Trong thực tế, mặt đường và đường băng sân bay thường xuyên bị ẩm ướt trong thời gian dài. Chẳng hạn, tại Anh, mặt đường có thể duy trì trạng thái ướt đến 50% thời gian trong một năm.
Để giải quyết vấn đề đọng nước trên bề mặt và giảm nguy cơ trơn trượt, vào những năm 1950, Bộ Công trình Hàng không đã tiến hành thử nghiệm lớp vật liệu đá bitum hở có kích cỡ hạt 10 mm nhằm tạo nhám cho đường băng sân bay.
Tổng quan về đặc tính tạo nhám – thấm nước
Mục lục
Lớp vật liệu này được thiết kế với khả năng cho phép một phần nước thấm qua, dẫn xuống lớp không thấm nước bên dưới. Từ đó, nước sẽ được hướng vào hệ thống thoát nước nhờ các rãnh ngang và các hạt cốt liệu lấp đầy rãnh. Các thử nghiệm thực tế đã chứng minh rằng lớp vật liệu này mang lại hiệu quả cao trong việc tăng độ ma sát và thoát nước, giúp cải thiện an toàn giao thông.

Theo thống kê, khoảng 10% số vụ tai nạn giao thông vào mùa mưa có liên quan đến hiện tượng nước bắn tung tóe từ các phương tiện di chuyển với tốc độ cao. Chi phí do các tai nạn liên quan đến nước bắn lên có thể chiếm đến 1/3 tổng thiệt hại so với các vụ tai nạn do trơn trượt trên mặt đường ẩm ướt.
Trước sự thành công của lớp đá bitum tạo nhám 10 mm trên đường băng sân bay, Phòng Nghiên cứu Vận tải và Đường bộ (TRRL) đã tiếp tục nghiên cứu và phát triển vật liệu đá bitum thấm nước với kích thước hạt lên đến 20 mm.
Quá trình phát triển của vật liệu đá nhựa thấm nước
Từ năm 1967, hàng loạt thử nghiệm đã được tiến hành nhằm đánh giá mức độ phù hợp của lớp vật liệu đá nhựa thấm nước đối với các tuyến đường có lưu lượng xe cộ cao. Szatkowski và Brown nhận định rằng các lớp vật liệu được sản xuất với cốt liệu lớn thường đạt độ rỗng cao, khả năng thấm nước tốt và tạo độ nhám đáng kể. Tuy nhiên, ở một số loại cỡ hạt cốt liệu, những đặc tính này có thể suy giảm đáng kể trong vài năm đầu sau khi thi công.

Dù vậy, ngay cả khi các đặc tính giảm dần theo thời gian, hiệu quả chống bắn nước của lớp vật liệu có kích cỡ cốt liệu 20 mm vẫn duy trì lâu hơn. Cụ thể, với những tuyến đường có lưu lượng giao thông lớn (hơn 7.000 xe/ngày đêm trên một làn đường), hiệu quả này có thể kéo dài ít nhất 3 năm. Trong khi đó, trên các tuyến đường sử dụng bê tông nhựa asphalt có mật độ giao thông trung bình (khoảng 2.500 xe/ngày đêm trên một làn đường), thời gian duy trì có thể lên tới 6 năm.
Ngay cả khi hiệu quả thoát nước giảm dần, tuổi thọ tổng thể của lớp mặt đường vẫn có thể kéo dài đến 15 năm. Các kết quả nghiên cứu tiếp theo cũng cho thấy rằng, khả năng chống trượt của lớp đá nhựa thấm nước có cốt liệu 20 mm không thua kém so với các lớp mặt đường khác sử dụng cùng loại cốt liệu. Bên cạnh đó, mối quan hệ giữa độ ma sát và tốc độ xe khi sử dụng cốt liệu 20 mm cũng tương tự như khi áp dụng lớp asphalt lu nóng.
Về mặt kết cấu, lớp vật liệu đá nhựa thấm nước dày 40 mm, sử dụng bitum có độ kim lún 100 hoặc 200, có thể đạt độ bền tương đương với 16 mm asphalt lu nóng (HRA) hoặc 20 mm đá-bitum đặc kín.
