Luận văn thạc sĩ Kỹ thuật xây dựng: Nghiên cứu ứng dụng chai nhựa phấ thải vào bê tông nhựa trong điều kiện Tp. HCM

Trong khi đó sự sử dụng nhựa PET trong hỗn hợp bêtông nhựa trên thế giới đã được chứng minh làm cải tiến tính chất hỗn hợp, nâng cao chất lượng làm việc của mặt đường bêtông nhựa.. Kết q

TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI

THỰC TRẠNG MẶT ĐƯỜNG BÊ TÔNG NHỰA Ở VIỆT NAM

Sự tăng trưởng nhanh của nền kinh tế trong những năm gần đây kéo theo tăng rất nhanh về lưu lượng và tải trọng trên đường Kết cấu mặt đường bê tông nhựa được sử dụng rộng rãi, chiếm trên 80% diện tích mặt đường ở Nam bộ và là sự lựa chọn hàng đầu khi thiết kế các công trình đường cao tốc và đường cấp cao khác

Thời gian qua giao thông đường bộ đã có nhiều tiến bộ vượt bậc về khoa học kỹ thuật, trình độ xây dựng cầu đường của chúng ta đã đạt đến mức độ tiên tiến trong khu vực Với mục tiêu phbát triển bền vững, chính phủ Việt Nam đã tập trung đầu tư mạnh mẽ cho cơ sở hạ tầng giao thông, nhiều công trình đã được xây dựng nâng cấp theo hướng công nghiệp hóa - hiện đại hóa với công nghệ tiên tiến

Hiện nay, rất nhiều tuyến đường bê tông nhựa ở nước ta nói chung và khu vực Nam Bộ nói riêng sau thời gian ngắn đưa vào sử dụng đã xuất hiện những hiện tượng phổ biến như: Xô dồn, nứt trượt lớp mặt bê tông nhựa, hằn lún vệt bánh xe, rạn nứt bong bật, lún nứt cao su, gây hư hỏng nghiêm trọng mặt đường cũng như an toàn giao thông Đây là mối quan tâm hàng đầu của các nhà quản lý giao thông và nhà xây dựng công trình

Theo báo cáo của bộ GTVT tại Hội thảo “Tiến độ và chất lượng công trình giao thông” do Báo Giao thông tổ chức ngày 15/11/2013, hiện tượng lún vệt bánh xe gần như xảy ra trên tất cả các trục đường chính, những tuyến cao tốc hiện đại mới xây dựng có lượng giao thông lớn như QL1, QL5, xa lộ Đông - Tây, đường vành đai 2 của Hà Nội, QL3 Hà Nội- Thái Nguyên, cao tốc Nội Bài- Lào Cai Hiện tượng hư hỏng này cũng liên tục xảy ra đối với cả mặt đường trên cầu như cầu Bến Thủy, cầu Thanh Trì, cầu đường Vành đai 3 trên cao… Hiện tượng này xảy ra kể cả khi công trình được thiết kế và thi công hoặc thi công lại một cách thận trọng, sử dụng vật liệu có cải tiến

Hình 1.1 Hình ảnh về sự lún trồi dưới tác dụng vệt hằn bánh xe trên đường Đại lộ Đông Tây.[35]

Ngoài hiện tượng hư hỏng do lún vệt hằn bánh xe, những phá hoại kết cấu áo đường do xô dồn, và nứt trượt cũng phổ biến Xô dồn và nứt trượt là các dạng hư hỏng điển hình xảy ra khi chất lượng dính bám giữa 2 lớp bê tông nhựa không được đảm bảo Điều này là do ứng suất trượt của áp lực bánh xe gây ra lớn hơn cường độ chống trượt giữa các lớp bê tông nhựa trong kết cấu mặt đường Theo tiêu chuẩn ASTM D6433-07: Xô dồn là biến dạng không hồi phục, có dạng những gợn sóng nhỏ vuông góc với hướng di chuyển của các phương tiện giao thông Hiện tượng hư hỏng này thường xảy ra khi lớp tưới dính bám (bitum lỏng hoặc nhũ tương) giữa các lớp bê tông nhựa mất ổn định Nứt trượt được mô tả bởi những vết nứt có dạng lưỡi liềm hay dạng parabol Dạng hư hỏng này thường là nguyên nhân của cường độ kháng cắt hoặc cường độ dính bám kém giữa các lớp bê tông nhựa, lớp mặt có chiều dầy không hợp lý, ứng suất cắt cao do lực đẩy ngang gây ra Tùy thuộc vào chiều rộng vết nứt, mức độ hư hỏng được chia thành 3 cấp: cấp thấp khi chiều rộng vết nứt < 10 mm, cấp trung bình khi chiều rộng vết nứt 10mm - 40mm, cấp cao khi chiều rộng vết nứt > 40 mm Để tiến hành nghiên cứu đánh giá hư hỏng mặt đường bê tông nhựa nguyên nhân do xô dồn và nứt trượt, ba tuyến QL có điều kiện địa hình và điều kiện khai thác khác nhau đã được lựa chọn bao gồm: QL3 (Km 229 - Km 237); QL1A (Km 223 - Km 232 và Km 387+100 - Km 709+400) QL3 đoạn từ Km 229 - Km

237: Đoạn tuyến được thi công vào năm 2010, với quy mô cấp hạng kỹ thuật như sau: Đường cấp IV miền núi, bề rộng mặt cắt ngang 5.5m, độ dốc ngang 1.5- 2.5 %, độ dốc dọc trung bình 6% Kết cấu lớp mặt gồm 2 lớp: Lớp mặt trên là asphalt hạt trung dày 7cm, lớp mặt dưới là bê tông asphalt hạt trung cũ dày 5cm, giữa 2 lớp mặt được tưới dính bám bằng nhũ tương phân tách chậm loại CSS-1 với tỷ lệ 0.5 l/m2 Sau khi đưa vào khai thác một thời gian, đến năm 2011 ở lớp mặt trên đã xuất hiện các hiện tượng hư hỏng cục bộ điển hình như: Lớp mặt bị xô dồn, bị nứt trượt, lún vệt hằn bánh xe, ổ gà [36] Theo số liệu khảo sát của Tổng cục Đường bộ Việt Nam và cơ quan hợp tác Quốc tế Nhật Bản (JICA) thực hiện vào tháng 3 năm 2012, thực trạng hư hỏng điển hình lớp mặt bê tông nhựa được thể hiện như Hình 1.2 Tỷ lệ các dạng hư hỏng điển hình trên đoạn tuyến được thể hiện ở Hình 1.3

Hình 1.2 Hình ảnh về hư hỏng trên QL3 (Km 229 – Km 237)

(a) Hiện tượng xô dồn (b) Hiện tượng nứt trượt [36]

Hình 1.3 Tỷ lệ các dạng hư hỏng điển hình lớp mặt trên QL3

Trong khi thực tế công tác thiết kế áo đường hiện nay chỉ chú trọng vào tính

(a) (b) toán các chỉ tiêu về cường độ theo tiêu chuẩn 22TCN 211-06 [46] mà chưa chú ý đến mặt cấu tạo của kết cấu áo đường (mác của nhựa, các loại vật liệu sử dụng làm lớp mặt, lớp móng); độ bền mỏi; độ bền lún vệt bánh xe; đặc điểm khí hậu tuyến đường khai thác; ảnh hưởng của xe tải nặng…dẫn đến tuổi thọ kết cấu áo đường không cao, đường mới đưa vào khai thác đã nhanh chóng xuống cấp.

THỰC TRẠNG HƯ HỎNG MẶT ĐƯỜNG BÊ TÔNG NHỰA TRÊN THẾ GIỚI 4

Lún trồi là một hiện tượng phổ biến trên thế giới trong những năm gần đây, hiện tượng này được mô tả như là một sự dịch chuyển các vật liệu làm mặt đường tạo ra các vệt lún hằn sâu theo hướng tác dụng của bánh xe Những vết nứt nghiêm trọng giữ nước bên trong, nó làm nên sự khiếm khuyết của một hay nhiều lớp trong kết cấu áo đường

Hiện tượng lún trồi được xem là một sự cố chính trong kết cấu áo đường mềm, là kết quả của sự tăng áp lực bánh xe và tải trọng bánh xe Lún trồi là kết quả của việc tích lũy biến dạng của một vài lớp trong kết cấu áo đường hoặc toàn bộ kết cấu.Sự tích lũy biến dạng trong phần mặt của kết cấu được xem là nguyên nhân chính gây ra lún cho toàn bộ kết cấu áo đường Hiện tượng này đã được ghi nhận ở cả các quốc gia có nền khoa học kỹ thuật phát triển.

NGUYÊN NHÂN DẪN TỚI HIỆN TƯỢNG LÚN TRỒI MẶT ĐƯỜNG BÊ TÔNG NHỰA

Lún trồi mặt đường BTN không phải là vấn đề mới, ngay từ khi loại mặt đường BTN được sử dụng, thì dạng hư hỏng này luôn được xem là vấn đề cần phải xem xét tới trong quá trình thiết kế sơ bộ Vấn đề này đã được nhiều nhà khoa học trên thế giới phân tích và đánh giá, dựa vào kết luận từ những nghiên cứu khoa học đã được công bố thì các nguyên nhân chính dẫn tới hiện tượng lún trồi đó là:

+ Công tác lu lèn không đảm bảo yêu cầu;

+ Hiện tượng lún trồi do lớp vật liệu không đảm bảo về cường độ, độ bền;

+ Sự liên kết giữa cốt liệu và nhựa trong hỗn hợp không đảm bảo;

+ Quá trình sản xuất không đảm bảo chất lượng;

+ Sự gia tăng về giao thông cả về lưu lượng và tải trọng;

+ Ảnh hưởng của nhiệt độ cao đối với sự làm việc của hỗn hợp BTN

+ Thiết kế cấu tạo kết cấu áo đường chưa hợp lý Ở Việt Nam, hiện tượng vệt lún hằn bánh xe đang được sự quan tâm đặc biệt, đã có nhiều cuộc hội thảo cấp cao để tìm ra giải pháp khắc phục hiện tượng này

Hội Cầu Đường Cảng Tp.HCM phối hợp với Viện khoa học GTVT đã tổ chức hội thảo khoa học “Đánh giá tổng quan về những nguyên nhân hư hỏng mặt đường bê tông nhựa trên các tuyến chính khu vực phía Nam và đề xuất giải pháp khắc phục” ngày 20/06/2013, các khuyến cáo của hội thảo đưa ra đó là:

+ Về công tác khảo sát thiết kế: Đối với các tuyến đường ô tô cấp cao có nhiều xe tải trọng nặng lưu thông, nếu chỉ tính theo các chỉ tiêu về cường độ như hiện nay là chưa hợp lý Cần lưu ý khi thiết kế kết cấu áo đường tại các nút giao nhau và tại đoạn đường ra vào nút Đối với tuyến đường có lưu lượng xe và tải trọng lớn, cần phải khảo sát chi tiết dòng xe Đối với các tuyến đường có nhiều tải nặng lưu thông ở khu vực phía Nam trong điều kiện nhiệt độ của lớp BTN có thể lên tới 70 o ÷72 o C nên sử dụng nhựa đường có tính ổn định cao, phải kiểm tra khả năng chịu vệt hằn bánh xe

+ Đối với đơn vị thi công: Tuân thủ các bước trong thiết kế hỗn hợp BTN (tham khảo TCVN 8819:2011); chất lượng của cốt liệu (đá dăm, cát) và bột khoáng ảnh hưởng đáng kể đến chất lượng mặt đường BTN; việc thay thế cát tự nhiên bằng cát xay trong hỗn hợp BTN làm cho khả năng kháng vệt hằn lún bánh xe được cải thiện từ 10 - 15% Trong quá trình thi công mặt đường BTN phải có quy trình quản lý chất lượng để đảm bảo vật liệu đưa ra ngoài hiện trường có chất lượng như vật liệu đã thiết kế tại trạm trộn (tham khảo TCVN 8819:2011) Để hạn chế vệt hằn lún bánh xe, cần đặc biệt lưu ý đảm bảo chất lượng nền đường, móng đường và kết cấu lớp BTN phù hợp với thiết kế được duyệt[23]

