Vật liệu cách nhiệt và Bê tông ứng dụng chất kết dính hữu cơ trong xây dựng

CHƯƠNG 4.1 VẬT LIỆU CÁCH NHIỆT VÀ HÚT ÂM KHÁI NIỆM VÀ PHÂN LOẠI 4.1.1 Khái niệm Vật liệu cách nhiệt (VLCN) vật liệu có hệ số dẫn nhiệt không lớn 0,157 W/m 0C dùng để bảo vệ cho nhà, thiết bị công nghệ, ống dẫn máy lạnh công nghiệp Việc sử dụng VLCN có ý nghĩa kinh tế kĩ thuật lớn, đặc biệt xây dựng cho phép nâng cao mức độ giới công tác xây dựng, đồng thời giảm giá thành công trình việc giảm nhẹ trọng lượng kết cấu, thí dụ bảo vệ nhiệt cho 1m tường nhà cần 0,64m3 gạch 0,32m3 bê tông keramzit, fibrolit cần 0,14m3, bê tông khoáng 0,1m3 chất dẻo xốp 0,04m3 4.1.2 Phân loại − Theo cấu tạo, VLCN chia ra: sợi rỗng (bông khoáng, thuỷ tinh, v.v…); hạt rỗng (peclit, vecmiculit, xôvelit, vật liệu vôi cát, v.v…); rỗng tổ ong (bêtông tổ ong, thuỷ tinh bọt, chất dẻo xốp) − Theo hình dạng, VLCN thường có loại: khối (tấm, bloc, ống trụ, bán trụ, hình dẻ quạt), cuộn (nỉ, băng, đệm), dây loại rời − Theo nguyên liệu chế tạo, VLCN chia loại vô loại hữu − Theo khối lượng thể tích, có nhóm: đặc biệt nhẹ (mác 15, 25, 35, 50, 75, 100); nhẹ (125, 150, 175, 200, 225, 250, 300, 350) nặng (400, 450, 500 600) − Theo tính chịu nén (biến dạng nén tương đối) tải trọng riêng, có loại: mềm (độ lún ép không lớn 30%), bán cứng (độ lún ép – 30%) cứng (độ lún ép nhỏ 6%) − Theo tính dẫn nhiệt, chia nhóm: nhóm A – dẫn nhiệt kém, nhóm B – dẫn nhiệt trung bình, nhóm C – dẫn nhiệt tốt 4.2 CÁC TÍNH CHẤT CHỦ YẾU CỦA VẬT LIỆU CÁCH NHIỆT 2.2.1.Tính dẫn nhiệt Tính dẫn nhiệt vật liệu phụ thuộc độ ẩm môi trường khí nước nằm lỗ rỗng Độ ẩm vật liệu có ý nghĩa lớn độ dẫn nhiệt nói chung hệ số nước lớn (bằng 0,5kcal/m.oC.h), gấp 25 lần độ dẫn nhiệt không khí nằm lỗ rỗng kín, nhỏ 2.2.2.Cường độ chịu nén Cường độ chịu nén VNCN không lớn (0,2 - 2,5Mpa) Cường độ chịu uốn cường độ chủ yếu vật liệu dạng sợi (đối với vật liệu vô 0,15 - 0,5Mpa, sợi gỗ: 0,4 - 2MPa) Vật liệu cách nhiệt phải có cường độ cho không bị hư hỏng trình vận chuyển, kho, xây cất điều kiện sử dụng 2.2.3.Độ hút nước Độ hút nước làm giảm tính cách nhiệt vật liệu xốp mà làm giảm cường độ tuổi thọ Vật liệu có lỗ rỗng kín, thí dụ thuỷ tinh bọt, có độ hút nước nhỏ Để giảm độ hút nước người ta thường sử dụng phụ gia kị nước 2.2.4.Tính thấm thấm khí 23 Tính thấm thấm khí VLCN phải tính đến sử dụng chúng kết cấu bao che Việc cách nhiệt không hạn chế trao đổi khí nhà với môi trường xung quanh, qua tường nhà 2.2.5.Tính chịu lửa Tính chịu lửa liên quan đến độ chống cháy vật liệu có nghĩa khả bắt lửa cháy Vật liệu dễ cháy sử dụng dùng biện pháp bảo vệ cháy Tính chất cháy vật liệu xác định tác dụng nhiệt độ 800-850 oC giữ thời gian 20 phút 2.2.6.Tính bền hoá bền sinh vật Vật liệu cách nhiệt xốp dễ bị khí xâm thực môi trường xung quanh thấm vào Vì chất kết dính (keo, tinh bột) VLCN hữu cần phải có độ bền sinh vật, có nghĩa có khả chống tác dụng nấm mốc côn trùng 4.3 CÁC SẢN PHẨM CỦA VẬT LIỆU CÁCH NHIỆT 4.3.1 Các sản phẩm cách nhiệt vô Việc sản xuất nâng cao chất lượng VLCN có liên quan chặt chẽ với trình phát triển công nghiệp đại Hiện người ta sản xuất 25 loại sản phẩm cách nhiệt Trong vật liệu sản phẩm sở nguyên liệu khoáng, xỉ thủy tinh đóng vai trò quan trọng Vật liệu sản phẩm cách nhiệt vô bao gồm: a Bông khoáng sản phẩm từ khoáng Bông khoáng loại VLCN bao gồm khối sợi dạng thuỷ tinh, mảnh vụn silicat sợi ngắn cực mảnh sản xuất từ hỗn hợp nóng chảy khoáng vật tạo đá xỉ luyện kim Tùy thuộc vào phương pháp sản xuất, sợi khoáng thường có chiều dài từ đến 30mm đường kính từ đến15μm Trong thành phần khoáng chứa đến 80-90% sợi mảnh có đường kính 7μm Bông khoáng sản xuất với mác: 75, 100 125 (theo khối lượng thể tích, kg/m3) Hệ số dẫn nhiệt nhiệt độ trung bình 25±5oC tương ứng 0,036; 0,038 0,041kcal/m.oC.h; 100oC tương ứng 0,05; 0,051 0,052 kcal/m oC.h