Bê tông nhựa là hỗn hợp đá dăm, cát, bột khoáng và nhựa đường, trộn nóng ở trạm theo tỷ lệ thiết kế rồi rải và lu khi còn nóng. Bê tông nhựa chặt có độ rỗng còn lại sau khi lu nhỏ, kín nước, dùng cho lớp mặt; bê tông nhựa rỗng có nhiều lỗ rỗng hơn, ít nhựa hơn, dùng cho lớp móng hoặc lớp dưới.
Trong mỗi nhóm, bê tông nhựa còn được gọi theo cỡ hạt danh định lớn nhất, ví dụ loại 12,5 mm hay 19 mm. Cách gọi cũ hơn là hạt mịn, hạt trung, hạt thô. Bài này giải thích các ký hiệu đó, vì sao một mặt đường thường có lớp dưới hạt to, lớp trên hạt nhỏ, và những gì nên biết về hàm lượng nhựa, trạm trộn và xe bê tông nhựa khi đến công trường.
Bên trong một tấn bê tông nhựa có gì
Nếu bóc một mẫu bê tông nhựa ra tính theo khối lượng, phần lớn là cốt liệu: đá dăm các cỡ làm bộ khung chịu lực, cát (cát nghiền hoặc cát tự nhiên) lấp khe giữa các viên đá, bột khoáng (thường là bột đá vôi nghiền mịn) lấp các khe nhỏ nhất và cùng với nhựa tạo thành chất vữa nhựa. Nhựa đường chỉ chiếm vài phần trăm khối lượng, nhưng là thứ gắn mọi thứ thành một khối dẻo.
Tỷ lệ các cỡ hạt được thiết kế theo một đường cấp phối, sao cho các hạt chèn khít vào nhau. Ba thứ phải cân bằng: khung đá đủ chèn để chống biến dạng, lỗ rỗng còn lại đủ nhỏ để kín nước nhưng không quá nhỏ (nếu không, mùa nóng nhựa không còn chỗ giãn nở sẽ trào lên mặt), và lượng nhựa đủ bọc kín mọi hạt mà không thừa.
Vì vậy cùng một mỏ đá, cùng một loại nhựa, hai trạm trộn có thể ra hai loại bê tông nhựa chất lượng rất khác nhau, tuỳ cách họ sàng, cân, sấy và trộn. Thiết kế cấp phối trên giấy chỉ có giá trị khi trạm kiểm soát được cân đong từng mẻ.
Chặt và rỗng: độ rỗng dư quyết định nằm ở lớp nào
Độ rỗng dư là phần thể tích không khí còn lại trong bê tông nhựa sau khi đã lu lèn, tính theo phần trăm. Bê tông nhựa chặt được thiết kế để độ rỗng dư nhỏ, chỉ vài phần trăm: đủ kín để nước không thấm qua lớp mặt xuống móng, và vẫn còn chút chỗ cho nhựa giãn nở mùa nóng. Đây là lớp tiếp xúc với mưa nắng và bánh xe nên phải kín, bền, nhám vừa.
Bê tông nhựa rỗng có độ rỗng dư lớn hơn hẳn, dùng ít nhựa và ít bột khoáng hơn, khung đá thô hơn. Nó rẻ hơn và chịu lực tốt khi nằm ở dưới, nhưng nước thấm qua được, nên không bao giờ để nó làm lớp mặt cuối cùng mà phải có lớp chặt phủ lên. Trên các tuyến lớn, lớp móng bê tông nhựa rỗng thay một phần móng cấp phối, giúp kết cấu khoẻ hơn với chiều dày ít hơn.
Có một loại khác dễ gây nhầm: bê tông nhựa thoát nước (hay bê tông nhựa rỗng thoát nước) dùng làm lớp mặt mỏng trên cùng ở một số đường cao tốc, cố ý để nước mưa thấm ngang chảy ra hai bên, giảm té nước và trơn trượt. Loại này có thiết kế và vật liệu riêng, phải nằm trên một lớp chặt kín nước, và không phải là bê tông nhựa rỗng làm móng.
