CHƯƠNG I. TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ VÀ THIẾT BỊ TRỘN PHỤ GIA WETFIX VÀ NHỰA ĐƯỜNG 1. Tổng quan công nghệ trộn phụ gia wetfix và nhựa đường 1.1 Yêu cầu về chất lượng của bê tông nhựa Nhiều ý kiến cho rằng chất lượng mặt đường bê tông nhựa nóng hiện nay chưa đạt được yêu cầu của thực tế đòi hỏi. Các tuyến đường có tầng mặt là bê tông nhựa nóng loại 1 theo yêu cầu phải có thời gian sửa chữa vừa là 5 năm, sửa chữa lớn là 15 năm.
Các tuyến đường có tầng mặt là bê tông nhựa loại 2 theo yêu cầu phải có thời gian sửa chữa vừa là 4 năm, sửa chữa lớn là 12 năm. Đại đa số các tuyến đường cao cấp hiện nay đều được thiết kế với tầng mặt bê tông nhựa loại 1 (một hoặc hai lớp). Song rất nhiều tuyến đường sau một thời gian sử dụng không dài (hai hoặc ba năm, thậm chí ngắn hơn) đã phát sinh các biến dạng, hư hỏng đến mức cần phải sửa chữa vừa hoặc lớn.1 Hiện tượng nứt mỏi do chất lượng bê tông nhựa kém Các hư hỏng trên đã gây tổn thất rất lớn cho nền kinh tế quốc dân: tốn kém các chi phí sữa chữa, chất lượng khai thác giảm dẫn đến việc tăng các chi phí vận chuyển, mặt khác còn gây một dư luận xấu trong xã hội về công tác quản lý, thi công xây dựng đường. Vì vậy, việc nghiên cứu, phân tích các nguyên nhân gây hư hỏng và tìm các biện pháp cải thiện chất lượng mặt đường bê tông nhựa nóng là mộ công việc hữu ích và cần thiết.
Do đặc thù địa lý nên đường giao thông nước ta trải dài qua các vùng miền khác nhau. Khi thi công các nhà thầu xây dựng phải tận dụng nguồn đá cấp phối gần công trường. Thời gian qua, nguồn đá chất lượng cao, dính bám với nhựa tốt ngày càng trở 5 nên khan hiếm. Điều đó đặt ra cho các nhà thầu, các kỹ sư vật liệu cần nghiên cứu vật liệu để tăng cấp dính bám cho đá, nhựa lên để đạt yêu cầu thi công ( cấp 4, 5).
Vì vậy người ta đã nghiên cứu và sản xuất ra sản phẩm phụ gia tăng dính bám giữa đá và nhựa đường Wetfix.2 Mục đích trộn phụ gia wetfix Hãng hóa chất Akzo Nobel của Thụy Điển chuyên sản xuất dung môi, phụ gia cho các ngành công nghiệp nổi tiếng tại Việt Nam với thương hiệu sơn Dulux weather shield dành cho ngành xây dựng. Chúng tôi tham gia ngành xây dựng cầu đường từ hơn 60 năm trước bắt đầu từ việc cung cấp các loại phụ gia. Khi nghiên cứu sản phẩm ứng dụng cho các khu vực khác nhau, chúng tôi nhận thấy có nhiều khu vực thi công bị ảnh hưởng bởi yếu tố dính bám đá – nhựa. Vì vậy chúng tôi nghiên cứu và sản xuất ra sản phẩm phụ gia tăng dính bám giữa đá và nhựa đường Wetfix be in.
Đối với cốt liệu đá, thành phần Silica ảnh hưởng không tốt đến khả năng bám dính với nhựa đường do có mang nhóm OH mang điện tích âm. Nhóm mang điện tích âm này gây ra phản lực với nhựa – thành phần mang điện tích âm. Vì vậy ngoài liên kết vậy lý, thì đá có thành phần silica và nhựa hầu như không có liên kết điện tích về mặt hóa học nào. Do đó hầu hết các mỏ đá bị nhiễm silica hoặc đá có nhiều tạp chất cho khả năng dính bám rất kém với nhựa đường (cấp 3, thậm chí cấp 2).
