[Khoa Học Vật Liệu] Bê Tông Asphalt Phần 2

Chia sẻ: Danh Ngoc | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:18

Thêm vào BST

Báo xấu

377
lượt xem 109
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Bê tông Asphalt với bitum đóng vai trò chất kết dính hỗn hợp vật liệu, bê tông xi măng với xi măng đóng vai trò chất kết dính hỗn hợp vật liệu

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: [Khoa Học Vật Liệu] Bê Tông Asphalt Phần 2

Vì v y, n u ñ nh t quá cao s d n ñ n tình tr ng bitum không b c ph ñư c hoàn toàn b m t các h t c t li u. Liên k t c a bitum v i v t li u khoáng ph thu c vào m c ñ phân c c c a bitum. ð phân c c c a bitum ph thu c vào hàm lư ng nhóm ch t nh a, ñ c bi t là nh a axít. Bitum ch a nhóm ch t nh a càng nhi u thì s liên k t c a nó v i v t li u khoáng càng t t. Liên k t c a bitum v i v t li u khoáng cũng ph thu c vào tính ch t c a v t li u khoáng. Nhìn chung, bitum dính k t t t v i h u h t các c t li u khoáng khi các c t li u có b m t s ch và khô. Tính ch t hoá lý c a c t li u nh hư ng l n ñ n tính dính bám. Các tính ch t này liên quan ch t ch ñ n thành ph n khoáng v t, hình d ng, c u trúc, cân b ng ñi n tích và di n tích b m t. Xét v thành ph n khoáng v t, ñ i ña s các c t li u ñư c phân thành hai nhóm: ”ưa nư c” và ”k d u”. Các c t li u có hàm lư ng oxít silíc cao như c t li u có ngu n g c th ch anh, granít, t c là c t li u axít thư ng khó ñư c b c ph bitum hơn nh ng c t li u bazơ như ñá vôi hay ñá bazan. 2.3.6.2. ð dính bám khi có nư c Thông thư ng s có m t c a nư c làm gi m ch t lư ng m i liên k t bitum–c t li u. S có m t c a nư c trong m i liên k t bitum–c t li u có th ñ n t hai ngu n: nư c trong c t li u m trư c khi nhào tr n và nư c mưa th m vào các l p v t li u trong th i gian khai thác. Các c t li u có ñi n tích b m t không cân b ng s t o ra năng lư ng b m t. N u b m t c t li u ñư c bao b c b ng m t ch t l ng có ñi n tích trái d u thì s hút bám s x y ra và t o ra l c dính k t. Nư c thư ng có ñ phân c c m nh hơn các lo i bitum nên kh năng chi m ch c a nư c trong h bitum–c t li u d x y ra, t o thành l p ngăn cách và gi m tính dính bám c a bitum v i b m t c t li u khi nhào tr n ho c gi a l p v t li u r i sau v i l p trư c ñó. ð ng th i cũng có th là nguyên nhân làm gi m m i liên k t bitum–v t li u khoáng, d n t i bóc, tách màng bitum kh i b m t v t li u khoáng trong các l p v t li u trong quá trình khai thác. Các c t li u có tính axít ưa nư c hơn các c t li u bazơ. Vì v y vi c s d ng c t li u ngu n g c axít s t o ra v t li u kém b n nư c hơn so v i vi c s d ng c t li u có ngu n g c bazơ. S n ñ nh nư c c a h n h p v t li u khoáng–bitum ph thu c vào ñ hoà tan trong nư c c a các h p ch t m i t o thành. N u như các h p ch t m i t o thành là nh ng mu i kali, natri c a các axít h u cơ, thì nó s hoà tan trong nư c và như v y làm cho h n h p kém n ñ nh nư c. N u nh ng h p ch t y là các mu i c a can xi, s t, nhôm, là nh ng h p ch t không hoà tan trong nư c thì h n h p n ñ nh nư c. ð ñ m b o ch t lư ng dính bám gi a bitum và v t li u khoáng, c t li u c n ñư c nung nóng trư c khi nhào tr n v i bitum ñ lo i b l p màng nư c bám trên b m t. M c ñ liên k t c a bitum v i b m t v t li u ñá hoa có th ñánh giá theo ñ b n c a màng bitum trên b m t ñá hoa khi nhúng trong nư c sôi. Sau khi thí nghi m xác ñ nh c p liên k t gi a bitum v i ñá (xem b ng 2.2.). Th c t khi ch t o h n h p bitum và v t li u khoáng, nhi u lo i ñá khác nhau ñư c s d ng, do ñó m c ñ liên k t c a nó cũng có th khác nhau. ð ñánh giá m c ñ
