Nghiên cứu chế tạo bê tông nhựa nóng sử dụng bột cao su phế thải luận án thạc sĩ khoa học kinh tế

Nghiên cứu chế tạo bê tông nhựa nóng từ bột cao su phế thải, ứng dụng hiệu quả trong xây dựng, góp phần bảo vệ môi trường và phát triển bền vững.

• Người hướng dẫn: Pgs.ts Nguyễn Huy Thập
• Trường học: Đại học Giao thông Vận tải
• Chuyên ngành: Kỹ thuật xây dựng công trình giao thông
• Đề tài: Nghiên cứu chế tạo bê tông nhựa nóng từ bột cao su phế thải
• Loại tài liệu: Luận án thạc sĩ
• Địa điểm: Hà Nội

Mục lục chi tiết

• A. MỤC ĐÍCH NGHIÊN CỨU
• B. PHƯƠNG PHÁP VÀ NỘI DUNG NGHIÊN CỨU
• B-1. Phương pháp nghiên cứu
• B-2. Nội dung nghiên cứu
• 1. CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ BTN SỬ DỤNG BITUM CẢI TIẾN VÀ BTN SỬ DỤNG BITUM CẢI TIẾN BẰNG BỘT CAO SU PHẾ THẢI
• I-1. BITUM CẢI TIẾN
• I-1.1. Các đặc tính kỹ thuật của Bitum và ảnh hưởng của chúng đối với các đặc điểm kỹ thuật trong ứng dụng
• I-1.2. CÁC LOẠI BITUM CẢI TIẾN THƯỜNG GẶP
• I-2. BITUM CẢI TIẾN BẰNG CÁCH CHO THÊM BỘT CAO SU
• I-3. BÊTÔNG NHỰA SỬ DỤNG BITUM CẢI TIẾN – BÊTÔNG NHỰA SỬ DỤNG BITUM CẢI TIẾN BẰNG BỘT CAO SU PHẾ THẢI
• I-3.1. KHÁI NIỆM BÊTÔNG NHỰA
• I-3.2. BÊTÔNG ASPHALT CẢI TIẾN
• I-3.3. BÊTÔNG ASPHALT CẢI TIẾN SỬ DỤNG BỘT CAO SU PHẾ THẢI
• 2. CHƯƠNG II: ĐỀ CƯƠNG VÀ PHƯƠNG PHÁP THÍ NGHIỆM
• II-1. ĐỀ CƯƠNG THÍ NGHIỆM
• II-1.1. Thí nghiệm các chỉ tiêu cơ lý vật liệu: Cát; Đá; Bột khoáng; Nhựa đường; Bột cao su phế phẩm
• II-1.2. Thiết kế Bêtông asphalt theo phương pháp Marshall (xác định hàm lượng nhựa tối ưu)
• II-1.3. Chế bộ mẫu tiến hành thí nghiệm
• II-1.4. So sánh BTN thông thường với BTN sử dụng bitum cải tiến bằng bột cao su phế thải
• II-2. THÍ NGHIỆM CÁC LOẠI VẬT LIỆU ĐỂ CHẾ TẠO BTN
• II-2.1. Đá dăm
• II-2.3. Bột khoáng
• II-2.4. Nhựa đường
• II-2.5. Cao su
• II-3. THIẾT KẾ BÊTÔNG NHỰA THEO PHƯƠNG PHÁP MARSHALL
• II-3.1. Yêu cầu kỹ thuật của bê tông nhựa chặt (BTNC)
• II-3.2. Phương pháp Marshall là gì?
• II-3.3. Tính toán và thiết kế Cấp phối Bê tông nhựa (BTNC15): Cấp phối BTNC15 được thiết kế theo 22TCN 249-98 của bộ GTVT ban hành
• II-3.4. Tính toán và thiết kế Hàm lượng nhựa tối ưu
• 3. CHƯƠNG III: XÁC ĐỊNH CÁC CHỈ TIÊU CƠ LÝ CỦA BITUM CẢI TIẾN BẰNG CÁCH TRỘN BỘT CAO SU PHẾ THẢI
• III-1. CÁC CHỈ TIÊU CƠ LÝ THÔNG DỤNG CỦA BITUM
• III-2. NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA BỘT CAO SU PHẾ THẢI TRONG BITUM CẢI TIẾN
• III-2.1. Tính quánh (biểu hiện thông qua Đo kim lún)
• III-2.2. Tính dẻo (Biểu hiện thông qua Đo giãn dài)
• III-2.3. Tính ổn định nhiệt (biểu hiện thông qua Nhiệt độ hóa mềm)
• III-2.4. Tính dính bám của bitum với mặt vật liệu khoáng
• 4. CHƯƠNG IV: XÁC ĐỊNH CÁC CHỈ TIÊU CƠ LÝ CỦA BÊTÔNG NHỰA SỬ DỤNG BITUM CẢI TIẾN BẰNG BỘT CAO SU PHẾ THẢI
• IV-1. NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA BỘT CAO SU PHẾ THẢI ĐẾN CÁC CHỈ TIÊU CƠ LÝ CỦA BTN SỬ DỤNG BITUM CẢI TIẾN BẰNG BỘT CAO SU PHẾ THẢI
• IV-1.1. Đo ổn định Marshall & Khối lượng thể tích của bê tông asphalt
• IV-1.2. Xác định cường độ chịu nén tối hạn của bê tông asphalt
• IV-1.3. Môđun đàn hồi tĩnh vật liệu (E AC )
• IV-1.4. Cường độ chịu kéo–uốn của bê tông asphalt (Rku)
• IV-1.5. Xác định Sức kháng trượt của vật liệu Bê tông asphalt
• IV-1.6. Đo bền marshall ở các nhiệt độ: 30°C; 45°C; 60°C; 75°C & hệ số ổn định nhiệt - độ ổn định còn lại sau khi ngâm mẫu ở 60°C
• IV-1.7. Môđun đàn hồi ĐỘNG vật liệu bê tông asphalt (EñAC)
• IV-1.8. Khả năng chịu mỏi của vật liệu bê tông asphalt (Rm)
• IV-1.9. Xác định điểm chảy của vật liệu bê tông asphalt (Chỉ tiêu tác giả đề xuất)
• B. MỘT SỐ CÁC CHỈ TIÊU CƠ LÝ THEO PHƯƠNG PHÁP THÍ NGHIỆM ĐƯỢC CẢI BIẾN
• C. GIÁ TRỊ KINH TẾ
• 5. CHƯƠNG V: CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT BỘT CAO SU PHẾ THẢI VÀ CHẾ TẠO BÊTÔNG ASPHALT SỬ DỤNG BITUM CẢI TIẾN BẰNG BỘT CAO SU PHẾ THẢI
• V-1. CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT BỘT CAO SU PHẾ THẢI
• V-2. CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO BÊTÔNG ASPHALT SỬ DỤNG BITUM CẢI TIẾN BẰNG BỘT CAO SU PHẾ THẢI
• V-2.1. Trong phòng
• V-2.2. Ngoài hiện trường
• 6. CHƯƠNG VI: KẾT LUẬN
• VI-1. KẾT LUẬN
• VI-2. KIẾN NGHỊ
• VI-3. PHƯƠNG HƯỚNG NGHIÊN CỨU TIẾP TỤC
• PHỤ LỤC CÁC HÌNH ẢNH THÍ NGHIỆM
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tóm tắt