với độ ẩm không lớn 2% Bông khoáng thổi li tâm Hình 1.1 Bông khoáng 24 Hiện khoáng chiếm vị trí hàng đầu số VLCN vô sản xuất nguồn nguyên liệu dồi dào, sản xuất đơn giản, độ hút ẩm nhỏ giá thành tương đối thấp Nhưng việc sử dụng khoáng tơi để có khó khăn nhược điểm vật liệu chuyên chở bảo quản dễ bị lèn chặt vón cục, số bị gãy biến thành bụi; kết cấu phải có phương tiện bảo vệ để tránh lèn ép học; chi phí lao động lớn lắp đặt Để khắc phục nhược điểm khoáng rời, người ta chế tạo sản phẩm nỉ cứng bán cứng, vỏ, hình quạt, ống trụ sản phẩm khác b Nỉ cách nhiệt Nỉ cách nhiệt loại sản phẩm cách nhiệt sản xuất sở khoáng Nỉ cách nhiệt gồm có số loại sau đây: − Nỉ khâu dùng để bảo vệ nhiệt cho kết cấu bao che nhà, thiết bị công nghiệp đường ống dẫn có nhiệt độ nhỏ 400 oC Loại nỉ sản xuất cách dùng dây kim loại đặc biệt để khâu khoáng ép có chiều dày thích hợp, sau cắt thành có kích thước định trước Kích thước nỉ thường dài 2000mm, rộng 900-1300mm dày 60 mm Mác nỉ tính theo khối lượng thể tích (kg/m 3) 150, λ= 0,04 kcal/m.oC.h − Nỉ khâu lưới kim loại sản xuất từ nỉ khoáng khâu lưới kim loại Nỉ có kích thước 3000 x 500 x 50 5000 x 1000 x 1000mm, khối lượng thể tích 100 kg/m 3, 100oC hệ số dẫn nhiệt λ = 0,043 kcal/m.oC.h Nỉ dùng để cách nhiệt nhiệt độ thấp 600oC Nỉ khâu sợi thủy tinh thường dùng để bảo vệ bề mặt có nhiệt độ 400 oC Thành phần nỉ loại khoáng tẩm dầu khâu sợi thủy tinh xử lí dung dịch xà phòng Nỉ khâu sợi thủy tinh thường sản xuất loại có khối lượng thể tích 125-175kg/m 3, kích thước 2000x500x40mm, 25±5oC hệ số dẫn nhiệt λ= 0,038 kcal/m.oC.h c Tấm cứng sản phẩm cách nhiệt dạng tấm, vỏ, bán trụ Tấm cứng sản phẩm cách nhiệt dạng tấm, vỏ, bán trụ chế tạo sở khoáng chất kết dính hũu (tổng hợp bi tum) Chất kết dính tổng hợp thường dùng fenolfomanđêhit cacbamit fomaldêhit Tấm dạng bán cứng có khối lượng thể tích 75kg/m kích thước 1000 x (500; 900; 1000; 1500) x (30; 40; 50; 60; 70; 80)mm Ở 25±5oC hệ số dẫn nhiệt λ không lớn 0,039 kcal/m.oC.h d Bông sợi thủy tinh Bông sợi thủy tinh siêu mảnh sản phẩm chúng vật liệu cách nhiệt, cách âm tốt, khối lượng thể tích 25kg/m3, hệ số dẫn nhiệt λ = 0,026 kcal/m.oC.h Hình 1.1 Bông sợi thuỷ tinh e Thủy tinh bọt 25 Thủy tinh bọt VLCN tốt có cấu trúc rỗng tổ ong Độ rỗng thủy tinh bọt cao (80-90%); lỗ rỗng có kích thước 0,25-0,5mm, thành mỏng Tùy thuộc vào khối lượng thể tích (150-250kg/m 3) mà hệ số dẫn nhiệt 0,05-0,1kcal/m oC.h Ngoài số ưu điểm khác bền nước, bền nhiệt, bền băng giá cường độ cao (20-50 kG/cm 2) Thủy tinh bọt dùng để cách nhiệt cho kết cấu bao che nhà tường trần ngăn giữ nhiệt, sàn mái f Bê tông tổ ong cách nhiệt Bê tông tổ ong cách nhiệt loại vật liệu có khối lượng thể tích không lớn 500kg/m dùng để cách nhiệt cho kết cấu bao nhẹ nhà, bề mặt thiết bị công nghiệp, đường ống dẫn nhiệt có nhiệt độ đến 400oC Sản phẩm bê tông tổ ong cách nhiệt dạng có kích thước 1000 x 500 x (80-20)mm, hệ số dẫn nhiệt trạng thái khô 0,069 - 0,095 kcal/m 0C.h, độ ẩm không vượt 15% Theo khối lượng thể tích (kg/m3) người ta chia loại mác 300 - 500 với cường độ nén không nhỏ - 120 kG/cm2 4.3.2 Các sản phẩm cách nhiệt hữu Vật liệu cách nhiệt hữu đa dạng, sợi gỗ, lau sậy, pibrôlit, than bùn loại chất dẻo xốp cách nhiệt sản xuất từ nguyên liệu thực vật động vật khác phế liệu gỗ (dăm bào, mùn cưa, đầu thừa gỗ ), cói, lau, sậy, than bùn, rời, lanh gai, lông thú, nguyên liệu sở polime Vì số loại VLCHC dễ bị thối rữa, bị biến chất nhanh, dễ bị cháy, nên chúng thường xử lí trước dùng Việc sử dụng vật liệu dạng rời để chèn cách nhiệt thường bị phân lớp thối rữa, hiệu Vì người ta hay chế tạo sản phẩm dạng có bảo vệ tránh ẩm ướt Để tăng cao độ bền lâu loại xử lí chất chống cháy, chống côn trùng Vật liệu sản phẩm cách nhiệt hữu bao gồm: a Tấm sợi gỗ Tấm sợi gỗ dùng để cách nhiệt cách âm cho kết cấu bao che Chúng