Áo đường mềm (AĐM) sử dụng vật liệu bê tông nhựa chặt (BTNC) là loại kết cấu mặt đường có nhiều ưu điểm, được sử dụng phổ biến ở Việt Nam., BTNC là loại vật liệu có tính chất đàn hồi nhiệt nên rất nhạy cảm với điều kiện môi trường do tính chất đặc trưng của thành phần vật liệu nhựa đường có tính ổn định nhiệt và liên kết với cốt liệu kém khi chịu tác động của nước hoặc hơi ẩm. Cường độ chịu nén và chịu cắt của AĐM suy giảm khi nhiệt độ môi trường tăng cao vượt xa ngưỡng điều kiện bất lợi nhất theo tiêu chuẩn thiết kế quy định, chất lượng bề mặt AĐM cũng thay đổi đáng kể như hiện tượng mất mát vật liệu (bong tróc, ổ gà) thường xuất hiện với tần suất cao trong điều kiện mưa dài ngày, lưu lượng tải trọng trục xe lớn. Do hiện tượng giảm khả năng bám dính của vật liệu (giữa các phân tử nhựa đường với nhau, nhựa đường với cốt liệu), khả năng thoát nước mặt đường kém làm áp lực nước đọng mặt đường tăng cao, dưới tác dụng tải trọng trục xe gây phá vỡ liên kết bề mặt. Các hiện tượng trên đều có liên quan trực tiếp đến đặc điểm cấp phối lớp áo đường cả về mặt cường độ và đặc điểm bề mặt đường. Do đó, nghiên cứu ảnh hưởng của điều kiện thời tiết bất thường đến lớp mặt đường và đưa ra các giải pháp là cần thiết, đặc biệt trong điều kiện ở nước ta chưa có nghiên cứu và điều chỉnh phù hợp về điều kiện áp dụng thực tế từng khu vực đang thay đổi rất khác biệt với quy định trong tiêu chuẩn thiết kế và thi công.

Xét đến các điều kiện nhiệt ẩm, mùa hè là thời kỳ bất lợi vì mưa nhiều và nhiệt độ mặt đường cao. Do vậy khi tính toán cường độ theo tiêu chuẩn độ võng đàn hồi, chỉ tiêu của BTNC và các loại hỗn hợp đá trộn nhựa được lấy tương ứng với nhiệt độ tính toán là 30°C. Theo Tiêu chuẩn ngành 22TCN 211- 06, khi tính toán theo điều kiện cân bằng trượt thì nhiệt độ tính toán của bê tông nhựa và các loại hỗn hợp đá nhựa nằm phía dưới vẫn lấy bằng 30°C, riêng lớp mặt trên cùng lấy bằng 60°C.

Ảnh: Sưu tầm

Thực tế những năm gần đây, nhiều đoạn tuyến đường quốc lộ 1A sử dụng kết cấu AĐM, đặc biệt là khu vực Bắc Trung Bộ (BTB), liên tiếp xuất hiện những hư hỏng nghiêm trọng với tần suất cao tại những thời điểm nhiệt độ tăng cao và mưa lớn dài ngày bất thường được cho là do biến đổi khí hậu (BĐKH) gây ra. Theo ghi nhận của Bộ Khoa học và Công nghệ (02/6/2015), nhiệt độ không khí ở nhiều nơi trong khu vực BTB lên tới 30°C - 40°C, có nơi nhiệt độ không khí và nhiệt độ mặt đường BTNC tương ứng đạt ngưỡng kỷ lục là 42,7°C và 75°C. Theo kết quả khảo sát thực địa của thanh tra Bộ Giao thông vận tải (15/6/2015) ghi nhận, đoạn tuyến quốc lộ 1A (đoạn từ Km 223 đến Km 232 và từ Km 387+100 đến Km 709+400) xảy ra hiện tượng xô dồn và nứt trượt chiếm 8% tổng mức độ hư hỏng lớp mặt đường BTNC.

