khắ hậu nóng.
6.3.1. Khái quát
Bê tông át phan là vật liệu chủ yếu ựể xây dựng ôtô. Ở vùng khắ hậu nóng
( đông Nam Á) Nhiệt ựộ của bê tông át phan có thể lên ựến 700 ở Hà Nội vào
tháng 5, tháng 6. Ở Sài Gòn khoảng 650C,ở Châu Âu ( Aijecbaijan) cũng khoảng
60-700C. Ở ựiều kiện nhiệt ựộ như vậy bê tông át phan cần có ựộ ổn ựịnh nhiệt
cao, ựể ựảm bảo không giảm cường ựộ quá lớn, không gây những biến dạng vĩnh cửu ( vệt bánh xe) hoặc nhựa bị chảy gây biến dạng cục bộ trên mặt ựường ( dồn ựống).
Con ựường ựể nâng cao tắnh ổn ựịnh nhiệt cho bê tông át phan có thể ựi theo các hướng sau:
-Lựa chọn vật liệu hợp lý: Theo hướng này có thể chọn bitum chất lượng
cao có ựộ quánh thắch hợp và có nhiệt ựộ hoá mềm phù hợp với nhiệt ựộ khai thác. Lựa chọn tối ưu hàm lượng bitum, lựa chọn hợp lý loại vật liệu khàng và thành phần hỗn hợp vật liệu khoáng hợp lý.
thụ trong cấu trúc và tăng lực dắnh bám giữa bitum và vật liệu khoáng.
Tắnh ổn ựịnh nhiệt của bitum thông thường xác ựịnh thông qua hệ số ổn ựịnh nhiệt. đó là tỷ lệ giữa cường ựộ bê tông át phan ở các nhiệt ựộ khác nhaụ Khi nhiệt ựộ tăng hệ số ổn ựịnh càng cao càng bền thì tắnh ổn ựịnh nhiệt caọ
6.3.2 Sử dụng bitum chất lượng cao (Polime bitum)
6.3.2.1 Multiphalte Ờ Nhựa ựường mới có khả năng giảm lún mặt ựường ở nhiệt ựộ cao ở vùng khắ hậu nóng.
Trong quá trình chọn lựa loại chất kết dắnh ựặc biệt, người ta tìm ra cách chống lún vệt bánh xe ựó là phát triển loại nhựa ựường có ựộ nhớt cao hơn, có khả năng chịu tải trọng nặng của các phương tiện giao thông và nhiệt ựộ môi trường caọ Hướng kỹ thuật là tìm kiếm một loại nhựa bitum phù hợp với tiêu chuẩn và tăng khả năng chống biến dạng bằng việc bổ sung thêm thành phần Polimẹ
Cho ựến thời ựiểm hiện nay, Shell ựã tiến hành các chương trình nghiên cứu từ năm 1985, mở ựầu bằng việc sản xuất ra Multiphalte; sản phẩm nhựa ựường ựa cấp; giải pháp kinh tế chống lại biến dạng vĩnh viễn, ựộ ổn ựịnh hỗn hợp cao với khả năng kết dắnh và ựộ bền mỏi, tắnh tự hồi phục caọ
Thắ nghiệm trong phòng ựã chứng minh hiệu quả chống lún vệt bánh xe của loại nhựa ựường ựặc biệt nàỵ Công trường thử nghiệm ựã ựược tiến hành tại Úc, Canaựa, Châu Âu và Hồng Kông. Kết quả các thử nghiệm này ựược in trong tài liệu hội nghị át phan khu vực Thái Bình Dương AAPA và hội nghị sản phẩm nhựa ựường Châu Âu lần thứ năm. Thông tin tổng quát chung của Multiphalte ựã ựược trình bày vào năm 1993 tại hội nghị thành viễn AAPẠ
đặc tắnh của ngành nhựa ựường là hàm của nhiệt ựộ thể hiện ở trong thắ nghiệm Heukelom. Trong biểu ựồ này, lấy thông số ựặc, nhiệt ựộ hoá mềm, nhiệt ựộ dòn nứt, ựộ nhớt và ựộ kim lún, ựược vẽ dưới dạng ựồ thị như là hàm của nhiệt ựộ.