sản xuất từ gỗ xé tơi tận dụng loại gỗ thứ phẩm, phế liệu công nghiệp gia công gỗ, vụn lanh, vụn đay-gai, thân lau sậy, rơm rạ, Trong sợi gỗ sản xuất từ phế liệu gỗ phổ biến Quá trình sản xuất sợi gỗ cách nhiệt bao gồm công đoạn sau: đập, nghiền nguyên liệu gỗ; tẩm nhựa; tạo hình gia công nhiệt Để tăng khả chống cháy, sợi gỗ tẩm thêm chất chống cháy để tăng cường tính ổn định nước cho thêm parafin, nhựa, dầu chất dạng nhũ tương Tấm sợi gỗ cách nhiệt có khối lượng thể tích 250 kg/m cường độ chịu uốn 12 kG/cm2, hệ số dẫn nhiệt không lớn 0,06kcal/m oC.h, kích thước dài 1200-1300, rộng 1200-1600 dày 8-25mm b Sản phẩm than bùn cách nhiệt Sản phẩm sản xuất dạng tấm, vỏ hình quạt sử dụng kết cấu bao che nhà cấp III, bề mặt thiết bị công nghiệp, đường ống dẫn dẫn nhiệt từ - 60 oC đến 100oC Nguyên liệu để sản xuất sản phẩm loại loại than bùn tầng trên, bị phân rã có cấu tạo sợi thuận tiện cho việc 26 chế tạo sản phẩm ép có chất lượng cao Tấm có kích thước 100 x 500 x 30mm sản xuất cách ép than bùn khuôn kép có phụ gia sau sấy nhiệt độ 120-150oC Theo khối lượng thể tích, than bùn chia loại mác 170 220 với cường độ uốn kG/cm 2, hệ số dẫn nhiệt trạng thái khô 0,052 kcal/m oC.h, độ ẩm không lớn 15% c Tấm fibrôlit Đó loại vật liệu cách nhiệt chịu lực cách nhiệt chế tạo từ hỗn hợp ximăng pooclăng, nước dăm gỗ Dăm gỗ đóng vai trò khung chịu lực sản xuất từ phế liệu gỗ kim có chiều dài đến 500, rộng 4-7 dày 0,25-0,5mm Dăm sấy trước, sau tẩm chất khoáng hóa (cloruacanxi, thủy tinh lỏng) trộn với hồ xi măng (theo phương pháp ướt) với xi măng (theo phương pháp khô) Trên máy ép băng chuyền, fibrolít tạo thành dạng dải dài liên tục, sau cắt thành Sau tạo hình ép chưng nhiệt độ 30-35 oC Theo khối lượng thể tích fibrôlit chia mác: 300; 350; 400 500 với cường độ tương ứng 4; 5; 12 kG/cm 2, hệ số dẫn nhiệt 0,078 - 0,13 kcal/m oC.h, độ hút nước không lớn 20% kích thước: dài 2000 - 2400, rộng 500 - 500 dày 50; 75; 100mm Tấm fibrôlit sử dụng làm vật liệu cách nhiệt, chịu lực-cách nhiệt cách âm cho tường, sàn trần ngăn Ngoài dăm gỗ người ta dùng nguyên liệu dạng sợi ngắn khác vỏ bào, rơm rạ, cói băm, mùn cưa để chế tạo fibrôlit d Chất dẻo xốp Việc tạo rỗng cho polime nhờ sử dụng chất đặc biệt có khả tách khí mạnh làm trương nở khối polime polime bị nung chảy mềm Các chất dạng rắn, lỏmg khí Các chất tạo xốp dạng rắn có ý nghĩa thực tế lớn chất cacbonat, bicacbonatnatri amoniac (tách CO2 NH3 phân giải) ) Các chất tạo bọt lỏng benzen, rượu v v , chất tạo bọt dạng khí không khí, nitơ, cacbonic, amoniac Theo cấu tạo chất dẻo xốp chia làm nhóm : xốp bọt, xốp khí xốp tổ ong Loại chất dẻo xốp bọt xốp tổ ong VLCN mà vật liệu chịu lực Chất dẻo xốp khí xốp tổ ong chế tạo hai phương pháp: ép không ép Trong phương pháp ép hỗn hợp bột polime nghiền mịn, chất tạo khí phụ gia khác ép áp lực 150 -160 kG/cm2 Sau lấy mẫu (thường 2-2,5kg) trương bọt Trong phương pháp không ép hỗn hợp polime, chất tạo khí, chất đóng rắn cấu tử khác nung nóng khuôn đến nhiệt độ phù hợp Do bị nung nóng, polime bị chảy ra, chất tạo khí bị phân giải, khí tách ra, polime bị sủi bọt Kết quả, người ta nhận lọai vật liệu có cấu tạo rỗng tổ ong với lỗ rỗng phân bố Loại vật liệu dẻo cách nhiệt phổ biến chất dẻo xốp khí polistiron, mipo Chất dẻo xốp polistiron vật liệu giữ nhiệt tốt panen phân lớp; phối hợp tốt với nhôm, xi măng 27 amiăng chất dẻo thủy tinh Nó sử dụng rộng rãi để làm VLCN công nghiệp lạnh; đóng tàu biển, đóng tàu hỏa; cách nhiệt cho tường, trần mái nhà Chất dẻo khí polistiron sản xuất dạng sản phẩm định hình khác có khối lượng thể tích đến 60kg/m 3, hệ số dẫn nhiệt 0,026 - 0,034 kcal/m oC.h, kích thước phổ biến 900 x 650 x 100mm Mipo chất dẻo xốp khí dùng để cách nhiệt cho kết cấu xây dựng, thiết bị công nghiệp, đường ống dẫn có nhiệt độ đến +70 oC Nguyên liệu để sản xuất mipo