Phân tích phương pháp thiết kế hỗn hợp bê tông nhựa theo Superpave và một số kết quả nghiên cứu thực nghiệm
Mặt đường mềm (điển hình là mặt đường bê tông nhựa) được áp dụng rộng rãi trên thế giới hiện nay. Chất lượng bê tông nhựa (BTN) phụ thuộc vào nhiều yếu tố, trong đó phải kể đến thiết kế hỗn hợp BTN. Trên thế giới hiện có nhiều phương pháp thiết kế hỗn hợp BTN, trong đó có 2 phương pháp đang được áp dụng phổ biến là: phương pháp thiết kế Marshall và phương pháp thiết kế Superpave.
Trước khi phương pháp Superpave ra đời, phương pháp thiết kế hỗn hợp BTN theo Marshall được áp dụng rộng rãi ở Hoa Kỳ và nhiều nước trên thế giới. Hiện nay ở Việt Nam, Marshall vẫn là phương pháp chính được sử dụng để thiết kế hỗn hợp BTN. Mặc dù đã làm đúng theo quy trình thiết kế nhưng kết quả thiết kế ở nhiều dự án vẫn tỏ ra không thích hợp. Mặt đường BTN vẫn bị hư hỏng trong thời hạn tính toán mà nguyên nhân là do khi thí nghiệm xác định thành phần hỗn hợp, cấp phối cốt liệu chưa thể hiện hết các tác động của xe cộ và thời tiết, khí hậu. Điều này chứng tỏ phương pháp Marshall còn nhiều điều chưa hợp lý. Tồn tại chủ yếu của phương pháp Marshall là: việc đầm nén mẫu được đánh giá là chưa mô phỏng hết được quá trình lu lèn thực tế ngoài hiện trường; chưa xem xét để khắc phục các hư hỏng chủ yếu của BTN như: biến dạng vĩnh cửu (hằn lún), nứt do mỏi và nứt ở nhiệt độ thấp.
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 quyếtvấn 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 mỏi, nứt do nhiệt độ thấp, biến dạng vĩnh cửu (HLVBX) 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.
Tác giả Lưu Ngọc lâm và Nguyễn Quang Phúc đã phân tích phương pháp thiết kế hỗn hợp BTN theo Superpave và một số kết quả nghiên cứu thực nghiệm trong phòng tại Việt Nam và trình bày trên Tạp chí Khoa học và Công nghệ Việt Nam số 3/2020.
Thiết kế hỗn hợp BTN theo Superpave có nhiều nội dung được kế thừa từ thiết kế Marshall (các chỉ tiêu kỹ thuật với cốt liệu; cấp phối hỗn hợp cốt liệu; các chỉ tiêu về đặc tính thể tích như độ rỗng dư, độ rỗng cốt liệu, độ rỗng lấp đầy nhựa). Tuy nhiên có những điểm đặc trưng tỏ ra có ưu điểm hơn so với thiết kế Marshall, thể hiện ở các nội dung: sử dụng nhựa đường PG phù hợp với nhiệt độ môi trường của vùng dự án và hiệu chỉnh mác nhựa PG theo đặc tính dòng xe; sử dụng đầm xoay tạo mẫu BTN; quy định độ chặt yêu cầu ứng với các vòng xoay Nini, Ndes, Nmax; tỷ số D/B; hệ số cường độ ép chẻ TSR; các chỉ tiêu cơ học liên quan đến hiệu suất khai thác của hỗn hợp BTN (như khả năng chống nứt mỏi, nứt do nhiệt độ thấp, HLVBX). Thông qua kết quả nghiên cứu thực nghiệm trong phòng, nhóm nghiên cứu đã nắm vững được công nghệ thiết kế BTN theo phương pháp Superpave (yêu cầu vật liệu, cấp phối, phương pháp thiết kế hỗn hợp, các chỉ tiêu đánh giá chất lượng BTN…) và nhận thấy: công đầm nén của phương pháp Marshall cố định 75 chày/mặt là không đủ để BTN đảm bảo độ chặt, chịu tác dụng của lưu lượng xe. Công đầm nén của phương pháp Superpave cao hơn phương pháp Marshall. Phương pháp Superpave đã xét đến ảnh hưởng của lưu lượng xe chạy đến công đầm nén, nhằm đảm bảo cho hỗn hợp BTN có đủ khả năng chịu lực, chống lại biến dạng không hồi phục.
Tạp chí Khoa học và Công nghệ Việt Nam Số 3 năm 2020