I. Mục đích nghiên cứu

Mục đích của nghiên cứu này là chế tạo bê tông nhựa nóng từ bột cao su phế thải nhằm nâng cao chất lượng và tính năng của vật liệu xây dựng. Việc sử dụng bột cao su phế thải không chỉ giúp giảm thiểu ô nhiễm môi trường mà còn tạo ra sản phẩm có tính năng vượt trội. Nghiên cứu sẽ xác định tỷ lệ tối ưu giữa bitum và bột cao su để tạo ra bê tông nhựa có độ bền cao, khả năng chịu tải tốt và khả năng chống biến dạng. Theo đó, các chỉ tiêu kỹ thuật như cường độ nén, độ dính bám và khả năng chịu nhiệt sẽ được đánh giá. Kết quả nghiên cứu sẽ cung cấp cơ sở khoa học cho việc ứng dụng bê tông nhựa nóng trong xây dựng đường bộ, góp phần nâng cao chất lượng công trình giao thông.

II. Phương pháp và nội dung nghiên cứu

Nghiên cứu được thực hiện thông qua các phương pháp thí nghiệm trong phòng thí nghiệm. Các mẫu bê tông nhựa sẽ được chế tạo với các tỷ lệ khác nhau của bột cao su phế thải và bitum. Các chỉ tiêu kỹ thuật sẽ được xác định theo tiêu chuẩn hiện hành. Đặc biệt, phương pháp Marshall sẽ được áp dụng để đánh giá độ ổn định và độ dẻo của bê tông nhựa. Nội dung nghiên cứu bao gồm việc phân tích ảnh hưởng của bột cao su đến các tính chất của bitum và bê tông nhựa. Kết quả sẽ được so sánh với các loại bê tông nhựa thông thường để xác định hiệu quả của việc sử dụng bột cao su phế thải trong chế tạo bê tông nhựa nóng.

III. Tổng quan về BTN sử dụng bitum cải tiến và BTN sử dụng bitum cải tiến bằng bột cao su phế thải

Bê tông nhựa (BTN) là một trong những vật liệu xây dựng chủ yếu trong ngành giao thông. Việc cải tiến bitum bằng cách thêm bột cao su phế thải đã được nghiên cứu và chứng minh có thể nâng cao đáng kể các tính chất của BTN. Bột cao su giúp cải thiện độ bền, khả năng chống biến dạng và độ dính bám của BTN. Các nghiên cứu trước đây đã chỉ ra rằng việc sử dụng bột cao su phế thải không chỉ mang lại lợi ích về mặt kỹ thuật mà còn có ý nghĩa kinh tế, khi giảm thiểu chi phí nguyên liệu và xử lý chất thải. Việc áp dụng BTN cải tiến trong xây dựng đường bộ sẽ góp phần nâng cao chất lượng công trình và giảm thiểu tác động tiêu cực đến môi trường.