Tuy nhiên, nếu thay thế bitum thông thường bằng bitum epoxy, độ cứng động học của lớp vật liệu sẽ tăng lên đáng kể, giúp cường độ của mặt đường đạt ngang hoặc cao hơn so với HRA. Ngoài ra, việc sử dụng bitum chứa polyme như etylen vinyl axetat hay styren-butadien-styren sẽ tạo ra mức độ cứng động học trung gian giữa hai loại trên.
Lợi ích của lớp đá nhựa thấm nước
Lớp bê tông nhựa Asphalt bề mặt giúp tạo nhám – thấm nước này đã thể hiện rõ vô vàn ưu điểm như sau:

Giảm hiện tượng nước bắn tung tóe
Hiện tượng nước bắn lên từ mặt đường khi xe chạy tốc độ cao có thể làm giảm đáng kể tầm nhìn của người lái, dẫn đến nguy cơ mất an toàn giao thông. Các nghiên cứu và thử nghiệm bổ sung đã chứng minh rằng lớp đá nhựa thấm nước có thể giảm thiểu đáng kể tình trạng này.
Nhờ có cấu trúc rỗng với độ rỗng lên đến 25%, lớp đá nhựa thấm nước có thể hấp thụ một lượng nước mưa đáng kể trước khi đạt trạng thái bão hòa. Cụ thể, một lớp đá nhựa thấm nước dày 40 mm có khả năng thẩm thấu khoảng 8 mm nước mưa, giúp nước dễ dàng thấm xuống lớp dưới thay vì đọng lại trên bề mặt.
Vật liệu này hoạt động như một lớp thoát nước, cho phép nước chảy qua và thoát đi nhanh chóng, góp phần hạn chế tình trạng đọng nước trên mặt đường. Điều này không chỉ giúp duy trì độ bám đường mà còn giảm nguy cơ tai nạn do trơn trượt khi di chuyển trong điều kiện trời mưa.
Giảm tiếng ồn khi xe di chuyển
Lớp đá nhựa thấm nước có kết cấu đặc biệt giúp giảm thiểu đáng kể tiếng ồn phát sinh khi phương tiện di chuyển trên đường, đặc biệt là khi xe chạy ở tốc độ cao. Khi lớp vật liệu này được sử dụng trên mặt đường, nó làm tăng diện tích tiếp xúc giữa lốp xe và bề mặt đường ngay cả trong điều kiện trời mưa, giúp cải thiện lực bám và duy trì độ ma sát cần thiết.
Mối quan hệ giữa độ ồn và độ nhám của mặt đường đã được Phòng Nghiên cứu Vận tải và Đường bộ (TRRL) nghiên cứu. Họ đã đánh giá khả năng ma sát của mặt đường thông qua phương pháp đo chiều sâu rót cát (hay còn gọi là chiều sâu cấu trúc) và thực hiện các thí nghiệm hãm phanh ở tốc độ 130 km/h và 50 km/h để xác định sự thay đổi của hệ số lực hãm.
Kết quả nghiên cứu cho thấy tiếng ồn do xe cộ tạo ra có mối quan hệ trực tiếp với độ nhám vĩ mô (chiều sâu rót cát) và tỷ lệ thay đổi của hệ số hãm phanh. Điều này đồng nghĩa với việc nếu mặt đường có độ bám tốt thì thường sẽ tạo ra tiếng ồn lớn hơn, và ngược lại, mặt đường ít gây tiếng ồn thường có độ bám kém hơn.
Tuy nhiên, các nghiên cứu thực địa sau đó đã chỉ ra rằng mặt đường sử dụng lớp đá nhựa thấm nước có khả năng giảm tiếng ồn đáng kể so với mặt đường thông thường có cùng độ nhám. Cụ thể, tiếng ồn do xe chạy trên mặt đường thấm nước giảm từ 3–4 dB(A) trong điều kiện khô ráo và từ 7–8 dB(A) trong điều kiện trời mưa. Điều này mang lại trải nghiệm lái xe thoải mái hơn, đặc biệt là ở những khu vực đô thị hoặc đường cao tốc có mật độ giao thông cao.
Bên cạnh đó, một ưu điểm khác của lớp đá nhựa thấm nước là giúp giảm ma sát lăn của lốp xe, từ đó có thể góp phần tiết kiệm nhiên liệu và tăng hiệu suất vận hành của phương tiện.
