C- GIÁ TRỊ KINH TẾ
I.1.33/ Ngoài hiện trường:
Trong buồng chứa bitum trước khi đưa vào máy trộn, ta thiết kế thêm guồng xoắn để trộn đều hỗn hợp bitum và bột Cao su (tất nhiên buồng chứa nhựa này
luôn bảo tồn ở nhiệt độ khoảng 95 -- 105oC. Đối với trạm trộn, trong buồng tăng
nhiệt độ và phun nhựa ta cũng chế tạo thêm một guồng xoắn để trong khi nấu bitum đến nhiệt độ và thời gian như nói ở trên thì guồng xoắn có nhiệm vụ khuấy đều hỗn hợp “bitum và cao su”. Sau đó trộn bình thường như BTN thông thường.
CHƯƠNG VI: KẾT LUẬN VI.1. KẾT LUẬN
BTN hiện nay là vật liệu được sử dụng chủ yếu làm lớp mặt trong kết cấu áo đường bởi những ưu điểm về tính năng kỹ thuật và giá thành.
Hiện nay, cùng với xu hướng kinh tế – xã hội và mạng lưới giao thông ngày càng phát triển mạnh là lưu lượng xe ngày càng tăng, thành phần xe đa dạng, xe trọng tải lớn lưu thông ngày càng nhiều, tốc độ chạy xe cao đã và đang trở thành xu thế phổ biến hiện nay. Vì lẽ đó, nghành giao thông cần phải có các phương án tối ưu để kịp đáp ứng được nhu cầu thực tế trên. Thế thì chúng ta cần có định hướng như thế nào? Theo riêng bản thân tôi cần phải thiết kế ra những con đường có kết cấu hợp lý và đặc biệt lớp áo phủ mặt đường (bằng Bêtông nhựa) cần phải có cường độ cao, có sức bền chịu lực, tính ổn định nhiệt lớn, chịu được lực masát và có độ bám tốt, ít biến dạng và đàn hồi tốt. Do vậy các nước tiên tiến trên Thế giới đang có xu hướng chế tạo ra bitum cải tiến để chế tạo BTN cải tiến làm lớp phủ mặt đường.
Mặt khác, khi lưu lượng xe càng nhiều thì lượng lốp xe phế thải sau khi sử dụng hàng năm rất là lớn. Chính vì lẽ đó, tôi đã đi nghiên cứu chế tạo BTN cải tiến sử dụng bitum cải tiến bằng bột cao su phế thải. Việc nghiên cứu này không chỉ cải thiện được các tính năng kỹ thuật của BTN mà còn giải quyết được vấn đề môi trường.
Để nghiên cứu ảnh hưởng của bột cao su phế thải đến các chỉ tiêu cơ lý của BTN, tôi đã chế bị mẫu và tiến hành thí nghiệm một số chỉ tiêu cơ lý thông thường với phương pháp thí nghiệm tiêu chuẩn, ngoài ra còn có một số chỉ tiêu cơ lý phụ với phương pháp thí nghiệm được cải biên trong đó có một chỉ tiêu do tác giả đề xuất. Cụ thể như sau:
* BITUM: Độ kim lún; Độ kéo dài; Nhiệt hóa mềm; Độ dính bám. * BÊTÔNG ASPHALT:
- Các chỉ tiêu cơ lý thông thường với phương pháp thí nghiệm thông thường:
Độ ổn định Marshall ở 60oC sau khi ngâm mẫu trong 30phút và 24giờ; Cường
độ chịu nén ở 20oC và 50oC; Cường độ Kéo – Uốn; Mođuyl đàn hồi Tĩnh; Sức kháng
trượt.
- Các chỉ tiêu cơ lý với phương pháp thí nghiệm được cải biên: Mođuyl đàn hồi Động; Khả năng chịu mỏi; Hệ số ổn định nhiệt - Các chỉ tiêu cơ lý đề xuất.