Multiphalte thể hiện ựặc tắnh tương tự như ựối với các loại nhưạ ựường làm ựường khác, thông số ựộ quánh ựược so sánh giữa ựường 60/70 và nhựa Multiphalte so với nhựa ựường thể hiện ựộ nhạy cảm nhiệt ựộ thấp hơn và nó ảnh hưởng có lợi ựến chỉ số kim lún.
Từ kết quả nghiên cứu trên, lợi ắch của việc giảm tắnh nhạy cảm nhiệt ựộ của loại nhựa ựường chất lượng cao này trở nên rõ ràng, dựa vào việc khảo sát ựộ nhớt ở các nhiệt ựộ khác nhau ở những nơi có hiện tượng có vệt lún xuất
hiện: ựộ nhớt chỉ ra trọng biểu ựồ của loại nhựa ựường này cao hơn ựáng kể so với nhựa ựường thông thường ở ựiều kiện tương ứng.
Sản phẩm nhựa ựường này với tắnh nhạy cảm nhiệt ựộ thấp biểu thị sự cải tiến mô ựun ựộ cứng trong khoảng thời gian chịu tải cao và nhiệt ựộ sử dụng caọ Hơn nưa, nó cũng thể hiện mô ựun ựộ cứng thấp hơn trong khoảng thời gian chịu tải ngắn và nhiệt ựộ chịu tải ngắn và nhiệt ựộ sử dụng thấp, so với nhựa ựường thường.
Chương trình nghiên cứu chiến lược phát triển ựường cao tốc ( SHRP) ở Mỹ ựã phát triển chỉ tiêu kỹ thuật của chất kết dắnh mà ựặc tắnh của nó là những chỉ tiêu chr dựa trên chất lượng sử dụng, và bao gồm cả yếu tố môi trường.
Có 4 vấn ựề quan tâm trong chỉ tiêu này là hiện tượng nứt ở nhiệt ựộ thấp, ổn ựịnh nhiệt, biến dạng vĩnh viễn và nứt do mỏị đặc tắnh này ựược ựo bằng thiết bị ựo dầm uốn, lực kéo ựộng học và thiết bị ựo lực kéo trực tiếp. Chỉ tiêu kỹ thuật cũng ựưa ra rằng chất kết dắnh phải ựủ ựộ lỏng ựể bơm và có thể bao học toàn bộ hạt cốt liệu trong quá trình trộn và ựầm nén sau khi rảị Chỉ tiêu kỹ thuật bao gồm nhiệt ựộ bốc cháy ựảm bảo cho vấn ựề an toàn khi thi công.
Các chỉ tiêu này có ảnh hưởng của cả nhiệt ựộ thấp và caọ Chất lượng kết dắnh phải thể hiện các ựặc tắnh thắch hợp trong khoảng nhiệt ựộ yêu cầu tại ựịa ựiểm công trình. Ở vùng khắ hậu nóng ựặc biệt lưu ý ựến nhiệt ựộ hoá mềm caọ
Các thắ nghiệm tương ứng ựã ựược thể hiện trên hai loại nhựa ựường Multiphalte (loại ựộ kim lún 35/50 và 60/80).
Tất cả các thắ nghiệm ựều thể hiện chất lượng sử dụng các loại hỗn hợp át phan có thành phần Multiphalte ựược cải tiến so với nhựa ựường thông thường. Sản phẩm mới này cũng có trong thành phần mãu thử hỗn hợp át phan chặt ựem so với nhựa ựường thường trong thắ nghiệm trung tâm nghiên cứu Pháp.