liên k t c a bitum trong trư ng h p này cũng ti n hành theo nguyên t c tương t . Sau khi thí nghi m, ñem k t qu so sánh v i thang ñánh giá ch tiêu liên k t ghi b ng 2.2. Trư ng h p ñ ho t tính c a bitum th p, s liên k t c a nó v i b m t v t li u khoáng kém thì c n cho thêm vào bitum ch t ph gia ho t tính b m t. B ng 2.2. Phân c p dính bám gi a bitum và v t li u khoáng ð c trưng c a màng bitum trên b m t C p dính bám v t li u khoáng Màng bitum còn bám nguyên v n, b c toàn b b m t Dính bám t t–c p 5 viên ñá. Màng bitum b c toàn b viên ñá nhưng có ñ dày Dính bám khá–c p 4 m ng khác nhau Máng bitum b c toàn b viên ñá, ñôi ch b bong tróc Dính bám trung bình–c p 3 Màng bitum b bong ra kh i m t ñá nhưng l ch v n Dính bám kém–c p 2 còn bitum bám. B m t viên ñá s ch không còn v t bitum bám Dính bám r t kém–c p 1 2.3.7. ð TAN TRONG TRICHLOROENTHYLEN Phương pháp thí nghi m này dùng ñ xác ñ nh ñ tan trong trichloroenthylen c a bitum ch a ít ho c không ch a v t li u khoáng. ð tan c a bitum trong trichloroenthylen là t l (% kh i lư ng) gi a kh i lư ng bitum tan h t trong trichloroenthylen so v i kh i lư ng m u thí nghi m. Ph n tan trong trichloroenthylen là ch t k t dính. Ph n không tan hay ph n trăm hoà tan như sau: C−A × 100 % ph n không tan = (2.3) B B − (C − A) × 100 % ph n tan = (2.4) B trong ñó: A–kh i lư ng bình và b l c B–kh i lư ng m u thí nghi m C–kh i lư ng bình, b l c và v t li u không tan 2.3.8. HÀM LƯ NG PARAFIN
Hàm lư ng parafin, thành ph n làm gi m tính dính bám và ñ n ñ nh c a bitum, ñư c th nghi m theo TCVN 2004 (DIN 52015) 2.3.9. ð NH T ðây là m t ñ c tính quan tr ng c a bitum vì nó xác ñ nh ng x c a v t li u m t nhi t ñ nh t ñ nh ho c trong m t ph m vi nhi t ñ nào ñó. ðơn v cơ b n c a ñ nh t là pascal giây (Pas). ð nh t có th ñư c xác ñ nh b ng nhi u phương pháp khác nhau. ð nh t c a bitum có th ñư c xác ñ nh theo phương pháp ñ nh t tuy t ñ i hay ñ nh t ñ ng l c. ðó là t s gi a ng su t c t ñ t vào m u th bitum (Pa) chia cho t c ñ c t trong m t giây. T l này bi u th s c kháng ch y c a bitum. ð nh t c a bitum còn có th ñư c ñánh giá thông qua ñ nh t ñ ng h c (m2/s; mm2/s). ð nh t ñ ng h c là t s gi a ñ nh t ñ ng l c so v i kh i lư ng riêng c a bitum và ñư c bi u th b ng công th c 2.5 ð nh t ñ ng h c = ð nh t ñ ng l c/ kh i lư ng riêng (2.5) Nhìn chung, ñ nh t c a bitum ñư c xác ñ nh b ng vi c ño th i gian c n thi t ñ m t th tích bitum nh t ñ nh ch y qua m t l có kích thư c tiêu chu n m t nhi t ñ xác ñ nh. Ví d , theo tiêu chu n ASTM D2170–95 ñ nh t ñ ng h c ñư c xác ñ nh b ng cách ño th i gian ñ m t th tích bitum nh t ñ nh ch y qua m t ño n ng d ng nhi t ñ 135oC v i bitum ñ c, ho c 60oC v i mao d n b ng th y tinh c a nh t k bitum l ng. Kh i lư ng riêng c a bitum 135oC b ng 0.934 l n so v i kh i lư ng riêng c a nó 25oC. Th i gian xác ñ nh chính xác ñ n 0.1 giây. Thi t b ño ñ nh t ñ ng h c c a bitum ñư c trình bày hình 2.9: Hình 2.9. Nh t k 2.3.10. YÊU C U K THU T C A BITUM QUÁNH XÂY D NG ðƯ NG
Ch t lư ng c a bitum ñ c dùng trong xây d ng ñư ng ñư c quy ñ nh ñánh giá theo 10 ch tiêu k thu t tương ng v i 5 mác c a bitum làm ñư ng theo 22TCN 279– 01 ñư c ghi trong b ng 2.3. B ng 2.3. Các ch tiêu k thu t c a 5 mác c a bitum làm ñư ng theo tiêu chu n ngành giao thông v n t i 2001 (22TCN 279–01). Tr s tiêu chu n theo c p ñ kim lún (mác) T Các ðơn Phương pháp T ch tiêu v thí nghi m 100/ 150/ 40/ 60 60/ 70 70/ 100 150 250 (1) (2) (3) (4) (5) (6) (7) (8) (9) ð kim 22TCN 63–84 lún 40 – 60 – 70 – 100 150 – 1 0.1mm ASTM D5–86 250C 60 70 100 –150 250 AASHTO T49–89 ð kéo 22TCN 63–84 dài 250C, 2 cm 100 ASTM D133–86 nh nh t AASHTO T51–89 Nhi t ñ hoá mm 22TCN 63–84 39 – 35 – 0 3 C 49 –58 46 –55 43 –51 (phương 47 43 AASHTO T51–89 pháp vòng và bi) Nhi t ñ 22TCN 83–84 bt la 0 4 C 230 220 ASTM D92–85 nh nh t AASHTO T48–89 Lư ng t n th t ASTM D6–80 sau khi 5 % 0,5 0,8 ñun AASHTO T47–83 nóng 1630C trong 5
gi (1) (2) (3) (4) (5) (6) (7) (8) (9) Tlñ kim lún c a nh a ñư ng sau khi ñun ASTM D6–05 nóng 6 % 80 75 70 65 60 1630C trong 5 gi so vi ñ kim lún 250C, nh nh t Lư ng hoà tan nh nh t ASTM D2042–81 trong 7 % 99 AASHTO T44– Trichlor 901 ocethyle ne, C2HCl3 Kh i ASTM D133–86 1,00– lư ng g/cm3 8 riêng 1,05 AASHTO T51–89 250C ð dính bám t i 9 c pñ c p3 22TCN 63–84 thi u ñ i v i ñá Hàm S có quy ñ nh lư ng 10 % 2,2 Paraphin riêng l n nh t
. B ng 2.4. Bitum, yêu c u k thu t và phương pháp th (Tiêu chu n Vi t Nam 2004) Mác theo ñ kim lún T Các ch tiêu T 20–30 40–50 60–70 85–100 120–150 200–300 1 ð kim lún 20–30 40–50 60–70 85–100 120–150 200–300 250C, 0.1mm 2 ð kéo dài 40 80 100 100 100 100 250C, cm 3 Nhi t ñ hoá 52 49 46 43 39 35 m m, 0C 4 Nhi t ñ b t l a, 240 232 232 232 230 220 0 C 5 Lư ng t n th t sau 0.2 0.5 0.5 0.8 0.8 1.0 khi ñun 5 gi 1630C, max, % 6 T l ñ kim lún 80 80 75 75 75 70 sau khi ñun so v i ban ñ u, % 7 Lư ng hoà tan 99 99 99 99 99 99 trong tricloroethylene, % 8 Kh i lư ng riêng, 1–1.05 g/cm3 9 Hàm lư ng 2.2 2.2 2.2 2.2 2.2 2.2 parafin, max, % 1350C, 10 ð nh t 515 305 285 235 185 150 cSt