IV. Đánh giá ảnh hưởng của bột cao su đến tính chất bitum và bê tông nhựa

Nghiên cứu đã chỉ ra rằng bột cao su phế thải có ảnh hưởng tích cực đến các tính chất của bitum và bê tông nhựa. Cụ thể, việc thêm bột cao su vào bitum giúp tăng cường độ dẻo, khả năng chịu nhiệt và độ bền kéo. Các chỉ tiêu như độ dính bám và khả năng chống biến dạng cũng được cải thiện rõ rệt. Kết quả thí nghiệm cho thấy rằng tỷ lệ tối ưu giữa bitum và bột cao su là yếu tố quyết định đến chất lượng của bê tông nhựa. Việc xác định các chỉ tiêu kỹ thuật này sẽ là cơ sở để ứng dụng rộng rãi bê tông nhựa nóng trong các công trình giao thông.

V. Kết luận và hướng nghiên cứu tiếp theo

Kết quả nghiên cứu cho thấy việc sử dụng bột cao su phế thải trong chế tạo bê tông nhựa nóng mang lại nhiều lợi ích về mặt kỹ thuật và kinh tế. Nghiên cứu đã xác định được tỷ lệ tối ưu giữa bitum và bột cao su, từ đó đề xuất các giải pháp ứng dụng trong thực tiễn. Hướng nghiên cứu tiếp theo có thể tập trung vào việc mở rộng quy mô sản xuất và ứng dụng bê tông nhựa nóng trong các công trình giao thông lớn, cũng như nghiên cứu thêm về các loại phụ gia khác để nâng cao hơn nữa chất lượng của BTN.

Nội dung chính

Tổng quan nghiên cứu

Trong bối cảnh phát triển mạnh mẽ của mạng lưới giao thông đường bộ tại Việt Nam, việc nâng cao chất lượng mặt đường là yêu cầu cấp thiết nhằm đáp ứng lưu lượng xe ngày càng tăng và tải trọng lớn. Theo ước tính, các tuyến đường cao tốc, quốc lộ và đường đô thị đang chịu áp lực lớn từ phương tiện giao thông, đặc biệt là trong điều kiện khí hậu nhiệt đới nóng ẩm quanh năm. Vật liệu bitum cải tiến được sử dụng làm chất kết dính trong bê tông nhựa (BTN) đóng vai trò then chốt trong việc nâng cao độ bền, khả năng chịu tải và tính ổn định nhiệt của mặt đường.

Luận văn tập trung nghiên cứu, chế tạo bê tông nhựa nóng gia cố bằng bột cao su phế thải, nhằm cải thiện tính chất cơ lý và độ bền của BTN sử dụng bitum cải tiến. Mục tiêu cụ thể là xác định các chỉ tiêu cơ lý của bitum cải tiến bằng cách trộn bột cao su phế thải, tìm ra hàm lượng tối ưu của hỗn hợp "bitum + cao su" để chế tạo BTN có hiệu suất kỹ thuật cao, phù hợp với điều kiện khí hậu nhiệt đới và tải trọng giao thông tại Việt Nam. Phạm vi nghiên cứu tập trung vào các mẫu BTN có kích thước hạt tối đa 15mm và 20mm, sử dụng bitum Shell 60/70 và bột cao su thu được từ lốp xe ô tô phế thải.

Nghiên cứu có ý nghĩa quan trọng trong việc tận dụng nguồn nguyên liệu phế thải, giảm thiểu ô nhiễm môi trường, đồng thời nâng cao chất lượng công trình giao thông, kéo dài tuổi thọ mặt đường, giảm chi phí bảo trì và sửa chữa. Các chỉ tiêu kỹ thuật được đánh giá thông qua các phương pháp thí nghiệm tiêu chuẩn như Marshall, đo độ bền chịu nén, độ dẻo, độ bám dính, mô đun đàn hồi, và khả năng chống trượt.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Luận văn dựa trên các lý thuyết và mô hình nghiên cứu về vật liệu bitum và bê tông nhựa, bao gồm:

• Lý thuyết tính chất cơ lý của bitum cải tiến: Bitum là vật liệu có tính nhớt - đàn hồi, chịu ảnh hưởng lớn bởi nhiệt độ và thời gian tác dụng tải trọng. Bitum cải tiến nhằm giảm độ nhớt, tăng tính đàn hồi, ổn định nhiệt và khả năng chống biến dạng.

• Mô hình phân tán và tương tác giữa bitum và bột cao su phế thải: Bột cao su được trộn vào bitum tạo thành hỗn hợp composite, trong đó các hạt cao su không tan hoàn toàn nhưng cải thiện tính chất cơ học và độ bền của bitum.

• Khái niệm bê tông nhựa (BTN): BTN là hỗn hợp gồm cốt liệu (cát, đá, bột khoáng), bitum và phụ gia, được thiết kế theo phương pháp Marshall để đạt các chỉ tiêu kỹ thuật về độ bền, độ dẻo, độ bám dính và khả năng chịu tải.

• Các chỉ tiêu cơ lý chính: Độ bền Marshall, độ dẻo, độ bám dính, mô đun đàn hồi, độ ổn định nhiệt, khả năng chống trượt, mô đun đàn hồi động (E_AC), mô đun đàn hồi tĩnh, và độ bền kéo uốn.

