Trong 4 nhóm chất đàn hồi dẻo nóng chắnh gồm: polyurethane; chất ựồng trùng hợp polyetherpolyester; các chất alken ựồng trùng hợp; và chất đồng trùng hợp có đoạn styren, các chất đồng trùng hợp có đoạn styren ựã ựược chứng minh là có tiềm năng lớn nhất khi ựược trộn với bitum.
Chất ựồng trùng hợp có đoạn styren thường ựược gọi là cao su nhiệt dẻo (TR). Cao su nhiệt dẻo có thể ựược tạo ra bằng cơ chế tạo chuỗi của phản ứng polyme hoá liên tục styrenỜbutaựienỜstyren (SBS) hoặc styrenỜisoprenỜstyren (SIS). để tạo ra các polyme nêu trên cần có chất xúc tác trong phản ứng ghép nốị đối với polyme khơng chỉ có các chất đồng trùng hợp thẳng mà cịn có các chất đồng trùng hợp nhiều nhánh có thể được tạo ra, những chất này thường ựược gọi là các chất ựồng trùng hợp phân nhánh hoặc hình rẻ quạt, hình saọ
Cao su nhiệt dẻo có sức bền và tắnh đàn hồi do liên kết ngang vật lý của các phần tử trong mạng lưới khơng gian ba chiềụ điều này có được do liên kết của ựoạn styren cuối với các khối riêng rẽ, tạo ra liên kết ngang lý học ựối với khối cao su polyisopren hoặc polybutaựien ba chiềụ đoạn cuối polystyren sẽ tạo cho polyme có sức bền và ựoạn giữa sẽ làmcho vật liệu này có tắnh đàn hồi đặc biệt.
Ở nhiệt ựộ trên ựiểm nhiệt ựộ hoá thuỷ tinh của polystyren (1000C), polystyren mềm ựi vì liên kết khối yếu đi và thậm chắ sẽ bị tách ra dưới tác ựộng của một ứng suất, ựến mức ựộ cho phép gia cơng dễ ràng. Khi nguội đi, các khối sẽ lại liên kết lại, sức bền
và tắnh đàn hồi sẽ ựược phục hồi, ựiều này ựồng nghĩa vật liệu này là một chất dẻo nhiệt.
Cho thêm cao su nhiệt dẻo với trọng lượng phân tử bằng hoặc cao hơn các nhóm chất asphalt sẽ làm xáo trộn sự cân bằng phạ Polyme và asphalt Ộcạnh tranh nhauỢ về lực hoà tan của malten, nếu khơng có đủ malten, có thể xẩy ra hiện tượng tách phạ Cấu trúc của các hệ thống bitum/polyme thắch hợp và khơng thắch hợp được quan sát bằng kắnh hiển vị Hệ thống tương thắch có cấu trúc ựều mịn ựồng chất trong khi hệ thống khơng tương thắch có cấu trúc thơ đứt qng.
Sự tách pha hay tắnh khơng tương thắch có thể được kiểm tra bằng một thắ nghiệm bảo quản nóng ựơn giản. Các thắ nghiệm ựược thực hiện với mẫu bitum lấy từ ựỉnh, một phần ba ở giữa và 1/3 ở đáy bình đựng mẫụ
Các nhân tố chắnh ảnh hưởng đến ựộ ổn ựịnh các ựặc tắnh kỹ thuật của bitum trong quá trình bảo quản là:
Số lượng và trọng lượng phân tử của các nhóm chất asphalt; độ thơm của pha malten;
Lượng polyme có mặt;
Nhiệt ựộ bảo quản.
Chất lượng của sự phân tán polyme ựạt ựược bị ảnh hưởng bởi một số yếu tố, nhưng cơ bản là phụ thuộc vào cường ựộ xé dưới tác ựộng của máy trộn. Khi polyme được cho thêm vào bitum nóng, bitum sẽ ngay lập tức bắt ựầu nhập vào các hạt polyme làm cho các chuỗi styren của polyme phồng trương lên và dễ hồ tan hơn. Khi ựiều ựó xảy ra, lực xé ựủ lớn sẽ tác ựộng vào các hạt bị trương và sẽ là yếu tố quyết định có thể ựạt ựược ựể sự phân tán hồn toàn của các hạt phần tử polyme trong thời gian trộn thực tế. Như vậy, cần sử dụng các máy trộn có lực xé cao hoặc trung bình để phân tán hồn toàn cao su dẻo nhiệt vào bitum.
* Các đặc tắnh của hỗn hợp bitum Ờ cao su dẻo nhiệt
Hãng Shell Bitumen của Vương quốc Anh ựã sản xuất hai loại chất liên kết polyme SBS cải tiến là CARIPHALTE DM và DẠ
Bảng 2.13. Các ựặc tắnh kỹ thuật ựối với CARIPHALTE DM
và CARIPHALTE DA
Thắ nghiệm/ chất liên kết CARIPHALTE DM CARIPHALTE DA
độ kim lún ở 250C, dmm 90 ổ 20 130 ổ 20 điểm mềm (IP), 0C 85 ổ 10 80 ổ 10 độ nhớt Brookfreld ở 1500C: mức ựộ xé sau 3,36 giây, Poise ựộ kéo dài ở 50C, cm 10ổ 4 > 50 9 ổ 4 Ờ Mơ đun độ cứng tối thiểu ở 400C:
thời gian chịu tải sau 1000 giây với mức ựộ xé 2,5.10Ờ4sỜ1, kN/m2
> 3 Ờ
độ ổn ựịnh bảo quản:
sự khác nhau về ựiểm mềm ựỉnh xuống ựáy sau 7 ngày bảo quản trong một thiết bị hình trụ ở
1600C, 0C
< 5 < 5
Hàm lượng polyme, % 7,0 ổ 1,0 6,0 ổ 1,0
CARIPHALTE DM ựã ựược phát triển ựể sử dụng trong hỗn hợp bê tông asphalt lu nóng chặt và hỗn hợp bê tơng asphalt để cải tiến lớp nền làm bằng bê tơng nghèo và mặt đường bê tơng cũ đã bị nhiệt độ gây ra một sự dịch chuyển ở lớp bê tơng dẫn đến hiện tượng nứt Ộphản hồiỢ tới bề mặt ựường.