urefomaldêhit chất tạo bọt, thành phần cho vào thiết bị khuấy để tạo bọt, sau rót khối bọt vào khuôn kim loại chuyển vào giữ buồng có nhiệt độ 18o - 22oC - để hỗn hợp cứng rắn lại thành blôc Đem blôc sấy 60 - 80 buồng sấy có nhiệt độ 30 - 50 oC Blôc (thể tích không nhỏ 0,05m3) có cường độ nén 5- kG/cm 2, độ hút nước sau 24 0,11%, hệ số dẫn nhiệt 0,027 kcal/m.oC.h CHƯƠNG 4.4 BÊ TÔNG DÙNG CHẤT KẾT DÍNH HỮU CƠ KHÁI NIỆM VÀ PHÂN LOẠI 4.4.1 Khái niệm Bêtông dùng chất kết dính hữu loại đá nhân tạo nhận sau rải làm đặc hỗn hợp bêtông bao gồm vật liệu khoáng chất kết dính hữu Trong phổ biến có chất lượng cao bêtông atphan Bêtông atphan sử dụng chủ yếu xây dựng đường ôtô sân bay Bêtông atphan đảm bảo tính ổn định, an toàn độ bền cho lớp mặt đường phù hợp với điều kiện giao thông khí hậu Hình 1.1 Bêtông atphan 4.4.2 Phân loại Theo tiêu chuẩn phân loại bêtông dùng chất kết dính hữu theo tiêu chí sau: − Theo nhiệt độ thi công: hỗn hợp bê tông atphan lớp phủ mặt đường chia loại nóng, ấm lạnh + Hỗn hợp nóng rải bắt đầu làm đặc nhiệt độ không nhỏ 120 oC + Hỗn hợp ấm rải bắt đầu làm đặc nhiệt độ không nhỏ 100 oC 28 + Hỗn hợp lạnh dùng bitum lỏng rải nhiệt độ không khí nhỏ oC giữ nhiệt độ thường − Theo độ đặc (hoặc độ rỗng): theo tiêu độ rỗng dư bêtông atphan chia làm loại: loại đặc độ rỗng – 6%, loại rỗng độ rỗng – 12% loại rỗng độ rỗng 12 18% − Theo độ lớn hạt cốt liệu: theo đường kính lớn hạt vật liệu khoáng, + Bêtông atphan đặc, nóng, ấm chia làm loại: loại lớn (Dmax ≤19mm), loại trung bình (Dmax ≤12,5mm), loại nhỏ (Dmax ≤9,5mm) bêtông cát (Dmax ≤4,75mm) + Bêtông atphan rỗng chia làm loại: BTNR 19 (Dmax ≤19mm), BTNR 25 (Dmax ≤25mm), BTNR 37,5 (Dmax ≤37,5mm) − Theo tỷ lệ đá dăm (hoặc sỏi) cát: + Bêtông atphan nóng ấm, đặc chia loại: loại A tỷ lệ đá dăm – cát: 5060%; loại B: 35-50%; loại C: 20-35% + Bêtông atphan nguội chia làm loại: Bx: 35-50%; Cx:20-35% Bêtông atphan nóng đặc dùng cát có loại: D có hàm lượng cát xay 30% − Theo chất lượng mức độ giao thông: theo chất lượng mức độ giao thông thường chia cấp đường: Cấp I – đường cao tốc, đường trục chính; Cấp II – đường đô thị; Cấp III – đường phụ Theo tiêu chuẩn quốc tế bêtông atphan chia loại I, II III Theo tiêu chuẩn Việt Nam có cấp I II Cấp I dùng cho lớp trên, cấp II dùng cho lớp mặt đường bêtông atphan Về cách phân loại bêtông theo tiêu chuẩn thống có quy định khác đơn vị đo kích thước kí hiệu loại bêtông 4.5 VẬT LIỆU CHẾ TẠO BÊTÔNG ATPHAN Vật liệu chế tạo bêtông atphan gồm: đá dăm (sỏi), cát, bột khoáng, bitum phụ gia Hỗn hợp vật liệu khoáng hỗn hợp lựa chọn theo tỷ lệ phần trăm để đảm bảo có cấp phối hạt hợp lý Hỗn hợp vật liệu khoáng bao gồm: đá, cát bột khoáng 4.5.1 Đá dăm hay sỏi Hàm lượng đá dăm hỗn hợp vật liệu khoáng từ 20-65% Chất lượng đá dăm hay sỏi cường độ, tính đồng nhất, hình dạng, trạng thái bề mặt, thành phần khoáng vật, … có ảnh hưởng lớn đến chất lượng bêtông atphan Các tiêu chất lượng đá dăm hay sỏi để chế tạo bêtông atphan xác định chế tạo bêtông xi măng nặng Nguồn gốc đá dăm từ đá thiên nhiên, đá dăm chế tạo từ cuội, đá dăm chế tạo từ xỉ lò cao, phải phù hợp với yêu cầu tiêu chuẩn, không cho phép dùng đá dăm chế tạo từ đá vôi sét, sa thạch sét phiến thạch sét Thành phần hạt đá dăm hay sỏi phân nhóm sau: 90-37,5mm, 63-19; 50-4,75; 37,5-4,75; 25-4,75; 19-4,75; 12-2,36; 9,5-1,18; 4,5-1,18mm theo ASTM D488 (Bảng a.1.) 