Nghiên cứu chế tạo thiết bị tạo nhám và thu hồi hạt nhỏ trên bề mặt lớp cấp phối đá dăm mặt đường ô tô trước khi thi công lớp bê tông nhựa

Kết cấu đường nhựa thường có hai lớp chủ yếu là lớp mặt đường và lớp cấp phối đá dăm (sau đây gọi là lớp móng đường).

Lớp mặt là phần trực tiếp chịu tác dụng của bánh xe (lực đứng và ngang), tác dụng của thiên nhiên (mưa, nắng), cấu tạo gồm những vật liệu là loại chịu lực cắt, như vậy vật liệu phải có cường độ cao, có thể được tăng cường bằng lớp chống hao mòn, lớp bảo vệ. Mặt đường nhựa có nhiều loại như mặt đường bê tông nhựa, mặt đường láng nhựa nóng, mặt đường láng nhũ tương nhựa đường axit…

Lớp móng đường là lớp chủ yếu chịu lực truyền từ lớp mặt đường xuống. Cấu tạo lớp móng đường gồm nhiều lớp vật liệu có cường độ giảm dần vì ứng suất giảm dần. Vật liệu lớp móng đường thường được chọn loại có độ cứng ít biến dạng như: đá dăm, đá sỏi, xỉ, phế liệu công nghiệp...

Trước khi thi công lớp mặt nhựa đường, mặt lớp móng phải được làm sạch, khô ráo, bằng phẳng, có độ dốc ngang theo đúng yêu cầu thiết kế. Quét chải, thổi sạch mặt đường cấp phối đá dăm. Dùng xe chải quét đường để làm sạch nhưng không làm bong bật các cốt liệu nằm ở phần trên của mặt đường. Nếu mặt đường có nhiều bụi bẩn, bùn thì phải dùng nước để tẩy rửa. Những vị trí bề mặt có quá nhiều hạt nhỏ thì phải dùng dụng cụ thích hợp để loại bỏ. Phạm vi làm sạch mặt đường phải rộng hơn phạm vi sẽ tưới lớp nhựa đường dính bám là 0,20m dọc theo hai mép.

Như vậy công việc chuẩn bị móng đường, đặc biệt là việc tạo nhám, làm sạch mặt móng đường trước khi thảm bê tông nhựa được yêu cầu cụ thể, nghiêm ngặt. Tuy nhiên, trong thực tế thi công ở nước ta, do nhiều nguyên nhân khác nhau, việc thực hiện công việc này tại nhiều dự án xây dựng đường vẫn chưa hiệu quả.

Để thi công xây dựng đường giao thông cần phải có thiết bị chuyên dùng đáp ứng yêu cầu của công nghệ. Các thiết bị này có thể thực hiện và hoàn thành đồng thời hoặc từng khâu của qui trình thi công như san rải vật liệu, phun tưới các chất kết dính, lu lèn các lớp vật liệu làm các lớp móng hoặc mặt đường…

Tại những nước công nghiệp phát triển trên thế giới, các hãng chế tạo máy đã thiết kế chế tạo ra các thiết bị thi công đường giao thông theo dạng hệ thống thiết bị liên hoàn. Ở đó các thiết bị trong hệ thống được bố trí theo trình tự của quy trình thi công, mỗi thiết bị trong hệ thống thực hiện một hoặc vài công đoạn, sau đó là thiết bị thi công công đoạn tiếp theo, lần lượt cho đến thiết bị thi công công đoạn cuối cùng. Với cách thi công liên hòan như vậy thì sau khi thi công xong lớp móng đường sẽ tiến hành công đoạn phun tưới lớp thấm bám/dính bám và thảm bê tông nhựa, do đó sẽ không phát sinh bụi bẩn trên bề mặt móng đường vì vậy không cần phải công đoạn làm sạch. Điển hình là hệ thống thiết bị của các hãng Bomag, Wirtgen (Đức); Niigata, Sakai (Nhật Bản); Caterpillar, Maxon (Mỹ), …

Ở nước ta trong những năm gần đây, cùng với sự phát triển của nền kinh tế quốc dân, nhu cầu xây dựng hạ tầng giao thông vận tải ngày càng tăng. Trong thời gian qua các tuyến đường giao thông đã được đầu tư cải tạo, nâng cấp và xây dựng mới góp phần giảm ùn tắc giao thông, tạo ra những thay đổi đáng kể về cảnh quan. Đã có nhiều giải pháp được đề xuất nhằm giảm thiểu lượng bụi phát sinh cũng như giảm thiểu ảnh hưởng trong hoạt động thổi bụi mặt đường như: điều chỉnh thời điểm thổi bụi (thi công vào ban đêm), sử dụng xe vệ sinh mặt đường đô thị chuyên dụng (có bàn chải chà mặt đường và hệ thống hút bụi`). Tuy nhiên các giải pháp này chưa thực sự phù hợp. Xuất phát từ thực tiễn đó, nhóm tác giả gồm Cơ quan chủ trì Viện Khoa học và Công nghệ GTVT cùng phối hợp với Chủ nhiệm đề tài TS. Lê Quý Thuỷ thực hiện đề tài “Nghiên cứu chế tạo thiết bị tạo nhám và thu hồi hạt nhỏ trên bề mặt lớp cấp phối đá dăm mặt đường ô tô trước khi thi công lớp bê tông nhựa”.