Mô ựun ựộ cứng: độ cứng ựộng học của bê tông át phan với thành phần nhựa ựường Multiphalte thường ựã ựo ựược tại trung tâm nghiên cứu Shell tại Pháp. Ý nghĩa tương ựối của kết quả này:
- Hỗn hợp với thành phần nhựa ựường mới thể hiện mô ựun ựộ cứng
cao hơn ở trong ựiều kiện thời gian chịu tải dài và nhiệt ựộ caọ
- Hỗn hợp với thành phần nhựa ựường mới thể hiện mô ựun ựộ cứng (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
thấp hơn trong ựiều kiện thời gian thử tải ngắn và nhiệt ựộ thấp.
Tắnh kết dắnh: ảnh hưởng của nước ựối với tắnh kết dắnh của nhựa ựường trong hỗn hợp át phan ựã ựược nghiên cứu tại KSLA sử dụng thắ nghiệm tồn dư Marshall và thắ nghiệm mài mòn Californian. Kết quả của hai thắ nghiệm ựược chứng minh rằng tắnh kết dắnh của Multiphalte ựã ựược cải tiến so với nhựa
hợp polyetherpolyester, các chất alken ựồng trùng hợp và chất ựồng trùng hợp có ựoạn styren, các chất ựồng trùng hợp có ựoạn styren ựã ựược chứng minh là có tiền năng lớn nhất khi ựược trộng với bitum.
Chất ựồng trùng hợp với ựoạn styren thường ựược gọi là cao su nhiệt deo (TR). Cao su nhiệt dẻo có thể ựược tạo ra bằng cơ chế tạo chuỗn của phản ứng polyme hoá liên tục styrn Ờ butaựien Ờstyren (SBS) hoặc styren Ờ isopren Ờ styren (SIS). để tạo ra các polyme nêu trên cần có chất xúc tác trong phản ứng ghép nốị đối với polyme không chỉ có các chất ựồng trùng hợp thẳng mà còn có các chất ựồng trùng hợp nhiều nhánh có thể ựược tạo ra; những chất này thường ựược gọi là các chất dồng trùng hợp phân nhánh hoặc hình rẻ quạt, hình saọ
Cao su nhiệt dẻo có sức bền và tắnh ựàn hồi do liên kế ngang vật lý của các phần tử trong mạng lưới không gian ba chiềụ điều này có ựược do liên kết của ựoạn styren cuối với các khối riêng rẽ, tạo liên kết ngang lý học ựối với khối cao su polysopren hoặc polybutaựien ba chiềụ đoạn cuối polystyren sẽ tạo cho polyme có sức bền và ựoạn giữa sẽ làm cho vật liệu này có tắnh ựàn hồi ựặc biệt.
Ở nhiệt ựộ trên ựiểm nhiệt ựộ hoá thuỷ tinh của polystyren (1000C), polystyren mềm ựi vì khối yếu ựi và thậm chắ sẽ bị tách ra dưới tác ựộng của một ứng suất, ựi ựến mức ựộ cho phép chế biến dễ dàng. Khi nguội ựi, các khối sẽ lại liên kết lại, sức bền bền và tắnh ựàn hồi sẽ ựược phục hồi, ựiều này ựồng nghĩa là vật liệu này là một chất dẻo nhiệt.
Ảnh hưởng của thành phần cấu tạo cảu bitum ựến các hỗn hợp cao su nhiệt dẻo/bitum.
Cho thêm cao su nhiệt dẻo với trọng lượng phân tử bằng hoặc cao hơn các asphanten sẽ làm xáo trộn sự cân bằng pha polyme và asphanten Ộcạnh tranh nhauỢ về lực hoà tan của malten, nếu không có ựủ malten, có thể xảy ra hiện tượng tách phạ Cấu trúc của các hệ thống bitum/polyme thắch hợp và không thắch hợp ựược quan sát bằng kắnh hiển vị Hệ thống tương thắch có cấu trúc ựều mìn ựồng chất trong khi hệ thống không tương thắch có cấu trúc thô ựứt quãng.