Nhược điểm của lớp đá nhựa thấm nước
Bên cạnh vô vàn ưu điểm, việc thi công thảm bê tông nhựa nóng với bề mặt lớp đá nhựa thấm nước – tạo nhám này thì vật liệu này cũng còn một số nhược điểm đó là:
Yêu cầu nghiêm ngặt về hàm lượng bitum
Một trong những nhược điểm lớn nhất của lớp đá nhựa thấm nước là yêu cầu rất khắt khe về hàm lượng bitum trong hỗn hợp.
- Nếu hàm lượng bitum quá thấp, lớp nhựa đường sẽ không thể bao phủ hoàn toàn các hạt cốt liệu, dẫn đến việc lớp mặt đường dễ bị bong tróc và xuống cấp do quá trình oxy hóa nhanh chóng.
- Nếu hàm lượng bitum quá cao, hoặc nếu nhiệt độ của hỗn hợp quá cao trong quá trình sản xuất, bitum có thể bị chảy ra khỏi cốt liệu trong khi vận chuyển hoặc thi công, làm giảm chất lượng của mặt đường.
Mãi đến năm 1984, các phương pháp xác định hàm lượng bitum tối ưu cho hỗn hợp đá nhựa thấm nước mới được nghiên cứu và áp dụng rộng rãi tại Anh. Các thử nghiệm trong phòng thí nghiệm đã giúp đánh giá mức độ chảy thoát của bitum trong thực tế, từ đó giúp tối ưu hóa quy trình sản xuất.
Nguy cơ oxy hóa và sự suy giảm chất lượng theo thời gian
Do lớp đá nhựa thấm nước có cấu trúc rỗng và độ thấm cao, màng bitum bao bọc cốt liệu thường xuyên tiếp xúc với không khí, dẫn đến quá trình oxy hóa diễn ra nhanh hơn so với các loại mặt đường thông thường. Khi bị oxy hóa, bitum trở nên giòn và dễ nứt gãy, làm giảm tuổi thọ của lớp mặt đường.
Các nghiên cứu ban đầu được T&C VIệt Nam tổng hợp cho thấy rằng việc bổ sung bột vôi vào hỗn hợp có thể giúp cải thiện đáng kể độ nhớt của bitum, làm giảm hiện tượng bitum chảy ra khỏi cốt liệu trong quá trình vận chuyển và thi công. Ngoài ra, bột vôi còn giúp tăng cường lực bám dính giữa bitum và cốt liệu, đặc biệt hữu ích trong môi trường thường xuyên bị ngập nước hoặc độ ẩm cao.
Bên cạnh bột vôi, một số loại polyme cũng được nghiên cứu để cải thiện khả năng chống oxy hóa của bitum. Các thử nghiệm trong phòng thí nghiệm cho thấy nếu bổ sung từ 0,5% đến 1% bột vôi, quá trình oxy hóa của nhựa đường sẽ giảm đáng kể, giúp kéo dài tuổi thọ của lớp mặt đường.
Tổng hợp
Lớp đá nhựa thấm nước mang lại nhiều lợi ích quan trọng, bao gồm khả năng thoát nước tốt, giảm hiện tượng bắn nước, cải thiện độ ma sát, giảm tiếng ồn khi xe di chuyển và tăng cường an toàn giao thông. Tuy nhiên, nó cũng đi kèm với một số hạn chế, đặc biệt là yêu cầu nghiêm ngặt về hàm lượng bitum và nguy cơ suy giảm chất lượng do quá trình oxy hóa.
Nhờ những cải tiến trong nghiên cứu và công nghệ sản xuất, các vấn đề này đang dần được khắc phục bằng cách sử dụng các chất phụ gia như bột vôi hoặc polyme, giúp nâng cao tuổi thọ của lớp mặt đường và đảm bảo hiệu suất sử dụng lâu dài.
Cuối cùng, đội ngũ T&C Việt Nam trong thi công bê tông asphalt, liên hệ ngay để nhận được tư vấn và báo giá thi công thảm bê tông nhựa nóng tại Hà Nội trực tiếp quý vị nhé!