Nghiên cứu ảnh hưởng của phụ gia nona cacbon đến độ bền mỏi và khả năng kháng nứt của mặt đường bê tông nhựa

• Tác giả: Nguyễn Viết Vượng
• Người hướng dẫn: PGS-TS Lê Văn Bách
• Trường học: Học viện Kỹ thuật Quân sự
• Chuyên ngành: Xây dựng đường ô tô và đường thành phố
• Đề tài: Nghiên cứu ảnh hưởng phụ gia Nano Carbon đến độ bền mỏi và độ kháng nứt của mặt đường bê tông nhựa
• Loại tài liệu: luận văn thạc sỹ
• Năm xuất bản: 2019
• Địa điểm: Hà Nội

• LỜI CAM ĐOAN
• LỜI CẢM ƠN
• 1. PHẦN MỞ ĐẦU
• 1.1. TỔNG QUAN VỀ NANO CARBON VÀ BÊ TÔNG NHỰA
• 1.1.1. Tổng quan về công nghệ Nano
• 1.1.2. Lịch sử ra đời của công nghệ Nano và vật liệu Carbon Nanotubes
• 1.1.2.1. Lịch sử ra đời của công nghệ Nano
• 1.1.2.2. Lịch sử ra đời của vật liệu Carbon Nanotubes
• 1.1.3. Ứng dụng của công nghệ Nano
• 1.1.4. Tổng quan về bê tông nhựa
• 1.1.4.1. Phân loại và đặc tính
• 1.1.4.2. Cấu trúc bê tông nhựa
• 1.1.5. Yêu cầu về chỉ tiêu kỹ thuật
• 1.1.6. Yêu cầu về cấp phối
• 1.1.7. Vật liệu chế tạo bê tông nhựa
• 1.1.7.1. Cốt liệu lớn
• 1.1.7.2. Cốt liệu nhỏ
• 1.1.7.3. Bột khoáng
• 1.1.8. Thiết kế hỗn hợp bê tông nhựa
• 1.1.9. Tình hình sử dụng vật liệu bê tông nhựa hiện nay
• 1.1.10. Tính khả thi khi sử dụng vật liệu Nano Carbon làm phụ gia cho bê tông nhựa nhằm cải thiện độ kháng nứt và độ ổn định Marshall
• 1.1.11. Cấu trúc của hỗn hợp vật liệu khoáng trong bê tông nhựa
• 1.1.12. Cấu trúc của Bitum trong bê tông nhựa
• 1.1.13. Vai trò của bột khoáng
• 1.1.14. Ý nghĩa thực tiễn của nghiên cứu, phát triển vật liệu Nano Carbon làm phụ gia cho bê tông nhựa
• 1.2. CƠ SỞ KHOA HỌC VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
• 1.2.1. Cơ sở khoa học sử dụng phụ gia Nano Carbon vào bê tông nhựa để ứng dụng vào mặt đường ô tô
• 1.2.2. Một số phương pháp nghiên cứu điều chế vật liệu Carbon Nanotubes
• 1.2.2.1. Phương pháp hồ quang điện
• 1.2.2.2. Phương pháp bốc bay Laser
• 1.2.2.3. Phương pháp lắng đọng pha hơi hóa học (phương pháp CVD nhiệt)
• 1.2.3. Một số tính chất và ứng dụng của vật liệu Carbon Nanotubes
• 1.2.3.1. Tính chất của vật liệu Carbon Nanotubes
• 1.2.3.2. Ứng dụng của vật liệu Carbon Nanotubes
• 1.2.4. Đánh giá kết quả các phương pháp tổng hợp vật liệu CNTs
• 1.2.5. Các tồn tại, hạn chế đề tài chưa đề cập tới
• 1.3. NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA PHỤ GIA NANO CARBON ĐẾN CÁC CHỈ TIÊU CỦA BÊ TÔNG NHỰA
• 1.3.1. Kiểm tra đánh giá vật liệu đầu vào
• 1.3.1.1. Bột khoáng
• 1.3.1.2. Vật liệu Carbon Nanotubes (CNTs)
• 1.3.2. Nghiên cứu, tính toán thiết kế thành phần hỗn hợp BTNC 12,5
• 1.3.2.1. Tính tỷ lệ phối trộn cốt liệu của hỗn hợp bê tông nhựa
• 1.3.2.2. Chế tạo mẫu Marshall
• 1.3.2.3. Chuẩn bị vật liệu
• 1.3.2.4. Mẫu chế bị
• 1.3.2.5. Tiến hành thí nghiệm theo phương pháp Marshall
• 1.3.2.5.1. Kiểm tra độ ổn định và xác định hàm lượng nhựa tối ưu
• 1.3.2.5.2. Độ ổn định Marshall
• 1.3.2.5.3. Xác định hàm lượng nhựa tối ưu
• 1.3.2.6. Chế bị mẫu nhựa trộn với phụ gia CNTs
• 1.3.2.7. Mẫu thí nghiệm độ kháng nứt (SCB)
• 1.3.2.8. Mẫu thí nghiệm độ dẻo, độ ổn định Marshall
• 1.3.2.9. Thí nghiệm độ ổn định và độ dẻo Marshall
• 1.3.2.9.1. Mô tả thí nghiệm
• 1.3.2.9.2. Kết quả thí nghiệm
• 1.3.2.9.3. Tổng hợp kết quả thí nghiệm
• 1.3.2.10. Thí nghiệm khả năng kháng nứt (SCB)
• 1.3.2.10.1. Mô tả thí nghiệm
• 1.3.2.10.2. Kết quả thí nghiệm
• 1.3.2.10.3. Tổng hợp kết quả thí nghiệm
• 1.3.2.11. Đánh giá kết quả thí nghiệm
• 1.3.2.11.1. Đối với mẫu Marshall
• 1.3.2.11.2. Đối với mẫu SCB
• 2. KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
• TÀI LIỆU THAM KHẢO
• PHỤ LỤC CÁC KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM

I. Tổng quan về phụ gia nona cacbon và bê tông nhựa

Phụ gia nona cacbon (CNTs) là một trong những vật liệu tiên tiến được ứng dụng rộng rãi trong lĩnh vực vật liệu xây dựng. Nghiên cứu này tập trung vào việc sử dụng CNTs như một phụ gia cải thiện tính chất của bê tông nhựa (BTN). CNTs có khả năng tăng cường độ bền mỏi và kháng nứt của mặt đường, giúp kéo dài tuổi thọ và nâng cao chất lượng mặt đường. Việc ứng dụng CNTs trong BTN không chỉ cải thiện tính chất cơ học mà còn góp phần vào sự phát triển bền vững của kỹ thuật giao thông.

1.1. Lịch sử và ứng dụng của phụ gia nona cacbon

Phụ gia nona cacbon được phát hiện vào năm 1991 bởi Iijima, mở ra một kỷ nguyên mới trong công nghệ vật liệu. CNTs có cấu trúc đặc biệt với độ bền cơ học cao và khả năng dẫn điện tốt. Trong lĩnh vực vật liệu xây dựng, CNTs được sử dụng để cải thiện độ bền kết cấu và khả năng chịu lực của BTN. Nghiên cứu này nhấn mạnh vai trò của CNTs trong việc tăng cường độ bền mỏi và kháng nứt, giúp mặt đường chịu được tải trọng lớn và điều kiện thời tiết khắc nghiệt.

1.2. Tổng quan về bê tông nhựa

Bê tông nhựa là vật liệu chính trong kỹ thuật đường bộ, được sử dụng rộng rãi trong xây dựng mặt đường. BTN bao gồm các thành phần như cốt liệu, bột khoáng và bitum. Tuy nhiên, mặt đường BTN thường gặp các vấn đề như nứt và mỏi do tải trọng và thời tiết. Việc sử dụng phụ gia nona cacbon trong BTN nhằm cải thiện độ bền cơ học và khả năng chịu lực, giúp tăng tuổi thọ và hiệu quả sử dụng của mặt đường.

II. Cơ sở khoa học và phương pháp nghiên cứu

Nghiên cứu này dựa trên cơ sở khoa học về tính chất của phụ gia nona cacbon và bê tông nhựa. Các phương pháp nghiên cứu bao gồm thí nghiệm trong phòng và đánh giá kết quả. Phụ gia nona cacbon được trộn vào BTN với các tỷ lệ khác nhau để kiểm tra độ bền mỏi và kháng nứt. Kết quả nghiên cứu sẽ đánh giá hiệu quả của CNTs trong việc cải thiện tính chất cơ học của BTN.

2.1. Phương pháp điều chế phụ gia nona cacbon

Các phương pháp điều chế phụ gia nona cacbon bao gồm phương pháp hồ quang điện, phương pháp bốc bay laser và phương pháp lắng đọng pha hơi hóa học (CVD). Mỗi phương pháp có ưu nhược điểm riêng, nhưng đều hướng đến mục tiêu tạo ra CNTs có chất lượng cao và đồng nhất. Nghiên cứu này sử dụng phương pháp CVD để điều chế CNTs, đảm bảo tính ổn định và hiệu quả khi trộn vào BTN.

2.2. Thí nghiệm và đánh giá kết quả

Các thí nghiệm được thực hiện để đánh giá độ bền mỏi và kháng nứt của BTN khi sử dụng phụ gia nona cacbon. Mẫu BTN được chế tạo với các tỷ lệ CNTs khác nhau và tiến hành thí nghiệm Marshall và SCB (Semi Circular Bend Test). Kết quả thí nghiệm cho thấy sự cải thiện đáng kể về độ bền cơ học và khả năng chịu lực của BTN khi sử dụng CNTs.

III. Kết quả và ứng dụng thực tiễn

Nghiên cứu đã chứng minh rằng phụ gia nona cacbon có ảnh hưởng tích cực đến độ bền mỏi và kháng nứt của bê tông nhựa. Việc sử dụng CNTs giúp tăng cường tính chất cơ học của BTN, kéo dài tuổi thọ mặt đường và giảm chi phí bảo trì. Kết quả nghiên cứu có ý nghĩa quan trọng trong việc ứng dụng công nghệ vật liệu tiên tiến vào kỹ thuật xây dựng đường bộ.

3.1. Đánh giá hiệu quả của phụ gia nona cacbon

Kết quả thí nghiệm cho thấy, BTN sử dụng phụ gia nona cacbon có độ bền mỏi và kháng nứt cao hơn so với BTN truyền thống. Đặc biệt, tỷ lệ CNTs 0,15% cho kết quả tốt nhất về độ ổn định và khả năng chịu lực. Điều này khẳng định tiềm năng ứng dụng của CNTs trong việc cải thiện chất lượng mặt đường.

3.2. Ứng dụng thực tiễn trong kỹ thuật xây dựng

Nghiên cứu này mở ra hướng đi mới trong việc sử dụng phụ gia nona cacbon để cải thiện độ bền kết cấu và khả năng chịu lực của bê tông nhựa. Việc ứng dụng CNTs không chỉ nâng cao chất lượng mặt đường mà còn góp phần vào sự phát triển bền vững của kỹ thuật giao thông. Kết quả nghiên cứu có thể được áp dụng rộng rãi trong các dự án xây dựng đường bộ tại Việt Nam.