Các yếu tố ảnh hưởng đển quá trình tạo nhựađường p- 123docz.net

b. Nhựađường nhũ tương axit phân tách chậm (CSS – 1, CSS – 1h)

2.4.4. Các yếu tố ảnh hưởng đển quá trình tạo nhựađường polymer

Trong 4 chất đàn hồi dẻo nóng chính là polyurethane, chất đồng trùng hợp polyether-polyester, các chất alken (olefinin) đồng trùng hợp và chất đồng trùng hợp có đoạn styren thì các chất đồng trùng hợp có đoạn styren đã được chứng minh là có tiềm năng lớn nhất khi được trộn với nhựa đường

Chất đồng trùng hợp có đoạn styren thường được gọi là cao su nhiệt dẻo (TR). Cao su nhiệt dẻo có thể được tạo ra bằng cơ chế tạo chuỗi của phản ứng polyme hóa liên tục styren-butadien-styren (SBS) hoặc styren-isopren-styren (SIS). Để tạo ra các polyme nêu trên cần có chất xúc tác trong phản ứng ghép nối. Đối với các polyme không chỉ có các chất đồng trùng hợp thẳng mà còn có các chất đồng trùng hợp có nhiều nhánh có thể được tạo ra; những chất này thường được gọi là các chất đồng trùng hợp phân nhánh hoặc hình rẻ quạt, hình sao.

Cao su nhiệt dẻo có sức bền và tính đàn hồi do liên kết ngang vật lý của phân tử trong mạng lưới khong gian ba chiều. Điều này có được do liên kết của đoạn styren cuối với các khối riêng rẽ, tạo ra liên kết ngang lý học đối với các khối cao su polyisopren hoặc polybutadien ba chiều. Đoạn cuối polystyren sẽ tạo cho polyme có sức bền và đoạn giữa sẽ làm cho vật liệu này có tính đàn hồi đặc biệt.

Ở nhiệt độ trên điểm nhiệt độ hóa thủy tinh của polystyren (1000C), polystyren mềm đi vì khối yếu đi và thậm chí sẽ bị tách ra dưới tác động của một ứng suất, đến mức đó cho phép chế biến dễ dàng. Khi nguội đi các khối sẽ lại liên kết lại, sức bền và tính đàn hồi sẽ được phục hồi, điều này có nghĩa là vật liệu này là một chất nhiệt dẻo.

Ảnh hưởng của thành phần cấu tạo của nhựa đường đến các hỗn hợp cao su nhiệt dẻo/nhựa đường

Nhựa đường là những hỗn hợp phức tạp có thể chia ra các nhóm phân tử có cấu trúc tương tự:

Các chất no. Các chất thơm. Các chất nhựa. Các asphalt.

Các chất no và các chất thơm có thể được xem như là các chất mang đối với các chất thơm phân cực như các chất nhựa và các asphalt. Các chất thơm phân cực tạo ra tính đàn hồi – nhớt của nhựa đường. Điều này là do liên kết của các phân tử phân cực mà liên kết đó đẫn đến tạo ra cấu trúc lớn, trong một số trường hợp là cấu trúc mạng lưới có cấu trúc ba chiều như loại nhựa đường “keo”. Mức độ xuất hiện liên kết này phụ thuộc vào nhiệt độ, trọng lượng phân tử của các thành phần, nồng độ của các chất thơm phân cực và lực hòa tan của các chất no và chất thơm trong pha malten. Nếu nồng độ và

trọng lượng phân tử của các asphalten là tương đối thấp, thì sẽ tạo ra một loại nhựa đường “sol”.

Cho thêm cao su nhiệt dẻo, với trọng lượng phân tử bằng hoặc cao hơn các asphalten sẽ làm xáo trộn sự cân bằng pha. Polyme và asphalten “cạnh tranh nhau” về lực hòa ta của malten, nếu không có đủ malten, có thể xảy ra hiện tượng tách pha. Cấu trúc của các hệ thống nhựa đường/polyme “thích hợp” và “không thích hợp” được quan sát bằng kính hiểm vi. Hệ thống tương thích có cấu trúc “như bọt biển” đồng nhất trong khi hệ thống không tương thích có cấu trúc thô đứt quãng.