29 Tuỳ theo cường độ chịu nén đá gốc mà đá dăm dùng chế tạo bêtông atphan có loại mác khác Với đá dăm từ đá biến chất macma cường độ nén tối thiểu từ 80-100MPa Với đá trầm tích dạng cacbonat cường độ chịu nén tối thiểu từ 80-100MPa Bảng a.1 Lỗ sàng (mm) 50-4,75 37,5-4,75 25-4,75 12,5-4,75 9,5-2,36 4,75-1,18 Thành phần hạt đá (sỏi) theo ASTM D448 50 37,5 25 19 12,5 9,5 4,75 2,36 1,18 95-100 100 95-100 100 37-70 35-70 90-100 100 10-30 25-60 90-100 100 10-30 40-70 85-100 100 0-5 0-5 0-10 0-15 10-30 85-100 0-5 0-5 0-10 10-40 0-5 0-10 95-100 Đá dăm cần phải liên kết tốt với bitum Về mặt này, loại đá vôi, đôlômit, điaba tốt loại đá axit Nếu dùng loại đá liên kết với bitum phải gia công đá chất phụ gia hoạt tính vôi, ximăng cho thêm chất phụ gia hoạt động bề mặt vào bitum Hình 1.1 Trạm trộn bêtông atphan Đá cần phải sạch, lượng ngậm chất bẩn không lớn 1% theo khối lượng 4.5.2 Cát Hàm lượng cát hỗn hợp vật liệu khoáng thường từ 15-50% Bêtông atphan cát dùng cát Vai trò cát hỗnhợp bêtông atphan chèn kẽ hở hạt cốt liệu lớn, làm tăng độ đặc hỗn hợp Có thể dùng cát thiên nhiên hay cát nhân tạo, có tiêu kỹ thuật phù hợp với tiêu chuẩn AASHTO ASTM Cát thiên nhiên để chế tạo bêtông atphan dùng loại hạt thô (M k≥2) Theo tiêu chuẩn AASHTO M29 vật liệu hạt mịn (cát) chia làm loại 1, 2, có thành phần hạt theo lượng lọt qua sàng tương ứng Bảng a.1 Bảng a.1 Lỗ sàng Loại Loại Loại 9,5 100 4,75 95-100 100 100 Lượng lọt qua sàng, % cát theo AASHTO M29 2,36 70-100 75-100 95-100 1,18 40-80 50-74 85-100 0,6 20-65 28-52 65-90 0,3 7-14 8-30 30-60 0,15 2-20 0-12 5-25 0,075 0-10 0-5 0-5 30 Cát nghiền cần phải chế tạo từ đá có cường độ không nhỏ cường độ đá dùng làm đá dăm (80-100MPa) Đối với hỗn hợp bêtông atphan cát nghiền, cát nghiền từ đá macma có mác không nhỏ 100MPa Hàm lượng hạt nhỏ 0,071mm cát nghiền không lớn 14% theo trọng lượng, lượng hạt sét không lớn 0,5%, lượng hạt nhỏ 0,14mm không lớn 20% 4.5.3 Bột khoáng Bột khoáng thành phần quan trọng hỗn hợp bêtông atphan Nó nhét đầy lỗ rỗng loại cốt liệu lớn (cát, đá dăm hay sỏi) làm tăng độ đặc hỗn hợp mà làm tăng diện tích tiếp xúc, làm cho màng bitum mặt hạt khoáng mỏng lực tương tác chúng tăng lên, cường độ bêtông atphan tăng lên Hàm lượng bột khoáng hỗn hợp vật liệu khoáng biến đổi từ 4-14% Khi trộn với bitum hỗn hợp bêtông atphan, bột khoáng cần tạo nên lớp hoạt tính, ổn định nước Mối quan hệ vật lý, hoá học bề mặt hạt bột khoáng bitum làm tăng cường độ bêtông atphan, làm tăng tính giòn Vì vậy, lượng bột đá bêtông dùng giới hạn định để tránh làm tăng tốc độ hoá già bitum bêtông Bột khoáng để chế tạo bêtông atphan thường sử dụng loại bột mịn từ đá vôi đá đôlômit từ tro than đá, ximăng, bột đá vôi vỏ sò Cường độ chịu nén đá gốc không nhỏ 20MPa Vật liệu chế tạo bột khoáng cần sạch, không chứa chất bẩn sét 5% Bột khoáng cần phải khô, xốp trộn với bitum không vón cục có khả hút bitum tốt phải thoả mãn yêu cầu sau: a Độ nhỏ Lượng lọt qua sàng có kích thước lỗ sàng: + 0,6mm: 100% + 0,3mm: 90-100% + 0,075mm: 70-100% b Lượng bột khoáng hút hết 15g bitum mác 60/70 xác định thí nghiệm trộn bột khoáng với bitum tạo hỗn hợp có độ kim lún phù hợp với tiêu chuẩn Hệ số hút bột khoáng ký hiệu Q, g/100cm3, tính theo công thức sau: 15 ρ k Q= × 100 Pk Trong đó: + ρk khối lượng riêng bột khoáng, + Pk khối lượng bột khoáng thấm hết 15g bitum Tiêu chuẩn quy định Q≥65g/100cm3 bitum c Độ rỗng lèn chặt với tải trọng 400daN/cm2 tro, bụi ximăng, xỉ không lớn 45%, loại bột đá đặc không lớn 40% 31 d Hệ số ưa nước xác định công thức: V Ku = V2 Trong đó: + V1 – thể tích lắng nước 5g bột khoáng, + V2 – thể tích lắng dầu (môi trường không phân cực) 5g bột khoáng Quy định sử dụng bột khoáng ghét nước, K u > vật liệu ưa nước ngược lại ghét nước Bột khoáng ghét nước liên kết tốt với bitum làm tăng cường độ bêtông atphan Đối với hỗn hợp loại II, III dùng bột khoáng từ tro than đá, bụi ximăng, bột vỏ sò hến … phù hợp quy định tiêu chuẩn 9128-84 Nga Bột khoáng tăng cường chất lượng cách hoạt hoá bề mặt nghiền Hỗn hợp hoạt tính bề mặt gồm bitum chất hoạt tính bề mặt với tỷ lệ 1/1 1/1,1 Lượng hỗn hợp hoạt tính phối hợp với lượng bột khoáng theo tỷ lệ 1,52,5% Bột khoáng có khả tăng độ cứng lại nhựa Thí nghiệm mẫu bitum bột đá tỷ lệ 4/6 có nhiệt độ hoá mềm thấp nhiệt độ hoá mềm nhựa 10-20 