Phương pháp nghiên cứu

Nghiên cứu được thực hiện theo phương pháp thực nghiệm trong phòng thí nghiệm, kết hợp với phân tích số liệu và so sánh với tiêu chuẩn kỹ thuật hiện hành.

• Nguồn dữ liệu: Vật liệu sử dụng gồm bitum Shell 60/70, bột cao su phế thải từ lốp xe ô tô, cốt liệu (cát, đá, bột khoáng) lấy từ các nguồn khai thác tại miền Nam Việt Nam.

• Thiết kế mẫu thí nghiệm: Các mẫu BTN được chế tạo với hàm lượng bitum và bột cao su khác nhau (0%, 2,5%, 5%, 7,5%, 10%, 12,5%, 15% bột cao su). Mỗi tổ hợp mẫu gồm 15 mẫu thí nghiệm theo phương pháp Marshall, cùng các mẫu nền để đo độ bền chịu nén, mô đun đàn hồi, độ bền kéo uốn, và khả năng chống trượt.

• Phương pháp phân tích: Sử dụng tiêu chuẩn Việt Nam 22TCN 249-98, 22TCN 279-01 và các tiêu chuẩn ASTM tương ứng để đánh giá các chỉ tiêu cơ lý của bitum và BTN. Phân tích số liệu bằng phần mềm thống kê để xác định hàm lượng tối ưu và so sánh hiệu quả kỹ thuật.

• Timeline nghiên cứu: Quá trình nghiên cứu kéo dài khoảng 12 tháng, bao gồm thu thập vật liệu, thiết kế thí nghiệm, tiến hành thí nghiệm, phân tích dữ liệu và hoàn thiện báo cáo.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

1. Ảnh hưởng của bột cao su đến tính chất cơ lý của bitum cải tiến:

   • Độ kim lún của bitum giảm dần khi hàm lượng bột cao su tăng, ví dụ từ 62,5 (bitum nguyên bản) xuống còn 40,8 (bitum + 14% bột cao su), cho thấy bitum trở nên cứng hơn và bền hơn.
   • Điểm nhiệt hoa mềm tăng từ 48,2°C lên đến 68°C khi hàm lượng bột cao su tăng lên 14%, cải thiện khả năng chịu nhiệt và chống biến dạng ở nhiệt độ cao.

2. Hàm lượng tối ưu của hỗn hợp "bitum + bột cao su" trong BTN:

   • Qua thí nghiệm Marshall, hàm lượng bột cao su tối ưu là khoảng 5%, với độ bền Marshall đạt 19,52 kN, tăng 20,27% so với BTN không sử dụng bột cao su.
   • Dung trọng riêng của BTN giảm nhẹ khi tăng hàm lượng bột cao su, do khối lượng riêng của cao su thấp hơn bitum.

3. Tính ổn định nhiệt và khả năng chống trượt của BTN cải tiến:

   • Độ ổn định nhiệt của BTN có bột cao su cao hơn BTN thông thường, với hệ số ổn định nhiệt tăng khoảng 7-10% ở các nhiệt độ 30°C, 45°C, 60°C và 75°C.
   • Khả năng chống trượt (đo bằng phương pháp con lắc Anh) của BTN cải tiến cũng được cải thiện, giúp tăng an toàn giao thông.

4. Tính đàn hồi và khả năng phục hồi biến dạng:

   • Mô đun đàn hồi động (E_AC) và mô đun đàn hồi tĩnh của BTN cải tiến tăng đáng kể, cho thấy vật liệu có khả năng chịu tải và phục hồi biến dạng tốt hơn.
   • Độ bền kéo uốn và mô đun đàn hồi kéo uốn cũng được cải thiện, giảm nguy cơ nứt gãy và hư hỏng mặt đường.

Thảo luận kết quả

Việc bổ sung bột cao su phế thải vào bitum đã tạo ra sự liên kết vật lý và hóa học mới, làm tăng độ cứng, độ bền và tính ổn định nhiệt của bitum cải tiến. Điều này phù hợp với các nghiên cứu quốc tế về vật liệu composite bitum-cao su, cho thấy khả năng giảm biến dạng dẻo và tăng tuổi thọ mặt đường.

So với BTN truyền thống, BTN sử dụng bitum cải tiến bằng bột cao su phế thải có ưu điểm vượt trội về khả năng chịu tải trọng lớn và biến dạng nhiệt, đặc biệt phù hợp với điều kiện khí hậu nhiệt đới nóng ẩm và lưu lượng xe tải cao tại Việt Nam. Các biểu đồ so sánh độ bền Marshall, điểm nhiệt hoa mềm và mô đun đàn hồi minh họa rõ ràng sự cải thiện kỹ thuật của vật liệu.

Tuy nhiên, việc tăng hàm lượng bột cao su quá mức (trên 10%) có thể làm giảm độ bền Marshall và tính đồng nhất của hỗn hợp, do sự phân tán không đều và khả năng hòa tan hạn chế của cao su trong bitum. Do đó, việc xác định hàm lượng tối ưu là rất quan trọng để cân bằng giữa hiệu quả kỹ thuật và chi phí sản xuất.

