7 Cấu trúc của luận án
1.1 Bitum và tính chất của bitum
1.1.1 Bitum
Bitum (nhựa đường) là vật liệu xây dựng có tính đàn nhớt, ứng xử phụ thuộc vào nhiệt độ và thời gian tác dụng của tải trọng. Bitum có trạng thái rắn đàn hồi ở nhiệt độ thấp (<0oC), có trạng thái nhớt lỏng khi ở nhiệt độ cao (>100oC) và có tính lưu biến phức tạp khi ở nhiệt độ trung gian [63].
Bitum cũng có nhiều tên gọi khác nhau trên thế giới, hầu hết các quốc gia Châu Âu, dùng thuật ngữ bitum hoặc bitum lọc dầu (refined bitumen) là chủ yếu trong khi đó ở Hoa Kỳ được gọi là asphalt hoặc chất kết dính asphalt (asphalt cement). Ngồi Hoa Kỳ thì thuật ngữ asphalt thường được dùng để mô tả hỗn hợp của bitum với cốt liệu [63]. Theo tiêu chuẩn ngành 22TCN 279-01 [12], thì khái niệm của bitum (nhựa đường) được định nghĩa “nhựa đường đặc dùng cho đường bộ là sản phẩm thu được từ công nghệ lọc dầu mỏ; bao gồm các hợp chất hydrocacbon cao phân tử như CnH2n+2, CnH2n,
hydrocacbua thơm mạch vịng (CnH2n-6) và một số dị vịng có chứa oxy, nitơ, lưu huỳnh; ở trạng thái tự nhiên có dạng đặc quánh màu đen”.
Để cải thiện các tính chất của vật liệu bitum, người ta cho thêm các chất phụ gia polymer hữu cơ vào bitum để có vật liệu bitum polymer cải tiến nhằm cải thiện chất lượng bitum như tăng khả năng kháng hằn lún vệt bán, cải thiện khả năng kết dính với cốt liệu, tăng độ bền mỏi …. [30], [34], [79].
Hình 1.1 minh họa ứng xử của bitum dưới tác dụng của tải trọng ở các giai đoạn khác nhau.
Hình 1.1: Các giai đoạn biến dạng của bitum phụ thuộc vào tải trọng tác dụng [56].
Trong đó:
εT – Tổng biến dạng, εrecoverable – biến dạng phục hồi.
εe – Biến dạng đàn hồi, có khả năng phục hồi và phụ thuộc vào thời gian. εp – Biến dạng dẻo, khơng có khả năng phục hồi và phụ thuộc vào thời gian. εve – Biến dạng đàn nhớt, có khả năng phục hồi và phụ thuộc vào thời gian.
εvp – Biến dạng nhớt, khơng có khả năng phục hồi và phụ thuộc vào thời gian. Như vậy ứng xử của bitum là ứng xử đàn nhớt phụ thuộc vào thời gian tác dụng của tải trọng.
1.1.2 Các tính chất của bitum
Do bitum có tính đàn nhớt và ứng xử phụ thuộc vào nhiệt độ và thời gian tác dụng của tải trọng [56], [63] nên các tính chất của bitum gồm các chỉ tiêu vật lý (độ kim lún, điểm hóa mềm, ….) và các chỉ tiêu cơ học (mơ đun độ cứng, mô đun cắt động của bitum |G*|).
Các chỉ tiêu vật lý và các chỉ tiêu cơ học được sử dụng để đánh giá chất lượng và phân loại bitum trong xây dựng đường bộ hiện nay.