I. Tổng quan về lưu huỳnh và ứng dụng trong bê tông nhựa
Lưu huỳnh là một nguyên tố hóa học có nhiều ứng dụng trong các ngành công nghiệp, đặc biệt là trong vật liệu xây dựng. Nghiên cứu này tập trung vào việc sử dụng lưu huỳnh làm phụ gia bê tông nhựa nhằm cải thiện các tính chất cơ học và độ bền của vật liệu. Lưu huỳnh có khả năng tương tác với bitum trong bê tông nhựa, tạo ra các liên kết hóa học giúp tăng cường độ cứng và khả năng chịu tải. Các nghiên cứu trên thế giới đã chỉ ra rằng việc sử dụng lưu huỳnh làm phụ gia có thể giảm thiểu chi phí sản xuất và nâng cao hiệu quả sử dụng vật liệu.
1.1. Khái niệm và đặc tính của lưu huỳnh
Lưu huỳnh tồn tại ở nhiều dạng thù hình khác nhau, bao gồm dạng tinh thể và dạng vô định hình. Đặc tính nổi bật của lưu huỳnh là khả năng chuyển đổi giữa các dạng thù hình dưới tác động của nhiệt độ. Điểm nóng chảy của lưu huỳnh là 115°C, và khối lượng riêng của nó dao động từ 1,96 đến 2,07 g/cm³. Những đặc tính này làm cho lưu huỳnh trở thành một phụ gia hóa học tiềm năng trong bê tông nhựa.
1.2. Ứng dụng lưu huỳnh trong bê tông nhựa
Việc sử dụng lưu huỳnh làm phụ gia trong bê tông nhựa đã được nghiên cứu và ứng dụng rộng rãi trên thế giới. Các nghiên cứu của Tập đoàn Shell và Liên bang Nga đã chứng minh rằng lưu huỳnh có thể cải thiện độ bền và khả năng chịu tải của bê tông nhựa. Tại Việt Nam, các nghiên cứu cũng đã bắt đầu ứng dụng lưu huỳnh trong công nghệ xây dựng đường bộ, mang lại hiệu quả kinh tế và kỹ thuật đáng kể.
II. Nghiên cứu cấu trúc và tính chất của chất kết dính bitum lưu huỳnh
Nghiên cứu này tập trung vào việc phân tích cấu trúc và tính chất cơ học của chất kết dính bitum-lưu huỳnh (SBB). Các phương pháp như nhiễu xạ tia X (XRD) và quang phổ hồng ngoại (FTIR) được sử dụng để xác định cấu trúc tinh thể và thành phần hóa học của SBB. Kết quả cho thấy lưu huỳnh hòa tan trong bitum tạo ra các liên kết hóa học bền vững, giúp cải thiện độ nhớt và khả năng chịu nhiệt của vật liệu.
2.1. Phương pháp nghiên cứu cấu trúc SBB
Các phương pháp XRD và FTIR được sử dụng để phân tích cấu trúc và thành phần hóa học của SBB. Kết quả từ XRD cho thấy sự hiện diện của các tinh thể lưu huỳnh trong bitum, trong khi FTIR xác định các liên kết hóa học giữa lưu huỳnh và bitum. Những phân tích này giúp hiểu rõ hơn về cơ chế tương tác giữa hai thành phần này.
2.2. Tính chất cơ học của SBB
Các thí nghiệm về độ kim lún, nhiệt độ hóa mềm, và độ nhớt của SBB đã được thực hiện. Kết quả cho thấy SBB có độ nhớt cao hơn so với bitum thông thường, điều này giúp cải thiện độ bền và khả năng chịu tải của bê tông nhựa. Ngoài ra, SBB cũng thể hiện khả năng chịu nhiệt tốt hơn, đặc biệt ở nhiệt độ cao.
III. Thí nghiệm và ứng dụng bê tông nhựa lưu huỳnh
Các thí nghiệm trong phòng được thực hiện để đánh giá ảnh hưởng của lưu huỳnh khi sử dụng làm phụ gia trong bê tông nhựa. Kết quả cho thấy bê tông nhựa-lưu huỳnh (BTAS) có độ ổn định và khả năng kháng lún tốt hơn so với bê tông nhựa thông thường. Ngoài ra, BTAS cũng thể hiện mô đun đàn hồi cao hơn, giúp tăng cường khả năng chịu tải của mặt đường.
3.1. Thiết kế thành phần BTAS
Thành phần của BTAS được thiết kế dựa trên phương pháp Marshall, với các tỷ lệ lưu huỳnh khác nhau được thử nghiệm. Kết quả cho thấy tỷ lệ lưu huỳnh tối ưu là 30%, giúp cải thiện độ ổn định và độ dẻo của bê tông nhựa. Nhiệt độ trộn và đầm nén cũng được điều chỉnh để đảm bảo chất lượng của BTAS.
3.2. Ứng dụng BTAS trong xây dựng đường bộ
BTAS đã được ứng dụng trong xây dựng mặt đường tại một số dự án thử nghiệm. Kết quả cho thấy BTAS có khả năng chịu tải tốt hơn và giảm thiểu chi phí bảo trì so với bê tông nhựa thông thường. Ngoài ra, việc sử dụng lưu huỳnh làm phụ gia cũng giúp giảm thiểu tác động môi trường, đặc biệt là lượng khí thải H2S và SO2 trong quá trình sản xuất và thi công.
