Phân loại nhựa đường trên thế giới

Phân loại nhựa đường trên thế giới.Phân loại nhựa đường trên thế giới.Phân loại nhựa đường trên thế giới.Phân loại nhựa đường trên thế giới.Phân loại nhựa đường trên thế giới.Phân loại nhựa đường trên thế giới.Phân loại nhựa đường trên thế giới.Phân loại nhựa đường trên thế giới.

tr-ờng đại học giao thông vận tải LA CHN LOI NHỰA ĐƯỜNG PHÙ HỢP TRONG THIẾT KẾ BÊ TÔNG NHỰA TS NGUYỄN QUANG PHÚC Phó Trưởng khoa Cơng trình Trường Đại học Giao thông Vận tải Đặt vấn đề Nhựa đường chất kết dính sử dụng rộng rãi lĩnh vực xây dựng cơng trình giao thơng đường chiếm tỷ lệ cao so với giá thành tồn cơng trình Cùng với phát triển ngành cơng nghiệp nhựa đường, tiêu chuẩn thí nghiệm phương pháp phân loại nhựa đường khác đời Tùy theo điều kiện cụ thể, quốc gia sử dụng phương pháp phân loại sử dụng loại nhựa đường phù hợp với điều kiện đặc thù Phương pháp phân phân loại, lựa chọn cách đánh giá chất lượng nhựa đường 2.1 Phương pháp phân loại nhựa đường Hiện có ba phương pháp phân loại nhựa đường quốc gia áp dụng [1, 2, 7, 8] là: Phân loại nhựa đường theo độ kim lún Phân loại nhựa đường theo độ nhớt Phân loại nhựa đường theo phương pháp Superpave 2.1.1 Phân loại nhựa đường Việt Nam Ở Việt Nam áp dụng phương pháp phân loại nhựa đường theo độ kim lún, theo tiêu chuẩn Việt Nam TCVN 7493-2005 [3], tùy theo giá trị độ kim lún mà có mác bitum khác từ loại mềm 200/300 tới loại cứng 20/30 Trong loại bitum độ kim lún 60/70 sử dụng để sản xuất BTN cho hầu hết dự án khắp khu vực khác Việt Nam Ưu điểm phương pháp phân loại kinh phí thấp, đơn giản, dễ áp dụng, nhân viên cán vật liệu Việt Nam quen với qui trình thí nghiệm phương pháp thí nghim Hội thảo hè - 2014 77 tr-ờng đại học giao thông vận tải Nhc im: - Phng phỏp phõn loại theo độ kim lún chưa phân loại xác loại nhựa đường khác nhau, nghiên cứu thực nghiệm rằng, việc phân loại xảy trường hợp loại nhựa đường có tiêu lý khác xếp chung vào nhóm [1, 11] - Chưa xem xét tới điều kiện môi trường cụ thể dự án khó kiểm sốt tính nhạy cảm nhiệt độ hỗn hợp BTN - Chưa xem xét tới ảnh hưởng đồng thời môi trường làm việc, lượng giao thông thiết kế “Tổng tải trọng trục xe tích lũy giai đoạn thiết kế” tốc độ phương tiện tham gia giao thông 2.1.2 Phân loại nhựa đường Châu Âu Theo tiêu chuẩn BS EN 12591[10] châu Âu áp dụng hai hệ thống phân loại bitum - Phương pháp phân loại bitum theo độ kim lún: tùy thuộc giá trị độ kim lún 25oC mà có mác bitum khác từ loại mềm bitum 650/900 tới loại cứng bitum 20/30 chí loại bitum có độ qnh cao đề nghị, bitum 10/20 bitum 15/25 - Phân loại theo độ nhớt tùy theo giá trị độ nhớt động 60oC 135oC Ưu nhược điểm: Ưu nhược điểm phương pháp phân loại theo độ kim lún trình bày trên, mục 2.1.1 Ưu điểm phương pháp phân loại theo độ nhớt so với phân loại theo độ kim lún: - Phân loại theo độ nhớt xem xét tới tính nhạy cảm nhiệt độ bitum nhiệt độ mặt đường khai thác, 60oC, nhiệt độ sản xuất hỗn hợp BTN, 135oC, từ giảm bớt hư hỏng liên quan tới tính ổn định nhiệt BTN - Xác định nhiệt độ sản xuất thi công phù hợp thông qua giá trị độ nhớt động 60oC 135oC Nhược điểm: Tuy có ưu điểm so với phương pháp phân loại theo độ kim lún, phương pháp phân loại theo độ nhớt hạn chế như: - Chưa xem xét tới điều kiện địa lý, môi trường khu vực xây dựng, các kết thí nghiệm đạt theo phương pháp chưa phản ánh điều kiện làm việc thực tế mà vật liệu BTN gặp phải, tùy điều kiện địa lý 78 Héi th¶o hÌ - 2014 tr-ờng đại học giao thông vận tải khu vc khác mà trình khai thác, mà nhiệt độ mặt đường khác nhiều, từ nhiệt độ 0oC tới 70oC - Chưa xem xét tới ảnh hưởng lượng giao thông thiết kế tốc độ dòng xe 2.1.3 Phân loại nhựa đường Mỹ Để khắc phục vấn đề tồn phương pháp phân loại truyền thống, Hoa Kỳ thơng qua chương trình nghiên cứu chiến lược đường SHRP (The Strategic Highway Research Program -1987-1992), từ năm 1996 phương pháp phân loại theo (PG) sử dụng rộng rãi Mỹ, để phân loại theo Superpave (PG) [1,9,11], người ta vào tiêu chí sau để lựa chọn loại (PG) cho trường hợp - Điều kiện địa lý khu vực dự án/cơng trình xây dựng - Nhiệt độ mặt đường cao nhất/thấp dự kiến mà mặt đường BTN gặp phải trình khai thác “xác định thơng qua nhiệt độ khơng khí” có xét tới lựa chọn độ tin cậy phù hợp cho trường hợp cụ thể - Lượng giao thông thiết kế “tổng tải tải trọng trục xe tiêu chuẩn tích lũy –ESAL (tính theo triệu ESALs) qua mức độ khác từ 30 triệu ESALs với tốc độ dòng xe Phương pháp phân loại theo (PG) sử dụng hai số PG xx Trong đó, số thứ giá trị trung bình nhiệt độ nhiệt độ mặt đường (oC) “ độ sâu 20mm tính từ mặt đường” ngày cao nhất, số thứ giá trị nhiệt độ mặt đường ngày thấp (oC) xác định bề mặt mặt đường Thơng thường có loại nhiệt độ cao PG40; PG46-; PG52-; PG58-; PG64-; PG70; PG76-; PG82- với nhiệt độ thấp -10; -16; -22; -28; -34; -40; -46; -52 Ưu điểm phương pháp phân loại theo (PG): - Lựa chọn loại bitum phù hợp với điều kiện cụ thể dự án phương diện “điều kiện địa lý, khí hậu, lượng giao thông thiết kế, tốc độ dịng giao thơng”, từ phát huy tốt khả làm việc bitum, tăng tuổi thọ cho cơng trình Nhược điểm: - Chi phí thí nghiệm cao, thiết bị thí nghiệm đắt tiền, phương pháp thí nghiệm nên cần có kinh phí thời gian đào tạo cho kỹ sư vật liệu/thí nghiệm viên - Phương pháp phân loại theo Superpave chưa áp dụng Việt Nam, cần phải trải qua giai đoạn thi công thí điểm dự án cụ thể, quan trắc, kiểm tra theo dõi thêm thêm có qui trình thức sản xuất, thi cơng nghiệm thu Héi th¶o hÌ - 2014 79 tr-êng đại học giao thông vận tải - m bo tính xác vấn đề lựa chọn nhiệt độ mặt đường thiết kế, yêu cầu liệu sử dụng phải có thời gian quan trắc dài, tổi thiểu 20 năm quan trắc 2.2 Cách đánh giá chất lượng nhựa đường Chất lượng nhựa đường thường đánh giá thơng qua tiêu chí sau: Khả kết dính nội bitum- đánh giá thơng q thí nghiệm độ dãn dài (TCVN 7496:2005/ASTM D 113-99) Khả kết dính với cốt liệu – đánh giá thơng thí nghiệm xác định độ dính bám với cốt liệu (TCVN 7504:2005) Tính ổn định nhiệt - xác định gián tiếp tính tốn từ tiêu thơng dụng: - Chỉ số độ kim lún PI (Penetration Index) - Độ nhạy cảm độ nhớt - nhiệt độ (VTS) - Số độ kim lún - độ nhớt (Pen-Vis Number-PVN) - Thí