Theo số liệu thống kê của Liên hiệp các Hội khoa học và kỹ thuật Việt Nam (15/6/2015), từ đầu năm 2014 trên quốc lộ 1A, đoạn đường từ Thanh Hóa đến Thừa Thiên Huế có 70km trên tổng số 620km gặp phải tình trạng hằn lún vệt bánh xe (HLVBX); có 13% - 15% trong số những đoạn tuyến từ Thanh Hóa đến Thừa Thiên Huế khi xuất hiện lún đã đưa vào khai thác được 6 năm. Thời điểm lún nhiều nhất là những ngày nắng nóng dữ dội. Theo báo cáo của Bộ Tài nguyên và Môi trường MONRE (2012) cho thấy khu vực BTB cũng hứng chịu một lượng mưa khá lớn trong những năm qua. Số liệu thống kê cho thấy, độ lệch chuẩn lượng mưa trung bình năm là khá cao khoảng 400mm đến 700mm. Kỷ lục mới được ghi nhận về lượng mưa trong 24 giờ lên tới 747mm, vượt qua kỷ lục về lượng mưa 555mm được xác lập ngày 9/10/1995. Theo Đài truyền hình kỹ thuật số (27/12/2016), Quốc lộ 1A đoạn qua tỉnh Thừa Thiên Huế (Phú Bài - Bắc Hải Vân) mới được đầu tư nâng cấp,  mở rộng và khai thác được hơn 1 năm đã hư hỏng và xuất hiện nhiều “ổ gà” sau đợt mưa lớn dài ngày.

Ảnh: Sưu tầm

Hiện tượng AĐM đã khai thác ổn định trong thời gian dài đột ngột bị biến dạng nhiều trong những ngày nắng nóng “dữ dội” hay mặt đường bị tàn phá nặng nề sau những đợt mưa lớn dài ngày với cả những đoạn tuyến mới thi công hoặc cùng cấp thiết kế, cùng nhà thầu thi công lại có đoạn lún, đoạn không như đề cập ở trên đã đặt ra những nghi vấn về nguyên nhân bắt nguồn từ sự biến đổi quá lớn của các yếu tố thời tiết bất thường gây ra. Thực tế, Việt Nam nằm trong vùng khí hậu nhiệt đới và hứng chịu những ảnh hưởng rất khắc nghiệt của BĐKH. Vì vậy, độ bền của kết cấu công trình nói chung và AĐM nói riêng trước những biến đổi bất thường của điều kiện môi trường là một vấn đề đang nhận được rất nhiều sự quan tâm bởi tác động mà nó gây ra là rất nghiêm trọng.

Việt Nam cũng như nhiều nước trong khu vực, tiêu chuẩn thiết kế, thi công và nghiệm thu BTNC và AĐM được xây dựng dựa nhiều vào tiêu chuẩn thiết kế của Trung Quốc, Mỹ và Châu Âu, nơi mà tiêu chuẩn thiết kế được xây dựng từ cơ sở dữ liệu thực nghiệm có đặc điểm khí hậu hoàn toàn khác với Việt Nam, đặc biệt là khu vực Bắc Trung Bộ. Nghiên cứu của Shuang và cs. (2014) chỉ ra rằng việc áp dụng tiêu chuẩn thiết kế từ nơi có điều kiện khí hậu này qua nơi có điều kiện khí hậu khác sẽ dẫn đến những sai khác rất đáng kể về chất lượng AĐM. Thực tế, TCVN về BTNC hiện hành được đánh giá là còn nhiều hạn chế trong việc thích ứng điều kiện khắc nghiệt của môi trường như thời gian vừa qua.

