ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA ¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯ LÊ ĐỨC CHÂU NGHIÊN CỨU Ử DỤNG HẠT CAO SU NGHIỀN TỪ LỐP XE PHẾ THẢI CẢI THIỆN KHẢ NĂNG CHỐNG BIẾN DẠNG CỦA BÊ TÔNG NHỰA SỬ DỤNG VẬT LIỆU TẠI TP[.]
ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA ¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯ LÊ ĐỨC CHÂU NGHIÊN CỨU Ử DỤNG HẠT CAO SU NGHIỀN TỪ LỐP XE PHẾ THẢI CẢI THIỆN KHẢ NĂNG CHỐNG BIẾN DẠNG CỦA BÊ TÔNG NHỰA SỬ DỤNG VẬT LIỆU TẠI TP ĐÀ NẴNG Chuyên ngành: Kỹ thuật xây dựng cơng trình giao thơng Mã số: 60 58 02 05 LUẬN VĂN THẠC Ĩ KỸ THUẬT Kỹ thuật xây dựng cơng trình giao thơng Đà Nẵng - Năm 2018 ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA ¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯ LÊ ĐỨC CHÂU NGHIÊN CỨU Ử DỤNG HẠT CAO SU NGHIỀN TỪ LỐP XE PHẾ THẢI CẢI THIỆN KHẢ NĂNG CHỐNG BIẾN DẠNG CỦA BÊ TÔNG NHỰA SỬ DỤNG VẬT LIỆU TẠI TP ĐÀ NẴNG Chuyên ngành: Kỹ thuật xây dựng cơng trình giao thơng Mã số: 60 58 02 05 LUẬN VĂN THẠC Ĩ KỸ THUẬT Kỹ thuật xây dựng cơng trình giao thơng NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS.TS NGUYỄN HỒNG HẢI Đà Nẵng - Năm 2018 LỜI CAM ĐOAN Tơi cam đoan cơng trình nghiên cứu riêng Các số liệu, kết nêu luận văn trung thực chưa cơng bố cơng trình khác Tác giả luận văn Lê Đức Châu DANH ÁCH CÁC CỤM TỪ VIẾT TẮT BTN BTNC19 BTNC12,5 BTNCS LVBX CS S F Bê tông nhựa Bê tông nhựa chặt cỡ hạt lớn danh định 19mm Bê tông nhựa chặt cỡ hạt lớn danh định 12,5mm Bê tông nhựa chặt sử dụng cốt liêu hạt cao su nghiền Lún vệt bánh xe Cốt liệu cao su Gmb Gmm Va Tỷ trọng khối Tỷ trọng khối trạng thái rời Độ rỗng dư VMA Độ rỗng khung cốt liệu DS Rku Độ ổn định động Cường độ chịu kéo uốn HLN Hàm lượng nhựa HLCS Htb K BTN12,5 x%CS BTN19 x%CS A B C Hàm lượng cao su Chiều cao trung bình mẫu Hệ số hiệu chỉnh chiều cao mẫu thí nghiệm Bê tơng nhựa cao su với x% cao su Bê tông nhựa cao su với x% cao su Khối lượng mẫu khơ hồn tồn Khối lượng mẫu khơ bề mặt Khối lượng mẫu cân nước T PP Nhiệt độ nước thí nghiệm Phương pháp thí nghiệm Độ ổn định Marshall Độ dẻo 2.2.3 Bột khoáng 20 2.2.4 Nhựa đƣờng 21 2.2.5 Hạt cao su nghiền 22 2.3 KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM CÁC CHỈ TIÊU CƠ LÝ CỦA VẬT LIỆU 23 2.3.1 Bột khoáng Hà Nam 23 2.3.2 Cát xay 23 2.3.3 Đá dăm 24 2.3.4 Nhựa đƣờng 24 2.4 TRÌNH TỰ THÍ NGHIỆM VÀ QUY HOẠCH SỐ LƢỢNG MẪU 25 2.4.1 Trình tự thí nghiệm .25 2.4.2 Quy hoạch số lƣợng mẫu thí nghiệm 27 2.5 ĐỀ XUẤT ĐƢỜNG CONG THÀNH PHẦN HẠT .29 2.5.1 Cơ sở đề xuất 29 2.5.2 Đƣờng cong thành phần hạt 30 2.5.3 Tính tốn khối lƣợng hạt cao su nghiền hỗn hợp cốt liệu mịn thí nghiệm độ góc cạnh hỗn hợp cốt liệu mịn .31 2.6 KẾT LUẬN CHƢƠNG 33 CHƢƠNG 34 TÍNH CHẤT CƠ LÝ VÀ ĐẶC TRƢNG CƢỜNG ĐỘ CỦA BÊ TÔNG NHỰA SỬ DỤNG HẠT CAO SU NGHIỀN 34 3.1 THÍ NGHIỆM MARSHALL VÀ CÁC CHỈ TIÊU CƠ LÝ CỦA BTN 34 3.1.1 Chế bị mẫu thí nghiệm 34 3.1.2 Kết thí nghiệm tiêu lý BTNCS .35 3.1.3 Thí nghiệm độ ổn định Marshall 44 3.1.4 Đề xuất hàm lƣợng nhựa tối ƣu 48 3.2 ẢNH HƢỞNG CỦA HÀM LƢỢNG HẠT CAO SU NGHIỀN ĐẾN CƢỜNG ĐỘ KHÁNG LÚN VỆT BÁNH XE VÀ CƢỜNG ĐỘ KÉO UỐN CỦA BÊ TÔNG NHỰA 48 3.2.1 Thí nghiệm lún vệt bánh xe 48 3.2.2 Thí nghiệm cƣờng độ kéo uốn (Rku) 54 3.3 ẢNH HƢỞNG CỦA HÀM LƢỢNG HẠT CAO SU NGHIỀN ĐẾN CÁC CHỈ TIÊU CƠ LÝ VÀ ĐỘ ỔN ĐỊNH MARSHALL 57 3.3.1 Ảnh hƣởng hàm lƣợng cao su đến tiêu lý BTN 57 