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 tác ựộng của máy trộn. Khi polyme ựược cho thêm vào bitum nóng, bitum sẽ ngay lập tức bắt ựầu nhập vào các polyme làm cho các chuỗi styren của polyme phồng trương lên và dễ hoà tan hơn. Một khi ựiều ựó xảy ra, lực xé ựủ lớn sẽ tác ựộng vào các hạt bị trương là yếu tố quyết ựịnh có thể ựạt ựược ựể sự phân tán hoàn 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 ựể phân tán hoàn toàn cao su dẻo nhiệt vào bitum.
Shell bitumen Vương quốc Anh ựã sản xuất hai loại chất liên kết polyme SBS cải tiến là: CARIPHALTE DM, CARIPHALTE DẠ
Các ựặc tắnh kỹ thuật ựối với CARIPHALTE DM, CARIPHALTE DẠ
Bảng 6.5b
Thắ nghiệm/ chất liên kết CARIPHALTE DM CARIPHALTE DA
độ kim lún ở 250 C, dmm 90 ổ 20 130 ổ 20
điểm mềm (P) 0C 85 ổ 10
độ nhớt Brôkfreld 1500C mức ựộ
xé 3,36 giây, Poise 10 ổ 4 9 ổ 4
độ kéo dài ở 50C, cm >50 -
Mô ựun ựộ cứng tối thiểu 400C
thời gian chịu tải 1000giây mức ựộ xé 2,5.10-4s-1, kN/m2
> 3 -
độ ổn ựịnh bảo quản, sự khác nhau về ựiểm mềm ổn ựịnh 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 át phan lu nóng chặt và hỗn hợp bê tông át phan ựể cải tiến lớp nền làm bằng bê tông nghèo và mặt ựường bê tông cũ ựã bị nhiệt ựộ gây ra một sự dịch chuyển ở lớp bê tông dẫn ựến hiện tượng nứt Ộ phản 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 ựặc ựiểm về ựộ nhớt nhiệt ựộ của CARIPHALTE DM và một bitum 50 ựộ ựược trình bày trên ựồ thị dữ liệu thắ nghiệm. Hình này cho thấy rõ là ở
nhiệt ựộ cao của con ựường, vắ dụ 600C, CARIPHALTE DM cứng hơn ựáng kể (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
so với bitum 50 ựộ và do ựó chống biến dạng tốt hơn, ở nhiệt ựộ ựường thấp, <
00C, CARIPHALTE DM dẻo hơn bitum 50 ựộ và do ựó chống nứt tốt hơn.
Mức ựộ cải thịên khải năng chống biến dạng ựược kiểm tra bằng các thắ nghiệm vệt lún bánh xe do cả phòng thắ nghiệm ựường bộ và vận tải (TRRL) và Shell Research Limied thực hiện. Rõ ràng là một sự tăng lên ựáng kể về khả năng chống biến dạng, tương tự với khả năng chống biến dạng của bitum chịu
độ dẻo của hỗn hợp bitum ựã ựược ựịnh lượng bằng thắ nghiệm rão- biến dạng không ựổi do TRRL và Shell Research tiến hành. Thắ nghiệm mỏi ựã ựược
Shell Research Limited thực hiện trên hỗn hợp át phan lu nóng thi công ở 50C
với tần số là 50 Hz cho thấy với một phạm vi rộng về tải trọng tác ựộng lên mẫu thắ nghiệm CARIPHALTE DM, tuổi thọ rão của hỗn hợp ựường nâng lên ắt nhất là 3 lần.
So sánh mức ựộ vệt lún bánh xe của mặt ựường ựược rải bằng át phan lu nóng làm từ bitum 50, HD40 và CARIPHALTE DM
Bảng 6.5c Các ựặc tắnh của chất liên kết Chất liên kết Kim lún ở 250C, dmmm điểm mềm (P) độ lún vệt bánh xe ở 450C, mm/h 50 56 52,0 3,2 HD40 42 68,0 0,7 CARIPHALTE DM 34 90,0 0,7
6.3.2.3. Bitum polyme chịu nhiệt
Các chất bitum 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 hoá học ựể tạo ra một cấu trúc 3 chiều vững chắc bitum polyme hai thành phần là nhựa epxy ựược trộn vói bitum biểu hiện các ựặc tắnh trội của nhựa chịu nhiệt hai thành phần này với những ưu ựiểm nổi bật ựã ựược phát triển từ 30 năm trước và hiện ựang ựược sử dụng ựể phủ bề mặt và làm các chất kết dắnh.