0C 4.5.4 Bitum Hàm lượng bitum bêtông atphan tính theo khối lượng vật liệu khoáng chiếm từ 4-7% Hỗn hợp bêtông atphan nóng ấm thường dùng bitum dầu mỏ đặc quánh xây dựng đường làm chất kết dính Loại bitum phải có tiêu kỹ thuật phù hợp với tiêu chuẩn Việt Nam tiêu chuẩn Mỹ Ở điều kiện Việt Nam thông thường chọn bitum đặc số số để làm bêtông atphan rải nóng Bitum cần phải dính bám tốt với đá dăm Về mặt này, loại đá vôi, đôlômít, điaba tốt loại đá axit Nếu khả dính kết bitum với đá phải sử dụng chất phụ gia hoạt tính vôi, ximăng thêm chất phụ gia hoạt tính bề mặt vào bitum Theo phương pháp rải, tính chất xe chạy, điều kiện khí hậu mà chọn mác bitum cho hợp lý Ở đường xe chạy nhiều thuộc vùng khí hậu nóng dùng loại bitum mác cao Cách chọn loại bitum tham khảo quy phạm 9128-84, Nga Mỹ Để tăng tính ổn định nhiệt dùng hỗn hợp bitum với cao su, polime với lưu lượng thích hợp Các loại phụ gia có cho phép bêtông atphan ổn định với nước chóng khô bề mặt, đảm bảo tốc độ khai thác Cơ quan tư vấn thiết kế nhà thầu phải thí nghiệm bitum kiến nghị bitum sử dụng 4.5.5 Phụ gia Để tăng tính ổn định nhiệt, ổn định nước cho bêtông atphan sử dụng phụ gia khoáng, bột cao su, phụ gia polime 4.6 CÁC TÍNH CHẤT CỦA BÊTÔNG ATPHAN Các tính chất bêtông atphan thay đổi đáng kể theo nhiệt độ Ở nhiệt độ bình thường chúng có tính đàn hồi – dẻo; nhiệt độ tăng – chảy dẻo, nhiệt độ giảm, bêtông atphan trở nên giòn 32 4.6.1 Cường độ Tính chất học bêtông atphan biểu thị khả chịu lực độ ổn định bêtông atphan điều kiện nhiệt độ khác Cường độ biểu thị giới hạn ứng suất phát sinh trình sử dụng Thực tế bề mặt vỡ phá hủy bê tông atphan luôn qua bitum Do cường độ lý thuyết bê tông atphan xác định cường độ màng bitum Việc phá hủy bê tông atphan tác động tải trọng trình động, phát triển theo thời gian Tải trọng lớn, trình phá hủy xảy nhanh Cường độ bê tông atphan xác định nhiệt độ 50 oC, 20oC 0oC Cường độ 50oC biểu thị tính ổn định động vật liệu chế tạo bêtông, oC – tính chống nứt Còn 20oC coi nhiệt độ chuẩn để tiến hành thí nghiệm Nhiệt độ thí nghiệm chuẩn Mỹ 25 oC, Pháp 18oC Cường độ chịu nén cường độ giới hạn nén mẫu chuẩn điều kiện nhiệt độ đặt tải theo quy định Kích thước mẫu chuẩn có đường kính chiều cao (d=h=101mm 71,4mm 50,5mm tuỳ theo độ lớn vật liệu khoáng) chế tạo nhiệt độ thi công Cường độ chịu nén xác định máy nén thuỷ lực có công suất tới 10 tấn, tốc độ chuyển dịch pittông ± 0,5mm/phút Cường độ chịu nén tính theo công thức: Rn = P , MPa F Trong đó: + P – tải trọng phá hoại, N + F – diện tích mặt cắt ngang mẫu thử, mm2 Ngoài cường độ chịu nén, cường độ chịu kéo bê tông atphan tiêu quan trọng để xác định khả chống nứt bê tông Cường độ chịu kéo gián tiếp thử phương pháp ép ngang mẫu thử hình trụ kích thước 40x40x460mm, xác định theo công thức: Rk = α F dh Trong đó: + F – tải trọng phá hoại mẫu, N + α - hệ số (đối với bêtông atphan α = 1) Chỉ tiêu cường độ (kG/cm2) bê tông atphan chế tạo từ loại bitum khác nhau, nhiệt độ khác giới thiệu Bảng a.1 Bảng a.1 Cường độ bêtông atphan nhiệt độ khác 33 Mác 90/130 130/200 200/300 +50 R 14,0 11,5 8,5 R 1,5 1,1 0,8 o Nhiệt độ phòng thí nghiệm, C +20 R R R R 63,5 12,0 152 50 28,0 5,3 84 35 21,0 3,6 45 15 -20 R 280 200 160 R 74 69 55 Cường độ bê tông atphan xác định thiết bị Marshall phụ thuộc vào thành phần vật liệu, vào công nghệ làm đặc bê tông, nhiệt độ tốc độ biến dạng Hàm lượng bitum nhỏ lớn hàm lượng hợp lý làm giảm cường độ bê tông Cường độ bê tông phát triển tỉ lệ thuận với độ quánh bê tông 4.6.2 Tính biến dạng Bêtông atphan vật liệu đàn hồi – chảy dẻo Tuỳ theo trạng thái điều kiện biến dạng xuất tính chất đàn hồi tính chất chảy dẻo Về trạng thái ứng suất – biến dạng, bêtông atphan có tính chất tổng hợp phức tạp: đàn hồi, dẻo nhớt Bêtông atphan cần có độ đàn hồi cao để đảm bảo ổn định khai thác Biến dạng dẻo lớn