3.3.2 Ảnh hƣởng hàm lƣợng cao su đến độ ổn định Marshall 59 3.4 ĐÁNH GIÁ HIỆU QUẢ KINH TẾ 60 3.5 KẾT LUẬN .62 KẾT LUẬN KIẾN NGHỊ .63 KẾT LUẬN .63 KIẾN NGHỊ VÀ HƢỚNG NGHIÊN CỨU TIẾP THEO 64 2.1 Kiến nghị 64 2.2 Hƣớng nghiên cứu 64 TÀI LIỆU THAM KHẢO .65 NGHIÊN CỨU Ử DỤNG HẠT CAO U NGHIỀN TỪ LỐP XE PHẾ THẢI CẢI THIỆN KHẢ NĂNG CHỐNG BIẾN DẠNG CỦA BÊ TÔNG NHỰA Ử DỤNG VẬT LIỆU TẠI THÀNH PHỐ ĐÀ NẴNG Học viên: LÊ ĐỨC CHÂU Chun ngành: Kỹ thuật XD Cơng trình Giao thơng Mã số: 8580205 Khóa: K33 Trường Đại học Bách khoa - ĐHĐN Tóm tắt - Bê tơng nhựa (BTN) sử dụng phế thải cao su (gọi tắt BTNCS) giải pháp tái sử dụng phế thải cao su từ lốp xe cũ nhằm mục đích cải thiện cường độ BTN, đồng thời góp phần giải vấn đề nhiễm môi trường Luận văn nghiên cứu sử dụng hạt cao su kích thước hạt từ 0,06mm đến 2,36mm, nghiền từ lốp xe phế thải thơn Hồ Bình, huyện Tư Nghĩa, tỉnh Quảng Ngãi cải thiện khả chịu biến dạng hai loại BTNC 12,5 BTNC 19 Mẫu thí nghiệm thực theo phương pháp khơ, hạt cao su nghiền trộn trực tiếp với hỗn hợp cấp phối nhiệt độ 160oC ÷ 175oC trước trộn với nhựa đường Hạt cao su thay phần cốt liệu mịn (cát nghiền) với tỷ lệ thay đổi từ 0% (mẫu đối chứng) đến 2,5% Kết cho thấy, hàm lượng nhựa hàm lượng hạt cao su có ảnh hưởng đến tiêu lý cường độ BTN Hàm lượng nhựa tối ưu có giá trị 4,5% 5% tương ứng cho hai loại BTNC 19 BTNC 12,5, không chịu ảnh hưởng thay đổi tỷ lệ hạt cao su nghiền Độ ổn định Marshall giảm tăng hàm lượng hạt cao su nghiền Tuy nhiên hàm lượng nhựa tối ưu, độ ổn định động cường độ chịu kéo uốn BTN khơng có quan hệ tuyến tính với hàm lượng hạt cao su nghiền có trị số lớn hàm lượng hạt cao su 1,0% BTNC 12,5 1,5% cho BTNC 19 A STUDY ON APPLYING RUBBER AGGREGATES GRINDING FROM USED TYRES TO IMPROVE RUTTING RESISTANCE OF HOT MIXED ASPHALT USING MATERIALS IN DANANG CITY Abstract – Hot Mixed Asphalt (HMA) using crumb-rubber modifier (CRM) is a method to apply end-of-life rubber tyres in HMA in order to improve its strengths and to solve environmental pollution due to tyres wastes In this study, rubber aggregates (RA) with sizes ranging from 0.06 mm to 2.36 mm obtained from grinding used rubber tyres were incorporated into HMA to improve rutting resistance of two types of HMA such as 12.5 and 19 The dry process was used to add RA into HMA, in which RA were mixed directly with aggregate mixture being at 160 oC ÷ 175 oC before bitumen addition RA were incorporated as a partial replacement of fine aggregates (sand), by mass, at different contents from 0% to 2.5% Results showed that asphalt and RA contents had a significant effect on engineering properties and strengths of HMA The optimal asphalt contents of HMAs 19 and 12.5, independent of RA proportion, were 4.5% and 5%, respectively Marshall stability values decreased as RA contents increased However, with optimal asphalt content, dynamic stability and flexural strength of HMAs were not in linear relationship with RA contents and reached to the maximum values when the replacement proportion of RA were 1% and 1.5% for HMAs 12.5 and 19, respectively Key words - Asphalt concrete; rubber tyres; rubber aggregates; fine aggregates; rutting; dry process MỤC LỤC MỞ ĐẦU 1 Lý chọn đề tài Đối tƣợng nghiên cứu Phạm vi nghiên cứu: Mục tiêu nghiên cứu Dự kiến nội dung luận văn .3 CHƢƠNG .5 TỔNG QUAN VỀ BÊ TÔNG NHỰA SỬ DỤNG HẠT CAO SU NGHIỀN .5 1.1 THUẬT NGỮ VÀ ĐỊNH NGHĨA 1.2 CẤU TRÚC BÊ TÔNG NHỰA 1.3 LÝ THUYẾT CƠ BẢN VỀ CƢỜNG ĐỘ VÀ ĐỘ ỔN ĐỊNH CƢỜNG ĐỘ CỦA BÊ TÔNG NHỰA [10] 1.4 BIẾN DẠNG KHÔNG PHỤC HỒI VÀ HIỆN TƢỢNG LÚN VỆT BÁNH XE TRONG MẶT ĐƢỜNG BÊ TÔNG NHỰA 1.4.1 Biến dạng mặt đƣờng BTN 1.4.2 Các giải pháp cải thiện cƣờng độ tính chất lý BTN 1.5 BÊ TƠNG NHỰA SỬ DỤNG NHỰA ĐƢỜNG CAO SU HỐ 10 1.5.1 Giới thiệu .10 1.5.2 Yêu cầu kỹ thuật BTN nhựa cao su hoá [8] 10 1.5.3 Quá trình cơng nghệ chế tạo 12 1.5.3 Tình hình nghiên cứu, sử dụng BTN cao su hoá xây dựng đƣờng .14 1.6 Kết luận chƣơng 17 CHƢƠNG 18 THÍ NGHIỆM VẬT LIỆU VÀ QUY HOẠCH MẪU THÍ NGHIỆM 18 2.1 ĐẶT VẤN ĐỀ, ĐỀ XUẤT VẬT LIỆU NGHIÊN CỨU 18 2.2 YÊU CẦU VỀ VẬT LIỆU CHO HỖN HỢP BÊ TÔNG NHỰA VÀ KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM CÁC CHỈ TIÊU CƠ LÝ CỦA VẬT LIỆU SỬ DỤNG TRONG NGHIÊN CỨU CỦA LUẬN VĂN .18 2.2.1 Đá dăm 18 2.2.2 Cốt liệu mịn 19 2.2.3 Bột khoáng 20 2.2.4 Nhựa đƣờng 21 2.2.5 Hạt cao su nghiền 22 2.3 KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM CÁC CHỈ TIÊU CƠ LÝ CỦA VẬT LIỆU 23 2.3.1 Bột khoáng Hà Nam 23 2.3.2 Cát xay 23 2.3.3 Đá dăm 24 2.3.4 Nhựa đƣờng 24 2.4 TRÌNH TỰ THÍ NGHIỆM VÀ QUY HOẠCH SỐ LƢỢNG MẪU 25 2.4.1 Trình tự thí nghiệm .25 2.4.2 Quy hoạch số lƣợng mẫu thí nghiệm 27 2.5 ĐỀ XUẤT ĐƢỜNG CONG THÀNH PHẦN HẠT .29 2.5.1 Cơ sở đề xuất 29 2.5.2 Đƣờng cong thành phần hạt 30 2.5.3 Tính toán khối lƣợng hạt cao su nghiền hỗn hợp cốt liệu mịn thí nghiệm độ góc cạnh hỗn hợp cốt liệu mịn .31 2.6 KẾT LUẬN CHƢƠNG 33 CHƢƠNG 34 TÍNH CHẤT CƠ LÝ VÀ ĐẶC TRƢNG CƢỜNG ĐỘ CỦA BÊ TÔNG NHỰA SỬ DỤNG HẠT CAO SU NGHIỀN 34 3.1 THÍ NGHIỆM MARSHALL VÀ CÁC CHỈ TIÊU CƠ LÝ CỦA BTN 34 3.1.1 Chế bị mẫu thí nghiệm 34 3.1.2 Kết thí nghiệm tiêu lý BTNCS .35 3.1.3 Thí nghiệm độ ổn định Marshall 44 3.1.4 Đề xuất hàm lƣợng nhựa tối ƣu 48 3.2 ẢNH HƢỞNG CỦA HÀM LƢỢNG HẠT CAO SU NGHIỀN ĐẾN CƢỜNG ĐỘ KHÁNG LÚN VỆT BÁNH XE VÀ CƢỜNG ĐỘ KÉO UỐN CỦA BÊ TÔNG NHỰA 48 3.2.1 Thí nghiệm lún vệt bánh xe 48 3.2.2 Thí nghiệm cƣờng độ kéo uốn (Rku) 54 3.3 ẢNH HƢỞNG CỦA HÀM LƢỢNG HẠT CAO SU NGHIỀN ĐẾN CÁC CHỈ TIÊU CƠ LÝ VÀ ĐỘ ỔN ĐỊNH MARSHALL 57 3.3.1 Ảnh hƣởng hàm lƣợng cao su đến tiêu lý BTN 57 3.3.2 Ảnh hƣởng hàm lƣợng cao su đến độ ổn định Marshall 59 3.4 ĐÁNH GIÁ HIỆU QUẢ KINH TẾ 60 3.5 KẾT LUẬN .62 KẾT LUẬN KIẾN NGHỊ .63 KẾT LUẬN .63 KIẾN NGHỊ VÀ HƢỚNG NGHIÊN CỨU TIẾP THEO 64 2.1 Kiến nghị 64 2.2 Hƣớng nghiên cứu 64 TÀI LIỆU THAM KHẢO .65 31 Hình 2.10: Đường cong cấp phối hạt BTNC 12,5 2.5.3 Tính tốn khối lƣợng hạt cao su nghiền hỗn hợp cốt liệu mịn thí nghiệm độ góc cạnh hỗn hợp cốt liệu mịn 2.5.3.1 Khối lƣợng hạt cao su nghiền hỗn hợp cấp phối Phần tính tốn xác định khối lƣợng hạt cao su nghiền cho tổ mẫu: Bảng 2.12 Kết tính tốn xác định khối lƣợng hạt cao su hỗn hợp cấp phối Khối lƣợng cao su tƣơng ứng với cỡ Khối lƣợng cát Hàm lƣợng hạt hạt, g xay, g Loại BTN cao su nghiền, % 0,6mm 1,18mm 2,36mm 0,5%CS 11 1220 1,0%CS 12 22 1200 1,5%CS 18 33 1180 2,0%CS 12 24 44 1160 0,5%CS 980 1,0%CS 10 12 18 960 BTNC 19 1,5%CS 26 18 16 940 2,0%CS 35 24 21 920 2,5%CS 45 30 25 900 2.5.3.2 Ảnh hƣởng hàm lƣợng hạt cao su hỗn hợp cốt liệu đến độ góc cạnh cốt liệu mịn Độ góc cạnh cát đƣợc xác định qua độ rỗng cấp phối cát (có thành phần hạt quy định) trạng thái khơng đầm nén Hỗn hợp cốt liệu có độ rỗng cao độ góc cạnh lớn Sử dụng cát có độ góc cạnh lớn chế tạo bê tông nhựa tạo