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 ựược 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 lưu hoá và tăng sức bền khi có hợp chất mangan hữu cơ, tốc ựộ lưu hoá trên mặt ựường phụ thuộc vào nhiệt ựộ môi trường.
Khi nhiệt ựộ tăng lên bitum bị mềm ra và chảy, các bitum polyme chịu nhiệt ắt mẫn cảm với nhiệt ựộ hơn và trong thực tế không bị tác ựộng của sự thay ựổi nhiệt ựộ trên ựường.
Bitum polyme chịu nhiệt là một vật liệu ựàn hồi, không thể hiện ựặc tắnh nhớt chảy, ổn ựịnh với hoá chất, dung môi, nhiên liệu và dầụ
Ba loại bitum polyme chịu nhiệt là: SHELL GRIP/SPRAY GRRIP; EROPHALT; SHELIEPOXY ASPHALT.
Các loại trên ựã ựược sử dụng rộng rãi trên thế giới từ năm 1986, tuy nhiên ở Việt Nam ựang trong giai ựoạn nghiên cứụ Các nghiên cứu về các chỉ tiêu cơ lý của EPOXY ASPHALT với Bitum 50 cho thấy ựộ ổn ựịnh Marshall của epoxy át phan có thể lớn hơn 10 lần bitum thông thường, vệt lún bánh xe rất nhỏ (biến dạng dư gần như bằng 0) ựộ cứng ựộng lực của epoxy át phan cao hơn ựáng kể trong ựiều kiện nhiệt ựộ môi trường caọ
6.3.3. Phụ gia cho bitum
Trong xây dựng ựường hiện nay thường dùng hai loại Copolime ựể cải thiện tắnh chất của bitum là:
- Copolime ỘetylenvynylaxetatỢ (EVA) là Polime nhiệt dẻọ
- Copolime ỘStyrene- Butadiene- StyreneỢ (SBB) là Polime nhiệt dẻo ựược tổng hợp từ Styrene, Butadiene, Styrene, có khối lượng phân tử tương ựối thấp (15000- 20000).
Việc sử dụng các Polime nhiệt dẻo sẽ làm biến ựổi cấu trúc và nâng cao một số tắnh năng của bitum, nhưng công nghệ trộn lẫn Polime với bitum cũng phức tạp hơn nhiều so với sử dụng bitum thông thường. để cải thiện tắnh chất của bitum, còn dùng các chất dạng mịn ựiển hình như bột than mịn, bột cao su cho kết quả tốt.
Bột than mịn phân tán làm ựặc chắc cấu trúc của màng liên kết (có ựộ dầy khoảng 5000 nanômét) và làm tăng thể tắch của chất kết dắnh. Do ựó ngoài việc cải thiện tắnh chất của bitum, nó còn cải thiện công nghệ sản xuất.
Phụ gia Chemcrete của hãng Chemcrete Internationl đan Mạch có các tắnh chất tốt hơn so với bitum thường:
+ Giảm tắnh nhạy cảm nhiệt + Tăng ựộ bền ở nhiệt ựộ cao + Chịu sự biến dạng lớn
Phụ gia Roadcel: Do Inựônêxia sản xuất là loại phụ gia bền nhiệt sử dụng
bột ựá và ựiôxit măng gan (MnO2).
Phụ gia chống trơn Interlene IN/400: Loại phụ gia làm tăng tắnh bám dắnh và có khả năng chống trơn trượt dùng rất tốt trên các ựường cao tốc (ta ựã sử