nghiệm lún vệt bánh xe (wheel tracking test), Gián tiếp mô ổn định nhiệt bitum thông qua ổn định hỗn hợp BTN, kiểm tra theo AASHTO T 324-04 - Tính ổn định nhiệt nhiệt độ thấp - xác định thí nghiệm kéo trực tiếp (Direction tension tester) Mô tượng mặt đường bị nứt bitum hóa cứng nhiệt độ thấp Hàm lượng Paraphin: xác định theo TCVN 7503:2005 Thuộc tính đàn – nhớt bitum: xác định thí nghiệm cắt động lưu biếnDSR AASHTO TP5/17/ Độ bền bitum: xác định thơng qua thí nghiệm: - Gia nhiệt màng mỏng RTFO xác định lượng tổn thất sau gia nhiệt 163oC trì 5h TCVN 7499:2005 (ASTM D 6-00) tỷ lệ độ kim lún mẫu nhựa sau gia nhiệt so với mẫu nhựa gốc ban đầu TCVN 7495:2005 (ASTM D 5-97) - Thí nghiệm hóa cứng bitum bình áp lực PAV (AASHTO- TP4) Hiện tượng mỏi vật liệu bitum mặt đường: đánh giá thông qua thí nghiệm uốn dầm (Bending Beam Rheometer – AASHTO TP1/18 mơ hình ép chẻ, nhiên mơ hình thí nghiệm uốn dầm phù hợp sử dụng phổ biến Nhận xét: Trong tiêu chí đánh giá chất lượng nhựa đường khả đáp ứng trình thiết kế bê tông nhựa Việt Nam đáp ứng mức độ định, như: 80 Héi th¶o hè - 2014 tr-ờng đại học giao thông vận tải a Tiêu chí thứ nhất, tiêu chí thứ hai tiêu chí thứ tư đáp ứng hồn tồn qui định phải đạt yêu cầu vật liệu nhựa đường đưa vào sử dụng theo qui trình TCVN 7493:2005 b Tiêu chí thứ 3, 5, 7: Chưa xem xét tới cho dự án Việt Nam, thí nghiệm liên quan tới tiêu chí thực phạm vi thực báo cáo khoa học, đề tài khoa học hay mục đích nghiên cứu Tiêu chuẩn Việt Nam TCVN 8819-2011 có đề cập tới thí nghiệm lún vệt bánh xe thiết bị “wheel tracking divice”-xác định theo tiêu chuẩn AASHTO T 324-04, nêu rõ “chỉ áp dụng cho cơng trình đặc biệt theo yêu cầu cụ thể chủ đầu tư” c Tiêu chí thứ 6: đáp ứng phần thí nghiệm xác định tổn thất khối lượng sau nhiệt 163oC, (TCVN 7499:2005), tỷ lệ độ kim lún mẫu nhựa sau gia nhiệt so với mẫu nhựa gốc ban đầu TCVN 7495:2005 Thí nghiệm hóa cứng bitum bình áp lực PAV chưa đề cập tiêu chuẩn Việt Nam d Cần bổ sung vào tiêu chuẩn nhựa đường Việt Nam tiêu: Chỉ số độ kim lún PI; Độ nhớt động lực 600C; Các tiêu thí nghiệm mẫu nhựa sau thí nghiệm TFOT (Tổn thất khối lượng; Tỷ lệ độ kim lún lại so với độ kim lún ban đầu; Độ kéo dài 250C) e Quy định phải thí nghiệm vệt hằn bánh xe với lớp mặt bê tông nhựa đường chịu tải trọng nặng Các thí nghiệm cần thực giai đoạn thiết kế cold bin, hot bin kiểm tra đánh giá sau thi công Các hư hỏng mặt đường BTN có khả nhựa đường gây Việc sử dụng loại nhựa đường không phù hợp chất lượng gây hư hỏng cho mặt đường BTN với dạng điển hình sau (trong phạm vi báo đề cập tới nguyên nhân gây dạng hư hỏng mặt đường BTN liên quan tới loại bitum sử dụng, nguyên nhân khác gây dạng hư hỏng không đề cập đây) - Lún vệt bánh xe, lún lượn sóng: chọn loại nhựa đường sử dụng có tính ổn định nhiệt độ khai thác không phù hợp với khu vực dự án không phù hợp với lượng giao thơng thiết kế tốc độ dịng giao thông kết hợp yếu tố - Bong bật rạn nứt chân chim: tính dính bám nhựa với cốt liệu không tốt - Nứt nhiệt độ thấp: sử dụng loại nhựa đường không phù hợp với nhiệt độ mơi Héi th¶o hÌ - 