nên mặt đƣờng bê tông nhựa đảm bảo khả kháng cắt, chống trƣợt hạn chế vệt hằn lún bánh xe Độ góc cạnh cát (U) đƣợc xác định theo cơng thức: BTNC 12,5 V U F f V x100 32 Trong đó: V - thể tích ống đong (mL) F - khối lƣợng cốt liệu + ống đong (g) f - khối lƣợng ống đong (g) γ - khối lƣợng riêng cát (g/cm3) Kết thí nghiệm độ góc cạnh hỗn hợp cốt liệu mịn gồm cát xay + hạt cao su nghiền với tỷ lệ khác đƣợc thể Bảng 2.13 Hình 2.11: Thí nghiệm đọ góc cạnh cát Bảng 2.13 Kết thí nghiệm độ góc cạnh cát Tỷ lệ hạt cao su nghiền hỗn hợp cốt liệu mịn Độ góc cạnh, U (%) 0% 0,5% 1,0% 1,5% 2,0% Lần thí nghiệm 51,83 52,11 52,54 51,85 51,62 Lần thí nghiệm 51,28 52,02 51,88 51,93 51,62 Trị số trung bình 51,55 52,07 52,21 51,89 51,62 Quan hệ tỷ lệ hạt cao su nghiền hỗn hợp cốt liệu mịn với độ góc cạnh hỗn hợp cốt liệu mịn đƣợc thể Hình 2.12 BIỂU ĐỒ QUAN HỆ GIỮA % HẠT CAO SU NGHIỀN VÀ ĐỘ GÓC CẠNH 53.00 ĐỘ GÓC CẠNH 52.50 52.00 51.50 51.00 50.50 50.00 0.5 % HẠT CAO NGHIỀN 1.5 Hình 2.12: Biểu đồ quan hệ độ góc cạnh hàm lượng hạt cao su 33 Nhận xét: - Cả lần thí nghiệm cho kết độ góc cạnh cát lớn 50%, theo tiêu chuẩn TCVN 8819-2011, điều kiện độ góc cạnh cốt liệu mịn chế tạo bê tông nhựa >40% bê tông nhựa làm lớp mặt dƣới >43% bê tông nhựa làm lớp mặt Vậy mẫu cát đem thí nghiệm đạt yêu cầu [3], dùng để chế tạo bê tơng nhựa - Độ góc cạnh cát tăng theo chiều tăng hàm lƣợng cao su, đến giá trị cực đại 1% sau giảm dần 2.6 KẾT LUẬN CHƢƠNG Chƣơng trình bày yêu cầu vật liệu kết thí nghiệm tiêu lý vật liệu sử dụng cho BTNC 12,5 BTNC 19 dùng nghiên cứu luận văn Kết cho thấy, ngồi bột khống Hà Nam hạt cao su nghiền lấy thôn Hịa Bình xã Nghĩa Hà, Huyện Tƣ Nghĩa, Tỉnh Quảng Ngãi, cốt liệu đá dăm mỏ đá Hố Chuồn xã Hịa Ninh, huyện Hịa Vang, TP Đà Nẵng đáp ứng yêu cầu cho BTN Để khảo sát ảnh hƣởng tỷ lệ hạt cao su hàm lƣợng nhựa đến tiêu lý BTN, đồng thời đảm bảo BTN đạt cƣờng độ kháng lún cao, luận văn đề xuất thành phần hạt cho loại BTNC 12,5 BTNC 19 dựa yêu cầu đƣờng bao cấp phối hạt theo Quyết định 858/QĐ-BGTVT, có xét đến tỷ lệ đá dăm lọt sàng 4,75mm không vƣợt 45% Cụ thể BTNC 12,5, cấp phối thiết kế có đƣờng cong thiên cấp phối thơ, nằm gần với đƣờng bao cận dƣới đƣờng bao giới hạn theo Quyết định 858 Đối với BTNC 19, cấp phối thiết kế đƣợc chọn đƣờng trung vị đƣờng bao thành phần hạt yêu cầu theo Quyết định 858 Số lƣợng mẫu thí nghiệm phục vụ nghiên cứu cho cấp phối BTN 147 mẫu Marshall, 20 mẫu hằn lún 20 mẫu thí nghiệm xác định cƣờng độ kéo uốn 34 CHƢƠNG TÍNH CHẤT CƠ LÝ VÀ ĐẶC TRƢNG CƢỜNG ĐỘ CỦA BÊ TÔNG NHỰA SỬ DỤNG HẠT CAO SU NGHIỀN 3.1 THÍ NGHIỆM MARSHALL VÀ CÁC CHỈ TIÊU CƠ LÝ CỦA BTN 3.1.1 Chế bị mẫu thí nghiệm Mẫu thí nghiệm tiêu lý cƣờng độ Marshall có sử dụng hạt cao su nghiền đƣợc chế bị theo "phƣơng pháp khô" theo trình tự nhƣ sau: - Bƣớc 1: cân khối lƣợng cốt liệu cho cỡ sàng khối lƣợng hạt cao su nghiền (theo tỷ lệ % khối lƣợng) thay cho phần cốt liệu mịn; - Bƣớc 2: trộn hỗn hợp cốt liệu hạt cao su đến nhiệt độ khảo sát (165-170oC) (Hình 3.1) Để đảm bảo trộn hỗn hợp, trình trộn đƣợc thực toàn cốt liệu đƣợc bao bọc lớp bitum khơng cịn tƣợng BTN vón cục Sau trì nhiệt độ hỗn hỗn hợp nhiệt độ khảo sát Hình 3.1 Gia nhiệt trộn hỗn hợp BTNCS - Bƣớc 3: Chế bị mẫu + Dùng khăn vãi vệ sinh bề mặt khuôn, cối, búa đầm, gia nhiệt tủ sấy cho búa đầm khuôn đúc mẫu tới nhiệt độ 105 °C ± 5°C + Lắp khuôn dẫn dùng cân