. B ng 2.5. Bitum d u m lo i quánh dùng trong xây d ng ñư ng c a Nga Qui ñ nh theo mác Các ch tiêu 1 2 3 4 5 (200/300) (130/200) (90/130) (60/90) (40/60 1. ð kim lún: 25o C, trong gi i Khi 201–300 131–200 91–130 61–90 41–60 hn 0oC, không nh Khi 45 35 28 20 13 hơn 25oC, không qui 2. ð kéo dài 65 60 50 40 cm, không nh hơn ñ nh 3. Nhi t ñ hoá m m, oC, không th p hơn 35 39 43 47 51 4. Thí nghi m liên k t v i Ch u ñư c thí nghi m (liên k t t t) ñá hoa hay cát. 5. S thay ñ i nhi t ñ hoá m m sau khi gia 8 7 6 6 6 nhi t, oC, không l n hơn 6. Hàm lư ng các h p ch t hoà tan trong nư c, 0,2 0,2 0,3 0,3 0,3 không l n hơn 7. Nhi t ñ b c cháy, oC, 200 220 220 220 220 không th p hơn 8. Nhi t ñ bitum khi 110–120 120–130 130–140 135–145 140–160 nhào tr n * Các quy ñ nh v nh a ñ c c a M (AC) (theo AASHTO–M20). Nh a ñ c s n xu t t d u m c a M dùng cho xây d ng ñư ng ñư c chia ra 5 c p theo ñ kim lún, và ph i tho mãn các ch tiêu cơ lý sau (b ng 2.6). B ng 2.6. Các ch tiêu cơ lý c a nh a ñ c theo AASHTO M20 Ký hi u C p nh a theo ñ kim lún thí nghi m Các ch tiêu 40–50 60–70 85–100 120–150 200–300 D5 –T49 (1) (2) (3) (4) (5) (6) (7)
1. ð kim lún (77 oF, 120– 200– 40–50 60–70 85–100 D5–T49 100 g, 5 giây) 150 300 (1) (2) (3) (4) (5) (6) (7) 2. Nhi t ñ b c cháy 450+ 450+ 450+ 425+ 350+ D92–T40 (theo Chereland), oF 3. ð kéo dài 77oF, 100+ 100+ 100+ 100+ D113–T51 5cm/phút; cm 4. ð hoà tan trong D2042– 99+ 99+ 99+ 99+ 99+ trichloroithylini, % T44 5. Thí nghi m màng D1754– m ng quay trong lò T79 (1/5 in, 325oF, 5gi ) 6. Lư ng t n th t sau 0,8 – 0,8 – 1,0 – 1,3 – 1,5 – D6–T47 khi ñun nóng, % 7. ð kim lún c a nh a sau khi ñun 58+ 54+ 50+ 46+ 40+ D5–T49 nóng,%, so v i lúc chưa ñun nóng 8. ð kéo dài c a nh a sau khi ñun 50+ 75+ 100+ 40+ nóng (77oF, 5cm/ phút), cm 9. ð nh t 275 oF, ð nh t ñ ng l c, D2170– 240+ 200+ 170+ 140+ 100+ T201 cSt ð nh t Saybolt Furol, scc 10. Nhi t ñ hoá E102 m m, oC, (thí nghi m 120+ 49–54 85+ 70+ 50+ D36 vòng và bi) H u h t các lo i bitum phân c p theo ñ kim lún ñư c s d ng ñ làm ñư ng ôtô. Lo i có ñ kim lún t 35–100 dùng trong s n xu t bê tông asphalt. Lo i có ñ kim lún t 35–15 dùng ñ ch t o matit asphalt. Lo i có ñ kim lún t 100 tr lên dùng ñ ch t o h n h p ñá bitum (ñá nh a). Trong xây d ng, ngoài nh ng lo i bitum d u m xây d ng ñư ng, còn có nh ng lo i bitum d u m xây d ng khác, ví d bitum ôxy hoá, ñư c s d ng trong công nghi p s n xu t t m l p, sơn, v.v... B ng 2.7. Ch tiêu k thu t ñ i v i các lo i bitum phân lo i theo ñ kim lún (Theo BS 3690). Phân c p Bitum ð c tính 25 35 40 50 70 100 200 300
(1) (2) (3) (4) (5) (6) (7) (8) (9) 0 ð lún 25 C, 25±5 35±5 40±10 50±10 70±10 100±20 200±30 300±45 0.1mm (1) (2) (3) (4) (5) (6) (7) (8) (9) 0 ði m hoá m m, C min 57 57 58 47 44 41 33 30 max 69 69 68 58 54 51 42 39 Hao h t sau khi gia nhi t 5 gi nhi t 0 ñ 163 C (T n th t kh i lư ng, %, max) 0,2 0,2 0,2 0,2 0,2 0,5 0,5 1,0 a. S gi m ñ kim lún, %, max 20 20 20 20 20 20 20 25 b. Kh năng hoàn tan trong Trichlogoetylen,%, 99,5 99,5 99,5 99,5 99,5 99,5 99,5 99,5 theo kh i lư ng, min H ng s ñi n môi 250C và 1592 Hz,min 2630 2630 2630 2630 2630 2630 – – 2.4. BITUM L NG LÀM ðƯ NG 2.4.1. PHÂN LO I Bitum l ng có thành ph n là bitum ñ c có ñ kim lún t 100–200 pha v i dung môi là mazut, d u ho ho c etxăng ñ t o ra bitum l ng có ñ nh t yêu c u Có 3 lo i bitum l ng tuỳ theo t c ñ ñông ñ c l i khác nhau: Lo i RC: ñông ñ c nhanh Lo i MC: ñông ñ c trung bình Lo i SC : ñông ñ c ch m. Thành ph n dung môi tuỳ theo các nư c ñư c quy ñ nh trong các tiêu chu n liên quan. Theo tiêu chu n M bitum l ng có các mác: RC; MC; SC. Theo tiêu chu n c a Nga bitum l ng có các mác: MG; CG và ñư c phân lo i theo ñ nh t. Các tính ch t ch y u c a bitum l ng là ñ nh t và tính d bay hơi c a dung môi. 2.4.2. CÁC TÍNH CH T 2.4.2.1. ð nh t (AASHTO 732–90)