Đề xuất và khuyến nghị

1. Áp dụng BTN cải tiến sử dụng bột cao su phế thải trong thi công mặt đường giao thông

   • Động từ hành động: Triển khai
   • Target metric: Tăng độ bền Marshall ít nhất 15% so với BTN truyền thống
   • Timeline: 1-2 năm thử nghiệm thực tế tại các tuyến đường trọng điểm
   • Chủ thể thực hiện: Các công ty xây dựng, Ban quản lý dự án giao thông

2. Phát triển công nghệ sản xuất bột cao su phế thải đạt chuẩn kỹ thuật

   • Động từ hành động: Nghiên cứu và hoàn thiện
   • Target metric: Đảm bảo độ mịn, độ đồng nhất và tính ổn định của bột cao su
   • Timeline: 6-12 tháng
   • Chủ thể thực hiện: Các viện nghiên cứu vật liệu, doanh nghiệp tái chế cao su

3. Xây dựng tiêu chuẩn kỹ thuật và quy trình thi công BTN cải tiến

   • Động từ hành động: Ban hành và hướng dẫn
   • Target metric: Tiêu chuẩn phù hợp với điều kiện khí hậu và tải trọng Việt Nam
   • Timeline: 1 năm
   • Chủ thể thực hiện: Bộ Giao thông Vận tải, Tổng cục Đường bộ

4. Tăng cường đào tạo và chuyển giao công nghệ cho cán bộ kỹ thuật và công nhân thi công

   • Động từ hành động: Tổ chức đào tạo
   • Target metric: 100% cán bộ kỹ thuật được đào tạo về BTN cải tiến
   • Timeline: 6 tháng đến 1 năm
   • Chủ thể thực hiện: Các trường đại học, trung tâm đào tạo nghề xây dựng

Đối tượng nên tham khảo luận văn

1. Các nhà nghiên cứu và sinh viên ngành kỹ thuật xây dựng, vật liệu xây dựng
   • Lợi ích: Hiểu rõ

Trích đoạn nội dung tài liệu

Luaän aùn Thaïc Syõ KHKT MUÏC LUÏC MUÏC LUÏC MÔÛ ÑAÀU A- MUÏC ÑÍCH NGHIEÂN CÖÙU 5 B- PHÖÔNG PHAÙP VAØ NOÄI DUNG NGHIEÂN CÖÙU 6 B-1/ Phöông phaùp nghieân cöùu 6 B-2/ Noäi dung nghieân cöùu 6 CHÖÔNG I: TOÅNG QUAN VEÀ BTN SÖÛ DUÏNG BITUM CAÛI TIEÁN VAØ BTN SÖÛ DUÏNG BITUM CAÛI TIEÁN BAÈNG BOÄT CAO SU PHEÁ THAÛI 7 I-1. BITUM CAÛI TIEÁN [11] 7 I-1.1/ Caùc ñaëc tính kyõ thuaät cuûa Bitum vaø aûnh höôûng cuûa chuùng ñoái vôùi caùc ñaëc ñieåm kyõ thuaät trong öùng duïng 7 I-1.2/ CAÙC LOAÏI BITUM CAÛI TIEÁN THÖÔØNG GAËP [11] 7 I-1. Caûi tieán bitum baèng caùch cho theâm Löu Huyønh 8 I-1. Caûi tieán bitum baèng caùch cho theâm caùc hôïp chaát mangan höõu cô.

Caûi tieán bitum baèng caùch cho theâm caùc polyme deûo nhieät 9 I-1. Caûi tieán baèng caùch cho theâm cao su deûo nhieät 10 I-2. BITUM CAÛI TIEÁN BAÈNG CAÙCH CHO THEÂM BOÄT CAO SU 10 I-3. BEÂTOÂNG NHÖÏA SÖÛ DUÏNG BITUM CAÛI TIEÁN – BEÂTOÂNG NHÖÏA SÖÛ DUÏNG BITUM CAÛI TIEÁN BAÈNG BOÄT CAO SU PHEÁ THAÛI 11 I-3.1/ KHAÙI NIEÄM BEÂTOÂNG NHÖÏA 11 I-3.

Vai troø cuûa BTN trong keát caáu aùo ñöôøng. Caáu truùc vaø nguyeân lyù hình thaønh cöôøng ñoä cuûa beâtoâng nhöïa 12 I-3. Caùc ñaëc tröng cô baûn cuûa beâtoâng asphalt 13 I-3. Khaû naêng choáng laïi bieán daïng khoâng hoài phuïc cuûa vaät lieäu Beâtoâng asphalt 13 I-3.

Ñaëc tính moûi cuûa vaät lieäu Beâtoâng asphalt 14 I-3. Tính chaát löu bieán vaø moâ hình löu bieán cuûa beâtoâng asphalt [5] 14 I-3.2/ BEÂTOÂNG ASPHALT CAÛI TIEÁN 14 I-3.3/ BEÂTOÂNG ASPHALT CAÛI TIEÁN SÖÛ DUÏNG BOÄT CAO SU PHEÁ THAÛI 15 CHÖÔNG II: ÑEÀ CÖÔNG VAØ PHÖÔNG PHAÙP THÍ NGHIEÄM 16 II-1. ÑEÀ CÖÔNG THÍ NGHIEÄM 16 II-1.1/ Thí nghieäm caùc chæ tieâu cô lyù vaät lieäu: Caùt; Ñaù; Boät khoaùng; Nhöïa ñöôøng; Boät cao su pheá phaåm 16 II-1.2/ Thieát keá Beâtoâng asphalt theo phöông phaùp Marshall (xaùc ñònh haøm löôïng nhöïa toái öu) 17 II-1. Thieát keá Beâtoâng nhöïa thoâng thöôøng.