lớp phủ mặt đường gây tượng: trượt, lượn sóng, dồn đống, hằn vết bánh xe Các tượng biến dạng dẻo xuất phát triển nhiều vùng nóng ngày hè Độ dẻo xác định độ dãn dài tương đối kéo nhiệt độ thấp cao khai thác Khi tải trọng tác dụng thường xuyên phát triển biến dạng phụ thuộc vào trị số ứng suất Khi tải trọng P nhỏ giới hạn đàn hồi P k, có hai dạng biến dạng Biến dạng đàn hồi tuý ε0 có quan hệ bậc với ứng suất, xuất nhanh đặt tải trọng, với tốc độ âm biến dạng nhanh bỏ tải Biến dạng đàn hồi chậm xuất sau đặt tải phát triển chậm theo thời gian t bỏ tải trọng (P=0) biến dạng không hoàn toàn mà biến dạng dư (εd) Đặc trưng biến dạng bêtông atphan thể qua hai tiêu: môđun đàn hồi độ nhớt − Môđun đàn hồi: Ứng với hai trạng thái biến dạng đàn hồi xác định hai trị số môđun đàn hồi: Mô đun đàn hồi ban đầu: E1 = Môđun đàn hồi sau: E2 = P ε0 P εs ε o , ε s biến dạng đàn hồi tức thời biến dạng đàn hồi chậm 34 Biến dạng dư ε d tính công thức: ε d = ε m − ε s − ε ε m :biến dạng tổng cộng ứng với thời gian đặt tải − Độ nhớt: Độ nhớt bêtông atphan giá trị cố định, tuỳ theo tính chất vật liệu tốc độ biến dε ' dạng: ε ' ( ε = ) Có thể xác định số độ nhớt sau: dt Độ nhớt giới hạn lớn η0 xuất vùng thực tế cấu trúc bị phá hoại Độ nhớt nhỏ η – vùng phá hoại kết cấu Độ nhớt hiệu quả: Độ nhớt dẻo: ηm = η= P  dε     dt  P − Pk  dε     dt  đó: Pk - giới hạn chảy, daN/cm2 Biến dạng tổng cộng: ε m = ε dh + ε d = σ σ1 + E η Các tiêu môđun đàn hồi, độ nhớt giới hạn chảy ứng với nhiệt độ khai thác bêtông atphan quan trọng kiểm tra chất lượng chúng 4.6.3 Độ mài mòn Độ mài mòn bê tông atphan xảy tác dụng lực ma sát Độ chống mài mòn cao độ đặc bê tông, độ cứng cốt liệu dính bám đá với bitum lớn Loại bê tông dùng đá granit (độ cứng – Morh) chống mài mòn tốt dùng đá vôi 4.6.4 Độ ổn định nước Bê tông atphan bị ẩm lâu ngày bị phá hoại liên kết cấu trúc bị yếu Tính ổn định nước phụ thuộc vào độ đặc ổn định độ dính bám Độ ổn định nước bê tông atphan xác định thông qua độ bão hòa nước độ trương phồng hệ số mềm (K m) Hệ số mềm yêu cầu không thấp 0,9 ngâm dài ngày nước (14ngày) yêu cầu không nhỏ 0,8 4.6.5 Độ rỗng bêtông atphan Độ rỗng bê tông atphan (thường 3-7%) có ảnh hưởng lớn đến độ ổn định nước Lỗ rỗng bê tông lỗ rỗng hở lỗ rỗng kín Giảm kích thước hạt số lượng lỗ rỗng kín không thấm nước tăng lên 35 Độ rỗng bêtông atphan cho khả kết luận hợp lý thành phần cấp phối hạt hỗn hợp Sự sai lệch độ rỗng so với độ rỗng chuẩn mức độ thấp chứng tỏ việc lựa chọn lượng bitum xác Nếu độ lệch mức độ lớn cho thấy lượng bitum, thành phần hạt khoáng lựa chọn chưa xác Bêtông atphan đặc cần có độ rỗng giới hạn từ – 6% 4.6.6 Độ ổn định nhiệt Hệ số ổn định nhiệt tính xác 0,01 xác định theo công thức: Kt = R60 R20 Trong đó: R20, R60 cường độ chịu nén mẫu bêtông atphan khô nhiệt độ 20 60 0C 4.6.7 Tính dễ tạo hình hỗn hợp bêtông atphan Tính dễ tạo hình hỗn hợp bêtông atphan đảm bảo cho việc vận chuyển, rải đầm bêtông atphan chất lượng bêtông sau thi công đạt yêu cầu kỹ thuật sở thành phần vật liệu lựa chọn Tính dễ tạo hình đặc trưng độ dẻo hay cứng hỗn hợp Căn vào độ dẻo chia hỗn hợp bêtông làm hai loại: dẻo chảy Bêtông dẻo đầm lu đầm chấn động Bêtông chảy đầm nén nhờ trọng lượng than Mức độ dễ tạo hình hỗn hợp bêtông atphan dẻo rải nóng đánh giá dựa sở xác định thời gian lực kéo mẫu kim loại hình nón tiêu chuẩn khỏi hỗn hợp (phương pháp I.A Rưbiev) Bảng a.1 Bảng a.1 Dạng hỗn hợp Hỗn hợp dẻo hạt nhỏ Hỗn hợp dẻo hạt vừa Hỗn hợp cứng Quy định độ dẻo Quy định tiêu Lực (daN) Thời gian (gy) 2-2,5 10-12,5 2,35-3 11,5-15 [...]