Độ ổn định Marshall ở 30oC, 45oC, 75oC; Điểm biến dạng chảy; Biến dạng dư
BẢNG KẾT QUẢ GIÁ TRỊ THÍ NGHIỆM CỦA BTN SỬ DỤNG BITUM CẢI TIẾN BẰNG BỘT CAO SU PHẾ THẢI & BTN THÔNG THƯỜNG
(Bảng VI-1)
Stt CÁC CHỈ TIÊU THÍ
NGHIỆM
GIÁ TRỊ ĐẠT ĐƯỢC
Loại BTN sử dụng hỗn hợp “Nhựa + % Cao su” 0% CS 2,5% CS 5% CS 7,5% CS 10% CS BITUM 1 Độ kim lún (1/10mm) 62,5 61,8 56,9 45,4 41,7 2 Nhiệt hóa mềm (oC) 48,2 51,3 53,0 55,3 60,5 3 Độ kéo dài (cm) >130 50 41 34 26 4 Độ dính bám (Cấp) IV IV IV IV IV BÊTÔNG ASPHALT 1 Độ bền Marshall (KN) Ở 30oC 30,3 33,98 Ở 45oC 24,59 27,77 Ở 60oC 16,28 17,97 19,56 17,65 17,43 Ở 75oC 10,68 13,06 Ở 60oC (ngâm 24h) 15,03 14,96 2 Hệ số ổn định nhiệt T1 (R60oC/R45oC) 0,662 0,704 T2 (R75oC/R45oC) 0,434 0,470 T3 (R75oC/R60oC) 0,656 0,668 3 Độ bền Nén (kG/cm2) Ở 20oC 50,6 70,59 Ở 50oC 30,68 36,22 4 Mođuyl đàn hồi Tĩnh (kG/cm2) 2829,8 3150,3 3280,8 3114,4 2820,2
Biến dạng dư chiếm so với
Tổng biến dạng (%) 18,8 17,5 14,5 12,8 10,8
5
Mođuyl đàn hồi động(kG/cm2) 7578,9 8049,0 8239,8 5228,6 4720,3
Biến dạng dư chiếm so với
Tổng biến dạng (%) 18,3 13,7 12,8 7,5 5,4
6 Sức kháng trượt (BPN) 68,24 78,35 81,18 83,24 84,12
7
Điểm biến dạng chảy (kG/cm2) 14 20,5 19 18,5 Biếndạng dư chiếm so với
Tổng biến dạng (%) 71,62 27,09 51,46 52,88
Biến dạng dư (mm) 0,307 0,055 0,015 0,179
8 Cường độ Kéo- Uốn (kG/cm2) 22,52 21,43 20,34 19,25 18,76
9 Khả năng chịu mỏi (Lần) 266 227 164
10 Giá trị kinh tế “Nhựa +CS”
(đVN)
BẢNG SO SÁNH TĂNG GIẢM (%) CỦA BTN SỬ DỤNG BITUM CẢI TIẾN BẰNG BỘT CAO SU PHẾ THẢI SO VỚI BTN THÔNG THƯỜNG
(Bảng VI-2)
Stt CÁC CHỈ TIÊU THÍ
NGHIỆM
Tính phần trăm tăng giảm (%)
Loại BTN sử dụng hỗn hợp “Nhựa + % Cao su” 0% CS 2,5% CS 5% CS 7,5% CS 10% CS BITUM 1 Độ kim lún 0 0,1 9,0 27,4 33,3 2 Nhiệt hóa mềm 0 6,4 10,0 14,7 25,5 3 Độ kéo dài 0 ( - ) 61,5 ( - ) 68,5 ( - ) 73,8 ( - ) 80,0 4 Độ dính bám 0 0 0 0 0 BÊTÔNG ASPHALT 1 Độ bền Marshall Ở 30oC 0 12,2 Ở 45oC 0 12,9 Ở 60oC 0 10,7 20,1 8,7 7,4 Ở 75oC 0 22,3 Ở 60oC (ngâm 24h) 0 ( - ) 0,5 2 Hệ số ổn định nhiệt 0 T1 (R60oC/R45oC) 0 6,4 T2 (R75oC/R45oC) 0 8,3 T3 (R75oC/R60oC) 0 1,8 3 Độ bền Nén 0 Ở 20oC 0 39,5 Ở 50oC 0 18,1 4 Mođuyl đàn hồi Tĩnh 0 11,3 15,9 10,1 ( - ) 0,3 BD dư so với BD tổng thể 0 18,2 37,4 43 48,3
5 Mođuyl đàn hồi ĐộngBD dư so với BD tổng thể 00 33,66,2 40,58,7 ( - ) 31 ( - ) 37,748,1 59,5
6 Sức kháng trượt 0 14,8 19 22 23,3
7
Điểm biến dạng chảy 0 46,4 35,5 32,1
Biếndạng dư chiếm so với
Tổng biến dạng 0 62,18 28,15 26,17
Biến dạng dư theo giá trị 0 82,1 51,1 41,7
8 Cường độ Kéo – Uốn 0 ( - ) 4,8 ( - ) 9,7 ( - ) 14,5 ( - )16,7
9 Khả năng chịu mỏi 0 ( - ) 14,7 ( - ) 38,3
10 Giá trị kinh tế 0 ( - ) 1 ( - ) 0,9 ( - ) 0,9 ( - ) 0,7
Ghi chú: Giá trị có ( - ) nghĩa là chỉ tiêu đó kém hơn về mặt giá trị kỹ thuật hoặc kinh tế, không có dấu nghĩa là tốt hơn so với BTN thông thường.