ð nh t c a bitum l ng ph thu c vào c u trúc c a bitum l ng. Bitum l ng có nhi u thành ph n nhóm ch t nh a, ch t r n và ch a ít nhóm ch t d u thì ñ nh t c a nó Hình 2.10. Nh t k Saybolt tăng lên. ð nh t c a bitum l ng ñư c xác ñ nh b ng nh t k Saybolt (hình 2.10). ð nh t c a bitum l ng ñư c ñ c trưng b ng th i gian ñ 50ml bitum l ng ch y qua l ñáy c a d ng c có ñư ng kính 5 mm, nhi t ñ 60oC. 2.4.2.2. Ph n c t (thành ph n d bay hơi) S lư ng và ch t lư ng c a ph n c t là ch tiêu gián ti p bi u th t c ñ ñông ñ c l i c a bitum l ng m t ñư ng. N u bitum l ng ch a nhi u thành ph n này và nó có nhi t ñ sôi th p thì quá trình ñông ñ c c a bitum s nhanh. ð xác ñ nh ph n c t c a bitum l ng c n c t các nhi t ñ khác nhau: 225o, 316o và 360oC. Tính ch t c a ph n còn l i sau khi c t ñ n nhi t ñ 360oC s ñ c trưng cho lo i bitum l ng và tính ch t c a nó trong th i gian s d ng ñư ng. Các tính ch t này ñư c xác ñ nh như v i bitum ñ c quánh. 2.4.3. YÊU C U K THU T C A BITUM L NG XÂY D NG ðƯ NG. Bitum d u m lo i l ng dùng xây d ng ñư ng Nga chia ra 2 lo i: ñông ñ c v a và ñông ñ c ch m. Các ch tiêu kĩ thu t c a bitum l ng ñông ñ c v a ñư c gi i thi u b ng 2.8, còn c a lo i ñông ñ c ch m b ng 2.9. B ng 2.8. Các ch tiêu k thu t c a bitum l ng ñông ñ c v a Quy ñ nh theo mác Các ch tiêu 40 / 70 70/130 130/ 200 40/70 70/130 1. ð nh t theo nh t k ñư ng kính l 5mm, 60oC, 40–70 71–130 131–200 40–70 71–130 giây, trong kho ng 2. Lư ng bay hơi sau khi 10 8 7 8 7 nung, %, không nh hơn 3. Nhi t ñ hoá m m c a ph n còn l i sau khi nung ñ 37 39 39 28 29 xác ñ nh lư ng bay hơi, oC, không nh hơn 4. Nhi t ñ b c cháy, oC, 45 50 60 100 110 không nh hơn 5. Thí nghi m liên k t v i ñá tt tt tt tt tt hoa ho c cát B ng 2.9. Các ch tiêu k thu t c a bitum l ng ñông ñ c ch m Quy ñ nh v mác Các ch tiêu 130/200 40/70 70/130 130/200
(1) (2) (3) (4) (5) 1. ð nh t theo nh t k có d = 5mm, 131–200 40–70 71–130 131–200 60oC, giây ≥5 2. Lư ng b c hơi sau khi nung, %, – – – (1) (2) (3) (4) (5) 3. Nhi t ñ hoá m m c a ph n còn l i sau ≥ 30 – – – khi nung ñ xác ñ nh lư ng b c hơi, oC 4. Nhi t ñ b c cháy, oC ≥ 110 120 160 180 5. Thí nghi m liên k t v i ñá hoa hay cát tt tt tt tt * Các quy ñ nh v bitum l ng c a M . Có 3 lo i bitum l ng dùng trong xây d ng ñư ng, g m: bitum l ng ñông ñ c nhanh (RC); bitum l ng ñông ñ c v a (MC) và bitum l ng ñông ñ c ch m (SC). Chúng ñư c chia ra các c p khác nhau theo ñ nh t. Các ch tiêu cơ lý c a các lo i bitum l ng ñư c quy ñ nh như b ng 2.10. B ng 2.10. Các ch tiêu cơ lý c a các lo i bitum l ng theo ASTM C p BT l ng theo ñ nh t Ký hi u thí Các ch tiêu nghi m RC–70 RC–250 RC–300 RC–3000 1–ð nh t ñ ng l c 3000– 70–140 250–500 D2170–T201 800 –6000 140 oF; cSt 6000 2–Nhi t ñ b c cháy, 80+ D1310–T79 80+ F 3–S n ph m c t (% theo th tích c a t ng lư ng s n ph m c t): D402–T76 ð n 374 oF 10+ – – – ð n 437 oF 50+ 35+ 15+ – ð n 500 oF 70+ 60+ 15+ 25+ ð n 600 oF 85+ 80+ 75+ 70+ Bã nh a sau khi c t ñ n 680 oF, % theo 55+ 65+ 75+ 80+ th tích 4–Thí nghi m trên bã nh a sau khi chưng ct – ð kim lún 77 oF; 80–120 30–120 80–120 80–120 D5–T49 100g; 5giây – ð kéo dài, 77 oF; 100+ 100+ 100+ 100+ D148–T51
cm – ð hoà tan trong 99,5+ 99,5+ 99,5+ 99,5+ D2042–T44 trichlorol–thylene; % 5–Hàm lư ng nư c; 0.2– 0.2– 0.2– 0.2– D95–T55 % Tiêu chu n BS 3690 (Anh Qu c) nêu các ch tiêu k thu t ñ i v i bitum l ng và ñư c ghi b ng 2.11. B ng 2.11. Các ch tiêu k thu t ñ i v i bitum l ng (BS3690) Phân c p bitum l ng Phương ð c tính pháp th 50 giây 100 giây 200 giây 50±10 100±20 200±40 ð nh t 400C, l 10mm, giây BS2000–72 Chưng c t: BS2000–27 ð n 2250C, % th tích max 1 1 1 ð n 3600C, % th tích 10±3 9± 3 7± 3 ð kim lún 250C sau khi chưng BS2000–49 100–350 100–350 100–350 c t t i 3600C, dmm ð hoà tan trong Trichlorothylen, BS2000–47 99.5 99.5 99.5 % theo kh i lư ng, min 2.5. CÁC LO I BITUM C I TI N LÀM ðƯ NG ÔTÔ VÀ SÂN BAY 2.5.1. M ð U Bitum d u m xây d ng ñư ng là m t lo i v t li u truy n th ng ñáp ng t t các yêu c u v xây d ng ñư ng ôtô và sân bay. Tuy nhiên, hi n nay nhu c u v lưu lư ng xe và t i tr ng tr c xe có xu hư ng