Phụ gia Wetfix be có thành phần chính là các amin mạch dài có nhiều gốc liên kết mang điện tích dương là cầu nối giữa đá và nhựa đường. Đây là mối liên kết hóa học tương đối bền vững. Thử nghiệm thực tế cho thấy Wetfix tăng tính dính bám cho đá và nhựa đường lên được cấp một. Ngoài ra liên kết này kỵ nước sẽ giúp bê tông nhựa bền vững hơn trong mùa mưa bão cũng như các khu vực ngập nước.2 a) Phụ gia Wetfix; b) Mẫu đá trước và sau thí nghiệm 6 Thông qua những thí nghiệm dùng chất phụ gia hóa học tăng độ bám dính.
Kết quả cho thấy, với việc sử dụng phụ gia với hàm lượng khoảng từ 0,35%, dính bám đá – nhựa sẽ được nâng cao thêm 1 cấp, nhưng các chỉ số vệt hằn lún bánh xe vượt ngưỡng cho phép vài độ. Nên nếu dùng hàm lượng 0,35% phụ gia độ kim lún tang 2 – 3 độ, nhưng đánh đổi lại độ kết dính cốt liệu đá và nhựa tăng đáng kể, song hiệu quả phụ gia còn tùy thuộc vào cốt liệu đá. Vì vậy chúng ta nên dùng phụ gia tăng dính bám cho đá – nhựa, để kéo dài tuổi thọ cho mặt đường bê tông nhựa. Đặc biệt, với những dự án đường giao thông khu vực miền Trung và miền Nam.
Qua nghiên cứu thực tế tại các mỏ đá, Phong Phú – Bình Thuận; Núi Giăng, núi đất – Ninh Thuận; Hòn thị; Hòn Ngang, Hòn Dốc Mơ – Khánh Hòa; Mỏ đá An Nhơn – Bình Định; Mỏ đá Mỹ Trang – Quảng Ngãi. cho thấy bê tông nhựa có sử dụng Wetfix có nhiều tiêu chí vượt trội so với bê tông nhựa thông thường, đặc biệt là tăng độ dính bám. Hiện nay phụ gia tăng dính bám Wetfix đang được sử dụng tại nhiều dự án và mang lại hiệu quả rõ rệt. Khi sử dụng phụ gia Wetfix be các chỉ tiêu cơ lý của bê tông nhựa được cải thiện đáng kể theo chiều hướng có lợi, ít phát sinh các trường hợp hư hỏng như: trồi trượt, lượn song, nổi nhựa bề mặt, hạn chế được biến dạng lún vệt bánh xe.
Các kết quả thí nghiệm về nồng độ sử dụng từ 0,2 – 0,5% trên khối lượng nhựa mang đến kết quả tốt cũng như chi phí rẻ.3 Quá trình trộn phụ gia vào nhựa đường 1.1 Phân loại bê tông nhựa a. Theo độ rỗng dư, bê tông nhựa được phân ra 2 loại: - Bê tông nhựa chặt (viết tắt là BTNC): có độ rỗng dư từ 3% đến 6% , dùng làm lớp mặt trên và lớp mặt dưới. Trong thành phần hỗn hợp bắt buộc phải có bột khoáng. - Bê tông nhựa rỗng (viết tắt là BTNR): có độ rỗng dư từ 7% đến 12% và chỉ dùng làm lớp móng.
Theo kích cỡ hạt lớn nhất danh định của bê tông nhựa chặt, được phân ra 4 loại: - Bê tông nhựa chặt có cỡ hạt lớn nhất danh định là 9,5 mm (và cỡ hạt lớn nhất là 12,5 mm), viết tắt là BTNC 9,5. 7 - Bê tông nhựa chặt có cỡ hạt lớn nhất danh định là 12,5 mm (và cỡ hạt lớn nhất là 19 mm), viết tắt là BTNC 12,5. - Bê tông nhựa chặt có cỡ hạt lớn nhất danh định là 19 mm (và cỡ hạt lớn nhất là 25 mm), viết tắt là BTNC 19. - Bê tông nhựa cát, có cỡ hạt lớn nhất danh định là 4,75 mm (và cỡ hạt lớn nhất là 9,5 mm), viết tắt là BTNC 4,75.