... lý đều làm giảm cường độ bê tông Cường độ bê tông phát triển tỉ lệ thuận với độ quánh của bê tông 4.6.2 Tính biến dạng B tông atphan là một vật liệu đàn hồi – chảy dẻo Tuỳ theo trạng thái và điều kiện biến dạng có thể xuất hiện tính chất đàn hồi hoặc tính chất chảy dẻo Về trạng thái ứng suất – biến dạng, b tông atphan có những tính chất tổng hợp phức tạp: đàn hồi, dẻo nhớt B tông atphan cần có độ đàn...4.6.1 Cường độ Tính chất cơ học của b tông atphan biểu thị khả năng chịu lực và độ ổn định của b tông atphan ở các điều kiện nhiệt độ khác nhau Cường độ biểu thị giới hạn của ứng suất phát sinh trong quá trình sử dụng Thực tế bề mặt vỡ khi phá hủy bê tông atphan luôn luôn đi qua bitum Do đó cường độ lý thuyết của bê tông atphan được xác định bằng cường độ của màng bitum Việc phá hủy bê tông atphan dưới... mòn càng cao khi độ đặc của bê tông, độ cứng của cốt liệu và sự dính bám của đá với bitum càng lớn Loại bê tông dùng đá granit (độ cứng 6 – 7 Morh) chống mài mòn tốt hơn dùng đá vôi 4.6.4 Độ ổn định nước Bê tông atphan bị ẩm lâu ngày có thể bị phá hoại do liên kết cấu trúc bị yếu đi Tính ổn định nước phụ thuộc vào độ đặc và sự ổn định của độ dính bám Độ ổn định nước của bê tông atphan được xác định thông... định theo công thức: Kt = R60 R20 Trong đó: R20, R60 là cường độ chịu nén của mẫu b tông atphan khô ở nhiệt độ 20 và 60 0C 4.6.7 Tính dễ tạo hình của hỗn hợp b tông atphan Tính dễ tạo hình của hỗn hợp b tông atphan là đảm bảo cho việc vận chuyển, rải đầm chắc b tông atphan cũng như chất lượng của b tông sau khi thi công đạt các yêu cầu kỹ thuật trên cơ sở thành phần vật liệu đã lựa chọn đúng Tính dễ tạo... độ dẻo hay cứng của hỗn hợp Căn cứ vào độ dẻo chia hỗn hợp của b tông làm hai loại: dẻo và chảy B tông dẻo được đầm chắc bằng lu hoặc đầm chấn động B tông chảy được đầm nén nhờ trọng lượng bản than Mức độ dễ tạo hình của hỗn hợp b tông atphan dẻo rải nóng được đánh giá dựa trên cơ sở xác định thời gian và lực kéo mẫu kim loại hình nón tiêu chuẩn ra khỏi hỗn hợp (phương pháp I.A Rưbiev) trong Bảng a.1... nhanh Cường độ của bê tông atphan được xác định ở nhiệt độ 50 oC, 20oC và 0oC Cường độ ở 50oC biểu thị tính ổn định động của vật liệu chế tạo b tông, ở 0 oC – tính chống nứt Còn ở 20oC được coi là nhiệt độ chuẩn để tiến hành thí nghiệm Nhiệt độ thí nghiệm chuẩn của Mỹ là 25 oC, của Pháp là 18oC Cường độ chịu nén là cường độ giới hạn khi nén các mẫu chuẩn trong điều kiện nhiệt độ và đặt tải theo quy... Cường độ b tông atphan ở các nhiệt độ khác nhau 33 Mác 90/130 130/200 200/300 +50 R 14,0 11,5 8,5 R 1,5 1,1 0,8 o Nhiệt độ phòng thí nghiệm, C +20 0 R R R R 63,5 12,0 152 50 28,0 5,3 84 35 21,0 3,6 45 15 -20 R 280 200 160 R 74 69 55 Cường độ bê tông atphan được xác định trên thiết bị Marshall và nó phụ thuộc vào thành phần vật liệu, vào công nghệ làm đặc bê tông, nhiệt độ và tốc độ biến dạng Hàm lượng... phồng và hệ số mềm (K m) Hệ số mềm yêu cầu không được thấp hơn 0,9 còn khi ngâm dài ngày trong nước (14ngày) yêu cầu không nhỏ hơn 0,8 4.6.5 Độ rỗng của b tông atphan Độ rỗng của bê tông atphan (thường là 3-7%) có ảnh hưởng lớn đến độ ổn định nước Lỗ rỗng trong bê tông có thể là lỗ rỗng hở hoặc lỗ rỗng kín Giảm kích thước hạt thì số lượng lỗ rỗng kín không thấm nước tăng lên 35 Độ rỗng trong b tông. .. của bê tông Cường độ chịu kéo gián tiếp được thử bằng phương pháp ép ngang mẫu thử hình trụ kích thước 40x40x460mm, và xác định theo công thức: Rk = α F dh Trong đó: + F – tải trọng phá hoại mẫu, N + α - hệ số (đối với b tông atphan α = 1) Chỉ tiêu cường độ (kG/cm2) của bê tông atphan chế tạo từ các loại bitum khác nhau, ở những nhiệt độ khác nhau được giới thiệu ở Bảng a.1 Bảng a.1 Cường độ b tông. .. phá hoại kết cấu Độ nhớt hiệu quả: Độ nhớt dẻo: ηm = η= P  dε     dt  P − Pk  dε     dt  trong đó: Pk - giới hạn chảy, daN/cm2 Biến dạng tổng cộng: ε m = ε dh + ε d = σ σ1 + E η Các chỉ tiêu môđun đàn hồi, độ nhớt và giới hạn chảy ứng với nhiệt độ khai thác b tông atphan là rất quan trọng khi kiểm tra chất lượng của chúng 4.6.3 Độ mài mòn Độ mài mòn của bê tông atphan xảy ra do tác dụng của