Sự tách pha hay tính không tương thích có thể được kiểm tra bằng một thí nghiệm bảo quản nóng đơn giản. Thiết bị bảo quản được sử dụng cho thí nghiệm này, nó có ba vòi tháo dọc theo chiều dài, phía trên, một phần ba giữa thân và một phần ba ở đáy để có thể thu được mẫu ở ba phần tách biệt. Các thí nghiệm được thực hiện với các mẫu nhựa đường lấy từ đỉnh, một phần ba giữa thân và một phần ba ở đáy bình đựng mẫu. Một số điểm khác biệt về điểm hóa mềm của hai mẫu ở phía trên và đáy của hai loại nhựa đường chứa 7% cao su nhiệt dẻo SBS sau 1,3,5 và 7 ngày bảo quản ở 1400C. Kết quả này đã chứng minh một cách rõ ràng bằng hệ tương thích là cực kỳ ổn định trong khi hệ không tương thích bị phân ly một cách đáng kể với kết quả thực tế là mẫu ở phần đáy sau 7 ngày bảo quản đã không còn chứa polyme nữa

Các nhân tố ảnh hưởng đến độ ổn định các đặc tính kỹ thuật của nhựa đường trong quá trình bảo quản là :

Số lượng và trọng lượng phân tử của các asphalten; Độ thơm của pha malten; Lượng polyme có mặt;

Trọng lượng phân tử và cấu trúc của polyme; Nhiệt độ bảo quản.

Hàm lượng lưu huỳnh

Tăng hàm lượng lưu huỳnh vượt quá ngưỡng này, một lượng lưu huỳnh lơ lững tạm thời dư ra trong thời gian trộn thảm. Khi bê tông asphalt nóng, lượng lưu huỳnh dư ra làm cho hỗn hợp bê tông rất dễ thi công vì lưu huỳnh là chất lỏng có độ nhớt thấp ở trong khoảng từ nhiệt độ sôi của nó cho tới 160oC. Khi asphalt nguội đi thì lưu huỳnh dư ra một phần sẽ lấp đầy và theo hình dạng của các lỗ rỗng, khe hở trong vật liệu đã đầm lèn, chèn móc các viên cốt liệu lại với nhau, do đó làm tăng ma sát giữa các viên cốt liệu riêng rẽ trong asphalt và đem lại một độ bền cơ học cao cho mặt đường.

Lượng lưu huỳnh sẽ phản ứng với nhựa đường phụ thuộc vào nhiệt độ và thành phần hóa học của nhựa đường. Người ta đã chứng minh rằng, lưu huỳnh chủ yếu là phản ứng với thành phần naphthen thơm của nhựa đường, bằng cách cộng thêm vào phân tử, hoặc bằng cách oxy hóa nhựa đường thông qua việc lấy hydro để tạo ra hydro sunfua. Ở khoảng nhiệt độ từ 119,3oC là nhiệt độ điểm sôi của lưu huỳnh đơn nguyên chất và 150oC thì phản ứng chủ yếu là cộng thêm lưu huỳnh vào làm tăng thêm ở vùng chất thơm phân cực và một thay đổi rất nhỏ trong đặc tính lưu biến của nhựa đường. Trên

150oC phản ứng oxy hóa cạnh tranh tăng lên rõ rệt làm cho asphalt tăng lên và tác động đến các đặc tính của nhựa đường tương tự như tác động của quá trình sục khí.

Sự tiến triển của hydro sunfua ở nhiệt độ cao trên 150oC rõ ràng là không thể chấp nhận được, tuy vậy người ta đã chứng minh rằng nếu ta kiểm soát được nhiệt độ một cách kỹ lưỡng và bằng cách sử dụng các thiết bị chuyên dùng, vấn đề phát thải hơi có thể được khắc phục.

Phụ thuộc vào thành phần hóa học của nhựa đường, xấp xỉ 15 – 18% lượng lưu huỳnh có thể bị phân tán trong nhựa đường và ổn định trong Trong thực tế, cơ chế làm cứng của lưu huỳnh không hoàn toàn đơn giản như thế và những thay đổi trong các đặc tính và biểu hiện của asphalt được cải tiến cũng phụ thuộc vào thời gian. Ban đầu độ ổn định Marshall của hỗn hợp asphalt được trộn với lưu huỳnh, thường là thấp hơn một chút so với nhựa đường thông thường. Tuy nhiên, sau 7 đến 21 ngày, độ ổn định Marshall tăng lên gần gấp đôi so với vật liệu không được cải tiến. Lời giải thích hợp lý nhất cho vấn đề này là quá trình hóa tinh thể của lưu huỳnh bị chậm lại bởi một số phản ứng với nhựa đường.

Thiết bị trộn

Chất lượng của sự phân tán polyme đạt được bị ảnh hưởng bởi một số yếu tố, nhưng cơ bản là phụ thuộc vào cường độ xé tác động bởi máy trộn. Khi polyme được cho thêm vào nhựa đường nóng, nhựa đường sẽ ngay lập tức bắt đầu thâm nhập vào các hạt polyme làm cho các chuỗi styren của polyme phòng trương lên và dễ hòa tan hơn. Một khi điều đó xảy ra, lực xé đủ lớn sẽ tác động vào các hạt bị trương là yếu tố quyết định có thể đạt được để sự phân tán hoàn toàn cảu các hạt polyme trong thời gian trộn thực tế. Như vậy cần sử dụng các máy trộn có lực xé cao hoặc trung bình đẻ phân tán hoàn toàn cao su dẻo nhiệt vào nhựa đường.