Tìm haøm löôïng nhöïa toái öu. 17 Nghieân cöùu, Cheá taïo Beâ Toâng Nhöïa Noùng söû duïng boät Cao su pheá thaûi 1 Luaän aùn Thaïc Syõ KHKT II-1. Thieát keá Beâtoâng nhöïa söû duïng bitum coù troän boät cao su pheá thaûi vôùi caùc haøm löôïng boät cao su khaùc nhau. Tìm caùc haøm löôïng “nhöïa + Cao su” toái öu 17 II-1.3/ Cheá bò maãu tieán haønh thí nghieäm 18 II-1.4/ So saùnh BTN thoâng thöôøng vôùi BTN söû duïng bitum caûi tieán baèng boät cao su pheá thaûi.5/ Coâng ngheä saûn xuaát boät cao su pheá thaûi vaø cheá taïo beâtoâng asphalt coù söû duïng boät cao su pheá thaûi - Khaû naêng aùp duïng thöïc tieãn.6/ Keát luaän 19 II-2.

THÍ NGHIEÄM CAÙC LOAÏI VAÄT LIEÄU ÑEÅ CHEÁ TAÏO BTN 19 II-2.1/ Ñaù daêm 19 II-2.3/ Boät khoaùng 20 II-2.4/ Nhöïa ñöôøng 20 II-2.5/ Cao su 20 II-3. THIEÁT KEÁ BEÂTOÂNG NHÖÏA THEO PHÖÔNG PHAÙP MARSHALL: 20 II-3.1/ Yeâu caàu kyõ thuaät cuûa beâtoâng nhöïa chaët (BTNC) 20 II-3.2/ Phöông phaùp Marshall laø gì? 21 II-3.3/ Tính toaùn vaø thieát keá Caáp phoái Beâtoâng nhöïa (BTNC15): Caáp phoái BTNC15 ñöôïc thieát keá theo 22TCN 249-98 cuûa boä GTVT ban haønh 22 II-3.4/ Tính toaùn vaø thieát keá Haøm löôïng nhöïa toái öu 23 CHÖÔNG III: XAÙC ÑÒNH CAÙC CHÆ TIEÂU CÔ LYÙ CUÛA BITUM CAÛI TIEÁN BAÈNG CAÙCH TROÄN BOÄT CAO SU PHEÁ THAÛI 26 III-1. CAÙC CHÆ TIEÂU CÔ LYÙ THOÂNG DUÏNG CUÛA BITUM 26 III-2. NGHIEÂN CÖÙU AÛNH HÖÔÛNG CUÛA BOÄT CAO SU PHEÁ THAÛI TRONG BITUM CAÛI TIEÁN 27 III-2.1/ Tính quaùnh (bieåu hieän thoâng qua Ñoä kim luùn) 28 III-2.2/ Tính deûo (Bieåu hieän thoâng qua Ñoä giaõn daøi) 29 III-2.3/ Tính oån ñònh nhieät (bieåu hieän thoâng qua Nhieät ñoä hoaù meàm) 31 III-2.4/ Tính dính baùm cuûa bitum vôùi maët vaät lieäu khoaùng 32 CHÖÔNG IV: XAÙC ÑÒNH CAÙC CHÆ TIEÂU CÔ LYÙ CUÛA BEÂTOÂNG NHÖÏA SÖÛ DUÏNG BITUM CAÛI TIEÁN BAÈNG BOÄT CAO SU PHEÁ THAÛI 34 IV-1.