2014 81 tr-ờng đại học giao thông vận tải trng chất lượng nhựa đường dẫn tới không đảm bảo tính liên kết đá-nhựa Các nghiên cứu ban đầu loại BTN sử dụng bitum độ quánh cao 35/50 so với loại bitum thông thường sử dụng nay, bitum 60/70 Trong trình làm luận văn thạc sĩ, tác giả có nghiên cứu ban đầu tính ổn định nhiệt hỗn hợp BTN sử dụng loại bitum có độ quánh cao 35/50 so với loại bitum 60/70 Kết nghiên cứu ban đầu cho thấy kết khả quan, BTN sử dụng loại bitum 35/50 độ ổn định Marshall tính ổn định nhiệt "ở nhiệt độ cao" điều kiện thí nghiệm vượt trội hẳn so với BTN sử dụng loại bitum 60/70 Tổng hợp kết nghiên cứu ban đầu sau: a Kết thí nghiệm Marshall hai loại BTN: Chỉ tiêu lý thơng số thể tích AC-60/70 AC-35/50 Gmb Va (%) VMA (%) VFA (%) S (KN) F (mm) Thương số Marshall 2.449 2.446 3.550 3.873 14.12 14.24 74.866 72.802 9.40 12.86 2.39 2.68 3.94 4.88 b Kết thí nghiệm cường độ ép chẻ (ASHTO T283, ASTM D4123): Loại BTN BTN (60/70) BTN (35/50) Cường độ ép chẻ Rkb(N/mm2) (giá trị trung bình mẫu thí nghiệm) 0.36 0.45 Chênh lệch (%) 25 c Mô đun độ cứng hai loại BTN khác nhau: Nhiệt độ (oC) Mô đun độ cứng (MPa) BTN (60/70) Nhựa 35/50 Chênh lệch (%) 2412.33 417.50 4555.67 489.67 88.85% 17.29% 25oC 40oC d Kết thí nghiệm mơ đun đàn hồi động 25oC: Tần số thí nghiệm (Hz) BTN (60/70) BTN(35/50) 0.1 0.5 10 25 996.40 1542.62 1349.94 2141.98 1521.26 2363.82 1763.92 2684.81 1818.96 2719.20 2044.54 2980.35 e Kết thí nghiệm Mơ đun đàn hồi động 40oC: Tần số thí 0.1 0.5 10 25 nghiệm (Hz) BTN (60/70) 652.89 807.81 888.37 1099.03 1214.19 1655.23 BTN(35/50) 822.55 1020.87 1135.28 1448.89 1650.96 2246.55 Ghi chú: Tất mẫu thí nghiệm chế bị điều kiện cấp phối thiết kế, loại cốt liệu, bột khoáng, đầm mẫu theo phương pháp Marshall, hàm lượng nhựa sử dụng 4.8% theo tổng trọng lượng hỗn hp 82 Hội thảo hè - 2014 tr-ờng đại học giao thông vận tải xut v chn loi nhựa đường thiết kế BTN Do đặc điểm khí hậu Việt Nam, phần lớn khu vực có nhiệt độ khơng khí vào mùa hè cao, có thời điểm nên tới 37÷39oC.Trong đó,vào mùa đơng, nhiệt độ thấp 7oC ngoại trừ số khu vực thuộc miền núi, vùng cao Sapa, Cao Bằng, Đà Lạt, lựa chọn loại nhựa đường liên quan tới tính ổn định nhiệt nhiệt độ cao cần quan tâm đề hạn chế hư hỏng liên quan tới tính ổn định nhiệt BTN "hư hỏng lún vệt bánh xe" Dựa phân tích nghiên cứu đạt ban đầu loại nhựa đường có độ quánh cao, giai đoạn chuyển tiếp, chưa có điều kiện áp dụng phương pháp Superpave, xét góc độ thi cơng chi phí so sánh nhựa Polime nhựa đường độ quánh cao đề xuất chọn loại nhựa đường có độ quánh cao 40/50 áp dụng thi cơng thí điểm cơng trình cụ thể để theo dõi đánh giá thêm, phương pháp đánh giá dựa tiêu gián tiếp phản ánh tính ổn định nhiệt nhựa đường số độ kim lún PI, số độ kim lún - độ nhớt (PVN), thí nghiệm cắt động DSR, độ nhạy cảm nhớt – nhiệt độ VTS thí nghiệm mơ đun độ cứng, ép chẻ, độ ổn định Marshall, Mô đun đàn hồi động, Wheel Tracking Test Nếu thấy khả quan hồn thiện qui trình thi cơngnghiệm thu thức để áp dụng thi cơng đại trà cho khu vực có nhiệt độ cao vào mùa hè, với khu vực có nhiệt độ thấp