* BITUM:
- Bitum cùng với bột cao su tạo thành chất kết dính mới gọi là bitum cải tiến có độ kim lún, nhiệt hoá mềm tốt và tính đàn hồi hơn. Tuy độ kéo dài giảm đi nhưng cũng chưa khẳng định được chúng xấu hơn vì lượng bột cao su không tan trong bi tum là rất lớn, do đó khi có lực kéo chúng sẽ rất dễ đứt (bột cao su càng thô thì càng dễ đứt và ngược lại).
* BÊ TÔNG ASPHALT:
- BTN sử dụng bitum cải tiến bằng bột cao su phế thải có các chỉ tiêu cơ lý : Độ bền Marshall ở các nhiệt độ, Cường độ nén, Hệ số ổn định nhiệt; Mođuyl đàn hồi Tĩnh; Mođuyl đàn hồi Động; Sức kháng trượt; Biến dạng dư; Điểm biến dạng chảy tốt hơn so với BTN thông thường. Phần trăm tăng bao nhiêu được thể hiện rất cụ thể ở
(Bảng VI-1)
- Các chỉ tiêu cơ lý này tăng dần khi hàm lượng cao su tăng, nhưng khi hàm lượng cao su trong bitum lớn hơn 5% thì các chỉ tiêu đó giảm dần. Tùy theo từng chỉ tiêu cơ lý mà chúng biến thiên theo một hàm y= f(x) khác nhau, các hàm này được thể hiện trong các biểu đồ trong đề tài.
- Khi BTN sử dụng bitum chứa 5% bột cao su phế thải là tốt nhất trong các hàm
lượng đã thí nghiệm. Cụ thể : Độ ổn định Marshall ở các nhiệt độ tăng (ở 30oC và
45oC tăng khoảng 12%; ở 60oC và 75oC tăng khoảng 20% ); Hệ số ổn nhiệt tăng
khoảng 3 ÷ 7 %; Cường độ chịu nén tăng (ở 20oC tăng khoảng 39,5%; ở 50oC tăng
khoảng 18,1% ); Mođuyl đàn hồi Tĩnh tăng 15,9% (biến dạng dư trong thí nghiệm này giảm 37,4%); Mođuyl đàn hồi Động tăng 8,7% (biến dạng dư trong thí nghiệm này giảm 40,5%); Sức kháng trượt tăng 19%; Điểm biến dạng chảy tăng 46,4% (biến dạng dư trong thí nghiệm này giảm 82,1%; Biến dạng dư chiếm trong Biến dạng tổng thể giảm 62,18%)
- Hàm lượng cao su sử dụng trong bitum dùng để chế tạo BTN cải tiến tốt nhất là dao động trong khoảng từ 3% đến 6%.
- Tuy nhiên vẫn còn một vài hạn chế sau:
+ Kết quả đạt được mới chỉ đánh giá theo “Định tính” chứ chưa thể theo
“Định lượng” được, vì khối lượng thí nghiệm của các chỉ tiêu còn ít.
+ Kết quả thí nghiệm cũng chỉ là thí nghiệm trong phòng và với loại vật liệu BTNC15.