+ Đối với các đơn vị quản lý và khai thác: Lựa chọn các đơn vị tư vấn nói chung, tư vấn giám sát (TVGS) nói riêng có đủ năng lực, uy tín để nâng cao chất lượng công tác TVGS TVGS phải nâng cao trách nhiệm trong công tác kiểm tra giám sát chặt chẽ về vật liệu, về hỗn hợp BTN, về các công đoạn thi công lớp BTN tại hiện trường Khi có hiện tượng trồi nhựa, vệt hằn lún bánh xe cần chủ động khẩn trương xử lý ngay không để kéo dài, vì thời gian xử lý kéo dài sẽ làm ảnh hưởng đến chất lượng công trình Tăng cường kiểm tra chất lượng nhựa đường ngay từ khâu nhập khẩu nhựa đường bao gồm cả xuất xứ nhựa (nguồn gốc của sản phẩm), bởi chất lượng nhựa đường quyết định rất lớn đến chất lượng BTN

Vấn đề vệt hằn lún bánh xe cũng được sự quan tâm đặc biệt từ Bộ GTVT Thực hiện sự chỉ đạo của Bộ về việc yêu cầu các cơ quan chức năng khẩn trương đề xuất giải pháp tổng thể nâng cao chất lượng công trình giao thông nói chung và xử lý tình trạng lún mặt đường và đường đầu cầu nói riêng, tạp chí Giao Thông Vận Tải đã tổ chức buổi tọa đàm và giao lưu trực tuyến trên báo điện tử với chủ đề “Giải pháp chống lún mặt đường và đường đầu cầu” ngày 15 tháng 7 năm 2013 Buổi tọa đàm đã tập trung vào các vấn đều sau:

+ Tình trạng lún mặt đường và đầu cầu ở các công trình giao thông nước ta hiện nay;

+ Các nguyên nhân cơ bản dẫn tới hiện tượng lún mặt đường và đầu cầu;

+ Các giải pháp tổng thể nhằm nâng cao chất lượng công trình giao thông nói chung và khắc phục hiện tượng lún trồi nói riêng;

+ Một số khuyến nghị của buổi hội thảo: Theo kết quả của cuộc hội nghị này thì một số biện pháp được đưa ra đó là: kiểm soát chất lượng nguyên vật liệu đầu vào; kiểm tra quá trình khảo sát thiết kế, nhất là đối với những đoạn tuyến của tải trọng giao thông lớn; kiểm soát tải trọng và lưu lượng xe; giám sát chặt chẽ quá trìn phí phá Qu liệu lớp pol sun

1.1 chi là V mỗ cao tới Ng giữ gia lượ nh chế tạo B ía dưới đạt y

Từ các bá áp khắc phụ uản lý tải trọ u; (3): Kiểm p móng dướ lime tăng k ng thêm điề

Như đã nê ia thành 5 n Việt Nam c ỗi chuyến xe o hỗ trợ việ tải trọng tr goài ra, Việt ữa các vùng ao thông cả ợng xe sẽ là

BTN và quá yêu cầu trư áo cáo và k ục hiện tượ ọng xe; (2) m soát quá ới trước kh khả năng đàn ều kiện kiểm h 1.4 Một t

CHỌN GIẢ êu ở mục 1 nhóm Tuy có đặc thù c e trong lỗ lự ệc nâng tải t rên mỗi trục t Nam đang miền, các đ về lưu lượ àm ảnh hưởn á trình thi c ước khi thi c khuyến ngh ợng lún hằn : Kiểm soát trình thiết hi thi công n hồi và sự m tra kết cấu trong nhữn quản lý trọ ẢI PHÁP PH

.1.3 thì các nhiên, nhóm chi phí vận ực hạ giá th trọng hàng c xe tác dụn g trong giai đặc khu kin ợng lẫn tải t ng không n ông mặt đư công lớp ph hị ở trên đã vệt bánh x t chặt chẽ n kế sơ bộ, q lớp mặt B ự ổn định nh u áo đường g biện pháp ọng tải xe.[3 HÙ HỢP VỚ c giải pháp l m giải pháp n tải cao, nh hành vận ch hóa so với ng xuống m i đoạn phát nh tế đang l trọng Vì vậ hỏ tới sự ph ường; đảm b hía trên ã nêu ở trên e được chia nguyên liệu quá trình sả BTN; (4): S hiệt của mặ theo tiêu c p được quan 37] ỚI ĐIỀU K làm hạn ch p (1) khó th hà vận chuy huyển Lốp thiết kế, ch mặt đường t t triển kinh à nguyên nh ậy giải phá hát triển chu bảo thi công n Ta nhận a thành các u đầu vào gồ ản xuất BT Sử dụng nh ặt đường BT huẩn lún vệ n tâm là

KIỆN VIỆT ế hiện tượn hực hiện vớ yển cần tăn xe phải ch hính nguyên ăng lên mộ tế, nhu cầu hân phát sin áp hạn chế t ung của nền g lớp nền m n thấy rằng nhóm sau: ồm nhựa và TN, kiểm tr hựa có phụ TN; (5): Cầ ệt hằn bánh

NAM: ng lún trồi đ ới nguyên n ng tải trọng ịu được áp n nhân này ột cách đáng u thông thư nh của tải tr tải trọng và n kinh tế móng giải (1): à cốt a kỹ ụ gia ần bổ h xe được nhân cho suất y dẫn g kể ương rọng à lưu

Nhóm giải pháp (2) và (3) là nhóm giải pháp tương đối hợp lý.Hai nhóm giải pháp này nhằm kiểm soát nguyên vật liệu đầu vào cũng như đảm bảo quá trình thi công đúng kỹ thuật Mặc dù đã áp dụng tốt nhóm giải pháp trên nhưng những công trình tuy mới đưa vào khai thác như quốc lộ 5, quốc lộ 3, đại lộ Đông - Tây đều đang xảy ra hiện tình trạng lún vệt bánh xe Hiện tượng lún trồi còn xuất hiện ở ngay cả các công trình có vốn đầu tư nước ngoài, được nhà thầu giám sát và kiểm tra gắt gao nguyên vật liệu đầu vào cũng như quá trình thi công như quốc lộ 1A thuộc dự án WB, ADB

Vậy nhóm giải pháp (4) với việc sử dụng phụ gia polime để làm tăng hiệu quả về mặt nâng cao các chỉ tiêu cơ lý của nhựa đường, cũng như các đặc tính kỹ thuật của hỗn hợp BTN là một giải pháp được xem là tối ưu ở nước ta hiện nay Ngoài ra loại nhựa đường polime này rất thích hợp với điều kiện khí hậu khắc nghiệt của Việt Nam do nó có tính ổn định nhiệt cao hơn so với nhựa thông thường Khả năng tái chế của nhựa đường polime là rất cao, trên thế giới nó được coi là loại vật liệu thân thiện với môi trường, kéo dài tuổi thọ khai thác của mặt đường BTN

Tại Việt Nam hiện nay có nhiều nghiên cứu ứng dụng nhựa đường có chứa phụ gia để cải thiện tính chất hỗn hợp bê tông nhựa Gần đây một nghiên cứu sử dụng Styrene-Butadiene-Styrene (SBS) (từ nhóm tác giả Nguyễn Mạnh Tuấn và Trần Phong Thái ở ĐHBK TP.HCM) [40] trong hỗn hợp nhựa đường 60/70 được chứng minh là đã cải tiến các đặc tính kỹ thuật của nhựa đường hơn nhựa đường thông thường Công ty cổ phần và đầu tư xây dựng BMT cũng bước đầu ngiên cứu sử dụng ATR trong hỗn hợp bê tông nhựa và bước đầu cũng đã cho một số kết quả khả quan trong việc chống lại hiện tượng lún trồi mặt đường trên công trình tỉnh lộ 25B và xa lộ Hà Nội Ngoài ra còn những nghiên cứu ứng dụng nhựa đường polime PMB vào bê tông nhựa cũng đưa lại một số hiệu quả nhất định Tuy nhiên, hỗn hợp bê tông nhựa khi sử dụng những phụ gia này lại cho giá thành khá cao Chính vì vậy, việc nghiên cứu tìm ra loại vật liệu mới với chi phí thấp, tận dụng phế thải có sẵn từ quá trình sinh hoạt và bảo vệ môi trường đang là một vấn đề cấp thiết hiện nay.

LỰA CHỌN GIẢI PHÁP PHÙ HỢP VỚI ĐIỀU KIỆN VIỆT NAM

Đề tài tập trung vào ba vấn đề chính trong hỗn hợp BTN sử dụng nhựa phế thải PET Vấn đề thứ nhất là nghiên cứu cấp phối BTNC 12.5 sử dụng nguồn nguyên liệu có sẵn tại Miền Nam Việt Nam, sự tương thích của nhựa trộn với vật liệu đá và PET được xem như là vấn đề quan trọng hàng đầu khi lựa chọn PET trong hỗn hợp BTN, từ đó đánh giá hiệu quả của PET đến các tính chất kỹ thuật của hỗn hợp mặt đường BTN nhờ sự so sánh các kết quả thí nghiệm giữa mẫu bê tông nhựa sử dụng PET và mẫu BTN không sử dụng PET

Thứ hai là nghiên cứu lựa chọn kích thước PET phù hợp mang lại hiệu quả cao cũng như cách để tạo ra kích thước sợi PET đó

Thứ ba là nghiên cứu ảnh hưởng của PET đến các chỉ tiêu cơ lý của nhựa đường 60/70, tìm hiểu quá trình pha trộn PET với nhựa 60/70 để đưa ra hỗn hợp nhựa đường có tính đàn hồi và ổn định nhiệt cao hơn với nhựa thông thường cũng là một mục tiêu của nghiên cứu

Từ những kết quả nghiên cứu thực nghiệm, khẳng định được tính thực tiễn của đề tài ở khả năng giảm tác động ô nhiễm mỗi trường, sự ứng dụng vật liệu phế thải cũng làm tiết kiệm chi phí xây dựng công trình giao thông

Nghiên cứu xây dựng được biểu đồ quan hệ giữa sự thay đổi các hàm lượng PET và các đặc tính, các chỉ tiêu cơ lý của hỗn hợp BTN qua đó tìm ra hàm lượng nhựa tối ưu Điều này khá quan trọng bởi nó quyết định chi phí xây dựng tuyến đường nhờ sự thay đổi hàm lượng nhựa tối ưu này Qua đó nghiên cứu cũng khẳng định tính ứng dụng và tiền đề tạo ra sự phát triển bền vững trong sự phát triển của xã hội bởi sự ứng dụng nhựa phế thải cũng là một cách để bảo vệ môi trường hiện nay

1.4 GIỚI HẠN ĐỀ TÀI Nghiên cứu sử dụng những kết quả phân tích trong phòng thí nghiệm để đánh

MỤC ĐÍCH ĐỀ TÀI

Đề tài tập trung vào ba vấn đề chính trong hỗn hợp BTN sử dụng nhựa phế thải PET Vấn đề thứ nhất là nghiên cứu cấp phối BTNC 12.5 sử dụng nguồn nguyên liệu có sẵn tại Miền Nam Việt Nam, sự tương thích của nhựa trộn với vật liệu đá và PET được xem như là vấn đề quan trọng hàng đầu khi lựa chọn PET trong hỗn hợp BTN, từ đó đánh giá hiệu quả của PET đến các tính chất kỹ thuật của hỗn hợp mặt đường BTN nhờ sự so sánh các kết quả thí nghiệm giữa mẫu bê tông nhựa sử dụng PET và mẫu BTN không sử dụng PET

Thứ hai là nghiên cứu lựa chọn kích thước PET phù hợp mang lại hiệu quả cao cũng như cách để tạo ra kích thước sợi PET đó

Thứ ba là nghiên cứu ảnh hưởng của PET đến các chỉ tiêu cơ lý của nhựa đường 60/70, tìm hiểu quá trình pha trộn PET với nhựa 60/70 để đưa ra hỗn hợp nhựa đường có tính đàn hồi và ổn định nhiệt cao hơn với nhựa thông thường cũng là một mục tiêu của nghiên cứu

Từ những kết quả nghiên cứu thực nghiệm, khẳng định được tính thực tiễn của đề tài ở khả năng giảm tác động ô nhiễm mỗi trường, sự ứng dụng vật liệu phế thải cũng làm tiết kiệm chi phí xây dựng công trình giao thông.