kỹ thuật có độ xác 0,1g để cân khoảng 1250g (đảm bảo mẫu sau đầm nén có chiều cao 63,5 mm±1,3 mm), sau trút tồn BTN vào khuôn + Dùng que sắt xọc nung nóng xọc mạnh 15 lần xung quanh chu vi 10 lần khu vực khuôn chứa BTN Dùng bay vun bề mặt hỗn hợp BTN vùng lên tâm khuôn Nhiệt độ hỗn hợp trƣớc đầm phải nằm giới hạn nhiệt độ đầm tạo mẫu khảo sát 35 + Đặt khuôn đúc chứa mẫu vào gá giữ bệ đầm, tiến hành đầm 75 chày thiết bị đầm Marshall tự động (Hình 3.2) Sau tháo khn đảo ngƣợc mẫu, lắp lại khuôn lên gá đầm tiếp mặt cịn lại mẫu với cơng đầm tƣơng ứng + Sau đầm, dùng dụng cụ tháo mẫu để đẩy mẫu khỏi khuôn, đồng thời ghi ký hiệu mẫu Tiến hành bảo dƣỡng mẫu điều kiện nhiệt độ phịng 12h trƣớc thực thí nghiệm Hình 3.2: Máy đầm chế bị mẫu BTN 3.1.2 Kết thí nghiệm tiêu lý BTNCS Thí nghiệm đƣợc thực tổ mẫu BTN có hàm lƣợng nhựa, tỷ lệ hạt cao su nghiền thay đổi (xem mục 2.4), đồng thời có so sánh với mẫu đối chứng khơng sử dụng hạt cao su nghiền 3.1.2.1 Tỷ trọng khối (Gmb), khối lƣợng thể tích (mb) BTN đầm nén Tỷ trọng khối BTN đầm nén (Gmb), tính xác đến chữ số thập phân, theo cơng thức (3.1) Gmb A B C (3.1) Trong đó: A, B, C lần lƣợt khối lƣợng mẫu khô hồn tồn, khối lƣợng mẫu khơ bề mặt khối lƣợng mẫu cân nƣớc, g Khối lƣợng thể tích mẫu BTN đầm nén (mb), tính xác đến 0,001g/cm3, đƣợc xác định theo công thức: mb 0.997 G mb (3.2) Trong đó: Gmb - tỷ trọng khối BTN đầm nén; 0,997 - khối lƣợng riêng nƣớc nhiệt độ 25 0C, g/cm3 36 Kết thí nghiệm xác định tỷ trọng khối cho loại BTNC 12,5 BTNC 19 đƣợc thể Bảng 3.1, Bảng 3.2 Hình 3.3, Hình 3.4 Số liệu thí nghiệm chi tiết đƣợc thể Phụ lục 3.1 ÷ 3.11 Bảng 3.1: Kết thí nghiệm xác định tỷ trọng khối BTNC12,5 Hàm lƣợng hạt cao su nghiền, %CS Hàm lƣợng nhựa, % 0%CS 0,5%CS 1%CS 1.5%CS 2% CS 2,415 2,398 2,386 2,378 2,375 4,5 2,425 2,413 2,399 2,386 2,381 2,446 2,432 2,412 2,399 2,393 5,5 2,421 2,394 2,393 2,383 2,381 2,406 2,391 2,389 2,376 2,376 Hình 3.3: Thay đổi tỷ trọng khối (Gmb) theo hàm lƣợng nhựa tỷ lệ hạt cao su nghiền (mẫu BTNC 12,5) Bảng 3.2: Kết thí nghiệm xác định tỷ trọng khối BTNC 19 Hàm lƣợng hạt cao su nghiền, %CS Hàm lƣợng nhựa, % 0%CS 0,5%CS 1% CS 1.5%CS 2%CS 2,5%CS 3,5 2,410 2,385 2,376 2,371 2,367 2,366 2,414 2,405 2,399 2,395 2,390 2,386 4,5 2,423 2,423 2,416 2,409 2,399 2,403 2,416 2,414 2,406 2,402 2,398 2,396 37 Hình 3.4: Thay đổi tỷ trọng khối (Gmb) theo hàm lƣợng nhựa tỷ lệ hạt cao su nghiền (mẫu BTNC 19) Nhận xét: - Đối với BTNC 12,5, tỷ trọng khối mẫu BTN đối chứng (ký hiệu 0%CS) thay đổi lớn theo hàm lƣợng nhựa, đạt giá trị lớn ứng với hàm lƣợng nhựa 5% Hàm lƣợng nhựa có ảnh hƣởng lớn đến tỷ trọng khối tỷ lệ hạt cao su nghiền sử dụng (0,5%CS 1%CS) Tỷ trọng khối thay đổi theo hàm lƣợng nhựa hàm lƣợng hạt cao su nghiền thay đổi phạm vi 1,5% 2% Trong tất trƣờng hợp sử dụng tỷ lệ hạt cao su nghiền thay đổi từ 0% đến 2%, tỷ trọng khối BTN đạt giá trị lớn ứng với hàm lƣợng nhựa sử dụng 5,0% (xem Hình 3.3) - Đối với BTN C19, tỷ trọng khối mẫu BTN đối chứng (0%CS) thay đổi theo hàm lƣợng nhựa đạt giá trị lớn ứng với hàm lƣợng nhựa 4,5% Trƣờng hợp có sử dụng hạt cao su nghiền, hàm lƣợng nhựa có ảnh hƣởng lớn đến tỷ trọng khối Cùng hàm lƣợng nhựa sử dụng nhƣ nhau, tăng hàm lƣợng hạt cao su nghiền, tỷ trọng khối BTN giảm Tƣơng tự mẫu đối chứng, hàm lƣợng hạt cao su nghiền khác nhau, tỷ trọng khối đạt giá trị lớn ứng với hàm lƣợng nhựa 