+ Cường độ chịu kéo uốn (Rku) và Khả năng chịu mỏi (Rm) của BTN có sử
dụng bột cao su phế thải kém hơn so với BTN thông thường. Cụ thể: Khi hàm lượng
bột cao su trong bitum càng tăng thì Rku càng giảm theo hàm y= -0,485x + 22,887 và
Rm cũng càng giảm theo qui luật hàm y= 25,5x + 295,5. Tuy nhiên, ứng với bitum
chứa 2,5% và 5% bột cao su thì giá trị R2,5%CS
ku = 21,43 kG/cm2 và R5%CS
ku = 20,34
kG/cm2 vẫn đạt theo yêu cầu kỹ thuật cho phép là > 20KN (Rku của BTN thông thường thí nghiệm = 22,52kG/cm2). Do đó việc giảm này không ảnh hưởng quan trọng đến tính năng kỹ thuật của BTN khi sử dụng với hàm lượng cao su < 5%. Cũng qua đó cho thấy khi thí nghiệm các chỉ tiêu nào không có phản lực từ dưới lên (biến
dạng tự do theo phương từ trên xuống dưới) thì BTN có sử dụng bột cao su phế thải sẽ kém hơn BTN thông thường. Vì thế, khi sử dụng BTN có gia cố bột cao su nên sử dụng đặt trên móng đường có độ cứng lớn, phản lực nền lớn.
+ Mođuyl đàn hồi Tĩnh của BTN sử dụng “bitum + 10% bột cao su” giảm 0,3% so với BTN thông thường là rất nhỏ (0,3%) không đáng kể, tuy nhiên giá trị Eđh vẫn đảm bảo yêu cầu kỹ thuật. Mođuyl đàn hồi Động của BTN sử dụng “bitum + 7,5% bột cao su ” và “bitum + 10% bột cao su” giảm 31% và 37,7% so với BTN thông thường. Vấn đề này chưa có qui trình để so sánh, nhưng khi có cùng biến dạng tổng thể nếu biến dạng dư càng nhỏ thì mođuyl đàn hồi càng nhỏ là đúng qui luật. Nếu chúng có giá trị mođuyl đàn hồi Động đạt yêu cầu kỹ thuật thì vấn đề giảm trên cũng
không còn ý nghĩa nữa (giá trị trong đề tài là 5228,6 kG/cm2 ứng với 7,5%CS và
4720,3 kG/cm2 ứng với 10%CS).
+ Giá trị kinh tế cũng chưa xác định được tăng giảm, vì phụ thuộc vào thời điểm giá thành của bột cao su phế thải, công nghệ thi công và lượng cốt liệu giảm khi có mặt của bột cao su.
+ Chưa giải quyết được tác dụng Lý hoá của bột cao su phế thải với bitum. Chưa xác định được gốc hoá học của bột cao su để biết được loại bột cao su này cải thiện tốt mặt kỹ thuật nào và các chất xúc tác nào làm cho bột cao su phế thải hoà tan được trong bitum.
+ Chưa xác định và so sánh được thời gian lão hoá.
+ Một số chỉ tiêu cơ lý thí nghiệm không đúng như điều kiện làm việc thực tế của vật.
Nhìn chung: BTN sử dụng bitum cải tiến bằng bột cao su phế thải thì chúng cải thiện được các đặc tính quan trọng đáng quan tâm sau:
+ Tính phục hồi biến dạng nhanh (tính lưu biến giảm); Biến dạng dư nhỏ.
+ Tăng cường độ và sức kháng trượt
+ Tăng tính dai, sức bền chịu lực (giai đoạn làm việc ở trạng thái đàn hồi lớn, điểm biến dạng chảy cao)
+ Độ võng làm việc lớn
Hiện nay, tình trạng mặt đường BTN trên các Quốc lộ của chúng ta bị hư hỏng rất nhiều chỉ sau một thời gian sử dụng rất ngắn. Thế nhưng việc tìm hiểu nguyên nhân tại sao là chưa cụ thể và rõ ràng. Do đó, việc nghiên cứu chế tạo ra một loại BTN mới có các tính chất kỹ thuật cao hơn BTN thông thường để đáp ứng nhu cầu sử dụng và khai thác mạng lưới đường bộ ở Việt Nam là cần thiết. Cũng vì lẽ đó, đề tài “Nghiên cứu, chế tạo bêtông nhựa nóng sử dụng bột cao su phế thải” một phần nào đó giải quyết được một số vấn đề cơ bản của vật liệu BTN, mà ở đây tác giả muốn
nhấn mạnh về chỉ tiêu nhanh hồi phục của BTN (biến dạng dư nhỏ); Độ bám mặt
đường; Tính dai và miền đàn hồi rộng nhưng giá thành kinh tế không chênh lệch bao nhiêu (vì cải thiện chỉ tiêu về cường độ của BTN giờ đây không là vấn đề lớn).