Ý NGHĨA ĐỀ TÀI

Nghiên cứu xây dựng được biểu đồ quan hệ giữa sự thay đổi các hàm lượng PET và các đặc tính, các chỉ tiêu cơ lý của hỗn hợp BTN qua đó tìm ra hàm lượng nhựa tối ưu Điều này khá quan trọng bởi nó quyết định chi phí xây dựng tuyến đường nhờ sự thay đổi hàm lượng nhựa tối ưu này Qua đó nghiên cứu cũng khẳng định tính ứng dụng và tiền đề tạo ra sự phát triển bền vững trong sự phát triển của xã hội bởi sự ứng dụng nhựa phế thải cũng là một cách để bảo vệ môi trường hiện nay.

GIỚI HẠN ĐỀ TÀI

giá sự làm việc của bê tông nhựa sau khi sử dụng nhựa phế thải làm chất thêm vào

Do những hạn chế về mặt công nghệ, quy trình cắt nghiền sợi PET chưa thực sự được kiểm soát tốt, quy trình thực hiện bằng thủ công nên kích cỡ có thể chưa đồng đều, chưa đạt đủ độ mịn trong kích thước Ngoài ra, đề tài chưa có sự phân tích cụ thể về phương diện hóa học của vật liệu PET.

PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

Trên cơ sở tìm hiều, ứng dụng những nghiên cứu đã có sẵn về việc sử dụng vật liệu PET trong hỗn hợp bê tông nhựa và việc sử dụng các loại sợi khác như đã trình bày trong phần tổng quan khoa học Trên những cơ sở đó kết hợp với nghiên cứu lý thuyết về sự làm việc của hỗn hợp cấp phối đá, bột khoáng thiết kế chế tạo các tổ hợp mẫu sau đó sử dụng các thí nghiệm xác định độ ổn định Marshall, mô đun đàn hồi, thí nghiệm ép chẻ, xác định độ mài mòn Cantabro Tổng hợp các số liệu vẽ nên các biểu đồ mối quan hệ giữa hàm lượng nhựa và PET với độ rỗng còn dư, dung trọng lớn nhất đê tìm được hàm lượng nhựa và PET tối ưu, trong quá trình thiết kế bằng những nghiên cứu lý thuyết kết hợp với quan sát thực tể có thể điều chỉnh cấp phối đá bột khoáng để tìm ra những ảnh hưởng tốt hơn.

NỘI DUNG NGHIÊN CỨU

KIỂM TRA VẬT LIỆU ĐẦU VÀO

NHỰA ĐƯỜNG CỐT LIỆU PET

THIẾT KẾ CẤP PHỐI BTN PET

KIỂM TRA SO SÁNH ÉP CHẺ Eđh CANTABRO MARSHALL

TỔNG QUAN 12

TỔNG QUAN VỀ HƯ HỎNG MẶT ĐƯỜNG BÊ TÔNG NHỰA

Sự tăng trưởng nhanh của nền kinh tế trong những năm gần đây kéo theo tăng rất nhanh về lưu lượng và tải trọng trên đường Kết cấu mặt đường bê tông nhựa được sử dụng rộng rãi, chiếm trên 80% diện tích mặt đường ở Nam bộ và là sự lựa chọn hàng đầu khi thiết kế các công trình đường cao tốc và đường cấp cao khác

Trong thực tế, xây dựng đường ở nước ta còn một số tồn tại cần được nghiên cứu giải quyết Trong đó, vấn đề vượt tải và nhiệt độ mặt đường là hai vấn đề cần quan tâm nhằm hạn chế nguyên nhân gây hư hỏng mặt đường ở khu vực Nam bộ

Về cơ bản hư hỏng mặt đường BTN ở nước ta bao gồm:

- Lớp mặt BTN đặt trực tiếp trên lớp móng đá dăm cấp phối (CPDD) cơ sở, dưới lớp móng CPDD trên là lớp móng dưới cũng bằng CPDD có chỉ tiêu chất lượng thấp hơn lớp trên; giữa lớp mặt BTN và lớp móng CPDD được liên kết với nhau bởi một lớp nhựa thấm bám bằng nhựa nhũ tương a-xít hoặc bằng nhựa lỏng với tiêu chuẩn 0,5-1,3 l/m2 (Theo TCVN 8819:2011)

Hình 2.1 Hiện tượng xô dồn đường dẫn lên cầu

(a) Tại cầu Niệm (b) Tại cầu Thuận Phước [38]

2.1.2 HIỆN TƯỢNG NỨT DO MỎI:

Theo hướng phát triển của đường nứt, các vết nứt xuất hiện trên mặt đường thường bao gồm 4 loại sau: vết nứt ngang, vết nứt dọc, vết nứt mai rùa (nứt mạng lưới) hoặc vết nứt phản ánh Theo chiều rộng vết nứt thì có vết nứt hẹp, vết nứt trung bình và vết nứt rộng

Hình 2.2 Vết nứt mặt đường

(a) Nứt dọc ngang (b) Nứt mai rùa (chụp 07/2014)

Nứt dạng mai rùa rồi bong bật thường xảy ra ở mép đường diện tích thường từ vài chục đến vài trăm mét vuông Nguyên nhân thì có nhiều nhưng tổng hợp lại trong một số nội dung chính sau:

- Mặt đường BTN bị nứt rạn mai rùa cục bộ nhỏ vài chục mét vuông đến vài trăm mét vuông thì có thể là do khi chế tạo BTN tại trạm trộn có sự cố về nhiệt độ, về chất lượng vật liệu đầu vào mà chưa phát hiện ra để xử lý, làm BTN có chất lượng kém cục bộ

- Do thi công để chiều dầy cục lớp BTN không bảo đảm do trục trặc nào đó của máy rải mà không phát hiện kịp thời hoặc do lu lèn không thực hiện đúng sơ đồ lu, làm độ chặt mép đường không bảo đảm yêu cầu

- Do bảo trì không thoát nước tốt, để tình trạng nước đọng mép đường

- Tuy nhiên nếu biến dạng nứt rạn bong bật kéo dài, không có ý nghĩa cục bộ nữa thì vấn đề lại khác, có thể mô đuyn đàn hồi chung (Ec) của tổng thể nền mặt đường đoạn đường đó không phù hợp với mô đuyn đàn hồi yêu cầu nữa (Eyc), do

(a) (b) đoạn đường bị ảnh hưởng của thoát nước không tốt (nước mặt hay nước ngầm), làm đất nền yếu đi trong quá trình bảo trì khai thác Cần thiết có một biện pháp khảo sát thăm dò chất lượng của nền đường và mặt đường để có nhận định nguyên nhân đúng

- Ngoài ra, hiện tượng nứt rạn bong bật không có tính chất cục bộ còn do nguyên nhân lưu lượng và xe nặng tăng vượt quá mức dự báo của thiết kế

Những vị trí nứt rạn này nếu không vá chữa kịp thời sẽ phát sinh ổ gà và nhanh chóng trở thành ổ trâu, ổ voi

Từ những nguyên nhân trên cho thấy giải pháp cơ bản cho vấn đề này là nâng cao năng lực của toàn hệ thống từ thiết kế đến thi công, bảo trì; đặc biệt là nhà thầu thi công phải có kinh nghiệm, nhạy bén với sự cố bất thường về chất lượng BTN xảy ra và có giải pháp xử lý kịp thời ngay

Vết nứt phản ảnh là dạng hư hỏng phổ biến nhất của mặt đường nửa cứng, thường xuất hiện sớm trong quá trình khai thác, do đó làm giảm tuổi thọ của các lớp phủ (AASHTO 1993) Vết nứt bắt đầu từ mặt tiếp xúc giữa lớp BTXM và BTN và phát triển lên phía trên Các vết nứt xuất hiện do sự dịch chuyển của các khe và các vết nứt của lớp BTXM phía dưới do nhiệt độ khác nhau và tính không liên tục của hệ thống mặt đường Ngoài ra, tải trọng giao thông có thể gây ra các dịch chuyển thẳng đứng không đều (Roberts et al 1996) Các dịch chuyển này gây ra biến dạng trong lớp BTN và dẫn đến sự hình thành của vết nứt Các vết nứt tạo ra đường thấm nước, dẫn đến các hư hỏng do nước như phùi nhựa và bong bật lớp nhựa [15]

Hình 2.3 Hiện tượng hư hỏng do nứt phản ánh [15]

2.1.3 HIỆN TƯỢNG LÚN VỆT HẰN BÁNH XE

Hằn lún vệt bánh xe (HLVBX) là một hiện tượng mà bề mặt đường bị lún xuống theo phương dọc vệt bánh xe trên mặt đường HLVBX có thể làm hư hỏng kết cấu mặt đường và gây trơn trượt khi xe chạy đặc biệt trong thời tiết trời mưa hoặc chạy xe vào ban đêm

Trên thế giới, hiện tượng HLVBX mặt đường BTN khá phổ biến trên thế giới và đã được thế giới quan tâm nghiên cứu, đưa ra các giải pháp khắc phục, bao gồm từ việc lựa chọn giải pháp thiết kế kết cấu mặt đường, thiết kế hỗn hợp BTN phù hợp; kiểm soát và nâng cao chất lượng vật liệu (đá dăm, cát, bột khoáng, nhựa đường) cho BTN; kiểm soát chất lượng lớp mặt đường BTN trong thi công

Tại Việt Nam, ngoài những hư hỏng mặt đường BTN như biến dạng, xô, trượt, đẩy trồi; chảy nhựa; nứt vỡ, ổ gà…, những năm gần đây hiện tượng hằn lún vệ bánh xe (Rut depth) xuất hiện khá phổ biến, dẫn tới sự suy giảm chất lượng khai thác mặt đường, gây nguy hiểm cho xe chạy và gây bức xúc trong xã hội Trước năm 2008 hầu như chưa có công trình nghiên cứu cụ thể nào về HLVBX do HLVBX hầu như không đáng kể Hiện nay, mặc dù HLVBX xuất hiện nhiều, tuy nhiên việc nghiên cứu về HLVBX mới chỉ là bước đầu Vì vậy việc nghiên cứu sâu về bản chất, nguyên nhân, giải pháp khắc phục HLVBX là cần thiết, dựa trên những những kết quả nghiên cứu HLVBX của thế giới cũng như những kết quả nghiên cứu, khảo sát trong phòng và hiện trường trên các công trình đường trong nước có HLVBX để đưa ra các giải pháp khắc phục phù hợp

Hình 2.4 Hiện tượng hư hỏng do lún vệt hằn bánh xe [39]

Cụ thể: hiện tượng HLVBX xảy ra phổ biến trên phạm vi cả ba vùng miền : miền Bắc (QL5; QL3; QL1A đoạn Phủ Lý, Thanh Hóa…), miền Trung (QL1A;

QL7; QL8…) và miền Nam (QL1A; Đại Lộ Đông Tây…) [16]

Các hình thức nhận dạng chính của hư hỏng kết cấu áo đường do HLVBX có thể được phân thành như sau:

2.1.3.1 HẰN LÚN VỆT BÁNH XE DO LỚP MẶT BTN YẾU:

TỔNG QUAN VỀ SỢI NÓI CHUNG

Zube đã công bố sớm nhất những nghiên cứu của mình về việc cải tiến hỗn hợp bê tông nhựa [13] Những nghiên cứu này đã tìm ra những ảnh hưởng của việc đặt những tấm lưới thép dưới lớp phủ bê tông nhựa trong thử nghiệm ngăn chặn việc nhân rộng vết nứt lớp mặt đường Nghiên cứu kết luận rằng áo đường nhựa với hệ lưới thép đã làm giảm, kiềm chế việc nhân rộng những vết nứt dọc đường theo chiều dài tuyến Zube đề nghị rằng, sự sử dụng lưới thép gia cường có thể được dùng cho những lớp phủ dày để làm giảm nứt và vẫn đạt được những tính năng làm việc tương tự

Những nghiên cứu gần đây, Serfass và Samanos đã trình bày những kết quả tới tổ chức Association of Asphalt Paving Technologist, nghiên cứu đánh giá sự làm việc của sợi asbestos, sợi bông khoáng, sợi len thủy tinh và sơi cellulose [11] Đã thu được những kết quả từ thí nghiệm về mô đun đàn hồi, ứng suất chính ở nhiệt độ thấp, khả năng chống lại lún trồi dưới tác động của tải trọng bánh xe và khả năng chống mỏi Ba nghiên cứu áp dụng trên một tuyến đường ở Nantes, Pháp Nghiên cứu thứ nhất kết luận hỗn hợp bê tông nhựa sử dụng sợi cho độ rỗng cốt liệu cao nhất dưới 1.1 triệu lượt tải trọng trục 13 tấn so với hỗn hợp không dùng sợi và hai hỗn hợp sử dụng phụ gia mang tính chất độn đàn hồi Nhóm tác giả kết luận rằng điều đó làm tăng khả năng thoát nước và làm giảm sự hư hỏng liên quan tới việc hút ẩm của bê tông nhựa rỗng

Trong nghiên cứu thứ hai,hai triệu lượt tải trọng trục 13 tấn tác dụng để đánh giá sự làm việc của lớp phủ mặt đường sử dụng sợi, đã đánh giá được nhữnghư hỏng do mỏi trong quá trình làm việc của áo đường Dưới tác động của tải trọng này,áo đường có khả năng sửa chửa cấu trúc vĩ mô tốt hơn, thực tế là đã không xuất hiện bất cứ vết nứt nào và bề mặt đường hoàn thiện có độ bằng phẳng tốt hơn [11]

Sự sửa chửa cấu trúc áo đường làm cho khả năng chống trượt bánh xe tốt hơn, đã làm giảm hiện tượng nứt do mỏi điều đó chỉ ra rằng chu trình mỏi của vật liệutăng lên hơn so với mặt đường không sử dụng sợi

Lớp phủ sử dụng sợi cũng đã được áp dụng trên những mặt đường bị hư hỏng do mỏi trong báo cáo của nghiên cứu thứ ba bởi Serfass và Samanos, dưới tác động của 1.2 triệu lượt tải trọng tác dụng thì tất cả các loại lớp phủ sử dụng sợi không để lại hư hỏng dưới dạng mỏi và hư hỏng do lún trồi dưới tác dụng của tải trọng bánh xe Điều này được so sánh với hỗn hợp mẫu không sử dụng sợi, hỗn hợp mà không cải thiện được những tính chất hư hỏng nói trên Serfass và Samanos đã kết luận rằng tất cả ba nghiên cứu sử dụng sợi trong hỗn hợp bê tông nhựa làm tăng khả năng bám dính của nhựa với cấp phối đá [11] Điều này làm giảm hiện tượng chảy nhựa và cải tiến khả năng chống trượt bánh xe hơn so với những mẫu không sử dụng sợi trong những thiết kế tương tự Sử dụng sợi cũng làm giảm việc hóa già của nhựa, cải tiến tính bám dính của nhựa và làm giảm nhiệt độ của hỗn hợp Sự sử dụng sợi thêm vào đồng nghĩa với việc làm tăng hàm lượng nhựa, Nên hỗn hợp bê tông nhựa làm tăng khả năng chống lại tác động của các nguồn ẩm, chống hóa già, mỏi và chống hiện tượng nứt

Trong một nghiên cứu riêng rẽ bởi Jenq, lý thuyết cơ học đứt gãy được sử dụng để đánh giá ảnh hưởng của việc sử dụng sợi gia cường trong khả năng chống nứt [24] Sợi polyester và sợi polypropylene được sử dụng thêm vào trong hỗn hợp, sau đó mẫu được đem thí nghiệm để xác định thông số mô đun đàn hồi, năng lượng va chạm và cường độ chịu kéo Giá trị năng lượng va chạm trong mẫu sử dụng sợi này tăng từ 50 đến 100%, điều đó cho thấy nó làm tăng khả năng dính bám với mặt đường Còn các trị số mô đun đàn hồi và cường độ chịu kéo không thay đổi

Simpson và cộng sự thực hiện nghiên cứu hỗn hợp nhựa với sợi tại Someset Kentucky [12] Sợi polypropylene (PP) và sợi polyester và các polime khác được sử dụng làm phụ gia thêm vào trong hỗn hợp bê tông nhựa Hai cách thức trộn khác nhau cũng được xem xét.Một hỗn hợp không sử dụng sợi cũng được tạo ra Thí nghiệm bao gồm việc xác định độ ổn định Marshall, cường độ chịu kéo gián tiếp (IDT), tính mỏi do tác động của hơi ẩm, sự đóng rắn, mô đun đàn hồi và biến dạng do tải trọng trùng phục Hỗn hợp sử dụng sợi polypropylene tạo ra mẫu có cường độ chịu kéo lớn nhất, khả năng chống nứt tốt nhất Không một mẫu nào cải thiện tính năng chống tác động của hơi ẩm, mỏi do đóng rắn Không một hỗn hợp nào cải thiện tính năng lún trồi Kết quả về thí nghiệm xác định cường độ chịu kéo cho thấy rằng mẫu không sử dụng sợi và mẫu sử dụng sợi PP không có vấn đề gì về việc nứt do nhiệt, nhưng mẫu sử dụng sợi polyester và mẫu dùng phụ gia polyme lại xuất hiện điều đó Kết quả mô đun đàn hồi trong khoảng nhiệt độ trung bình chỉ ra rằng mẫu sử dụng sợi PP cho kết quả độ cứng lớn hơn Trong khi đó ở nhiệt độ cao, so với những mẫu không sử dụng sợi thì những mẫu sử dụng sợi cũng cho kết quả về độ cứng lớn hơn Hiện tượng lún trồi dưới tác động của tải trọng trùng phục giảm xuống chỉ xảy ra đối với mẫu sử dụng sợi PP [12]

Sự phân phối đồng đều của sợi trong hỗn hợp là nhân tố chủ yếu tạo ra sự khác biệt trong ứng xử của bê tông nhựa Trong nghiên cứu về việc sử dụng sợi carbon trong bê tông xi măng Portland, Chen và cộng sự [6] kết luận rằng việc phân tán một cách đồng đều của sợi trong thành phần hỗn hợp là nguyên nhân làm cải tiến tính chất hỗn hợp bê tông nhựa Ba chất tăng tính lưu động của hỗn hợp được sử dụng và hỗn hợp bê tông nhựa được đem thí nghiệm xác định cường độ chịu uốn với những hàm lượng sợi khác nhau Tất cả những hỗn hợp sử dụng những chất trộn làm tăng lưu động tạo ra mẫu có giá trị cường độ chịu uốn tốt hơn và khả năng bám mặt đường tốt hơn nhưng mẫu không sử dụng chất trộn làm tăng tính lưu động

Nhưng một điều cần chú ý trong những nghiên cứu này là sợi đem trộn vào hỗn hợp có chiều dài trung bình là 51mm.

TỔNG QUAN VỀ SỢI CỤ THỂ

Sợi Polypropylen (PP) được sử dụng trong một nghiên cứu vào năm 1993 bởi Jiang và cộng sự [25] trong việc thử nghiệm để làm giảm hiện tượng nhân rộng vết nứt đối với lớp phủ mặt đường bằng bê tông nhựa Mặc dù mật độ những vết nứt giảm trên những phạm vi mặt đường sử dụng sợi gia cường, nhưng mức độ giảm hiện tượng nhân rộng vết nứt đó đã không được nghiên cứu một cách cụ thể

Huang và cộng sự [26] cũng thực hiện nghiên cứu về lớp phủ mặt đường bằng bê tông nhựa sử dụng sợi PP Hỗn hợp bê tông nhựa sử dụng sợi và không sử dụng sợi được đúc tạo mẫu và được khoan lấy mẫu đem vào phòng thí nghiệm để phân tích Điều có thể kết luận từ những kết quả phân tích từ phòng thí nghiệm cho thấy những hỗn hợp sử dụng sợi cho mẫu ít cứng hơn và cải tiến được chu trình mỏi tốt hơn Tuy nhiên, nhiệt độ nóng chảy của sợi PP khá thấp, thấp hơn nhiệt độ của chất kết dính khi trộn làm cháy sợi Chính vì thế làm giảm khả năng gia cường của sợi khi trộn vào trong hỗn hợp bê tông nhựa Huang cũng gợi ý rằng nên có những nghiên cứu sâu và xa hơn nữa để hiểu thêm về tính đàn nhớt của hỗn hợp bê tông nhựa sử dụng sợi

Maurer và cộng sự [27] cũng nghiên cứu tính chất ép nén chặt của lớp phủ mặt đường sử dụng sợi xốp.Sợi polyester được chọn hơn sợi PP bởi điểm nóng chảy cao hơn sợi polyester Việc sử dụng sợi polyester được so sánh với một vài dạng sợi khác và trường hợp không sử dụng sợi Người ta xem xét vấn đề về thời gian tạo mẫu, chi phí và khả năng chống lại việc nhân rộng vết nứt Sợi xốp cho kết quả tốt nhất về những điểm trên trong tất cả các nghiên cứu

Huet và cộng sự [28] công bố kết quả về nghiên cứu về độ rỗng và tính chất chảy nhựa của hỗn hợp không sử dụng sợi và hỗn hợp sử dụng sợi trong thí nghiệm xác định tính mỏi từ mẫu khoan của tuyến đường Nantes Pháp Hai hỗn hợp sử dụng phụ gia polyme (SBS) và ba hỗn hợp sử dụng sợi asbestos khoáng Hỗn hợp không sử dụng phụ gia và hỗn hợp sử dụng phụ gia SBS cho những kết quả tương tự nhau về sự làm giảm độ rỗng và tính chất chảy nhựa dưới sự tác dụng của 1.1 triệu lượt tải trọng trục Trái lại Huet đã kết luận rằng hỗn hợp sử dụng phụ gia sợi không làm giảm độ rỗng, và thực tế là tính chất chảy nhựa không thay đổi và lún trồi dưới tác động của bánh xe là nhỏ nhất dưới sự tác động của những lượt tải tương tự nhau

Decoene và cộng sự [29] đã nghiên cứu ảnh hưởng của sợi cellulose trong hỗn hợp bê tông nhựa ở tính chất chảy nhựa, giảm độ rỗng, sự hao mòn và khả năng thoát nước của bê tông nhựa rỗng Sợi cellulose trong hỗn hợp làm tăng hàm lượng nhựa trong khi đó làm giảm sự chảy nhựa của chất kết dính Một nghiên cứu tổng quát về sự thoát nước được thực hiện trên một tuyến đường ở Belgian trong khoảng thời gian 6 tháng.Kết quả cho thấy là khả năng thoát nước tốt hơn đối với những vị trí sử dụng sợi và mất một khoảng thời gian gấp đôi đối với những mẫu không sử dụng sợi