4,5% (xem Hình 3.4) 3.1.2.2 Thí nghiệm xác định tỷ trọng lớn BTN trạng thái rời Tỷ trọng lớn BTN trạng thái rời (ký hiệu Gmm) nhiệt độ 25oC, đại lƣợng không thứ nguyên, đƣợc xác định theo công thức: A Gmm (3.3) A D E Trong đó: A, D, E lần lƣợt khối lƣợng mẫu BTN khơ, khối lƣợng bình khơng chứa mẫu đổ đầy nƣớc 25oC khối lƣợng bình có chứa mẫu đổ đầy nƣớc 25oC, g Tỷ trọng có hiệu hỗn hợp BTN (ký hiệu Gse) đƣợc xác định dựa tỷ trọng lớn BTN trạng thái rời theo công thức: 38 G se Pmm Pb Pmm Pb G mm G b (3.4) Trong đó: Gmm - tỷ trọng lớn hỗn hợp BTN Pmm - phần trăm khối lƣợng tổng khối lƣợng hỗn hợp trạng thái rời, (Pmm=100); Pb - hàm lƣợng nhựa, tính theo phần trăm tổng khối lƣợng hỗn hợp BTN Gb - tỷ trọng nhựa đƣờng Hình 3.5 Hình 3.6 minh hoạ mẫu BTN sau đƣợc làm tơi bố trí hệ thống thiết bị chuẩn bị thực thí nghiệm Hình 3.5: Làm tơi mẫu bê tơng nhựa chuẩn bị thí nghiệm tỷ trọng lớn BTN trạng thái rời Hình 3.6: Lắp ráp bình tiến hành bật máy hút chân khơng Kết tính tốn tỷ trọng lớn BTN đƣợc thể Phụ lục 3.12 ÷ 3.22 39 3.1.2.3 Độ rỗng dƣ, Va Độ rỗng dƣ (Va) BTN, tính phần trăm (%), xác tới 0,1 %, đƣợc xác định theo công thức: Va Gmm Gmb 100 Gmm (3.5) Trong đó: Gmm, Gmb lần lƣợt tỷ trọng lớn BTN trạng thái rời tỷ trọng khối BTN đầm nén Kết thí nghiệm xác định độ rỗng dƣ cho loại BTNC 12,5 BTNC 19 đƣợc thể Bảng 3.3, Bảng 3.4 Hình 3.7, Hình 3.8 Số liệu thí nghiệm chi tiết đƣợc thể Phụ lục 3.12 ÷ 3.22 Bảng 3.3: Độ rỗng dư BTNC12,5 Hàm lƣợng hạt cao su nghiền, %CS Hàm lƣợng nhựa, % 0%CS 0,5%CS 1%CS 1.5%CS 2% CS 5,12 4,97 4,84 4,83 4,71 4,5 5,05 4,84 4,82 4,72 4,60 5,02 4,80 4,81 4,62 4,68 5,5 4,91 4,86 4,78 4,57 4,56 4,91 4,80 4,72 4,61 4,53 Hình 3.7: Thay đổi độ rỗng dƣ (Va) theo hàm lƣợng nhựa tỷ lệ hạt cao su nghiền (mẫu BTNC 12,5) Bảng 3.4: Độ rỗng dư BTNC 19 Hàm lƣợng hạt cao su nghiền, %CS Hàm lƣợng nhựa, % 0%CS 0,5%CS 1% CS 1.5%CS 2%CS 2,5%CS 3,5 4,58 5,50 5,63 5,71 5,77 5,77 4,09 4,39 4,52 4,61 4,71 4,77 4,5 3,55 3,43 3,59 3,87 4,17 3,95 3,38 3,37 3,29 3,34 3,29 3,25 40 Hình 3.8: Thay đổi độ rỗng dư (Va) theo hàm lượng nhựa tỷ lệ hạt cao su nghiền (mẫu BTNC 19) Nhận xét: - Đối với BTNC 12,5, độ rỗng cịn dƣ thay đổi theo hàm lƣợng Trƣờng hợp có sử dụng hạt cao su nghiền, độ rỗng dƣ giảm tăng hàm lƣợng hạt cao su nghiền, nguyên nhân tăng hàm lƣợng hạt cao su nghiền, độ góc cạnh cốt liệu mịn tăng (xem mục 2.5.3.2) (xem Hình 3.7) - Ngƣợc lại, BTNC19, độ rỗng dƣ thay đổi lớn theo hàm lƣợng nhựa Đối với mẫu đối chứng (ký hiệu 0%CS), độ giảm độ rỗng dƣ theo hàm lƣợng nhựa nhỏ so với mẫu có sử dụng hạt cao su nghiền, thể độ dốc đƣờng quan hệ độ rỗng dƣ hàm lƣợng nhựa thoải so với độ dốc mẫu có sử dụng hạt cao su nghiền Ngoại trừ trƣờng hợp sử dụng hàm lƣợng nhựa 4,5%, hàm lƣợng nhựa 3,5%, 4% 5%, độ rỗng dƣ phụ thuộc tỷ lệ hạt cao su nghiền Ở hàm lƣợng nhựa 4,5%, sử dụng 0,5%CS 1,0%CS cho kết độ rỗng dƣ xấp xỉ với mẫu đối chứng (xem Hình 3.8) - Độ rỗng dƣ tất mẫu nghiên cứu thoả mãn yêu cầu độ rỗng dƣ cho phép BTN chặt (từ 3,0% đến 6,0%) 3.1.2.4 Độ rỗng khung cốt liệu, VMA Độ rỗng khung cốt liệu (ký hiệu VMA), tính tỷ lệ phần trăm, xác tới 0,1 %, theo công thức: G P VMA 100 mb S Gsb (3.6) Trong đó: Ps - hàm lƣợng cốt liệu, tính theo khối lƣợng hỗn hợp BTN, % Gmb - tỷ trọng khối mẫu BTN đầm nén; Gsb - tỷ trọng khối hỗn hợp cốt liệu, bao gồm cốt liệu thô (đá dăm), cốt liệu mịn (cát), bột