khu vực miền núi, vùng cao tiếp tục sử dụng loại nhựa thơng thường 60/70 Kết luận Kiến nghị 6.1 Kết luận Qua phân tích kết tính tốn rút kết luận sau: - Phương pháp Superpave khắc phục nhược điểm phương pháp phân loại nhựa đường theo truyền thống, có tính khoa học phù hợp với điều kiện thực tiễn cao - Điều kiện tự nhiên khu vực dự án, lượng giao thông thiết kế tốc độ xe có ảnh hưởng lớn tới làm việc kết cấu bê tông nhựa, cần phải xem xét việc lựa chọn loại nhựa đường cho phù hợp 6.2 Kiến nghị Các nội dung sau cần tiếp tục thực nghiên cứu: Héi th¶o hÌ - 2014 83 43211m tr-ờng đại học giao thông vận t¶i - Tiếp tục nghiên cứu ảnh hưởng loại nhựa đường tới cường độ độ ổn định mặt đường BTN đặc tính nứt mỏi - Cần có kế hoạch tổ chức chương trình đào tạo ngắn hạn cho cho cán bộ, kỹ sư thí nghiệm viên phương pháp thí nghiệm theo Supperpave, để sẵn sàng áp dụng phương pháp có điều kiện phù hợp - Áp dụng thí điểm chọn loại nhựa đường theo phương pháp Supperpave Việt Nam cho cơng trình cụ thể, theo dõi, đánh giá thời gian năm Nếu thấy kết có tính khả thi cao hồn thiện qui trình thi cơng nghiệm thu để áp dụng thức - Xây dựng sở liệu từ trạm quan trắc, xây dựng đồ địa lý thơng tin cần thiết để sử dụng chương trình máy tính hỗ trợ phương pháp phân loại nhựa đường ví dụ, chương trình LTTPV3.1 việc lựa chọn loại nhựa đường phù hợp Việt Nam - Với vị trí đặc thù cơng trình đường điểm dừng/đỗ xe, trạm thu phí, đoạn có độ dốc lớn cần có nghiên cứu riêng để xác định loại chất kết dính giải pháp kết cấu mặt đường phù hợp - Rất mong đóng góp ý kiến cộng tác với nhà khoa học đồng nghiệp Tài liệu tham khảo PGS-TS Trần Thị Kim Đăng Độ bền khai thác & Tuổi thọ kết cấu mặt đường bê tông nhựa NXB GTVT.2010 Nhà Xuất GTVT (1991), Cẩm nang Bitum shell xây dựng cơng trình giao thơng TCVN 7493: 2005, Bitum-u Cầu Kỹ Thuật TCVN 8819: 2011, Mặt đường bê tơng nhựa nóng-u cầu thi cơng & nghiệm thu TCVN 8820:2011, Hỗn hợp bê tơng nhựa nóng thiết kế theo phương pháp Marshall 22TCN 279-01, Tiêu chuẩn vật liệu nhựa đường đặc , Bộ GTVT Asphalt Institue, Asphalt Handbook 2005 M.F.C van de Ven, K.J.Jenkins and H.U.Bahia, Concepts used for development of Bitumen Specification LTTP products online 10 BS EN 12591:2009, New British Standard 11 Prof.Prithvi Singh Kandhal (2007), an overview of the viscosity grading sytem adopted in India for paving bitumen 12 http://www.pavementinteractive.org/article/superpave-performance-grading 84 Héi th¶o hÌ - 2014 ... tải Nhc im: - Phương pháp phân loại theo độ kim lún chưa phân loại xác loại nhựa đường khác nhau, nghiên cứu thực nghiệm rằng, việc phân loại xảy trường hợp loại nhựa đường có tiêu lý khác xếp... điểm: Ưu nhược điểm phương pháp phân loại theo độ kim lún trình bày trên, mục 2.1.1 Ưu điểm phương pháp phân loại theo độ nhớt so với phân loại theo độ kim lún: - Phân loại theo độ nhớt xem xét tới... phương tiện tham gia giao thông 2.1.2 Phân loại nhựa đường Châu Âu Theo tiêu chuẩn BS EN 12591[10] châu Âu áp dụng hai hệ thống phân loại bitum - Phương pháp phân loại bitum theo độ kim lún: tùy thuộc