intTypePromotion=1

Sợi thủy tinh và khả năng gia cường sợi thủy tinh trong bê tông asphalt

Chia sẻ: Nguyễn Đức Nghĩa | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:3

0
28
lượt xem
1
download

Sợi thủy tinh và khả năng gia cường sợi thủy tinh trong bê tông asphalt

Mô tả tài liệu
  Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Sợi thủy tinh là một trong những loại sợi có cường độ chịu kéo lớn, ổn định trong điều kiện nước và nhiệt độ cao. Đây là yêu cầu cơ bản của vật liệu gia cường trong bê tông asphalt rải nóng. Nhiệt độ nóng chảy của sợi từ 800-900oC [1], đảm bảo sợi không bị phá hoại trong quá trình trộn nóng bê tông asphalt. Bài báo này tập trung nghiên cứu một số tính chất cơ lý của sợi thủy tinh loại C, khả năng gia cường trong bê tông asphalt chặt rải nóng.

Chủ đề:
Lưu

Nội dung Text: Sợi thủy tinh và khả năng gia cường sợi thủy tinh trong bê tông asphalt

53<br /> TẠP CHÍ KHOA HỌC CÔNG NGHỆ GIAO THÔNG VẬN TẢI, SỐ 19 - 05/2016<br /> <br /> <br /> SỢI THỦY TINH VÀ KHẢ NĂNG GIA CƯỜNG SỢI THỦY TINH<br /> TRONG BÊ TÔNG ASPHALT<br /> GLASS FIBER AND REINFORCED CAPACITY IN ASPHALT CONCRETE<br /> Vũ Phương Thảo1, Hồ Anh Cương2<br /> 1,2<br /> Trường Đại học GTVT, Hà Nội<br /> Tóm tắt: Sợi thủy tinh là một trong những loại sợi có cường độ chịu kéo lớn, ổn định trong điều<br /> kiện nước và nhiệt độ cao. Đây là yêu cầu cơ bản của vật liệu gia cường trong bê tông asphalt rải nóng.<br /> Nhiệt độ nóng chảy của sợi từ 800-900oC [1], đảm bảo sợi không bị phá hoại trong quá trình trộn nóng<br /> bê tông asphalt. Bài báo này tập trung nghiên cứu một số tính chất cơ lý của sợi thủy tinh loại C, khả<br /> năng gia cường trong bê tông asphalt chặt rải nóng.<br /> Từ khóa: Sợi thủy tinh, bê tông asphalt<br /> Abstract: Glassfiber is one of fibers has great tensile strength, stability at high temperature and<br /> water. This is a basic of reinforcing substances in hot mix asphalt. Softening temperature of glass fiber<br /> from 800 - 900oC[1], so that it is not distroyed during hot mixing of asphalt concrete. This paper<br /> presents to research several physical and mechanical properties of C - glass fiber, it’s reinforced<br /> stability in hot mix-asphalt.<br /> Keywords: Glass fiber, hot mix asphalt.<br /> <br /> 1. Giới thiệu bánh xe và tăng tuổi thọ mỏi cho bê tông<br /> Sợi thủy tinh là loại vật liệu vô cơ dẻo hơn sợi asphalt [3]. Đặc biệt khi dùng những loại sợi<br /> thực vật hoặc động vật, khó thắt nút, không có cường độ chịu kéo lớn như sợi thủy tinh,<br /> đàn hồi hay dãn rộng, không cháy, không dẫn sợi cacbon [2], khả năng cải thiện lún vệt bánh<br /> điện [1]. Sợi thủy tinh được chia làm hai loại xe và tuổi thọ mỏi tăng mạnh.<br /> chính: Sợi thủy tinh thông thường và sợi thủy Vai trò của sợi thủy tinh trong bê tông asphalt<br /> tinh đặc biệt. Hơn 90% sợi thủy tinh được sử được chứng minh ở nghiên cứu của Jahran<br /> dụng là sợi thông thường, chủ yếu là loại E - năm 1999 khi sợi thủy tinh có chiều dài 25mm<br /> Glass, C - Glass. Sợi thủy tinh đặc biệt được được gia cường trong HMA Dmax 20mm [4].