khống, đƣợc tính theo công thức sau: 41 Gsb P1 P2 Pn P P1 P2 n G1 G2 Gn (3.7) Trong đó: P1, P2, , Pn - tỷ lệ % loại cốt liệu, bột khống có hỗn hợp cốt liệu; G1, G2, , Gn - tỷ trọng loại cốt liệu: đá dăm, cát, bột khống có hỗn hợp cốt liệu, g/cm3 Kết tính tốn xác định độ rỗng khung cốt liệu cho loại BTNC 12,5 BTNC 19 đƣợc thể Bảng 3.5, Bảng 3.6 Hình 3.9, Hình 3.10 Tính tốn chi tiết đƣợc thể Phụ lục 3.12 ÷ 3.22 Bảng 3.5: Độ rỗng khung cốt liệu (VMA) BTNC 12,5 Hàm lƣợng hạt cao su nghiền, %CS Hàm lƣợng nhựa, % 0%CS 0,5%CS 1%CS 1.5%CS 2% CS 14,49 14,33 14,20 13,90 13,44 4,5 14,55 14,23 14,15 14,04 13,63 14,24 13,97 14,11 13,98 13,61 5,5 15,52 15,69 15,19 14,96 14,43 16,44 16,20 15,71 15,60 15,04 Hình 3.9: Thay đổi độ rỗng khung cốt liệu (VMA) theo hàm lƣợng nhựa tỷ lệ hạt cao su nghiền (mẫu BTNC 12,5) Bảng 3.6: Độ rỗng khung cốt liệu (VMA) BTNC 19 Hàm lƣợng hạt cao su nghiền, %CS Hàm lƣợng nhựa, % 0%CS 0,5%CS 1% CS 1.5%CS 2%CS 2,5%CS 3,5 13,69 14,59 14,91 15,08 15,21 15,27 13,97 14,27 14,49 14,64 14,80 14,95 4,5 14,04 14,03 14,28 14,53 14,89 14,77 14,70 15,03 15,31 15,45 15,58 15,65 42 Hình 3.10: Thay đổi độ rỗng khung cốt liệu (VMA) theo hàm lượng nhựa tỷ lệ hạt cao su nghiền (mẫu BTNC 19) Nhận xét: - Đối với BTN C12,5, độ rỗng khung cốt liệu thay đổi hàm lƣợng nhựa nhỏ 5% Khi hàm lƣợng nhựa lớn 5%, độ rỗng khung cốt liệu tăng nhanh Nguyên nhân nhựa lấp đầy lỗ rỗng đẩy cốt liệu xa Với hàm lƣợng nhựa sử dụng nhƣ nhau, tăng hàm lƣợng hạt cao su nghiền, độ rỗng khung cốt liệu giảm Độ rỗng khung cốt liệu đạt giá trị nhỏ tƣơng ứng với hàm lƣợng nhựa 5% (xem Hình 3.9) - Đối với BTN C19, thay đổi độ rỗng khung cốt liệu theo hàm lƣợng cao su khác hoàn toàn so với BTNC 12,5 BTN có hàm lƣợng hạt cao su nghiền lớn, độ rỗng khung cốt liệu lớn Độ rỗng khung cốt liệu đạt giá trị nhỏ tƣơng ứng với hàm lƣợng nhựa 4,5% (xem Hình 3.10) - Độ rỗng khung cốt liệu nhỏ tất mẫu nghiên cứu lớn 13,5%, thoả mãn yêu cầu độ rỗng dƣ cho phép BTN cao su hoá yêu cầu độ rỗng dƣ thiết kế 3% theo [8] 3.1.2.5 Độ rỗng lấp đầy nhựa, VFA Độ rỗng lấp đầy nhựa (ký hiệu VFA), tính phần trăm (%), xác tới 0,1 %, đƣợc xác định từ độ rỗng khung cốt liệu (VMA) độ rỗng dƣ (Va) theo công thức: VFA (VMA Va ) 100 VMA (3.8) Kết tính tốn đƣợc thể Bảng 3.7, Hình 3.11 (cho BTNC 12,5) Bảng 3.8, Hình 3.12 (cho BTNC 19) Tính tốn chi tiết đƣợc thể Phụ lục 3.12 ÷ 3.22 43 Bảng 3.7: Độ rỗng lấp đầy nhựa VFA (BTNC 12,5) Hàm lƣợng hạt cao su nghiền, %CS Hàm lƣợng nhựa, % 0%CS 0,5%CS 1%CS 1.5%CS 2% CS 64,65 65,32 65,90 65,25 64,99 4,5 65,30 66,01 65,96 66,35 66,22 64,77 65,63 65,91 66,95 65,60 5,5 68,39 69,04 68,55 69,43 68,40 70,16 70,35 69,97 70,44 69,86 Tải FULL (111 trang): https://bit.ly/3fQM1u2 Dự phịng: fb.com/KhoTaiLieuAZ Hình 3.11: Thay đổi độ rỗng lấp đầy nhựa (VFA) theo hàm lƣợng nhựa tỷ lệ hạt cao su nghiền (mẫu BTNC 12,5) Bảng 3.8: Độ rỗng lấp đầy nhựa VFA (BTNC 19) Hàm lƣợng hạt cao su nghiền, %CS Hàm lƣợng nhựa, % 0%CS 0,5%CS 1% CS 1.5%CS 2%CS 2,5%CS 3,5 66,56 62,32 62,24 62,16 62,04 62,24 70,75 69,27 68,83 68,52 68,16 68,12 4,5 74,70 75,56 74,84 73,35 72,03 73,25 77,03 77,61 78,49 78,41 78,88 79,22 Hình 3.12: Thay đổi độ rỗng lấp đầy nhựa (VFA) theo hàm lượng nhựa tỷ lệ hạt cao su nghiền (mẫu BTNC 19) 44 Nhận xét: - Đối với BTN C12,5, tỷ lệ độ rỗng lấp đầy nhựa (VFA) thay đổi, dao động phạm vi từ 65% đến 70% Tỷ lệ lấp đầy