CARIPHALTE DA ựược phát triển ựể sử dụng trong hỗn hợp ựá nhựa thoát nước và hỗn hợp ựể rải lớp tạo ma sát.
Các yếu tố về kỹ thuật chi tiết của hai loại chất liên kết này được chi tiết hố ở bảng 2.13.
Quan hệ giữa ựộ nhớt và nhiệt ựộ của CARIPHALTE DM và bitum quánh 50 ựộ cho thấy rõ là ở nhiệt ựộ cao của con đường, vắ dụ 600C, CARIPHALTE DM cứng hơn ựáng kể so với bitum 50 độ và do đó chống biến dạng tốt hơn. Ở nhiệt ựộ thấp, < 00C, CARIPHALTE DM dẻo hơn bitum 50 ựộ và do ựó chống nứt tốt hơn.
Mức ựộ cải thiện khả năng chống biến dạng ựược kiểm tra bằng các thắ nghiệm vệt lún bánh xe do cả phòng thắ nghiệm đường bộ và vận tải (TRRL) và Shell Research Limited thực hiện, ựược trình bày ở bảng 2.14. Rõ ràng là có một sự tăng lên ựáng kể về khả năng chống biến dạng, tương tự với khả năng chống biến dạng của bitum chịu tải nặng (HD) ựược phát triển chuyên dụng ựể chống biến dạng. Những ưu ựiểm này ựã ựược khẳng định qua các cuộc kiểm nghiệm tồn diện trên thực ựịạ
độ dẻo của hỗn hợp bitum ựã được định lượng bằng thắ nghiệm rãoỜbiến dạng khơng đổi do TRRL và Shell Research Limited tiến hành. Thắ nghiệm mỏi đã được Shell Research Limited thực hiện trên hỗn hợp bê tơng asphalt lu nóng thi cơng ở 50C với tần số là 50 Hz cho thấy với một phạm vi rộng về tải trọng tác động lên mẫu thắ nghiệm CARIPHALTE DM, tuổi thọ rão của mặt đường nâng lên ắt nhất là 3 lần.
Bảng 2.14. So sánh mức ựộ vệt lún bánh xe của mặt ựường ựược rải bằng asphalt
lu nóng làm từ bitum 50, HD40 và CARIPHALTE DM Các đặc tắnh của chất liên kết Chất liên kết Kim lún ở 250 C, dmm điểm mềm (IP), o C độ lún vệt bánh xe ở 450C mm/h 50 pen HD40 CARIPHALTE DM 56 42 34 52 68 90 3,2 0,7 0,7 2.5.8. CÁC BITUM POLYME CHỊU NHIỆT
Các chất polyme chịu nhiệt ựược sản xuất bằng cách trộn hai thành phần lỏng, thành phần ựầu là chất nhựa và phần còn lại chứa chất làm cứng. Hai thành phần này kết hợp với nhau về mặt hố học để tạo ra một cấu trúc 3 chiều vững chắc. Hợp chất nhựa 2 thành phần này khi trộn với bitum sẽ thể hiện các đặc tắnh nổi trội của các chất nhựa chịu nhiệt hơn là các đặc tắnh của bitum. Các loại hợp chất nhựa chịu nhiệt 2 thành phần này ựã ựược phát triển khoảng 30 năm trước ựây và hiện nay ựang ựược ứng dụng rộng rãi ựể bọc phủ bề mặt và làm các chất dắnh kết.
Những sự khác nhau cơ bản giữa bitum (một chất dẻo nhiệt) và các bitum polyme chịu nhiệt là như sau:
Khi hai thành phần trong bitum polyme chịu nhiệt được trộn thì thời gian sử dụng sản phẩm này sẽ bị giới hạn, thời hạn này phụ thuộc nhiều vào nhiệt ựộ, nhiệt ựộ càng cao thì thời hạn sử dụng càng ngắn.
Sau khi một sản phẩm chịu nhiệt ựược sử dụng nó tiếp tục được lưu hố và tăng cường ựộ và sức bền, tốc độ lưu hố trên mặt đường phụ thuộc vào nhiệt độ mơi trường.
Khi nhiệt ựộ tăng lên bitum bị mềm ra và chảy, các bitum polyme chịu nhiệt ắt mẫn cảm với nhiệt độ hơn và trong thực tế khơng bị tác ựộng của sự thay ựổi nhiệt ựộ trên ựường.
Bitum polyme chịu nhiệt là một vật liệu đàn hồi, khơng thể hiện đặc tắnh nhớt chảy, ổn định với hố chất, dung môi, nhiên liệu và dầụ
Ba loại bitum polyme chịu nhiệt ựược biết ựến phổ biến là: Shell grip/spray grrip; Erophalt; và Sheliepoxy asphalt. Các loại này ựã ựược sử dụng rộng rãi trên thế giới từ năm 1986. Tuy nhiên, ở Việt Nam ựang trong giai ựoạn nghiên cứụ