Cỡ hạt danh định và cách gọi cũ: chọn cho lớp nào
Ký hiệu thường gặp ghi loại hỗn hợp kèm cỡ hạt danh định lớn nhất, ví dụ bê tông nhựa chặt 12,5 hay 19. Bảng dưới là cách dùng phổ biến để hình dung; chọn cụ thể theo hồ sơ thiết kế và tiêu chuẩn hiện hành:
| Loại | Cách gọi cũ tương đương (gần đúng) | Hay dùng cho | Ghi chú |
|---|---|---|---|
| Bê tông nhựa chặt cỡ nhỏ (khoảng 9,5) | Hạt mịn | Lớp mặt mỏng, vỉa hè, đường đô thị ít xe nặng, vá | Mặt mịn, êm; lớp rải mỏng |
| Bê tông nhựa chặt 12,5 | Hạt mịn đến trung | Lớp mặt trên phổ biến nhất | Cân bằng độ kín, độ nhám, độ bền |
| Bê tông nhựa chặt 19 | Hạt trung | Lớp mặt dưới, hoặc lớp mặt với đường nhiều xe nặng | Khung đá khoẻ, chống hằn lún tốt hơn |
| Bê tông nhựa rỗng cỡ lớn (25 trở lên) | Hạt thô | Lớp móng, lớp dưới cùng của phần nhựa | Không làm lớp mặt |
| Bê tông nhựa cát | Cát nhựa | Vỉa hè, lớp mặt rất mỏng, công trình nhỏ | Chịu tải nặng kém |
Quy tắc ngón tay cái về chiều dày: lớp rải nên dày gấp vài lần cỡ hạt danh định lớn nhất, để các viên đá to nhất có chỗ nằm và lu được chặt. Rải bê tông nhựa cỡ 19 thành lớp quá mỏng thì đá to bị lu vỡ, mặt rỗ; rải bê tông nhựa cỡ nhỏ thành lớp quá dày thì dễ xô dồn.
Hàm lượng nhựa: thiếu thì bong, thừa thì lún
Tìm lượng nhựa tối ưu bằng thí nghiệm. Phòng thí nghiệm đúc nhiều tổ mẫu với các hàm lượng nhựa khác nhau, đo khối lượng thể tích, độ rỗng dư, độ ổn định và độ dẻo (theo phương pháp Marshall là phổ biến ở Việt Nam), rồi chọn hàm lượng thoả các yêu cầu cùng lúc. Kết quả là công thức chế tạo bê tông nhựa của dự án.
Thiếu nhựa. Hạt đá không được bọc kín, màng nhựa mỏng già nhanh, mặt đường khô, xám màu sớm, các hạt nhỏ bong ra trước rồi đến hạt to: hiện tượng bong bật, rỗ mặt. Nước cũng dễ thấm hơn.
Thừa nhựa. Độ rỗng dư quá nhỏ, nhựa không còn chỗ giãn nở, mùa nắng chảy lên mặt thành vệt bóng, trơn khi mưa; khung đá bị nhựa “bôi trơn” nên xe nặng hằn thành vệt lún. Đây là lỗi hay gặp ở chỗ xe dừng đỗ, nút giao.
Sai lệch ở trạm. Cân nhựa trôi, đá ẩm làm sai khối lượng, sấy không đủ: mẻ trộn lệch khỏi công thức dù thiết kế đúng. Trạm tốt có hệ thống cân tự động, in phiếu từng mẻ, và phòng thí nghiệm lấy mẫu kiểm định kỳ hàm lượng nhựa và cấp phối.
Ở trạm trộn: những khâu quyết định một mẻ bê tông nhựa
Phần lớn chất lượng bê tông nhựa được định đoạt trước khi xe rời trạm. Người đi thuê không cần biết vận hành trạm, nhưng nên biết những khâu sau để hỏi đúng chỗ, và kỹ sư trẻ nên đi xem tận mắt ít nhất một lần:
- Bãi chứa cốt liệu: mỗi cỡ đá, cát một ô riêng, có vách ngăn, nền cứng thoát nước, có mái che cát và bột khoáng. Đá các cỡ lẫn vào nhau ngay ở bãi thì cân ở sau chính xác mấy cũng sai cấp phối.