nhựa lỗ rỗng bắt đầu tăng hàm lƣợng nhựa vƣợt 5% Diễn biến thay đổi VFA theo hàm lƣợng nhựa BTN có sử dụng hạt cao su gần tƣơng tự nhƣ mẫu đối chứng Thay đổi hàm lƣợng hạt cao su sử dụng cấp phối không ảnh hƣởng nhiều đến VFA, trừ trƣờng hợp hàm lƣợng nhựa 5% - Đối với BTNC 19, VFA BTN có sử dụng hạt cao su nghiền thay đổi lớn tăng hàm lƣợng nhựa, dao động phạm vi từ 62% (ở hàm lƣợng nhựa 3,5%) đến gần 80% (ở hàm lƣợng nhựa 5%) Hàm lƣợng nhựa 3,5%, VFA nhỏ, nhựa không đủ lấp đầy lỗ rỗng nên thực tế mẫu sau đầm nén, cốt liệu rời rạc, không đảm bảo liên kết Với yêu cầu độ rỗng lấp đầy nhựa đạt từ 70% đến 80% BTN cao su hoá theo [8], cho thấy cấp phối BTN C12,5 không thoả mãn Đối với BTNC 19, hàm lƣợng nhựa sử dụng tối thiểu phải từ 4,5% trở lên Tải FULL (111 trang): https://bit.ly/3fQM1u2 3.1.3 Thí nghiệm độ ổn định Marshall phịng: Thí nghiệm đƣợc thực phịng thí Dự nghiệm Cầufb.com/KhoTaiLieuAZ đƣờng, trƣờng Đại học Bách khoa Đà Nẵng máy nén Marshall (Hình 3.13) Hình 3.13: Thí nghiệm Marshall Mẫu sau chế bị, đƣợc bảo dƣỡng điều kiện nhiệt độ phòng thời gian tối thiểu 48h Trƣớc thí nghiệm, mẫu đƣợc đặt bể ổn định nhiệt thời gian 40 phút Bể ổn định nhiệt trì nhiệt độ nƣớc bể 60oC±1oC Bể ổn nhiệt có chiều sâu tối thiểu 150 mm 230 mm, có giá đỡ mẫu nằm cách đáy bể 50 mm (Hình 3.14) 45 Hình 3.14: Bể ổn định nhiệt Thời gian từ lấy mẫu BTN khỏi bể ổn định nhiệt đến kết thúc thí nghiệm không vƣợt 30s Độ ổn định Marshall mẫu thí nghiệm (ký hiệu S, đơn vị kN), đƣợc tính xác tới 0,1kN theo cơng thức: S = K.P (3.9) Trong đó: K - hệ số điều chỉnh (phụ thuộc chiều cao mẫu) P - lực nén lớn nhất, kN Kết thí nghiệm độ ổn định Marshall độ dẻo (ký hiệu F, mm) BTNC 12,5 BTNC 19 đƣợc thể Bảng 3.9 Bảng 3.10 Chi tiết kết thí nghiệm đƣợc trình bày Phụ lục 3.24÷3.34 Bảng 3.9: Độ ổn định Marshall độ dẻo BTNC 12,5 Hàm lƣợng hạt cao su nghiền, %CS Hàm lƣợng 0%CS 0,5%CS 1%CS 1.5%CS nhựa, S, F, S, F, S, F, S, kN F, mm % kN mm kN mm kN mm 8,56 2,85 8,14 3,17 7,84 3,38 7,25 3,58 4,5 10,35 3,07 9,75 3,35 9,14 3,35 8,66 3,78 12,37 2,95 11,09 3,53 10,67 3,43 9,93 3,98 5,5 10,44 3,57 9,64 3,62 9,12 3,57 8,48 3,95 8,96 3,53 7,97 3,50 6,95 3,70 6,48 4,12 Bảng 3.10: Độ ổn định Marshall độ dẻo BTNC 19 Hàm lƣợng 0%CS nhựa, F, S, kN % mm 3,5 4,5 15,22 15,75 16,63 15,75 3,26 3,09 3,58 3,93 2% CS S, kN 6,63 7,80 9,22 7,25 6,08 F, mm 4,10 4,08 4,22 4,90 4,62 Hàm lƣợng hạt cao su nghiền, %CS 0,5%CS S, F, kN mm 14,72 3,87 15,60 4,31 16,41 4,80 15,30 4,95 1%CS S, F, kN mm 12,89 3,84 14,79 3,79 15,22 4,81 13,62 5,42 1.5%CS S, F, kN mm 12,43 3,78 13,55 3,75 14,51 4,52 13,20 4,84 2,5% CS 2% CS S, F, S, F, kN mm kN mm 10,82 3,48 9,39 3,63 11,57 3,82 10,21 3,91 12,51 4,23 10,85 4,50 11,14 4,89 9,31 4,80 7740355 ... KHOA ¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯ LÊ ĐỨC CHÂU NGHIÊN CỨU Ử DỤNG HẠT CAO SU NGHIỀN TỪ LỐP XE PHẾ THẢI CẢI THIỆN KHẢ NĂNG CHỐNG BIẾN DẠNG CỦA BÊ TÔNG NHỰA SỬ DỤNG VẬT LIỆU TẠI TP ĐÀ NẴNG Chuyên ngành: Kỹ... biến dạng (lún vệt bánh xe) BTNC 19 BTNC 12,5 sử dụng hạt cao su nghiền từ lốp xe phế thải b Mục tiêu cụ thể - Nghiên cứu lý thuyết cƣờng độ công nghệ chế tạo bê tông nhựa sử dụng hạt cao su nghiền. .. cƣờng độ chống biến dạng lún vệt bánh xe BTN sử dụng hạt cao su BTN sử dụng nhựa đƣờng thông thƣờng Kết nghiên cứu cho thấy BTN sử dụng nhựa đƣờng cao su hoạt tính có khả chịu biến dạng tốt BTN