tăng lên rõ r t. Như v y v t li u làm ñư ng c n ñư c c i ti n ñ phù h p v i yêu c u xây d ng ñư ng ôtô và sân bay c p cao. Bitum c i ti n là nh ng v t li u m i ñáp ng ñư c các yêu c u ñó. Ưu ñi m c a lo i bitum c i ti n là tăng kh năng ch u l c và bi n d ng c a k t c u m t ñư ng bê tông asphalt. Thành ph n ch y u c a bitum c i ti n là bitum và ph gia. Ph gia thư ng dùng là b t cao su, mangan h u cơ, lưu huỳnh ho c các polyme d o nhi t. Các ph gia trư c ñây ñã ñư c pha vào bê tông asphalt khi ch t o. Ngày nay các ch t này ñư c tr n v i bitum t i nhà máy s n xu t bitum ñ có ñư c bitum c i ti n. M t khác vi c s d ng bitum c i ti n ñưa ra m t gi i pháp nh m làm tăng ch t lư ng c a công tác b o dư ng ñư ng, tăng tu i th ph c v ,v.v... ð ñ t hi u qu kinh t bi tum c i ti n thư ng ñư c s d ng k t h p v i các c t li u có ch t lư ng cao trong h n h p ñá nh a thoát nư c ho c các khu v c có yêu c u v tính ch ng rão ho c bi n d ng ñ c bi t. Trong các con ñư ng bình thư ng không nên dùng vì giá thành c a bitum c i ti n còn cao. C i ti n ñơn gi n nh t v tính ch ng bi n d ng có th ñ t ñư c b ng cách s d ng b t cao su t l p ôtô cũ. Các h p ch t mangan h u cơ, lưu huỳnh và các ch t polyme
d o nhi t có th nâng cao tính d thi công trong th i gian ñ m lèn và tính ch ng bi n d ng c a bê tông asphalt. Nh m ñáp ng t t hơn nhu c u c a giao thông, các lo i cao su d o nhi t ñư c s d ng nh m nâng cao c tính ch ng bi n d ng và ch ng rão. Bitum là v t li u có tính ñàn h i–d o(nh t). Tính ch t này nh hư ng nhi u ñ n các ñ c tính k thu t c a bê tông asphalt làm ñư ng. ði n hình là tính ch ng bi n d ng dư và n t. Bi n d ng c a bitum tăng theo th i gian ch u t i và nhi t ñ . S bi n d ng do tác ñ ng c a t i tr ng cho th y ph n ng ñàn h i t c th i x y ra, sau ñó s tăng lên d n ñ n s bi n d ng theo th i gian cho ñ n khi t i tr ng ñư c lo i b . Sau khi b t i, s bi n d ng ñàn h i t c th i ñư c ph c h i ngay. S ph c h i ti p theo x y ra theo th i gian. S ph c h i d n d n theo th i gian c a v t li u ñư c xem như là “tính ñàn h i ch m”. Cu i cùng m t s bi n d ng vĩnh vi n còn l i v n gi nguyên mà không th ph c h i ñư c do tính nh t tr c ti p gây ra. Ph n ng v i m t t i tr ng kéo gây ra ñ i v i m t thành ph n trong v t li u bitum do t i tr ng xe di ñ ng gây ra. ñây không th phân bi t ñư c hai thành ph n ph n ng ñàn h i, nhưng ñã cho th y m t s bi n d ng dư. Khi nhi u t i tr ng kéo tác ñ ng lên m t ñư ng s hình thành s tích lu l n, ñi u này là nguyên nhân t o nên s bi n d ng dư trên b m t ñư ng. T nh ng ñi u trên cho th y rõ ràng vì sao s bi n d ng x y ra nhi u hơn khi nhi t ñ môi trư ng cao, nh ng nơi có t c ñ giao thông th p ho c nh ng khu v c giao thông tĩnh, các nút giao thông nơi phương ti n d ng ñ . M t trong nh ng vai trò cơ b n c a ch t c i ti n bitum là tăng tính ch u bi n d ng c a bê tông asphalt v i bi n d ng dư khi nhi t ñ m t ñư ng cao, mà không tác ñ ng x u ñ n các ñ c tính k thu t c a bitum ho c bê tông asphalt các nhi t ñ khác. Có th ñ t ñư c ñi u này b ng cách làm c ng hoá bitum ñ t ng ph n ng ñàn h i–d o (nh t) c a asphalt b gi m ñi v i m c ñ gi m tương ng c a ñ bi n d ng dư ho c b ng cách tăng tính ñàn h i c a bitum, do ñó gi m bi n d ng d o (nh t) mà t ñó làm gi m bi n d ng dư. Tăng ñ c ng c a bitum làm tăng ñ c ng ñ ng h c c a h n h p bê tông asphalt. Do ñó c i ti n kh năng phân tán l c c a v t li u và tăng ñ b n k t c u và tu i th thi t k c a con ñu ng ho c là t o ra k t c u có tu i th và ñ b n tương t như v i các l p m ng hơn. Như v y v i t i tr ng không ñ i có th gi m b t chi u dày c a k t c u áo ñư ng. 2.5.2. PHÂN LO I BITUM C I TI N Phương pháp chính ñ ch t o bitum c i ti n là cho thêm vào bitum các ch t b t, các khoáng ch t ñ c bi t, các s i khoáng và cao su. Có th l a ch n các ch t c i bi n theo hai y u t là tính kh thi và tính kinh t . Chúng ph i ñáp ng ñư c các yêu c u sau: S n có; Không bi n ch t nhi t ñ tr n th m; Có th tr n ñư c vào bitum; Không làm cho bitum quá nh t nhi t ñ tr n th m, nhi t ñ ñ m nén trên b m t ñư ng, không làm bitum b c ng ho c dòn khi ph i làm vi c nhi t ñ th p; Có hi u qu kinh t .
