khi có sự thay đổi nguồn vật liệu đầu vào khi thi công thiết kế hỗn hợp bê tông nhựa rỗng thoát nước

Theo quy định tại tiết 7.3.4, tiểu mục 7.3 trong Mục 7 của Tiêu chuẩn quốc gia TCVN 13048:2020, quá trình thi công yêu cầu một sự quan tâm đặc biệt đối với sự biến động trong nguồn vật liệu đầu vào và chất lượng của chúng. Trong trường hợp xảy ra bất kỳ thay đổi nào đáng kể về nguồn cung cấp vật liệu hoặc chất lượng vật liệu trong quá trình thi công, các biện pháp cụ thể cần được thực hiện nhằm đảm bảo tính đồng nhất và chất lượng cao của hỗn hợp bê tông nhựa rỗng thoát nước (BTNRTN). Việc làm lại thiết kế hỗn hợp BTNRTN là quy trình phức tạp và phải được thực hiện theo ba giai đoạn định rõ:

​- Đầu tiên, cần tiến hành thu thập thông tin chi tiết về sự biến động trong nguồn vật liệu và chất lượng của chúng. Đánh giá kỹ lưỡng về ảnh hưởng của thay đổi này đối với quá trình sản xuất BTNRTN là quan trọng để xác định tác động chính xác.

​- Dựa trên thông tin thu thập được, tiến hành làm lại thiết kế hỗn hợp BTNRTN với sự điều chỉnh và tối ưu hóa cần thiết. Điều này đảm bảo rằng hỗn hợp mới không chỉ đáp ứng yêu cầu kỹ thuật mà còn phản ánh đúng tình hình thực tế.

​- Chế tạo lại công thức hỗn hợp BTNRTN dựa trên thiết kế mới. Xác định lại tỷ lệ và thành phần của các nguyên liệu để đảm bảo tính nhất quán và hiệu suất tối đa trong quá trình sản xuất.

Ngoài ra, có thể tham khảo: Không dùng phép thử không phá hủy xác định độ nén bê tông nặng. Còn khúc mắc, liên hệ 1900.6162 hoặc gửi email tới: lienhe@luatminhkhue.vn để được hỗ trợ. Xin cảm ơn.