<br /> chia thành một số loại điển hình như S - Glass Kết quả cho thấy bê tông asphalt gia cường sợi<br /> (độ bền cơ học cao), D - Glass (cách điện bền thủy tinh (G-FRAC) có khả năng kháng mỏi,<br /> vững), sợi siêu tinh khiết silic, sợi rỗng và sợi chống hằn lún vệt bánh xe, khống chế nứt tốt<br /> trilobal. Sợi thủy tinh thông thường có giá hơn bê tông asphalt đối chứng không gia<br /> thành thấp trong khi các loại sợi thủy tinh đặc cường sợi. Tuổi thọ mỏi tăng thêm khi hàm<br /> biệt phải được lựa chọn sử dụng cho những lượng sợi thủy tinh gia cường tăng dần từ 0%<br /> mục đích khu biệt có xét đến hiệu quả kinh tế. - 0,5% (hình 1) [4].<br /> Khi gia cường trong bê tông asphalt, vai trò<br /> của sợi thủy tinh bị ảnh hưởng do mức độ phân<br /> tán, tỷ lệ đường kính sợi trên chiều dài sợi.<br /> 2. Vai trò của sợi thủy tinh<br /> Theo những nghiên cứu trên thế giới, việc gia<br /> cường sợi thủy tinh vào bê tông asphalt chặt<br /> rải nóng (HMA) đã đem lại hiệu quả rõ rệt.<br /> Khi gia cường sợi có cường độ chịu kéo cao<br /> sẽ làm tăng cường độ của hỗn hợp bê tông<br /> asphalt. Về lý thuyết, ứng suất sẽ truyền sang<br /> sợi cường độ cao, làm giảm ứng suất lên phần<br /> có cường độ yếu hơn là chất liên kết asphalt Hình 1. Đặc tính mỏi của HMA ở các hàm lượng sợi<br /> thủy tinh (G-FRAC) khác nhau [4].<br /> [2]. Sợi có tác dụng làm tăng độ rỗng dư, tăng<br /> Sợi thủy tinh có khả năng giữ ổn định cho chất<br /> độ ổn định Marshall, cải thiện đặc tính lún vệt<br /> kết dính asphalt, đặc biệt trong điều kiện nhiệt<br /> 54<br /> Journal of Transportation Science and Technology, Vol 19, May 2016<br /> <br /> <br /> độ cao và lưu lượng giao thông lớn. Hơn nữa sợi thủy tinh được thực hiện tại Phòng Thí<br /> sợi có cấu trúc mạng lưới ba chiều trong hỗn nghiệm Siêu cấu trúc công nghệ Nano y sinh<br /> hợp asphalt nên nó gia cường cho bộ khung thuộc Viện Vệ sinh Dịch tễ TW. Kết quả thể<br /> giúp chống lại lực cắt và giảm khả năng bị hiện trong bảng 1.<br /> chảy cho hỗn hợp asphalt [5].<br /> 3. Kết quả thí nghiệm một số tính chất<br /> lý học và cơ học của sợi thủy tinh loại C<br /> - Tính chất lý học của sợi thủy tinh<br /> Đo đường kính sợi và đếm số sợi trong một<br /> tao sợi thủy tinh được tác giả thực hiện tại<br /> Viện Dệt may da giày và Trung tâm Thí<br /> nghiệm vật liệu Dệt may da giày Trường Đại<br /> học Bách khoa Hà Nội (đo đường kính của sợi<br /> thủy tinh theo tiêu chuẩn ASTM D2130 [6]).<br /> Phân tích các thành phần nguyên tố có trong Hình 2. Đo đường kính sợi thủy tinh.<br /> Bảng 1. Kết quả đo đường kính sợi thủy tinh.<br /> Mẫu sợi thủy tinh Mẫu 1 Mẫu 2 Mẫu 3 Mẫu 4 Mẫu 5 TB<br /> Đường kính sợi (mm) 0.02 0.015 0.02 0.018 0.02 0.018<br /> Thí nghiệm đếm số sợi trong tao sợi thủy tinh thể hiện ở bảng 2<br /> Bảng 2. Kết quả thí nghiệm đếm số sợi thủy tinh trong một tao sợi.