Sau khi ñã tr n các ch t c i ti n (ph gia), bitum ph i có các ñ c tính sau: Gi các ñ c tính k thu t trong th i gian b o qu n, thi công trên m t ñư ng và khi con ñư ng ñư c ñưa vào s d ng; Có th ñư c ch t o b ng các thi t b và công ngh thông thư ng; n ñ nh v lý–hoá h c trong th i gian b o qu n, s d ng và khai thác; ð t ñư c ñ nh t khi tr n và phun nhi t ñ s d ng. 2.5.3. BITUM CÓ PHA THÊM LƯU HUỲNH Có hai cách s d ng lưu huỳnh trong bê tông asphalt ñ làm áo ñư ng. Th nh t: asphalt ñư c cho thêm m t lư ng tương ñ i nh lưu huỳnh dư i d ng m t ch t hoà tan trong bitum. Cách gia công th hai ñư c bi t ñ n v i tên g i là THERMOPAVE, s d ng hàm lư ng lưu huỳnh cao. Lư ng lưu huỳnh dư ra ñóng vai trò như m t ch t khoáng t r i. Khi tr n v i c t li u s t o ra m t h n h p r t d thi công và khi ngu i có kh năng ch ng bi n d ng cao. Shell cũng ñã phát tri n m t s n ph m có tên g i THERMOPATICH ñây là m t lo i asphalt có hàm lư ng lưu huỳnh cao ñ s a ch a gà, s d ng ñ ph c h i ñư ng, có th s d ng cho c ñư ng bê tông asphalt ho c m t ñư ng bê tông xi măng. Bitum th l ng ch y t do ñư c rót vào l , khe n t trên m t ñư ng và bitum ngu i ñi có th cho xe ch y ngay. Tuy nhiên bê tông asphalt có s d ng lưu huỳnh thì lưu huỳnh s có ph n ng v i bitum, tuỳ thu c vào nhi t ñ và thành ph n hoá h c c a bitum. Các nghiên c u ñã ch ra r ng lưu huỳnh ch y u ph n ng v i thành ph n naphthen thơm c a bitum, b ng cách c ng thêm vào ph n t ho c b ng cách ô xy hoá bitum thông qua vi c l y hydrô ñ t o ra hydrô sunfua. kho ng nhi t ñ 119,30C là nhi t ñ ñi m sôi c a lưu huỳnh ñơn nguyên ch t và 1500C thì ph n ng ch y u là c ng thêm lưu huỳnh vào làm tăng thêm vùng ch t thơm phân c c và m t thay ñ i r t nh trong ñ c tính lưu bi n c a bitum. Trên 1500C ph n ng ô xy hoá c nh tranh tăng lên rõ r t làm cho hàm lư ng nhóm asphalt tăng lên và tác ñ ng b t l i ñ n các ñ c tính c a bitum, tương t như tác ñ ng c a quá trình s c khí. S ti n tri n c a hydro sunfua nhi t ñ trên 1500C rõ ràng là không th ch p nh n ñư c. Vì v y nên th n tr ng khi s d ng bitum lưu huỳnh. 2.5.4. BITUM PHA THÊM CAO SU Polyputadien, polyisopren, cao su thiên nhiên, cao su butyl, chloropren, styrene– butadien cao su, v.v. t t c ñư c s d ng cùng v i bitum nhưng tác d ng c a chúng làm tăng ñ nh t c a bitum. Trong m t s trư ng h p, cao su ñư c s d ng tr ng thái lưu hoá, ví d như nh ng m nh l p tái ch , nhưng d ng này khó phân tán trong bitum. Vì v y, c n m t nhi t ñ cao và th i gian bi n ñ i chuy n hoá dài và có th t o ra ch t liên k t không ñ ng nh t trong ñó ch t cao su ho t ñ ng ch y u như m t ch t d o. 2.5.5. BITUM THÊM CÁC H P CH T MANGAN H U CƠ Vi c s d ng h p ch t mangan h u cơ trong bitum là m t phát minh c a c Hoa Kỳ và c a Vương qu c Anh. Có th nâng cao ñ b n c a v t li u r i ñư ng b ng cách cho thêm vào bitum m t h p ch t mangan h u cơ, ho c k t h p gi a mangan h u cơ v i coban h u cơ, hay h p ch t ñ ng h u cơ. S n ph m này ñư c bi t ñ n nhi u dư i
cái tên CHEMCRETE. S d ng bitum c i ti n b ng mangan h u cơ trong asphalt và h n h p ñá nh a ñư c gi i thích là c i thi n tính m n c m v i nhi t ñ c a h n h p và qua ñó nâng cao các ñ c tính hoá lý c a chúng như n ñ nh Marshall, ch ng bi n d ng dư và ñ c ng ñ ng h c. ð thúc ñ y h p ch t mangan h u cơ phân tán nhanh trong bitum, v t li u ñư c tr n v i m t ch t ch a các ch t c i bi n khác nhau, thư ng liên quan ñ n ch ng lo i và n ng ñ h p ch t h u cơ kim lo i và ñ nh t c a d u làm ch t ch a các ch t c i bi n ñư c s d ng. C hai khía c nh này c n ph i ñư c xem xét ñ ñ m b o là ñã s d ng các ch t c i bi n phù h p cho t ng ng d ng riêng bi t. Cơ ch ñư c ñ xu t trong b ng sáng ch CHEMCRETE là s d ng các h p ch t có c u trúc vòng nh t ñ nh trong bitum. Mangan xúc ti n vi c t o thành m t h p ch t dicetone mà sau ñó t o thành ph c ch t n ñ nh. Các ph c ch t này liên k t ch t ch v i phân t bitum, nâng cao tính m n c m v i nhi t ñ c a bitum và tăng ñ b n c a h n h p bitum. Ph n ng lưu hoá ph thu c vào s có m t ô xy trong bitum, ñ dày c a l p bitum và nhi t ñ . Các thí nghi m ñư c b o qu n b ng CHEMCRETE ñã cho th y r ng m t bitum 100 ñ ch a 2% theo kh i lư ng ch t c i bi n mangan b o qu n nhi t ñ 1600C trong 28 ngày b c ng hoá (ñ kim lún t 127 ñ xu ng còn 100 ñ ). ð n ñ nh Marshall và thương s ñ c ñư c trên hai lo i bê tông asphalt m n ñư