Stuart và cộng sự [30] đã đánh giá trên hai loại sợi xốp, một loại sợi dạng cục và 2 loại sợi polimer Đánh giá hỗn hợp ở tính chất chảy nhựa và khả năng chống lại lún trồi dưới tác dụng của tải trọng bánh xe, nứt ở nhiệt độ thấp, sự hóa già và mỏi do ẩm Kết quả thí nghiệm cho thấy những hỗn hợp sử dụng sợi cho khả năng chảy nhựa thấp hơn những mẫu sử dụng phụ gia polimer và những mẫu không sử dụng phụ gia Kết quả thu được về ứng xử của hỗn hợp bê tông nhựa về nứt ở nhiệt độ thấp và mỏi do ẩm đã không được xác định một cách cụ thể Hỗn hợp sử dụng phụ gia polime cho khả năng chống hóa già tốt hơn

Partl và cộng sự trong nghiên cứu của mình đã sử dụng những hàm lượng sợi cellulose khác nhau trong một hỗn hợp bê tông nhựa SMA còn được gọi là hỗn hợp đá vữa nhựa [8] Hỗn hợp được đem thí nghiệm để đánh giá trạng thái ứng suất nhiệt và cường độ chịu kéo gián tiếp.Những vấn đề đã xảy ra với hỗn hợp như việc các sợi trộn phân phối không đều tạo ra sự vón hạt, vón cục lại.Sự phân phối đồng đều của sợi trong hỗn hợp được cải tiến bằng việc trộn sợi ở nhiệt độ cao và khoảng thời gian trộn được kéo dài thêm nhưng một vài vị trí vẫn xuất hiện hiện tượng vón cục.Nghiên cứu đưa ra kết luận rằng việc sử dụng cả hai phương thức trộn này không làm cải tiến được chất lượng khi dùng sợi trong hỗn hợp SMA Tác giả đưa ra giả thiết rằng nguyên nhân của việc không cải tiến được tính chất của bê tông nhựa SMA này là do việc sợi không phân phối đều tới các vị trí trong hỗn hợp nhưng nên có những sự nghiên cứu xa hơn nữa để xác nhận giả thiết này [8]

Sợi cellulose cũng được sử dụng trong một hỗn hợp bê tông nhựa SMA khác bởi Selim và cộng sự [10] , kết quả thu được trong các thí nghiệm ở tính chất chảy nhựa, xâm nhập hơi ẩm, mô đun từ biến và khả năng phục hồi Sợi được thêm vào trong hỗn hợp với một lượng theo tiêu chuẩn và chất kết dính phụ gia polime Sự chảy của nhựa đã được cải tiến trong tất cả các hỗn hợp sử dụng sợi cellulose Hỗn hợp bê tông nhựa hạt thô với sợi đã đưa ra hiệu quả với độ bền kéo gián tiếp lớn nhất, tỉ số độ bền kéo so với mẫu sử dụng phụ gia polime, mẫu sử dụng phụ gia polime cho kết quả độ bền kéo và khả năng chống hơi ẩm gây mỏi nhỏ nhất Dựa trên những kết quả phân tích xác suất thống kê đã chứng tỏ rằng mô đun từ biến và khả năng phục hồi đã được cải tiến hơn khi sử dụng phụ gia sợi trong hỗn hợp và chất kết dính thô là tốt hơn so với sử dụng sợi và phụ gia polime

2.4 TỔNG QUAN VỀ PET 2.4.1 CƠ SỞ KHOA HỌC CỦA PET

BTN sử dụng PET phế thải mặc dù chưa được áp dụng rộng rãi trên thế giới nhưng những nghiên cứu gần đây nhất cho thấy nó khá khả quan bởi nhiệt độ hóa mềm của PET cao

Polyethylene Terephathalate (PET) là một dạng nhựa nhiệt dẻo, thuộc loại nhựa polyester và được dùng trong tổng hợp xơ sợi, vật liệu đựng đồ uống thức ăn và các loại chất lỏng…PET là một trong những nguyên vật liệu sản xuất sợi thủ công Ký hiệu loại nhựa PET trong sản xuất đời sống, cấu trúc phân tử của PET như Hình 2.8 và Hình 2.9:

Hình 2.8 Ký hiệu loại nhựa dạng PET [42]

Hình 2.9 Cấu trúc phân tử của PET [42]

Các đặc tính của PET được quyết định do quá trình xử lý nhiệt, nó có thể tồn tại ở cả hai dạng vô định hình và dạng kết tinh Monomer của PET có thể được tổng hợp bởi phản ứng ester hóa giữa các acid terepthalic và ethylene glycol tạo ra nước hoặc phản ứng transester hóa giữa ethylene glycol và dimethyl terephthalate, methanol là sản phẩm Sự polymer hóa được tiến hành bởi một quá trình đa trùng ngưng của các monomer với ethylene glycol là sản phẩm

Khi gia nhiệt đến 200ºC hoặc làm lạnh đến -90ºC cấu trúc hóa học của PET vẫn được giữ nguyên, tính chống thấm khí hơi vẫn không thay đổi khi nhiệt độ ở 100ºC

Hình 2.4 Hiện tượng hư hỏng do lún vệt hằn bánh xe [39]

Hình 2.10 Cấu trúc dạng vô định hình.[42]

Hình 2.11 Cấu trúc dạng tinh thể.[42]

PET được tìm ra vào năm 1941 bởi Calico Printer và chai PET đầu tiên được sản xuất năm 1973

Bảng 2.1 Thông số vật lý của PET

Khối lượng riêng (dạng vô định hình) 1.370 (g/cm 3 ) Khối lượng riêng(dạng kết tinh) 1.455 (g/cm 3 ) Ứng suất kéo 55-75 Mpa Giới hạn đàn hồi 50-150 %

Nhiệt độ thủy tinh 75 ºC Điểm nóng chảy 260 ºC Độ nhớt cũng là một đặc tính quan trong của PET, phụ thuộc vào độ dài mạch polymer, độ dài mạch polymer càng dài thì độ rắn càng cao nên độ nhớt càng cao Độ dài của mạch polymer có thể được điều chỉnh thông qua quá trình polymer hóa

Bảng 2.2 Độ nhớt một vài dạng PET Độ nhớt (decilit/gram – dl/g) Dạng

2.4.2 QUÁ TRÌNH TỔNG HỢP PET

2.4.2.1 PHẢN ỨNG GIỮA ACID TEREPHTALIC VÀ ETYLEN GLYCOL (EG) Phản ứng gồm 2 giai đoạn:

- Giai đoạn 1: Hỗn hợp TPA và EG được gia nhiệt, phản ứng trùng ngưng xảy ra tạo bis – (hydroxyletyl terephtalat) và các oligome có phân tử lượng thấp

Hình 2.12 Quá trình phản ứng tổng hợp PET (giai đoạn 1)

Phản ứng trùng ngưng tiếp tục xảy ra tạo PET.Sau phản ứng EG còn dư, PET có dạng chất lỏng chảy nhớt Nếu làm lạnh ngay trong nước sẽ tạo ra PET vô định hình

Hình 2.13 Quá trình phản ứng tổng hợp PET (giai đoạn 2)

2.4.2.2 PHẢN ỨNG TRANS ESTER HÓA GIỮA DIMETYL TEREPHTALAT

Hình 2.14 Phản ứng điều chế DMT từ TPA và Methanol

Hình 2.15 Phản ứng Trans ester hóa giữa DMT và EG, metanol

2.4.2.3 PHẢN ỨNG GIỮA TEREPHTALOYL DICLORID VÀ ETYLEN

Hình 2.16 Phản ứng Terephtaloyl Diclorid và EG

Phản ứng này xảy ra nhanh và hiệu suất cao Tuy nhiên do clorua acid rất đắt nên phương này không được sử dụng trong công nghiệp

2.4.3 TỔNG QUAN NGHIÊN CỨU VỀ PET TRONG HỖN HỢP NHỰA VÀ BÊ

Zahra Niloofar Kalantar, Abdelaziz Mahrez, Mahamed Karim [32] trong một nghiên cứu năm 2010 sử dụng PET trộn với hỗn hợp nhựa đường nóng với hàm lượng 2%, 4%,6%, 8%, 10% (trên tổng khối lượng nhựa đường mác 80/100) ở 150ºC, PET được cắt mịn, lượng lọt sàng 701àm là 100% và bị giữ lại toàn bộ trờn sàng 450àm, kết luận rằng hỗn hợp sử dụng PET mang lại hiệu quả trong việc cải thiện khả năng chống lại biến dạng đàn hồi, lún trồi do điểm hóa mềm cao của PET khi trộn vào hỗn hợp nhựa đường nóng so sánh với hỗn hợp nhựa đường thông thường

THIẾT KẾ CẤP PHỐI HỖN HỢP BTNC 12.5 31

VẬT LIỆU

Cốt liệu trong hỗn hợp bê tông nhựa được lấy từ mỏ đá Tân Cang, huyện Long Thành, Tỉnh đồng Nai, đây là mỏ đá được nhiều công ty về BTN lựa chọn để làm nguyên vật liệu đầu vào

Hình 3.1 Mỏ đá Tân Cang, Huyện Long Thành, Tỉnh Đồng Nai (chụp 06/2014)

Cốt liệu lớn là những hạt cốt liệu có kích thước lớn hơn 2.36mm, đóng vai trò là bộ khung chịu lực chính trong hỗn hợp bê tông nhựa Cốt liệu nhỏ trong hỗn hợp có vai trò lấp đầy lỗ rỗng của cốt liệu lớn, bột khoáng có vai trò kết hợp với nhựa trở thành hỗn hợp vữa nhựa và cũng lấp đầy lỗ rỗng Chính vì vậy nên ta tiến hành các thí nghiệm xác định khối lượng riêng của hỗn hợp cốt liệu lớn, cốt liệu nhỏ, bột khoáng ở 23ºC, bảng tính toán và tổng hợp thông số khối lượng riêng của hỗn hợp cốt liệu được thể hiện như Bảng 3.1: Để tìm được tỷ lệ phối trộn phù hợp với đường bao cấp phối được quy định (Bảng 1 TCVN 8819-2011 [20]), các mẫu đá Dmax 19; 12.5; 9.5; 4.75 và bột khoáng được sàng theo từng mắt sàng theo quy định, kết quả lỷ lệ lọt sàng theo khối lượng thể hiện ở Bảng 3.2:

Bảng 3.1 Bảng tổng hợp kết quả khối lượng riêng hỗn hợp cốt liệu

Loại cốt liệu Tiêu chuẩn áp dụng

- Khối lượng riêng (g/cm 3 ) AASHTO T85[17] 2.709 Cốt liệu nhỏ:

- Khối lượng riêng (g/cm 3 ) TCVN 4195-

- Khối lượng riêng (g/cm 3 ) AASHTO T84[18] 2.968

Hình 3.2 Thí nghiệm xác định khối lượng riêng bột khoáng (chụp 08/2014)

Hình 3.3 Cân trong nước xác định khối lượng riêng cốt liệu (chụp 08/2014)

Hình 3.4 Thí nghiệm xác định khối lượng riêng cốt liệu lớn (chụp 08/2014)

Hình 3.5 Thí nghiệm xác định khối lượng riêng cốt liệu nhỏ (chụp

Bảng 3.2 Kết quả thí nghiệm thành phần hạt

% Lọt sàng theo khối lượng

Từ kết quả xác định thành phần hạt trong Bảng 3.2, tỷ lệ phần trăm các loại đá trong hỗn hợp được xác định như Bảng 3.3, 3.4 để thành phần khối lượng lọt sàng sau khi phối trộn thỏa mãn các yêu cầu theo TCVN 8820-2011 [21]