Đề tài tiến hành khảo sát phân tích các thiết bị trên thế giới, những mẫu thiết bị có sẵn, tham khảo các tài liệu của nước ngoài, tìm hiểu các chủng lọai vật tư thiết bị, linh kiện cần thiết, đồng thời tìm hiểu các trang thiết bị công nghệ cũng như trình độ hiện tại của thợ gia công cơ khí trong nước; từ đó áp dụng vào đối tượng nghiên cứu của đề tài.

Phương án thiết kế thiết bị tạo nhám và thu hồi hạt nhỏ trên lớp móng đường của đề tài cần phải đưa ra để vừa làm bong trọc được lớp đất hoặc các hạt rời bám vào mặt móng đường nhưng quan trọng là không gây bụi cho môi trường xung quanh. Sau khi nghiên cứu, đề tài đã chọn phương án thiết kế thiết bị kết hợp giải pháp kết cấu của thiết bị quét đất đá mặt đường (thiết bị làm sạch mặt đường) với giải pháp kết cấu của xe quét đường.

Thiết bị đồng bộ làm sạch lớp mặt móng đường hoặc thiết bị vệ sinh mặt đường bộ, mặt đường đô thị hiện nay trên thế giới thường được truyền động các hệ thống công tác bằng truyền động thuỷ lực. Ngoài những ưu điểm chung của hệ thống truyền động thuỷ lực mà các loại truyền động khác không có được, ưu điểm nổi bật của truyền động loại này là có thể truyền động cho các bộ công tác ở vị trí cách xa nhau mà kích thước thiết bị vẫn nhỏ, gọn. Tuy nhiên truyền động thuỷ lực có nhược điểm lớn nhất là ngoài động cơ nổ, nó còn cần phải trang bị thêm bơm thuỷ lực, hệ thống van thuỷ lực, phân phối thuỷ lực và động cơ thuỷ lực đắt tiền.

Qua phân tích cho thấy, thiết bị tạo nhám, làm sạch, thu hồi bụi, hạt rời phục vụ công tác chuẩn bị mặt móng đường để rải lớp bê tông nhựa không thể sử dụng truyền động thuỷ lực do kinh phí đề tài không cho phép và cũng không thể sử dụng truyền động động cơ đốt trong do phải truyền động cho nhiều bộ công tác nên kết cấu của thiết bị trở nên phức tạp, có kích thước của thiết bị khi đó sẽ quá cồng kềnh. Sau khi cân đối kinh phí đề tài được phê duyệt và xem xét những ưu, nhược điểm của các loại truyền động, đề tài nhận thấy truyền động điện áp dụng cho thiết bị này là hợp lý nhất. Xuất phát từ thực tế đó, đề tài chọn loại truyền động cho thiết bị là truyền động điện.

Sau khi nghiên cứu thiết kế và chế tạo thiết bị tạo nhám thu hồi hạt nhỏ trên bề mặt lớp cấp phối đá dăm mặt đường ô tô trước khi thi công lớp bê tông nhựa, đề tài đã rút ra được những kết luận sau đây:

1/ Thiết bị đáp ứng được yêu cầu tạo nhám, làm sạch bề mặt lớp cấp phối đá dăm mặt đường ô tô trước khi thi công lớp bê tông nhựa và hoàn toàn không gây bụi.

2/ Kết quả làm sạch mặt đường đạt kết quả rất tốt tại vận tốc làm việc lớn nhất của thiết bị là 2,5km/h, tương đương với năng suất làm sạch 2400m2 /h. Tuy nhiên kết quả làm sạch hoàn toàn đạt yêu cầu theo tiêu chuẩn khi vận tốc làm việc của thiết bị cao hơn nữa.

3/ Kết quả tạo nhám đảm bảo yêu cầu ở vận tốc làm việc lớn nhất của thiết bị là 2,5km/h, tuy nhiên cần có thời gian để xác định hiệu quả tạo nhám tốt nhất ở vận tốc thích hợp.

4/ Việc sử dụng thiết bị rất đơn giản và thuận tiện, không gây bụi, không ảnh hưởng đến môi trường, không ảnh hưởng đến sức khỏe người vận hành và những người thi công đường xung quanh khu vực thiết bị làm việc.

5/ Giá thành thiết bị chế tạo ở mức thấp, chỉ bằng nửa giá thành sản phẩm thiết bị quét hút đường (không phải thiết bị tạo nhám thu hồi bụi) tương đương vệt quét mà đơn vị trong nước chế tạo.

6/ Việc chế tạo thành công thiết bị tạo nhám và thu hồi hạt nhỏ trên bề mặt lớp móng đường mang lại hiệu quả kinh tế xã hội như: Tận dụng được những tiềm năng sẵn có trong nước, tạo thêm việc làm cho người lao động; tiết kiệm được nguồn ngoại tệ phải nhập thiết bị; giá thành sản phẩm thấp hơn nhiều so với các sản phẩm tương đương nhập ngoại.

7/ Trừ động cơ, hộp giảm tốc, còn lại hầu hết các hệ thống của thiết bị đều được chế tạo trong nước. Nêu thiết bị được nhiều đơn vị thi công đặt hàng thì việc sản xuất đại trà trong nước sẽ rất thuận lợi.

Có thể tìm đọc báo cáo kết quả nghiên cứu (mã số 16786/2019) tại Cục Thông tin KHCNQG.

Đ.T.V (NASATI)