Tại sao mặt đường trong hầm luôn dùng bê tông xi măng? Lăng kính của Kỹ sư Cầu đường
Hôm qua nhận được câu hỏi thú vị từ một người bạn, dưới đây là câu trả lời gói gọn trên lăng kính của một kỹ sư cầu đường: mặc dù chi phí ban đầu của mặt đường bê tông xi măng (BTXM) cao hơn đường nhựa (asphalt), nhưng trong hầm đường bộ người ta thường chọn BTXM vì các lý do an toàn và kinh tế vận hành dài hạn.
An toàn cháy nổ — lý do số 1
Nhựa đường (asphalt) là sản phẩm từ dầu mỏ và có khả năng cháy; khi cháy sinh khói đen dày đặc, độc hại và làm tầm nhìn về 0 trong vài giây, gây trở ngại nghiêm trọng cho thoát nạn và cứu hộ trong không gian kín như hầm.BTXM là vật liệu không cháy, do đó loại bỏ nguồn "nhiên liệu" bổ sung cho đám cháy trên mặt đường và giảm thiểu nguy cơ cháy lan và khói độc.
Độ bền và chi phí bảo trì dài hạn
Hầm là nút cổ chai giao thông — đóng hầm để sửa sẽ gây ảnh hưởng lớn. Mặt BTXM có tuổi thọ thiết kế lâu (thường hàng chục năm) và yêu cầu bảo trì ít hơn, còn mặt nhựa thường cần đại tu sớm hơn (vài chục năm hoặc ngắn hơn tùy điều kiện), dẫn tới gián đoạn vận hành và chi phí xã hội cao. Vì thế nhiều chủ đầu tư chấp nhận đầu tư ban đầu lớn hơn để tránh sửa chữa tốn kém trong tương lai.
Khả năng chịu tải và chống lún vệt bánh xe
Mặt đường nhựa (mặt mềm) dễ bị biến dạng chịu tải trọng nặng và giao thông chậm trong hầm, sinh ra hiện tượng lún vệt bánh xe (rutting). Mặt BTXM là tấm cứng phân phối tải đều hơn, ít bị biến dạng vĩnh viễn, phù hợp với lưu lượng và tải trọng nặng trong hầm.
Hiệu quả chiếu sáng
BTXM có màu xám sáng phản xạ ánh sáng tốt hơn bề mặt nhựa màu đen; kết quả là hệ thống chiếu sáng trong hầm có thể vận hành với công suất nhỏ hơn hoặc số lượng đèn ít hơn, góp phần tiết kiệm chi phí vận hành điện trong thời gian dài.
Chất lượng không khí
Nhựa đường, nhất là khi mới trải hoặc gặp nhiệt, có thể bay hơi các hợp chất hữu cơ (VOCs) và mùi khó chịu; trong không gian kín như hầm, điều này làm tăng ô nhiễm nội môi. BTXM tương đối trơ về hóa học, không phát thải VOCs như nhựa đường.
Quy định và khuyến cáo quốc tế
- Không có lệnh cấm tuyệt đối từ một văn bản "luật quốc tế" duy nhất cấm dùng nhựa trong hầm; nhưng có nhiều khuyến cáo và yêu cầu kỹ thuật mạnh mẽ từ các tổ chức chuyên ngành (ví dụ: các báo cáo an toàn hầm, tiêu chuẩn PCCC) yêu cầu phân tích rủi ro và thiết kế hệ thống chữa cháy/thông gió nếu dùng vật liệu có thể cháy.
- Nếu chọn mặt nhựa, phải tính toán bổ sung năng lượng tỏa nhiệt và khói do mặt đường góp vào trong kịch bản cháy; điều này dẫn tới yêu cầu thiết kế hệ thống PCCC (quạt hút, thông gió, phun sương áp lực cao...) lớn hơn và rất tốn kém, làm giảm lợi ích chi phí ban đầu của mặt nhựa.
Vấn đề "độ dài hầm" quyết định nhiều
Với hầm ngắn (ví dụ <500 m) rủi ro và thời gian thoát nạn thấp hơn nên lựa chọn vật liệu linh hoạt hơn; với hầm dài (>~1.000 m) thời gian thoát nạn lớn, khói độc lan nhanh và việc sử dụng mặt nhựa có thể khiến toàn bộ hầm trở nên không thể thoát hiểm sau vài phút nếu mặt đường bắt cháy — nên BTXM được ưu tiên để giảm rủi ro đó.
Tóm tắt ngắn gọn
- BTXM được chọn trong hầm chủ yếu vì: an toàn cháy nổ (không cháy), tuổi thọ và chi phí bảo trì thấp hơn trong dài hạn, khả năng chịu tải tốt hơn, phản xạ ánh sáng tốt hơn và không phát thải VOCs như nhựa.
- Dù không có lệnh cấm hoàn toàn với nhựa, các tiêu chuẩn và khuyến cáo yêu cầu phải bù đắp bằng hệ thống PCCC lớn nếu dùng nhựa, khiến phương án nhựa thường không kinh tế và an toàn bằng BTXM cho hầm dài và quan trọng.
Ghi chú nhỏ từ người chia sẻ
Đây là lý do vì sao nhiều kỹ sư và chủ đầu tư "chơi lớn" chọn BTXM cho hầm: chi phí ban đầu cao nhưng đổi lại là an toàn chủ động và giảm thiểu rủi ro vận hành về lâu dài.