Bảng 3.3 Tỷ lệ phối trộn các loại cốt liệu

Loại Tỷ lệ % theo khối lượng hỗn hợp

Bảng 3.4 Kết quả thiết kế thành phần cấp phối BTNC 12.5

Tỷ lệ lọt sàng thiết kết (%)

TCVN 8119:2011 Cận dưới Cận trên

0.075 9.00 6 10 Đường cong cấp phối của hỗn hợp BTNC 12.5 được thể hiện như trong Hình 3.6:

Bột khoá Măng Holc măng là TC

Hình KHOÁNG: áng trong h cim, Hòn C CVN 6220:2

Chỉ tiêu g độ nén (M y y ày lượng riên ịn Blaine (c

3.6 Đườn hỗn hợp BT Chông, Kiên

Các chỉ tiêu u MPa) g (kg/L) cm 2 /g) ng cong cấp

TNC 12.5 là n Giang Tiê u của bột kh

Xi măng H dụ min min min 3, 3700 p phối BTNC à xi măng đ êu chuẩn ki hoáng xi m

C 12.5 được sản xu iểm tra đối măng Holcim

199 min 1 min 4 uất tại nhà với bột kho m

Kết thúc (giờ) 2 giờ 45 max 10 Độ giãn nở thể tích (mm) 110 (ngừng thí nghiệm ở 110 mm) Nhiệt độ bắt lửa ( o C) > 300 (ngừng thí nghiệm ở 300 o C)

Hình 3.7 Nhựa đường mác 60/70 cung cấp bởi công ty Petrolimex (chụp 07/2014)

Nhựa PET sử dụng trong nghiên cứu được cắt, nghiền từ chai nhựa đựng nước suối đã qua sử dụng thành hai dạng kích thước 1.5x1.5mm và 1.5x30mm Quy trình thực hiện cắt, nghiền PET được thể hiện như Hình 3.8-3.11:

Hình 3.8 Chai nhựa Aquafina Hình 3.9 Nhựa PET kích thước 1.5x30mm

Hình 3.10 Máy nghiền nhựa PET

Hình 3.11 Nhựa PET kích thước 1.5x1.5mm (chụp 06/2014)

QUÁ TRÌNH TRỘN PET VỚI HỖN HỢP

Hỗn hợp cốt liệu sau khi được sấy trong tủ được lấy ra và trộn PET vào trong hỗn hợp trong vòng 30 giây, sau đó nhựa đường 60-70 được lấy ra khỏi tủ sấy và trộn vào hỗn hợp cốt liệu, PET nói trên, để đảm bảo nhiệt độ khi đầm từ 140-155 o C tiến hành gia nhiệt để nhiệt độ khi trộn khoảng 150 o C Trộn đều trong vòng 3-4 phút đến khi toàn bộ nhựa đường bọc kín các hạt cốt liệu.

THIẾT KẾ CẤP PHỐI BTNC 12.5 (MẪU BTN KHÔNG TRỘN PET)

Kết quả thiết kế cấp phối BTNC 12.5 mẫu BTN không sử dụng PET được lấy từ một nghiên cứu đã thực hiện [43] với hàm lượng nhựa biến đổi 5%; 5.25%;

5.5%; 5.75%; 6% được tổng hợp lại theo các biểu đồ dưới đây:

Hì nh 3.12 M nhựa nh 3.14 M nhựa v nh 3.15 M nhựa và ối quan hệ và độ rỗng ối quan hệ và độ rỗng ối quan hệ độ ổn định giữa hàm lư còn dư giữa hàm lư cốt liệu giữa hàm lư h Marshall. ượng ượng

Hìn nh 3.13 Mố nhựa và kh nh 3.16 Mố nhựa v ối quan hệ g hối lượng riê ối quan hệ g và độ dẻo M giữa hàm lư êng thể tích giữa hàm lư Marshall. ượng h ượng

Nghiên cứu đã kết luận rằng với hàm lượng nhựa 5.75% thì độ rỗng còn dư là nhỏ nhất (3.91%); khối lượng riêng thể tích là lớn nhất (2.43 g/cm 3 ) Đồng thời giá trị độ ổn định Marshall tương đối lớn (đạt giá trị 11.3 kN/cm 2 , giá trị lớn nhất tại hàm lượng nhựa 5.5% là 11.8 kN/cm 2 ) Thêm vào đó độ dẻo Marshall tại hàm lượng 5.75% là 2.7mm.

THIẾT KÊ CẤP PHỐI BTNC 12.5 MẪU BTN SỬ DỤNG PET

Từ kết quả thử nghiệm bước đầu cho thấy khi hàm lượng nhựa và PET 6% cho kết quả độ ổn định thấp, nhưng khi giảm hàm lượng nhựa và PET xuống còn 5% và 5.5% cho kết quả độ ổn định khả quan, lựa chọn nhựa PET có kích thước 1.5x1.5mm cho kết quả độ ổn định cao hơn mẫu BTN sử dụng PET kích thước 1.5x30mm nên nghiên cứu tập trung theo hướng đúc tổ hợp 60 mẫu xung quoanh hàm lượng nhựa thử nghiệm này để kiểm tra các chỉ tiêu cơ lý của hỗn hợp bê tông nhựa sử dụng PET Hàm lượng nhựa chọn biến đổi từ 4.5%, 4.75%, 5%, 5.25%, 5.5%; hàm lượng PET biến đổi từ 0.2%, 0.4%, 0.6%, 0.8% (hàm lượng PET và nhựa trên tổng khối lượng cốt liệu hỗn hợp)

3.4.1 KẾT QUẢ ĐỘ ỔN ĐỊNH; KHỐI LƯỢNG THỂ TÍCH CỦA CÁC MẪU

Tất cả các chỉ tiêu cơ lý của hỗn hợp BTN sử dụng PET đều được kiểm tra ở cùng một điều kiện nhiệt độ và thời gian với hỗn hợp BTN thông thường

Hình 3.17 Tổ hợp 30 mẫu BTN sử dụng PET hàm lượng

Hình 3.18 Tổ hợp 30 mẫu BTN sử dụng PET hàm lượng

Kết quả tổ hợp 60 mẫu được thí nghiệm cân trong nước xác định khối lượng thể tích và biểu đồ kết quả khối lượng thể tích của mẫu với sự biến đổi hàm lượng nhựa và PET được thể hiện như trong các Hình dưới đây:

Hình 3.19 Khối lượng thể tích-hàm lượng nhựa (PET 0.2%)

Hình 3.22 Khối lượng thể tích-hàm lượng nhựa (PET 0.8%) Kết quả độ ổn định Marshall của hỗn hợp 60 mẫu bê tông nhựa sử dụng PET được thể hiện trong các biểu đồ dưới đây:

Hình 3.23 Độ ổn định Marshall-hàm lượng nhựa (PET 0.2%)

Hình 3.24 Độ ổn định Marshall -hàm lượng nhựa (PET 0.4%)

Hình 3.27 Độ ổn định Marshall-hàm lượng PET (nhựa 4.5%)

Kết quả độ ổn định Marshall của hỗn hợp BTN đối với các hàm lượng nhựa, hàm lượng PET khác nhau được tổng hợp chung trên một biểu đồ thể hiện như Hình 3.32: tôn tha

Hình (PE Để so sán ng nhựa thô ay đổi của c

9.0 10.0 11.0 12.0 13.0 14.0 Độ ổ n đị nh Mar sh al l (k N) Độ Ổ n Đị n h M arsh all (k N )

.32 Độ ổn h 3.33 So s ET 0.2; 0.4; nh các kết q ông thường cả hai dạng

4.25 định Marsh sánh độ ổn 0.6; 0.8%) quả độ ổn đ thì biểu đồ hỗn hợp sử

Hàm L hall - hàm l định Marsh và mẫu BT định Marsh ồ độ ổn định ử dụng PET

Lượng Nhựa ( ượng nhựa hall mẫu BT TN thông th hall của mẫu h của mẫu T và hỗn hợ

TN sử dụng hường (PET u BTN sử d BTN khi h ợp thông thư

0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 ợng PET g PET T 0%) dụng PET v hàm lượng n ường được

00% PET 20% PET 40% PET 60% PET 80% PET và bê nhựa thiết lập như Hình 3.33 ở trên:

- Với cùng một hàm lượng PET, khi tăng hàm lượng nhựa thì độ ổn định Marshall tăng nhưng sau đó giảm khi vẫn tiếp tục tăng hàm lượng nhựa hơn nữa

- Với cùng một hàm lượng nhựa, khi tăng hàm lượng PET thì độ ổn định Marshall tăng nhưng sau đó giảm khi vẫn tiếp tục tăng hàm lượng PET hơn nữa

- Với hàm lượng nhựa 5%, hàm lượng PET 0.54% (như thể hiện trên Hình 3.48) cho độ ổn định Marshall cao nhất (đạt 13.358 kN))

- Mẫu hỗn hợp BTN không sử dụng PET đạt độ ổn định cao nhất (đạt 11.8 kN) khi hàm lượng nhựa 5.75%

3.4.2 LỰA CHỌN HÀM LƯỢNG NHỰA TỐI ƯU CỦA CÁC TỔ HỢP MẪU:

- Hàm lượng nhựa ứng với độ ổn định Marshall lớn nhất: 4.76%

- Hàm lượng nhựa ứng với khối lượng thể tích lớn nhất: 4.96%

- Hàm lượng nhựa ứng với độ rỗng còn dư 4.5%: 4.5% ệ Hàm lượng nhựa tối ưu khi hàm lượng PET 0.2% :

HLN= + 3 + Hình 3.36 Độ rỗng còn dư-hàm lượng nhựa

HLN= + 3 + Hình 3.39 Độ rỗng còn dư-hàm lượng nhựa (PET 0.4 %)

HLN = + 3 + Hình 3.42 Độ rỗng còn dư-hàm lượng nhựa

Hình 3.44 Độ ổn định Marshall- hàm lượng nhựa (PET 0.8%)

- Hàm lượng nhựa ứng với khối lượng thể tích lớn nhất:

(PET 0.8 %) 3.4.2.5 XU HƯỚNG CÁC HÀM LƯỢNG NHỰA TỐI ƯU:

Hình 3.46 Biểu đồ biến đổi các hàm lượng nhựa và PET

- Với cùng một tổ hợp mẫu có các chỉ tiêu độ ổn định Marshall; độ rỗng còn dư; khối lượng thể tích thì hàm lượng nhựa và hàm lượng PET biến đổi tỷ lệ thuận cùng nhau, khi tăng hàm lượng PET trong hỗn hợp thì hàm lượng nhựa cũng tăng Điều này cho thấy, để đạt được một tổ hợp mẫu ưu việt thì PET và nhựa phải có sự tác động quá lại và ảnh hưởng lẫn nhau

SO SÁNH VÀ ĐÁNH GIÁ CÁC LOẠI BTNC SỬ DỤNG VÀ KHÔNG SỬ DỤNG PET 51

CÁC THÍ NGHIỆM SỬ DỤNG ĐỂ SO SÁNH

Sau khi thiết kế cấp phối BTNC thông thường và thiết kế cấp phối BTNC sử dụng PET tìm được các tổ hợp hàm lượng nhựa tối ưu tương ứng với các hàm lượng PET 0% (mẫu thông thường), 0.2%,0.4%,0.6% và 0.8% Tiến hành đúc các tổ hợp mẫu tương ứng với 5 hàm lượng PET này, mỗi tổ hợp đúc 2 mẫu BTN Kết quả từ thí nghiệm ép chẻ, thí nghiệm mô đun đàn hồi và thí nghiệm cantabro dùng để so sánh khả năng làm việc hỗn hợp BTN thông thường và BTN sử dụng PET

Các hàm lượng nhựa tối ưu thu được được tổng hợp lại như sau:

Cường độ chịu kéo khi ép chẻ là khả năng chịu kéo của mẫu vật liệu khi có một lực nén tác dụng đều dọc đường sinh của mẫu thử hình trụ, nằm trong mặt phẳng thẳng đứng đi qua đường kính của hai đáy mẫu thử Khi lực nén đạt đến trị số tối đa, mẫu thử hình trụ sẽ bị phá hủy theo mặt phẳng thẳng đứng do ứng suất kéo phát sinh vượt quá khả năng chịu kéo của vật liệu mẫu thử

Toàn bộ quá trình thí nghiệm áp dụng theo TCVN 8862:2011[44] Dụng cụ thí nghiệm bao gồm: máy nén có đủ khả năng tăng tải đến phá hủy mẫu, có đồng hồ đo lực (hoặc vòng đo lực) và có hộp số để điều chỉnh tốc độ nén mẫu Tấm đệm dùng cho vật liệu liên kết bằng chất kết dính hữu cơ được làm bằng thép, một mặt có dạng lòng máng, có bán kính của đáy mẫu trụ, chiều rộng của tấm đệm bằng thép (12.70±0.3) mm , chiều dài của tấm đệm truyền tải dài hơn đường sinh của mẫu hình trụ khoảng 3 đến 5 mm về mỗi bên Một tấm đệm được đặt gá lắp vào bàn nén và một tấm đệm được đặt gá lắp vào bộ phận phía trên của máy Kích thước mẫu và quá trình chế tạo mẫu giống như đúc mẫu Marshall, mẫu được chế bị xong được bảo dưỡng trong phòng ở địa hình bằng phẳng để tránh mẫu bị biến dạng Trước khi đem mẫu đi thí nghiệm phải để mẫu trong phòng ở nhiệt độ 25ºC trong vòng 2 giờ

Hình 4.1 Mẫu chế bị dùng thí nghiệm ép chẻ (chụp 10/2014)

Mẫu số 1,2: Không sử dụng PET; nhựa 5.75%

Mẫu số 3,4: Sử dụng PET 0.2%; nhựa 4.74%

Tiến hành thí nghiệm bằng cách tăng tải liên tục và đều cho đến khi mẫu bị phá hủy: Tốc độ biến dạng (tốc độ di chuyển bàn nén của máy) khi ép chẻ mẫu vật liệu khoảng 50±5mm/phút, sau đó ghi lại tải trọng tối đa phá hủy mẫu cho từng viên mẫu Công thức tính cường độ chịu kéo khi ép chẻ được tính như sau: ku

R ku - Cường độ chịu kéo khi ép chẻ, MPa P - Tải trọng khi phá hoại mẫu hình trụ, N

Hình 4.2 Thí nghiệm ép chẻ (chụp 10/2014)

Hình 4.3 Thí nghiệm ép chẻ (chụp

H - Chiều cao của mẫu hình trụ (chiều dài đường sinh), mm

D - Đường kính mẫu hình trụ, mm π - 3.1416 Kết quả thí nghiệm được thể hiện ở Bảng 4.1 dưới đây

Bảng 4.1 Kết quả thí nghiệm ép chẻ

Tấm đệm bằng thép Hộp điều khiển khô hàm mẫ thì 4.1 cứu quá tron kiệ các bằn

- Hỗn hợ ông sử dụng

- So sánh m lượng PE ẫu sử dụng h

- Cường cường độ é 2 THÍ NG Độ hao m u này, để đ á trình thí n ng nghiên ện địa hình b c mẫu phải ng nhiệt kế

Hình ét: ợp BTN sử g PET h giữa các ET 0.4%, n hàm lượng độ ép chẻ ép chẻ tăng GHIỆM ĐỘ mòn của vậ đánh giá chỉ nghiệm áp d cứu có kích bằng phẳng có hình dạ thường xu

5 g ộ p (p ) h 4.4 Biểu đ ử dụng PET tổ hợp mẫ nhựa 5.05%

PET và NH biến đổi th nhưng sau Ộ MÀI MÒ ật liệu là m ỉ tiêu này ta dụng theo t h thước 10 g và để qua ạng và kích yên trước k

M đồ kết quả t T cho kết ẫu sử dụng

% cho kết q HỰA khác. heo xu hướn đó lại giảm ÒN CANTA ột yếu tố q a dùng hệ t iêu chuẩn E 1 x 63.5 m đêm (ít nhấ h thước tươ khi tiến hàn

Mẫu thí nghiệ thí nghiệm quả cường

PET trong quả cường đ ng khi tăng m khi tăng h ABRO: quan trọng đ thống thiết EN NTL-35 mm Mẫu đư ất là 12 tiến ơng tự nhau nh thí nghiệ

5 ệm ép chẻ (10 m ép chẻ g độ ép chẻ g nghiên cứ độ ép chẻ g hàm lượn hàm lượng h được xét đế bị Los Ang 52-00[45] M ược bảo dư ng) ở nhiệt đ u, được the ệm Mẫu th

0.8 4 mẫu) ẻ cao hơn ứu cho thấy cao hơn nh ng PET và n hơn nữa ến trong ng geles Toàn Mẫu tiêu ch ưỡng trong độ 25 o C Tấ eo dõi nhiệ hử được đặt

% NHỰA 4.88%) mẫu y với hững nhựa ghiên n bộ huẩn điều ất cả ệt độ t vào thùng quay của thiết bị, chú ý trong thí nghiệm này không bỏ chung với bi sắt, thiết bị được cài đặt để quay với tốc độ 30 ÷ 33 vòng/phút và quay 300 vòng Khối lượng của mẫu thử trước và sau khi thí nghiệm được ghi chép lại, độ hao mòn của vật liệu được tính là phần trăm của lượng vật liệu bị bong ra khỏi mẫu trong suốt quá trình thí nghiệm Trước khi tiến hành bỏ mẫu tiếp theo phải đảm bảo rằng thiết bị sạch sẽ, không còn bất cứ một mảnh vụn nào để tránh làm ảnh hưởng tới kết quả thí nghiệm

Hình 4.5 Thí nghiệm xác định độ mài mòn Cantabro (chụp 10/2014)

Hình 4.6 Mẫu trong thùng quay (trước khi quay) (chụp 10/2014)

Hình 4.7 Mẫu sau khi quay (chụp

Thùng quay Đồng hồ đếm vòng quay

Công thức tính lượng tổn thất sau thí nghiệm Cantabro được tính như sau:

CL : đơn vị của độ mài mòn (%) A : khối lượng ban đầu của hỗn hợp B : khối lượng cuối cùng của hỗn hợp Kết quả thí nghiệm được thể hiện trong Bảng 4.2 dưới đây

Bảng 4.2 Kết quả thí nghiệm độ mài mòn Cantabro

- Hỗn hợp BTN sử dụng PET cho kết quả độ mài mòn Cantabro cao hơn mẫu không sử dụng PET

- Độ mài mòn Cantabro của những mẫu sử dụng PET biến đổi theo xu hướng khi tăng hàm lượng PET và nhựa độ mài mòn giảm nhưng sau đó lại tăng khi tăng hàm lượng hơn nữa Độ mài mòn nhỏ nhất ứng với hàm lượng nhựa 5.26%, PET 0.6%

4.1 để ngh điề đườ độ phú phả nhi lún phú để

Trong th đánh giá b hiệm được ều kiện cho ờng kính m

Các mẫu ẩm Mẫu B út Được bả ải bảo dưỡn iệt độ đó

Mẫu đượ n ổn định (k út sau đó d xác định trị

Hình 4.8 Biể GHIỆM MÔ hí nghiệm n biến dạng tiến hành th nở hông tự mẫu) u được chế b BTN được ảo dưỡng t ng mẫu ở n ợc ép với ch khi tốc độ l ỡ tải và cũn ị số biến dạ

M1; M2 0% NH 5.75 ểu đồ kết qu Ô ĐUN ĐÀ ày ta dùng và mô-đun heo tiêu chu ự do (nén 1 bị đúng với chế bị ở cấ trong phòng nhiệt độ 30º hế độ gia t ún đạt 0.01 ng đợi biến ạng đàn hồi

4.74 uả thí nghiệ ÀN HỒI: lực thẳng đ n đàn hồi c uẩn 22TCN 1 trục, mẫu i thực tế thi ấp áp lực 3 g ít nhất là ºC trong 2.5 ải một lần, 1mm trong n dạng hồi p

Mẫu thí nghiệ ệm độ mài m đứng hướng của hỗn hợ N-211-06[46 không đặt i công về tỷ 0 Mpa và d à 16 giờ và 5 giờ để đả giữ áp lực 1 phút) và phục như tr gia tải của m

0.6% N 5.26 ệm Cantabro mòn Cantab g tâm để né ợp Toàn bộ

6] Các mẫu trong khuô ỷ lệ thành p duy trì áp l à trước khi ảm bảo khối c ép đến kh duy trì áp l rên mới đọc máy ép 50m

0.8% N 4.8 bro én mẫu hình ộ quá trình u được ép tr ôn, bản ép b phần, độ chặ lực này tron i thí nghiệm i lượng đạt hi đạt biến d lực này tron c thiên phâ mm/1 phút.

8%) h trụ h thí rong bằng ặt và ng 3 m ép t đến dạng ng 5 ân kế

Hình 4.9 Thiết bị chế bị mẫu mô đun đàn hồi (chụp 11/2014)

Hình 4.10 Thí nghiệm xác định mô đun đàn hồi (chụp 11/2014).

Hình 4.11 Mẫu mô đun đàn hồi (chụp

KẾT LUẬN

1 Từ kết quả phân tích độ ổn định Marshall của mẫu BTNC 12.5 cao hơn mẫu BTNC 12.5 thông thường cho thấy PET làm cải thiện tính chất hỗn hợp BTNC 12.5 ở khả năng ổn định với nhiệt độ và tác động của nguồn ẩm Giá trị độ ổn định Marshall lớn nhất bằng 13.358 kN trong khi đó với mẫu thông thường độ ổn định Marshall đạt lớn nhất bằng 11.8 kN

2 Giá trị hàm lượng nhựa tối ưu của hỗn hợp BTNC 12.5 sử dụng PET giảm so với hỗn hợp thông thường (hàm lượng nhựa tối ưu bằng 5% ứng với PET 0.54% trong khi đó hàm lượng nhựa tối ưu bằng 5.75% của mẫu thông thường) Điều này cho thấy khi sử dụng PET làm chất thêm vào trong hỗn hợp BTNC, không những góp phần làm tăng tính ổn định công trình hơn mà còn giảm giá thành xây dựng các công trình giao thông

3 Từ kết quả phân tích khối lượng thể tích của mẫu BTNC 12.5 cao hơn mẫu BTNC 12.5 thông thường cho thấy PET làm tăng độ lưu biến của nhựa đường hơn nhựa đường thông thường Hỗn hợp BTN sử dụng PET có độ chặt cao hơn, độ rỗng còn dư thấp hơn hỗn hợp BTNC thông thường

4 Từ kết quả phân tích các hàm lượng nhựa tối ưu tương ứng với các hàm lượng PET tương ứng cho thấy nhựa đường và nhựa phế thải (PET) có mối liên hệ qua lại với nhau, để đạt hiệu quả tạo ra độ ổn định cao nhất thì giá trị hàm lượng nhựa và PET ban đầu biến đổi tỷ lệ thuận với nhau, nhưng khi hàm lượng nhựa vượt quá 5% thì hàm lượng PET giảm xuống để cũng đạt độ ổn định tốt nhất như vậy

5 Kết quả từ thí nghiệm ép chẻ cho thấy tổ hợp mẫu có hàm lượng nhựa 5.05%

PET 0.4% cho kết quả cường độ ép chẻ cao nhất bằng 0.92 Mpa trong khi đó mẫu thông thường chỉ đạt 0.67 Mpa Điều đó cho thấy ở điều kiện nhiệt độ thông thường (25ºC) hỗn hợp BTNC sử dụng PET cải thiện khả năng chịu kéo hơn hỗn hợp BTNC thông thường

6 Kết quả từ thí nghiệm độ mài mòn cantabro cho thấy hỗn hợp BTNC sử dụng PET làm giảm khả năng chống va đập hơn mẫu BTNC thông thường Ứng với

4 tổ hợp hàm lượng nhựa và PET cho thấy hàm lượng nhựa 5.26%, PET 0.6% cho kết quả độ mài mòn cantabro thấp nhất

7 Kết quả từ thí nghiệm mô đun đàn hồi cho thấy hỗn hợp BTNC sử dụng PET không cải thiện mô đun đàn hồi hơn hỗn hợp BTNC thông thường Hàm lượng nhựa và PET càng tăng thì mô đun đàn hồi của mẫu BTNC càng giảm.