Đã có nhiều nghiên cứu và nỗ lực nhằm tìm ra nguyên nhân và giải pháp khắc phục các hiện tượng nêu trên. Tuy nhiên, đến nay các hiện tượng hư hỏng vẫn chưa được giải quyết triệt để. Vì vậy, việc nghiên cứu ảnh hưởng của yếu tố môi trường khắc nghiệt này đến cường độ kết cấu AĐM và đề xuất giải pháp giảm thiểu tác động để tang tuổi thọ AĐM rất là cần thiết.

Điều kiện về môi trường bao gồm nhiệt độ không khí, độ ẩm, tốc độ gió, đặc điểm bề mặt thảm… Đây là những thông số xưa nay chưa được coi trọng đúng mức. Tuy nhiên, với vật liệu BTNC thì tác động của các yếu tố môi trường là vô cùng quan trọng và cần giám sát nghiêm ngặt. Hỗn hợp mất nhiệt, không đảm bảo nhiệt độ sẽ dẫn đến độ chặt không đảm bảo tạo cơ hội để nước mưa xâm nhập. Dưới tác động của tải trọng trục xe lớn sẽ phá hoại mặt đường rất nhanh như yêu cầu thiết kế đưa ra.

Ảnh: Sưu tầm

Điều kiện phục vụ thi công bao gồm các thông tin về thiết bị phục vụ thi công, cung ứng hỗn hợp từ trạm trộn đến công trường. Thông tin về trạm trộn như nguồn nguyên liệu,  sự đồng đều/tỷ lệ hỗn hợp mỗi mẻ trộn, nhiệt độ khối hỗn hợp vật liệu BTNC khi thảm… hiện các đơn vị thường ít quan tâm. Tuy nhiên, việc này có vai trò quan trọng, ảnh hưởng trực tiếp đến công nghệ và thiết bị, ảnh hưởng trực tiếp đến chất lượng AĐM.

Về thực tế các tính chất liên quan đến độ nhạy cảm với các điều kiện môi trường như nhiệt độ, lượng mưa, tính chất hóa học của vật liệu ảnh hưởng liên kết dạng hấp thụ hay hấp phụ lẫn nhau thường không được quan tâm đúng mức.

Cũng liên quan đến nghiên cứu này, tại Bước 4, công tác kiểm tra điều kiện thi công, sự phù hợp của hồ sơ thiết kế so với thực tế tại thời điểm thi công là rất quan trọng. Điều kiện môi trường nhiệt độ, độ ẩm, khả năng thoát nước, gió…Với vật liệu BTN, đây là các điều kiện có ảnh hưởng rất lớn đến chất lượng thi công BTN và cũng là các điều kiện hiện chưa nhận được sự quan tâm, đánh giá, xem xét cụ thể và chặt chẽ trong quy trình quản lý chất lượng xây dựng đường.

Trong điều kiện nhiệt độ cao hơn điều kiện tiêu chuẩn trong quy trình thiết kế BTNC hiện hành (60°C), cả hai cấp phối BTNC12.5 và BTNC 19 đều cho thấy sự kém ổn định rõ ràng. Vì vậy, việc xem xét nâng nhiệt độ tiêu chuẩn cho điều kiện bất thường trong thiết kế  là cần thiết.

Trong các thí nghiệm về ảnh hưởng của điều kiện nhiệt ẩm cao, cấp phối BTNC12.5 còn cho thấy sự ổn định với thời tiết tốt hơn cấp phối BTNC 19.

Về tính chất cơ lý của đá dăm trong nghiên cứu này, ứng xử BTNC 12.5 trong sử dụng đá vôi tốt hơn là đá hoa cương trong điều kiện nhiệt ẩm cao và cũng là phù hợp cho lớp trên cùng của tầng mặt.

Kết quả trên là cơ sở quan trọng đối với việc lựa chọn cấp phối áp dụng cho lớp mặt AĐM tại những địa phương có điều kiện thời tiết bất thường cục bộ cũng như góp phần xây dựng một quy trình nâng cao chất lượng đường bê tông nhựa hoàn chỉnh.