<br /> Mẫu sợi thủy tinh Mẫu 1 Mẫu 2 Mẫu 3 Mẫu 4 Mẫu 5 TB<br /> Số sợi trong tao sợi 340 355 375 368 350 357<br /> <br /> <br /> - Tính chất cơ học của sợi thủy tinh Trường Đại học Bách khoa Hà Nội. Kết quả<br /> Xác định lực kéo đứt, độ dãn đứt của sợi thủy lực kéo đứt, độ giãn đứt và mô đun đàn hồi thể<br /> tinh thực hiện theo tiêu chuẩn ASTM D 2256- hiện trong bảng 3.<br /> 02 [7] tại Phòng Thí nghiệm Viện Dệt may,<br /> Bảng 3. Kết quả đo lực kéo đứt, độ giãn đứt và mô đun đàn hồi của sợi thủy tinh<br /> Mẫu sợi thủy tinh Đơn vị Tổ mẫu 1 Tổ mẫu 2 Tổ mẫu 3 Trung bình<br /> Lực kéo đứt 1 tao sợi (F) N 21, 7 23, 6 18, 8 21,4<br /> Độ giãn đứt (e) mm 2,00 2,23 1,95 2,06<br /> Độ giãn tương đối % 0,80 0,89 0,78 0,83<br /> Mô đun đàn hồi MPa 30431 29571 25349 28450<br /> <br /> 4. Một số yếu tố ảnh hưởng đến hiệu (cơ chế khâu vết nứt - bridging cracking<br /> quả gia cố của sợi thủy tinh effects).<br /> - Mức độ phân tán - Đường kính và chiều dài sợi<br /> Yêu cầu sợi phân tán đều trong hỗn hợp Đường kính, tỷ lệ giữa đường kính và<br /> thì hiệu quả phân tán áp lực và hiệu quả mạng chiều dài sợi có ảnh hưởng đến vai trò của nó<br /> lưới của sợi thủy tinh trong HMA càng cao. trong hỗn hợp vật liệu. Chiều dài sợi gia<br /> Sợi thủy tinh phân tán trong bê tông asphalt cường phụ thuộc vào đường kính lớn nhất của<br /> được cho là yếu tố phân tán áp lực xuống pha cốt liệu [2]. Chiều dài sợi sử dụng trong gia<br /> asphalt, ngăn chặn việc hình thành và lan cường bê tông asphalt thay đổi trong một<br /> truyền vết nứt. Hơn nữa các sợi đan xen nhau khoảng rất lớn từ cỡ 10-2 mm đến vài chục mm<br /> và hình thành mạng lưới dạng không gian [4, 5]. Theo nhiều nghiên cứu trên thế giới,<br /> trong asphalt bao bọc xung quanh cốt liệu có đường kính sợi càng nhỏ, khả năng cải thiện<br /> tác dụng lấp đầy và làm liền những vi vết nứt đặc tính của bê tông asphalt càng cao. Sợi<br /> (micro-crack) xuất hiện giữa các hạt cốt liệu càng mảnh, tỷ diện bề mặt của sợi với pha nền<br /> 55<br /> TẠP CHÍ KHOA HỌC CÔNG NGHỆ GIAO THÔNG VẬN TẢI, SỐ 19 - 05/2016<br /> <br /> <br /> asphalt càng lớn, khả năng chịu lực tăng lên - Có tác dụng phân tán áp lực lên chất kết<br /> trên một đơn vị chiều dày của asphalt. Tỷ lệ dính asphalt, chịu một phần ứng suất tác dụng<br /> chiều dài/đường kính càng cao thì hiệu quả lên hỗn hợp bê tông asphalt, hạn chế di chuyển<br /> mạng lưới càng cao [8]. của cốt liệu, làm chậm quá trình xuất hiện và<br /> Trong nghiên cứu này, sợi thủy tinh được phát triển của vết nứt;<br /> trộn thử theo phương pháp trộn khô với ba - Có cấu trúc mạng lưới ba chiều trong<br /> chiều dài sợi khác nhau là 10mm, 20mm, hỗn hợp asphalt nên nó gia cường cho bộ<br /> 30mm. Trộn khô là phương pháp trộn sợi với khung giúp chống lại lực cắt và giảm khả năng<br /> hỗn hợp cốt liệu trước, sau đó mới tiến hành bị chảy của hỗn hợp asphalt.