0.4; 0.6; 0.8%) và mẫu BTN thông thường (PET 0%)

HLN= + 3 + Hình 3.39 Độ rỗng còn dư-hàm lượng nhựa (PET 0.4 %)

HLN = + 3 + Hình 3.42 Độ rỗng còn dư-hàm lượng nhựa

Hình 3.44 Độ ổn định Marshall- hàm lượng nhựa (PET 0.8%)

- Hàm lượng nhựa ứng với khối lượng thể tích lớn nhất:

(PET 0.8 %) 3.4.2.5 XU HƯỚNG CÁC HÀM LƯỢNG NHỰA TỐI ƯU:

Hình 3.46 Biểu đồ biến đổi các hàm lượng nhựa và PET

- Với cùng một tổ hợp mẫu có các chỉ tiêu độ ổn định Marshall; độ rỗng còn dư; khối lượng thể tích thì hàm lượng nhựa và hàm lượng PET biến đổi tỷ lệ thuận cùng nhau, khi tăng hàm lượng PET trong hỗn hợp thì hàm lượng nhựa cũng tăng Điều này cho thấy, để đạt được một tổ hợp mẫu ưu việt thì PET và nhựa phải có sự tác động quá lại và ảnh hưởng lẫn nhau

CHƯƠNG 4: SO SÁNH VÀ ĐÁNH GIÁ CÁC LOẠI BTNC SỬ DỤNG VÀ

4.1 CÁC THÍ NGHIỆM SỬ DỤNG ĐỂ SO SÁNH:

Sau khi thiết kế cấp phối BTNC thông thường và thiết kế cấp phối BTNC sử dụng PET tìm được các tổ hợp hàm lượng nhựa tối ưu tương ứng với các hàm lượng PET 0% (mẫu thông thường), 0.2%,0.4%,0.6% và 0.8% Tiến hành đúc các tổ hợp mẫu tương ứng với 5 hàm lượng PET này, mỗi tổ hợp đúc 2 mẫu BTN Kết quả từ thí nghiệm ép chẻ, thí nghiệm mô đun đàn hồi và thí nghiệm cantabro dùng để so sánh khả năng làm việc hỗn hợp BTN thông thường và BTN sử dụng PET

Các hàm lượng nhựa tối ưu thu được được tổng hợp lại như sau:

Cường độ chịu kéo khi ép chẻ là khả năng chịu kéo của mẫu vật liệu khi có một lực nén tác dụng đều dọc đường sinh của mẫu thử hình trụ, nằm trong mặt phẳng thẳng đứng đi qua đường kính của hai đáy mẫu thử Khi lực nén đạt đến trị số tối đa, mẫu thử hình trụ sẽ bị phá hủy theo mặt phẳng thẳng đứng do ứng suất kéo phát sinh vượt quá khả năng chịu kéo của vật liệu mẫu thử

Toàn bộ quá trình thí nghiệm áp dụng theo TCVN 8862:2011[44] Dụng cụ thí nghiệm bao gồm: máy nén có đủ khả năng tăng tải đến phá hủy mẫu, có đồng hồ đo lực (hoặc vòng đo lực) và có hộp số để điều chỉnh tốc độ nén mẫu Tấm đệm dùng cho vật liệu liên kết bằng chất kết dính hữu cơ được làm bằng thép, một mặt có dạng lòng máng, có bán kính của đáy mẫu trụ, chiều rộng của tấm đệm bằng thép (12.70±0.3) mm , chiều dài của tấm đệm truyền tải dài hơn đường sinh của mẫu hình trụ khoảng 3 đến 5 mm về mỗi bên Một tấm đệm được đặt gá lắp vào bàn nén và một tấm đệm được đặt gá lắp vào bộ phận phía trên của máy Kích thước mẫu và quá trình chế tạo mẫu giống như đúc mẫu Marshall, mẫu được chế bị xong được bảo dưỡng trong phòng ở địa hình bằng phẳng để tránh mẫu bị biến dạng Trước khi đem mẫu đi thí nghiệm phải để mẫu trong phòng ở nhiệt độ 25ºC trong vòng 2 giờ

Hình 4.1 Mẫu chế bị dùng thí nghiệm ép chẻ (chụp 10/2014)

Mẫu số 1,2: Không sử dụng PET; nhựa 5.75%

Tiến hành thí nghiệm bằng cách tăng tải liên tục và đều cho đến khi mẫu bị phá hủy: Tốc độ biến dạng (tốc độ di chuyển bàn nén của máy) khi ép chẻ mẫu vật liệu khoảng 50±5mm/phút, sau đó ghi lại tải trọng tối đa phá hủy mẫu cho từng viên mẫu Công thức tính cường độ chịu kéo khi ép chẻ được tính như sau: ku

R ku - Cường độ chịu kéo khi ép chẻ, MPa P - Tải trọng khi phá hoại mẫu hình trụ, N

Hình 4.2 Thí nghiệm ép chẻ (chụp 10/2014)

Hình 4.3 Thí nghiệm ép chẻ (chụp

H - Chiều cao của mẫu hình trụ (chiều dài đường sinh), mm

D - Đường kính mẫu hình trụ, mm π - 3.1416 Kết quả thí nghiệm được thể hiện ở Bảng 4.1 dưới đây

Bảng 4.1 Kết quả thí nghiệm ép chẻ

Tấm đệm bằng thép Hộp điều khiển khô hàm mẫ thì 4.1 cứu quá tron kiệ các bằn

- Hỗn hợ ông sử dụng

- So sánh m lượng PE ẫu sử dụng h

- Cường cường độ é 2 THÍ NG Độ hao m u này, để đ á trình thí n ng nghiên ện địa hình b c mẫu phải ng nhiệt kế

Hình ét: ợp BTN sử g PET h giữa các ET 0.4%, n hàm lượng độ ép chẻ ép chẻ tăng GHIỆM ĐỘ mòn của vậ đánh giá chỉ nghiệm áp d cứu có kích bằng phẳng có hình dạ thường xu

5 g ộ p (p ) h 4.4 Biểu đ ử dụng PET tổ hợp mẫ nhựa 5.05%

PET và NH biến đổi th nhưng sau Ộ MÀI MÒ ật liệu là m ỉ tiêu này ta dụng theo t h thước 10 g và để qua ạng và kích yên trước k

M đồ kết quả t T cho kết ẫu sử dụng

% cho kết q HỰA khác. heo xu hướn đó lại giảm ÒN CANTA ột yếu tố q a dùng hệ t iêu chuẩn E 1 x 63.5 m đêm (ít nhấ h thước tươ khi tiến hàn

Mẫu thí nghiệ thí nghiệm quả cường

PET trong quả cường đ ng khi tăng m khi tăng h ABRO: quan trọng đ thống thiết EN NTL-35 mm Mẫu đư ất là 12 tiến ơng tự nhau nh thí nghiệ

5 ệm ép chẻ (10 m ép chẻ g độ ép chẻ g nghiên cứ độ ép chẻ g hàm lượn hàm lượng h được xét đế bị Los Ang 52-00[45] M ược bảo dư ng) ở nhiệt đ u, được the ệm Mẫu th

0.8 4 mẫu) ẻ cao hơn ứu cho thấy cao hơn nh ng PET và n hơn nữa ến trong ng geles Toàn Mẫu tiêu ch ưỡng trong độ 25 o C Tấ eo dõi nhiệ hử được đặt

% NHỰA 4.88%) mẫu y với hững nhựa ghiên n bộ huẩn điều ất cả ệt độ t vào thùng quay của thiết bị, chú ý trong thí nghiệm này không bỏ chung với bi sắt, thiết bị được cài đặt để quay với tốc độ 30 ÷ 33 vòng/phút và quay 300 vòng Khối lượng của mẫu thử trước và sau khi thí nghiệm được ghi chép lại, độ hao mòn của vật liệu được tính là phần trăm của lượng vật liệu bị bong ra khỏi mẫu trong suốt quá trình thí nghiệm Trước khi tiến hành bỏ mẫu tiếp theo phải đảm bảo rằng thiết bị sạch sẽ, không còn bất cứ một mảnh vụn nào để tránh làm ảnh hưởng tới kết quả thí nghiệm

Hình 4.5 Thí nghiệm xác định độ mài mòn Cantabro (chụp 10/2014)

Hình 4.6 Mẫu trong thùng quay (trước khi quay) (chụp 10/2014)

Hình 4.7 Mẫu sau khi quay (chụp

Thùng quay Đồng hồ đếm vòng quay

Công thức tính lượng tổn thất sau thí nghiệm Cantabro được tính như sau:

CL : đơn vị của độ mài mòn (%) A : khối lượng ban đầu của hỗn hợp B : khối lượng cuối cùng của hỗn hợp Kết quả thí nghiệm được thể hiện trong Bảng 4.2 dưới đây

Bảng 4.2 Kết quả thí nghiệm độ mài mòn Cantabro

- Hỗn hợp BTN sử dụng PET cho kết quả độ mài mòn Cantabro cao hơn mẫu không sử dụng PET

- Độ mài mòn Cantabro của những mẫu sử dụng PET biến đổi theo xu hướng khi tăng hàm lượng PET và nhựa độ mài mòn giảm nhưng sau đó lại tăng khi tăng hàm lượng hơn nữa Độ mài mòn nhỏ nhất ứng với hàm lượng nhựa 5.26%, PET 0.6%

4.1 để ngh điề đườ độ phú phả nhi lún phú để

Trong th đánh giá b hiệm được ều kiện cho ờng kính m

Các mẫu ẩm Mẫu B út Được bả ải bảo dưỡn iệt độ đó

Mẫu đượ n ổn định (k út sau đó d xác định trị

Hình 4.8 Biể GHIỆM MÔ hí nghiệm n biến dạng tiến hành th nở hông tự mẫu) u được chế b BTN được ảo dưỡng t ng mẫu ở n ợc ép với ch khi tốc độ l ỡ tải và cũn ị số biến dạ

M1; M2 0% NH 5.75 ểu đồ kết qu Ô ĐUN ĐÀ ày ta dùng và mô-đun heo tiêu chu ự do (nén 1 bị đúng với chế bị ở cấ trong phòng nhiệt độ 30º hế độ gia t ún đạt 0.01 ng đợi biến ạng đàn hồi

4.74 uả thí nghiệ ÀN HỒI: lực thẳng đ n đàn hồi c uẩn 22TCN 1 trục, mẫu i thực tế thi ấp áp lực 3 g ít nhất là ºC trong 2.5 ải một lần, 1mm trong n dạng hồi p

Mẫu thí nghiệ ệm độ mài m đứng hướng của hỗn hợ N-211-06[46 không đặt i công về tỷ 0 Mpa và d à 16 giờ và 5 giờ để đả giữ áp lực 1 phút) và phục như tr gia tải của m

0.6% N 5.26 ệm Cantabro mòn Cantab g tâm để né ợp Toàn bộ

6] Các mẫu trong khuô ỷ lệ thành p duy trì áp l à trước khi ảm bảo khối c ép đến kh duy trì áp l rên mới đọc máy ép 50m