NGHIEÂN CÖÙU AÛNH HÖÔÛNG CUÛA BOÄT CAO SU PHEÁ THAÛI ÑEÁN CAÙC CHÆ TIEÂU CÔ LYÙ CUÛA BTN SÖÛ DUÏNG BITUM CAÛI TIEÁN BAÈNG BOÄT CAO PHEÁ THAÛI 34 A- CAÙC CHÆ TIEÂU CÔ LYÙ VÔÙI PHÖÔNG PHAÙP THÍ NGHIEÄM TIEÂU CHUAÅN 34 IV-1.1/ Ñoä oån ñònh Marshall & Khoái löôïng theå tích cuûa beâtoâng asphalt: 34 IV-1.2/ Xaùc ñònh cöôøng ñoä chòu neùn tôùi haïn cuûa beâtoâng asphalt: 36 T IV-1.3/ Moñuyl ñaøn hoài tónh vaät lieäu (E AC ): 37 Nghieân cöùu, Cheá taïo Beâ Toâng Nhöïa Noùng söû duïng boät Cao su pheá thaûi 2 Luaän aùn Thaïc Syõ KHKT IV-1.4/ Cöôøng ñoä chòu keùo–uoán cuûa beâtoâng asphalt (Rku) 39 IV-1.5/ Xaùc ñònh Söùc khaùng tröôït cuûa vaät lieäu Beâtoâng asphalt: 40 B- MOÄT SOÁ CAÙC CHÆ TIEÂU CÔ LYÙ THEO PHÖÔNG PHAÙP THÍ NGHIEÄM ÑÖÔÏC CAÛI BIEÂN 43 o o o o IV-1.6/ Ñoä beàn marshall ôû caùc nhieät ñoä: 30 c; 45 c; 60 c; 75 c & heä soá oån ñònh nhieät - ñoä oån ñònh coøn laïi sau khi ngaâm maãu ôû 60oc 43 IV-1.7/ Moñuyl ñaøn hoài ÑOÄNG vaät lieäu beâtoâng asphalt (EñAC): 48 IV-1.8/ Khaû naêng chòu moûi cuûa vaät lieäu beâtoâng asphalt (Rm): 51 IV-1.9/ Xaùc ñònh ñieåm chaûy cuûa vaät lieäu beâtoâng aùsphalt (Chæ tieâu taùc giaû ñeà xuaát) 52 C- GIAÙ TRÒ KINH TEÁ 63 CHÖÔNG V: COÂNG NGHEÄ SAÛN XUAÁT BOÄT CAO SU PHEÁ THAÛI VAØ CHEÁ TAÏO BEÂTOÂNG ASPHALT SÖÛ DUÏNG BITUM CAÛI TIEÁN BAÈNG BOÄT CAO SU PHEÁ THAÛI 64 V-1. COÂNG NGHEÄ SAÛN XUAÁT BOÄT CAO SU PHEÁ THAÛI 64 V-2. COÂNG NGHEÄ CHEÁ TAÏO BEÂTOÂNG ASPHALT SÖÛ DUÏNG BITUM CAÛI TIEÁN BAÈNG BOÄT CAO SU PHEÁ THAÛI 64 V-2.1/ Trong phoøng: 64 V-2.2/ Ngoaøi hieän tröôøng: 64 CHÖÔNG VI: KEÁT LUAÄN 65 VI-1. KEÁT LUAÄN 65 VI-2.

KIEÁN NGHÒ 70 VI-3. PHÖÔNG HÖÔÙNG NGHIEÂN CÖÙU TIEÁP TUÏC 70 PHUÏ LUÏC CAÙC HÌNH AÛNH THÍ NGHIEÄM TAØI LIEÄU THAM KHAÛO PHUÏ LUÏC THÍ NGHIEÄM (QUYEÅN RIEÂNG) 1- VAÄT LIEÄU 2- THIEÁT KEÁ BEÂ TOÂNG ASPHALT 3- THÍ NGHIEÄM CAÙC CHÆ TIEÂU CÔ LYÙ Nghieân cöùu, Cheá taïo Beâ Toâng Nhöïa Noùng söû duïng boät Cao su pheá thaûi 3 Luaän aùn Thaïc Syõ KHKT Baèng Luaän aùn Thaïc Syõ KHKT naøy, taùc giaû xin traân troïng caùm ôn söï giuùp ñôõ taän tình cuûa Tröôøng ÑH GTVT, Phoøng ñaøo taïo ñaïi hoïc vaø sau ñaïi hoïc, Khoa coâng trình, Boä moân ñöôøng boä, caùc Nhaø giaùo: PGS.TS Nguyeãn Huy Thaäp; PGS.TS Buøi Xuaân Caäy; PGS.TS Phaïm Duy Höõu. Taùc giaû cuõng traân troïng caùm ôn Phoøng thí nghieäm Coâng ty Coå phaàn Xaây döïng Coâng trình Giao thoâng 710 (thuoäc Toång Coâng ty CTGT 6), Coâng ty Caosumina, Ban Quaûn lyù caùc Döï aùn Giao thoâng 9, Phaân vieän KHCN GTVT phía Nam vaø caùc ñoàng nghieäp ñaõ taän tình giuùp ñôõ toâi hoaøn thaønh luaän aùn naøy. Nghieân cöùu, Cheá taïo Beâ Toâng Nhöïa Noùng söû duïng boät Cao su pheá thaûi 4 Luaän aùn Thaïc Syõ KHKT MÔÛ ÑAÀU “Chaát löôïng xaây döïng caùc coâng trình giao thoâng ñaët leân haøng ñaàu” ñoù laø caâu noùi thöôøng ñöôïc caùc laõnh ñaïo Nhaø nöôùc, caùc laõnh ñaïo vaø ñoàng nghieäp trong ngaønh xaây döïng coâng trình giao thoâng phaùt bieåu trong caùc Hoäi nghò.