<br /> đổ bitum vào. Quan sát bê tông asphalt bằng - Chiều dài sợi, đường kính sợi có ảnh<br /> mắt cho thấy với sợi có chiều dài 10mm, hưởng đến quá trình tạo hình, nếu ngắn quá<br /> 20mm, mức độ phân tán sợi trong HMA đều. không có khả năng gia cường, nếu dài quá sẽ<br /> Hỗn hợp vật liệu sử dụng sợi thủy tinh có khó thi công, sợi khó phân tán đều trong<br /> chiều dài 30mm xuất hiện một số búi sợi (hình HMA.<br /> 3). - Chiều dài sợi mang lại hiệu quả cải thiện<br /> tốt và đảm bảo tính công tác là 20mm <br /> Tài liệu tham khảo<br /> [1] American Society for Metals Handbook, Vol 21 :<br /> Composites, 2001<br /> [2] National Cooperative Highway Research Program<br /> (NCHRP) Synthesis 475, Fiber Additives in<br /> Asphalt Mixtures, Transportation research board<br /> Sợi 10mm Sợi 20mm Washington, D.C, 2015<br /> [3] Najd A, Chao Z, Ying G, “Experiments of fracture<br /> behavior of glass fiber reinforced asphalt<br /> concrete”, J Chan Univ (Nat Sci Ed), 25(3): 28–<br /> 32, 2005<br /> [4] Jahran and Fantani, Glass Fiber Reinforced Asphalt<br /> Paving Mixture:Feasibility Assessment, JKAU:<br /> Sợi 30mm Eng. Sci., vol. 11 no. 1, pp. 85-98, 1999<br /> Hình 3. Mức độ phân tán sợi thủy tinh ở các chiều dài [5] Abdelaziz Mahrez et al, “Fatigue and deformation<br /> khác nhau trong bê tông asphalt. properties of glass fibe reinforced bituminous<br /> mixes”, Journal of the Eastern Asia Society for<br /> Như đã phân tích, theo Fu đánh giá, tỷ lệ Transportation Studies, Vol. 6, pp. 997 – 1007,<br /> chiều dài sợi trên đường kính sợi lớn cho hiệu 2005<br /> quả mạng lưới của sợi phân tán trong bê tông [6] ASTM Standart, Standard Test Method for<br /> asphalt càng cao [8]. Tuy nhiên chiều dài sợi Diameter of Wool and Other Animal Fibers by<br /> bị khống chế bởi khả năng được trộn đều trong Microprojection, 2002<br /> hỗn hợp vật liệu. Do đó chiều dài sợi thủy tinh [7] ASTM Standart, Standard Test Method for Tensile<br /> 20mm được lựa chọn để gia cường bê tông Properties of Yarns by the Single-Strand Method,<br /> 2002<br /> asphalt chặt nóng là hợp lý nhất.<br /> [8] Fu S et al, “Tensile properties of short–glass–fiber<br /> 5. Kết luận and short–carbon–fiber-reinforced polypropylene<br /> Sợi thủy tinh loại C có cường độ chịu kéo composites”, Composites Part A2000; 31:1117–<br /> rất lớn. Vai trò của sợi thủy tinh trong bê tông 25, Octorber, 2000.<br /> asphalt có thể được tổng kết như sau: Ngày nhận bài: 14/04/2016<br /> - Có vai trò như cốt của phần chất kết dính Ngày hoàn thành sửa bài: 05/05/2016<br /> Ngày chấp nhận đăng: 12/05/2016<br /> asphalt, tăng tính ma sát, giảm trơn trượt, giảm<br /> khả năng dãn nở dài. Hàm lượng sợi vừa đủ<br /> để tạo nên một cấu trúc xương vững chắc cho<br /> chất kết dính, nếu quá ít sẽ không đủ để có tác<br /> động đến tính chất cơ lý của asphalt.<br />
ADSENSE
ADSENSE

CÓ THỂ BẠN MUỐN DOWNLOAD

 

Đồng bộ tài khoản
2=>2