- Phễu nguội và băng tải: cấp liệu theo tỷ lệ sơ bộ vào trống sấy. Đá ướt sau mưa làm trống sấy phải đốt nhiều hơn và dễ sấy không khô.
- Trống sấy: đốt nóng và làm khô cốt liệu. Đá còn ẩm khi trộn sẽ tạo hơi nước bọc quanh hạt, nhựa không bám; đá quá nóng làm cháy nhựa ngay khi gặp nhau.
- Sàng nóng và cân: ở trạm chu kỳ, cốt liệu nóng được sàng lại thành từng cỡ, cân từng cỡ theo công thức, cân nhựa và bột khoáng, rồi mới đưa vào buồng trộn. Hệ thống cân phải được kiểm định định kỳ.
- Buồng trộn: thời gian trộn khô và trộn ướt đủ để mọi hạt được bọc nhựa đều; trộn quá ngắn còn hạt trắng, trộn quá lâu làm nhựa già thêm.
- Xả vào xe: xả thành vài đống dọc thùng xe thay vì một đống cao giúp giảm phân tầng, vì đá to có xu hướng lăn xuống chân đống.
- Phòng thí nghiệm trạm: lấy mẫu định kỳ kiểm hàm lượng nhựa, cấp phối, chỉ tiêu Marshall; lưu kết quả theo ngày. Đây là bằng chứng để đối chiếu khi mặt đường có vấn đề.
Một trạm tốt thường không ngại mời khách vào xem, in phiếu cân từng mẻ và cung cấp kết quả thí nghiệm định kỳ. Những thứ này cho biết nhiều hơn mọi lời giới thiệu.
Nhận một xe bê tông nhựa ở công trường: nhìn gì, đo gì
Người giám sát hiện trường và cả chủ đầu tư nhỏ đều có thể kiểm nhanh vài điều ngay khi xe ben đến, trước khi đổ vào máy rải:
- Phiếu xuất xe ghi loại hỗn hợp, khối lượng, giờ xuất trạm, nhiệt độ khi xuất; giờ đến cho biết xe đã đi bao lâu.
- Thùng xe có bạt che kín; xe không che mất nhiệt nhanh ở bề mặt, tạo lớp vỏ nguội vón cục.
- Đo nhiệt độ hỗn hợp bằng nhiệt kế que cắm sâu vào đống, ở vài vị trí; chỉ đo bề mặt bằng súng hồng ngoại dễ cho số sai.
- Nhìn màu: hỗn hợp tốt đen bóng đều. Khói xanh dày và mùi khét gắt là dấu hiệu quá nhiệt, nhựa đã bị đốt già; màu nâu xỉn, hạt đá không bọc kín là thiếu nhựa hoặc trộn chưa đều.
- Nhìn sự đồng đều: đống hỗn hợp tách thành đá to lăn ra rìa, phần mịn đọng giữa là phân tầng, rải ra sẽ có những vệt rỗ.
- Xe nào nhiệt độ thấp dưới ngưỡng chỉ dẫn, vón cục, hoặc bất thường rõ ràng thì từ chối, ghi biên bản, không cố rải cho hết.
Bê tông nhựa là vật liệu “có hạn dùng tính bằng giờ”. Quãng đường từ trạm tới công trường, thời gian chờ máy rải, thời tiết, đều làm nó nguội. Tổ chức để xe đến đều đặn, máy rải chạy liên tục, là một nửa chất lượng.
Những biến thể bạn có thể gặp: polymer, chống hằn lún, tái chế, trộn ấm
Bê tông nhựa polymer dùng nhựa đường cải thiện polymer thay nhựa thường, chịu nhiệt và đàn hồi tốt hơn, hay dùng cho mặt cầu, đường cao tốc, nút giao nhiều xe nặng. Bê tông nhựa chống hằn lún là cách thiết kế cấp phối khung đá chặt hơn, đôi khi kèm phụ gia, để hạn chế lún vệt ở làn xe tải; đây là hướng mà ngành đường bộ Việt Nam đã đẩy mạnh sau nhiều năm bị lún vệt trên các quốc lộ.