c s n xu t t bitum 100 ñ ch a CHEMCRETE, còn l i ñư c s n xu t t bitum 50 ñ thông thư ng. ð c tính ban ñ u c a hai h n h p này là r t gi ng nhau, tuy nhiên sau 12 tháng ñ n ñ nh Marshall c a bê tông asphalt m n ñã tăng lên hơn 400%. Trong th i gian 12 tháng ñ d o Marshall ñã tăng lên 75% d n ñ n m t s tăng lên toàn b thương s Marshall hơn 200%. S gia tăng ñ d o Marshall là bi u hi n c a k t qu ñ t ñư c ñ b n trong th i gian lưu hoá. Nh ng c i ti n tương t ñã ñư c xác ñ nh b ng cách s d ng thí nghi m hình thành v t lún bánh xe trong phòng thí nghi m trên các m u bê tông asphalt l y t ño n ñư ng thí nghi m. ð bi n d ng 450C ngay sau khi r i bê tông ñ i v i asphalt ñư c c i ti n và asphalt thông thư ng r t gi ng nhau (5mm/h), tuy nhiên sau 6 tháng ñ bi n d ng asphalt c i ti n ñã gi m xu ng dư i 1mm/h. 2.5.6. BITUM PHA THÊM CÁC POLYME D O NHI T Polyethylen, polypropylen, polyvinyl chlorit, polystyren và ethylen vinyl acetate (EVA) là các polyme d o nhi t ch y u ñã ñư c ki m ch ng qua các thí nghi m v các ch t liên k t ñư c c i ti n cho ñư ng b . Các ch t d o dư i tác ñ ng c a nhi t có ñ c tính là m n ñi khi nóng lên và c ng l i khi ngu i ñi. Các polyme d o nhi t khi tr n v i bitum, khi nhi t ñ môi trư ng bình thư ng liên k t v i bitum và làm tăng ñ nh t c a bitum. Tuy nhiên, các ch t polyme d o nhi t không làm tăng ñáng k ñ ñàn h i c a bitum. Khi b nung nóng chúng có th tách ra kh i bitum, mà ñi u này có th d n ñ n phân tán thô khi ngu i ñi. Tuy v y ch p nh n nh ng h n ch này vi c s d ng EVA v i n ng ñ 5% cho bitum có ñ kim lún 70 ñã tr nên r t thông d ng. Các thí nghi m Vi t Nam cũng cho k t qu tương t . Ch t ñ ng trùng h p (co–polymer) EVA là các v t li u d o nhi t có c u trúc ng u nhiên ñư c s n xu t b ng cách ñ ng trùng h p ethylen và vinyl acetat. Các ch t ñ ng trùng h p có hàm lư ng vinyl acetat th p có ñ c tính gi ng như m t polyethylen t tr ng th p. Thành ph n vinyl acetat tăng lên thì các ñ c tính c a ch t ñ ng trùng h p
thay ñ i. Các ñ c tính c a ch t ñ ng trùng h p EVA ñư c ki m soát b i tr ng lư ng phân t và hàm lư ng vinyl acetat. Tr ng lư ng các phân t : tr ng lư ng phân t c a nhi u polyme ñư c xác ñ nh theo các ñ c tính khác nhau. Tiêu chu n th c hi n ñ i v i EVA nh m xác ñ nh nhi t ñ hoá m m (Melt Flow Index–MFI). Thí nghi m v ñ nh t ngư c l i có liên quan ñ n tr ng lư ng phân t . MFI càng cao tr ng lư ng phân t và ñ nh t càng th p và ñi u này tương t như thí nghi m kim lún ñ i v i bitum–kim lún càng cao thì tr ng lư ng phân t trung bình và ñ nh t c a bitum càng th p. Hàm lư ng vinyl acetat: ñ xác ñ nh các tác ñ ng chính c a vinyl acetat ñ n các ñ c tính c a các ch t liên k t ñư c c i bi n, ta th y ph n polyethylen thông thư ng c a chu i có th x p r t sát nhau và t o ra vùng k t tinh. Nó cũng cho th y các nhóm vinyl acetat l n phá v s s p x p sát nhau này như th nào ñ t o ra các vùng cao su thơm không k t tinh, vùng tinh th tương ñ i c ng, trong khi vòng thơm l i m m d o. Càng nhi u nhóm vinyl acetat (ho c hàm lư ng vinyl acetat càng cao) t l vùng m m d o càng cao, và ngư c l i t l vùng tinh th càng th p. Các ch t ñ ng trùng h p EVA s n có ñư c phân lo i b ng MFI và hàm lư ng vinyl acetat. Ví d EVA có MFI là 150 và hàm lư ng vinyl acetat là 19 thì ph m c p ñư c ghi là 150/19. T các lo i ch t trùng h p EVA ña d ng s n có, ph m c p 150/19 và v i qui mô nh hơn các ph m c p 45/33 là thông d ng nh t. Chúng thư ng tr n v i bitum 70 ñ , các ch t ñ ng trùng h p EVA d ñư c phân tán trong bitum và r t thích h p v i bitum. Chúng n ñ nh v i nhi t nhi t ñ nhào tr n h n h p asphalt thông thư ng. Tuy v y, trong quá trình b o qu n tĩnh có th x y ra s phân ly. Do ñó, các s n ph m h n h p ñư c ñ xu t cho lưu thông tu n hoàn trư c khi s d ng. B ng 2.12. cho th y nh ng thay ñ i ph bi n v ñ kim lún và ñi m hoá m m khi cho thêm 5% hai lo i ph m c p EVA vào bitum 70 ñ , các ñ c tính Marshall và v t lún bánh xe c a asphalt lu nóng ñư c s n xu t t các ch t liên k t ñã ñư c c i ti n. B ng 2.12. Tác ñ ng c a các ph m c p EVA 150/19 và 45/33 ñ n các ñ c tính c a bitum và asphalt nóng r i l p m t ñư ng. Các ñ c tính c a Các ñ c tính c a Marshall ch t liên k t ð lún bánh xe ði m Ch t liên k t Kim lún ðn ð 450C, mm T s, 250C, ñ nh, ch y, mm/h (IP), kN/mm 0.1 mm kN mm 0 C 70 ñ 68 49,0 6,3 3,3 1,9 4,4 70ñ +5%EVA 50/19 50 66,5 7,6 3,2 2,4 0,8 70ñ +5% EVA 45/33 57 58,0 8,0 2,7 3,0 1,0 Các k t qu thí nghi m v t lún bánh xe cho th y ñ lún gi m ñi 4 l n khi cho thêm EVA c a t ng ph m c p nói trên vào bitum 70. M c ñ ch ng l i s bi n d ng cũng ít nh y c m ñáng k ñ i v i s thay ñ i nhi t ñ . S tăng lên c a ñ n ñ nh