VI.2. KIẾN NGHỊ
- Hàm lượng bột cao su sử dụng trong bitum dùng để chế tạo BTN cải tiến có
thể từ 3% ÷ 6% là thích hợp nhất về mặt kỹ thuật và kinh tế.
- Bột cao su có tác dụng tốt với loại bitum gốc dầu mỏ (trước hết là loại 60/70)
- Tiếp tục nghiên cứu thêm các chỉ tiêu quan trọng khác như là: thời gian lão
hóa và đi sâu hơn nữa các chỉ tiêu cơ lý đã thí nghiệm để có các số liệu mang tính
định lượng hơn để có cơ sở vận dụng vào thực tế.
- Nên sớm nghiên cứu, ban hành qui định chỉ tiêu về “biến dạng dư so với tổng
biến dạng” cho từng loại vật liệu và “điểm biến dạng chảy” cho loại vật liệu làm việc trong trạng thái kéo uốn. Vì hiện nay, chúng ta chỉ quan tâm đến “Biến dạng đàn hồi” mà trong quá trình sản xuất và sử dụng tác giả thấy quan điểm này chưa tổng quát hết khả năng làm việc của vật liệu. Theo tác giả đây là vấn đề kỹ thuật cần sớm được giải quyết và bổ sung trong thiết kế đường ôtô nói chung và trong vật liệu nói riêng.
- Nếu chỉ dùng mỗi bột cao su để gia cố trong BTN thì nên thi công trong điều kiện móng nền đường có phản lực nền lớn (móng có độ cứng cao, độ võng làm việc nhỏ) thì BTNN sử dụng bột cao su phế thải sẽ phát huy hết các đặc tính ưu điểm.
VI.3. PHƯƠNG HƯỚNG NGHIÊN CỨU TIẾP TỤC
Trên cơ sở các kết quả nghiên cứu trên, tác giả đã thấy được các điểm ưu, khuyết của đề tài để có thể bổ khuyết. Nhưng với thời gian có hạn và phạm vi của luận án Thạc Sỹ nên tác giả cũng chưa tìm hiểu và phân tích sâu sắc mọi vấn đề được. Tác giả thấy có thể tiếp tục nghiên cứu các vấn đề sau đây:
- Tiếp tục nghiên cứu các chỉ tiêu đã đề cập trong đề tài với tầm rộng hơn và
có tính chất Định lượng để đưa ra kết luận xác đáng hơn.
- Nghiên cứu thời gian lão hóa.
- Tiếp tục nghiên cứu mở rộng nghiên cứu BTNN sử dụng bitum cải tiến bằng bột cao su phế thải với các kích cỡ hạt cốt liệu Dmax khác và với các loại bitum có kim lún khác.
- Xác định thành phần hoá của bột cao su trước khi sử dụng và tương tác Lý hoá giữa bột cao su với bitum.
- Có thể dùng loại cao su sống nguyên chất nào đó và lưu hoá luôn trong bitum khi sản xuất BTNN.
- Nghiên cứu kết hợp thêm một chất phụ gia nào đó để khắc phục được một số tồn tại của đề tài và nâng cao hơn nữa các chỉ tiêu kỹ thuật mà giá thành tăng không quá cao.
- Nghiên cứu và đề xuất giá trị “biến dạng dư” và “điểm biến dạng chảy” phù hợp để đưa vào qui trình thi công và nghiệm thu mặt đường BTNN.
- Nghiên cứu chế tạo ra BTN có các tính năng ưu việt hơn để có thể dùng làm lớp mỏng trên mặt đường và dễ duy tu và thay thế sau này.
- Aùp dụng vào thực tiễn ./.
TAØI LIỆU THAM KHẢO
[1] Tiêu chuẩn kỹ thuật Công trình giao thông đường bộ – Tập 1; Tập 3 (Vật liệu và Phương pháp thử)
[2] Qui trình thi công và nghiệm thu bêtông nhựa nóng 22TCN 249-98 của Bộ GTVT
[3] Qui trình thiết kế áo đường mềm 22TCN 211-93 của Bộ GTVT
[4] Giáo trình Vật liệu xây dựng – NXB Giao thông vận tải – PGS.TS Phạm Duy Hữu; TS. Ngô Xuân Quảng – Hà Nội 2000
[5] Giáo trình Vật liệu xây dựng Đường ôtô – GS. Trần Đình Bửu – Tủ sách Sau Đại học – Trường Đại học Xây dựng Hà Nội – Hà nội 1996.