Bê tông nhựa tái chế dùng một phần vật liệu cào bóc từ mặt đường cũ, nghiền sàng rồi trộn với vật liệu mới và nhựa mới, tiết kiệm đá và nhựa. Bê tông nhựa trộn ấm dùng phụ gia hoặc công nghệ tạo bọt để trộn và rải ở nhiệt độ thấp hơn vài chục độ, giảm khói, giảm nhiên liệu, kéo dài thời gian vận chuyển.
Mỗi biến thể có thiết kế, quy trình và tiêu chí nghiệm thu riêng. Với chủ đầu tư nhỏ, câu hỏi đáng đặt ra không phải là “loại nào tốt nhất” mà là “loại nào hợp với xe chạy trên đường mình, và trạm ở gần có làm quen loại đó không”. Một loại cao cấp mà trạm chưa từng làm có khi còn rủi ro hơn loại thường làm đúng.
Câu hỏi thường gặp
Bê tông nhựa nguội đóng bao có dùng làm mặt đường được không?
Bê tông nhựa nguội đóng bao chủ yếu dùng để vá ổ gà, sửa chữa nhỏ, nhất là khi trời mưa hoặc không có trạm trộn gần. Cường độ và độ bền thường thấp hơn bê tông nhựa nóng, nên không thay được lớp mặt đường mới làm cho tuyến có xe tải.
Vì sao mặt đường thường có hai lớp nhựa mà không rải một lớp dày?
Một lớp quá dày khó lu chặt đều từ trên xuống dưới, dễ xô dồn. Hai lớp cho phép lớp dưới dùng hỗn hợp hạt to, rẻ, khoẻ, lớp trên dùng hỗn hợp hạt nhỏ, kín, êm. Lớp dưới còn giúp tạo độ bằng phẳng để lớp trên rải đẹp hơn.
Thiết kế Marshall là gì, có còn dùng không?
Đó là phương pháp thiết kế và kiểm tra bê tông nhựa bằng cách đúc mẫu trụ, đầm theo số chày quy định, đo độ ổn định và độ dẻo cùng các chỉ tiêu thể tích. Phương pháp ra đời từ giữa thế kỷ trước và vẫn được dùng rộng rãi ở Việt Nam; một số nước chuyển sang phương pháp Superpave với thiết bị đầm xoay.
Đá dùng cho bê tông nhựa cần sạch đến mức nào?
Rất sạch. Bùn đất và bụi sét bám trên đá ngăn nhựa dính vào mặt đá, làm hỗn hợp nhanh bong khi gặp nước. Đá phải được kiểm hàm lượng bụi bùn sét, độ hao mòn, hình dạng hạt; đá dẹt và dài quá nhiều cũng làm hỗn hợp khó lu chặt và dễ vỡ.
Có thể yêu cầu trạm trộn cho xem phiếu thiết kế cấp phối không?
Nên yêu cầu, nhất là với công trình có giá trị đáng kể. Phiếu cho biết loại hỗn hợp, đường cấp phối, hàm lượng nhựa, độ rỗng dư và các chỉ tiêu Marshall. Trạm có phòng thí nghiệm và quy trình rõ ràng thường cung cấp được; trạm không có gì để đưa là tín hiệu cần cân nhắc.
Mặt đường mới rải có màu đen bóng, sau một năm thành xám là bình thường không?
Bình thường ở mức độ nào đó. Lớp màng nhựa mỏng trên mặt đá bị nắng và xe mài mòn dần, màu xám của đá lộ ra. Nhưng nếu kèm theo rỗ mặt, đá nhỏ bong ra, mặt nhám thô bất thường sau thời gian ngắn thì có thể do thiếu nhựa, nhựa già vì quá nhiệt hoặc lu chưa đủ chặt.