Marshall là không l n như m t d ñoán d a trên k t qu thí nghi m v t lún bánh xe. Vì v y, ph n l n các h n h p polyme c i bi n ñư c ki m tra trong thí nghi m Marsahll, các k t qu c a thí nghi m Marshall v các v t li u c i bi n b ng cách cho thêm polyme c n ñư c xem xét m t cách th n tr ng. 2.5.7. BITUM CHO THÊM CAO SU D O NHI T Trong 4 nhóm ch t ñàn h i d o nóng chính g m: polyurethane; ch t ñ ng trùng h p polyetherpolyester; các ch t alken ñ ng trùng h p; và ch t ñ ng trùng h p có ño n styren, các ch t ñ ng trùng h p có ño n styren ñã ñư c ch ng minh là có ti m năng l n nh t khi ñư c tr n v i bitum. Ch t ñ ng trùng h p có ño n styren thư ng ñư c g i là cao su nhi t d o (TR). Cao su nhi t d o có th ñư c t o ra b ng cơ ch t o chu i c a ph n ng polyme hoá liên t c styren–butañien–styren (SBS) ho c styren–isopren–styren (SIS). ð t o ra các polyme nêu trên c n có ch t xúc tác trong ph n ng ghép n i. ð i v i polyme không ch có các ch t ñ ng trùng h p th ng mà còn có các ch t ñ ng trùng h p nhi u nhánh có th ñư c t o ra, nh ng ch t này thư ng ñư c g i là các ch t ñ ng trùng h p phân nhánh ho c hình r qu t, hình sao. Cao su nhi t d o có s c b n và tính ñàn h i do liên k t ngang v t lý c a các ph n t trong m ng lư i không gian ba chi u. ði u này có ñư c do liên k t c a ño n styren cu i v i các kh i riêng r , t o ra liên k t ngang lý h c ñ i v i kh i cao su polyisopren ho c polybutañien ba chi u. ðo n cu i polystyren s t o cho polyme có s c b n và ño n gi a s làmcho v t li u này có tính ñàn h i ñ c bi t. nhi t ñ trên ñi m nhi t ñ hoá thu tinh c a polystyren (1000C), polystyren m m ñi vì liên k t kh i y u ñi và th m chí s b tách ra dư i tác ñ ng c a m t ng su t, ñ n m c ñ cho phép gia công d ràng. Khi ngu i ñi, các kh i s l i liên k t l i, s c b n và tính ñàn h i s ñư c ph c h i, ñi u này ñ ng nghĩa v t li u này là m t ch t d o nhi t. Cho thêm cao su nhi t d o v i tr ng lư ng phân t b ng ho c cao hơn các nhóm ch t asphalt s làm xáo tr n s cân b ng pha. Polyme và asphalt “c nh tranh nhau” v l c hoà tan c a malten, n u không có ñ malten, có th x y ra hi n tư ng tách pha. C u trúc c a các h th ng bitum/polyme thích h p và không thích h p ñư c quan sát b ng kính hi n vi. H th ng tương thích có c u trúc ñ u m n ñ ng ch t trong khi h th ng không tương thích có c u trúc thô ñ t quãng. S tách pha hay tính không tương thích có th ñư c ki m tra b ng m t thí nghi m b o qu n nóng ñơn gi n. Các thí nghi m ñư c th c hi n v i m u bitum l y t ñ nh, m t ph n ba gi a và 1/3 ñáy bình ñ ng m u. Các nhân t chính nh hư ng ñ n ñ n ñ nh các ñ c tính k thu t c a bitum trong quá trình b o qu n là: S lư ng và tr ng lư ng phân t c a các nhóm ch t asphalt; ð thơm c a pha malten; Lư ng polyme có m t; Tr ng lư ng phân t và c u trúc c a polyme;
Nhi t ñ b o qu n. Ch t lư ng c a s phân tán polyme ñ t ñư c b nh hư ng b i m t s y u t , nhưng cơ b n là ph thu c vào cư ng ñ xé dư i tác ñ ng c a máy tr n. Khi polyme ñư c cho thêm vào bitum nóng, bitum s ngay l p t c b t ñ u nh p vào các h t polyme làm cho các chu i styren c a polyme ph ng trương lên và d hoà tan hơn. Khi ñi u ñó x y ra, l c xé ñ l n s tác ñ ng vào các h t b trương và s là y u t quy t ñ nh có th ñ t ñư c ñ s phân tán hoàn toàn c a các h t ph n t polyme trong th i gian tr n th c t . Như v y, c n s d ng các máy tr n có l c xé cao ho c trung bình ñ phân tán hoàn toàn cao su d o nhi t vào bitum. * Các ñ c tính c a h n h p bitum – cao su d o nhi t Hãng Shell Bitumen c a Vương qu c Anh ñã s n xu t hai lo i ch t liên k t polyme SBS c i ti n là CARIPHALTE DM và DA. B ng 2.13. Các ñ c tính k thu t ñ i v i CARIPHALTE DM và CARIPHALTE DA Thí nghi m/ ch t liên k t CARIPHALTE DM CARIPHALTE DA ð kim lún 250C, dmm 90 ± 20 130 ± 20 ði m m m (IP), 0C 85 ± 10 80 ± 10 ð nh t Brookfreld 1500C: mcñ xé sau 3,36 giây, 10± 4 9±4 Poise > 50 – ñ kéo dài 50C, cm Mô ñun ñ c ng t i thi u 400C: th i gian ch u t i sau 1000 >3 giây vi mc ñ xé – 2,5.10–4s–1, kN/m2 ð n ñ nh b o qu n: s khác nhau v ñi m m m ñ nh xu ng ñáy sau 7 ngày b o