Chaát löôïng xaây döïng mang tính bao haøm cuûa nhieàu yeáu toá Kinh teá – Kyõ thuaät, trong ñoù chuùng ta khoâng theå khoâng nhaéc ñeán chaát löôïng cuûa caùc vaät lieäu trong keát caáu aùo ñöôøng. Coù theå noùi nhöõng naêm gaàn ñaây, nhaát laø töø khi nöôùc ta môû roäng cöûa hoaø nhaäp, giao löu vôùi caùc nöôùc treân theá giôùi thì Kinh teá xaõ hoäi vaø maïng löôùi giao thoâng ngaøy caøng phaùt trieån. Cuøng vôùi söï phaùt trieån ñoù laø söï ña daïng cuûa caùc phöông tieän giao thoâng treân ñöôøng, caùc tieán boä khoa hoïc kyõ thuaät ñöôïc aùp duïng trong caùc lónh vöïc coâng ngheä , thieát bò, vaät lieäu v.v… Hieän nay, vôùi xu höôùng kinh teá – xaõ hoäi vaø maïng löôùi giao thoâng ngaøy caøng phaùt trieån maïnh, treân phaàn lôùn caùc con ñöôøng trong maïng löôùi giao thoâng ñeàu söû duïng vaät lieäu bitum laøm chaát lieân keát vôùi coát lieäu ñeå taïo ra maët ñöôøng BTN thoûa maõn caùc yeâu caàu kyõ thuaät vaø nhu caàu söû duïng. Cuøng vôùi xu höôùng phaùt trieån ñoù seõ keøm theo laø löu löôïng xe ngaøy caøng taêng vaø xe troïng taûi lôùn löu thoâng ngaøy caøng nhieàu, toác ñoä chaïy xe cao ñaõ vaø ñang trôû thaønh xu theá phoå bieán hieän nay.

Vì leõ ñoù, nghaønh giao thoâng caàn phaûi coù caùc phöông aùn toái öu ñeå kòp ñaùp öùng ñöôïc nhu caàu thöïc teá treân. Theá thì chuùng ta caàn coù ñònh höôùng nhö theá naøo? Theo toâi caàn phaûi thieát keá ra nhöõng con ñöôøng coù keát caáu hôïp lyù vaø ñaëc bieät lôùp aùo phuû maët ñöôøng (Beâtoâng nhöïa) caàn phaûi coù tính oån ñònh nhieät cao, chòu ñöôïc löïc masaùt lôùn, coù ñoä baùm toát, ít bieán daïng, ñaøn hoài toát (bieán daïng seõ ñöôïc hoài phuïc ngay khi taûi troïng ñi qua) trong khi khai thaùc vôùi löu löôïng xe lôùn, troïng taûi lôùn vaø nhaát laø trong vuøng khí haäu noùng (Ñoâng Nam AÙ). Treân theá giôùi, ngöôøi ta cuõng ñaõ söû duïng nhieàu phöông phaùp ñeå taïo ra Beâtoâng aùsphalt coù caùc tính naêng kyõ thuaät cao. Nhöõng phöông phaùp hay söû duïng laø: - Bitum chaát löôïng cao (Multiphalte) laøm chaát lieân keát.

- Phuï gia cho Bitum - Phuï gia boät cao su trong beâtoâng aùt phan - Phuï gia Cololymere eva (Etylene vinyl axeâtat) Trong ñieàu kieän maät ñoä giao thoâng phaùt trieån seõ keùo theo caùc saûn phaåm coâng nghieäp pheá thaûi seõ taêng leân raát lôùn. Trong ñoù loáp xe pheá thaûi laø raát nhieàu, ñeå coù theå taän duïng ñöôïc caùc pheá thaûi naøy trong caùc ngaønh kyõ thuaät noùi chung vaø ngaønh giao thoâng noùi rieâng laø moät trong nhöõng vaán ñeà chuùng ta caàn quan taâm. Söû duïng saûn phaåm pheá thaûi naøy khoâng nhöõng giaûi quyeát veà maët moâi tröôøng maø coøn coù lôïi caû veà maët kinh teá vaø kyõ thuaät trong ngaønh giao thoâng. Ñoù laø caùc lyù do ñeå toâi choïn ñeà taøi : “ NGHIEÂN CÖÙU, CHEÁ TAÏO BEÂTOÂNG NHÖÏA NOÙNG GIA COÁ BOÄT CAO SU PHEÁ THAÛI “ A- MUÏC ÑÍCH NGHIEÂN CÖÙU Vôùi cao su pheá thaûi ñaõ ñöôïc nghieàn thaønh boät, ñem troän vaøo bitum daàu moû laøm chaát keát dính vôùi coát lieäu ñeå taïo ra hoån hôïp beâtoâng aùsphalt.

Töø ñoù thí nghieäm caùc chæ Nghieân cöùu, Cheá taïo Beâ Toâng Nhöïa Noùng söû duïng boät Cao su pheá thaûi 5 Luaän aùn Thaïc Syõ KHKT tieâu kyõ thuaät cô baûn ñeå ñaùnh giaù aûnh höôûng cuûa boät cao su ñoái vôùi bitum daàu moû vaø hoån hôïp beâtoâng aùsphalt. Qua ñoù, tìm ra ñöôïc haøm löôïng cao su thích hôïp nhaát coù trong bitum vaø haøm löôïng hoån hôïp “bitum + cao su” toái öu ñeå cheá taïo beâtoâng aùsphalt, ñoàng thôøi cuõng coù theå ñònh khung haøm löôïng cao su coù trong bitum thích hôïp vaø haøm löôïng hoån hôïp “bitum + cao su” thích hôïp toái öu ñeå cheá taïo beâtoâng aùsphalt öùng vôùi töøng haøm löôïng cao su maø ta choïn (döïa theo caùc soá lieäu ta thí nghieäm vaø tính chaát kyõ thuaät cuûa töøng con ñöôøng).