Giới hạn về thành phần cấp phối hỗn hợp cốt liệu (thí nghiệm theo TCVN 7572-2: 2006) và phạm vi áp dụng của các loại BTNC theo quy định. Theo kích cỡ hạt lớn nhất danh định với bê tông nhựa rỗng, được phân thành 3 loại: - Bê tông nhựa rỗng có cỡ hạt lớn nhất danh định là 19 mm (và cỡ hạt lớn nhất là 25 mm), viết tắt là BTNR 19; - Bê tông nhựa rỗng có cỡ hạt lớn nhất danh định là 25 mm (và cỡ hạt lớn nhất là 31,5 mm), viết tắt là BTNR 25; - Bê tông nhựa rỗng có cỡ hạt lớn nhất danh định là 37,5 mm (và cỡ hạt lớn nhất là 50 mm), viết tắt là BTNR 37,5. Giới hạn về thành phần cấp phối hỗn hợp cốt liệu (thí nghiệm theo TCVN 7572- 2: 2006) và phạm vi áp dụng của các loại BTNR theo quy định.2 Phương pháp xác định độ bám giữa wetfix và nhựa đường - Xác định độ dính bám bằng thí nghiệm va đập Vialit Thí nghiệm va đập Vialit (có tên tiếng Anh là Vialit Plate Shock Test) [8] là phương pháp dùng để xác định được các chỉ tiêu sau: Lực bám dính cơ học của các chất kết dính với bề mặt của cốt liệu; lực bám dính chủ động của chất kết dính đến đá dăm mặt đường; nhiệt độ dính kết của chất kết dính và cốt liệu, sự biến đổi của độ dính bám dưới nhiệt độ gây vật liệu gãy (tạm gọi là nhiệt độ gãy). Thí nghiệm này còn thích hợp cho tất cả các chất kết dính có gốc axit và các loại cốt liệu sử dụng làm láng bề mặt.
Các bộ phận cần có để thực hiện thí nghiệm thể hiện trong Hình 1.gồm: Tấm thép có kích thước 200 x 200mm, bàn thí nghiệm, bi thép có khối lượng 500g, con lăn bằng cao su có khối lượng 25kg, dụng cụ quét nhựa, cân, tủ sấy. 8 a) Tấm thép; b) Con lăn; c) Bàn thí nghiệm; d) Bi thép đặt trên tấm thép Hình 1.3 Các bộ phận chủ yếu trong thí nghiệm Vialit - Các bước chuẩn bị và tiến hành thí nghiệm Chất kết dính: Nung nóng nhựa 60/70 đến nhiệt độ thi công với số lượng cho mỗi mẫu như sau: 1,0kg/m2 nếu sử dụng đá có kích cỡ 5/8mm hoặc 8/11mm; 1.3kg/m2 nếu sử dụng cho đá có kích thước 11/16mm. Đá: Sử dụng đá cho mỗi mẫu với số lượng hạt như sau: 100 nếu cỡ đá là 5/8mm hoặc 8/11mm; 50 nếu cỡ đá là 11/16mm. Chú ý khi chọn đá dăm cho mẫu cần loại bỏ những hạt có cỡ hạt quá khổ hoặc bề mặt hạt bị bong tróc.
Chuẩn bị tấm thép:Làm sạch và làm khô các tấm trước mỗi thử nghiệm. Cân một lượng chất kết dính theo yêu cầu (đã được nung đến nhiệt độ thi công) và đặt nó lên tấm thí nghiệm bằng dụng cụ thích hợp. Để có một lớp màng chất kết dính đồng đều, các tấm có thể được nung nóng đến nhiệt độ tối đa 50ºC trong thời gian 5 phút. Đặt các tấm với chất kết dính vào tủ bảo dưỡng ở nhiệt độ 5±1ºC trong thời gian 20±2 phút.
Rải đá và đầm mặt:Lấy các mảnh đá dăm từ tủ bảo dưỡng và rải đều chúng lên lớp màng chất kết dính. Thực hiện thao tác lăn con lăn cao su 3 lượt trên một phương và 3 lượt theo phương vuông góc. Bảo dưỡng mẫu:Đặt tấm với chất kết dính và đá dăm vừa thao tác ở trên vào tủ bảo dưỡng ở 25±1ºC trong 3 giờ. Thực hiện thí nghiệm: Đặt mẫu vừa bảo dưỡng trên vào ba thanh chống đứng, chú ý đảm bảo 3 thanh chống đứng phải cân bằng.
Mỗi thí nghiệm sẽ được thực hiện trong vòng 1 phút trong cùng điều kiện, liên tục, với ba tấm khác nhau để có được ba giá trị đo. Dụng cụ phải được đặt ở chế độ làm việc liên tục.