Chương 1: Tổng quan về các loại vật liệu dùng làm lớp phủ mặt đường. Chương 2: Vật liệu Carboncor Asphalt. Chương 3: Đánh giá khả năng sử dụng vật liệu Carboncor Asphalt cho Khu đô thị công nghệ FPT Đà Nẵng. -4- CHƢƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ CÁC LOẠI VẬT LIỆU DÙNG LÀM LỚP PHỦ MẶT ĐƢỜNG Các nƣớc trên thế giới, hệ thống giao thông vận tải đều đống vai trò quan trọng trong quá trình xây dựng, phát triển và bảo vệ tổ quốc.
Nó đƣợc ví nhƣ là huyết mạch trong cơ thể, sự phát triển hệ thống giao thông cũng là một trong những tiêu chí quan trọng để đánh giá sự phát triển của mỗi quốc gia. Hệ thống giao thông bao gồm giao thông đƣờng bộ, đƣờng sắt, đƣờng thủy và đƣờng không. Trong đó hệ thống giao thông đƣờng bộ luôn đóng vai trò quan trọng trong toàn hệ thống giao thông. Hệ thống đƣờng bộ Việt Nam đƣợc hình thành và phát triển trong nhiều thập kỹ, có 17273 km đƣờng quốc lộ.
Mật độ đƣờng bộ các loại theo khu vực của đất nƣớc 0,78km/km2, theo dân số 3,09 km/1. Con số này so với các nƣớc trong khu vực, nếu chỉ số so sánh và đƣờng quốc lộ thì con số nầy là thấp. Điều kiện kỹ thuật đƣờng xá nghèo nàn. Gần đây, chất lƣợng đƣờng đó đƣợc cải thiện đáng kế.
Riêng chỉ đƣờng quốc lộ và tỉnh lộ, chiều dài các đƣờng bê tông, rải nhựa đã chiếm 80%.000 km đƣờng và trên 1.400m cầu đƣợc xây dựng và sửa chữa. Hiện tại trên thế giới nói chung và Việt Nam nói riêng đang sử dụng phổ biến các loại vật liệu liên kết vô cơ và vật liệu liên kết hữu cơ để làm lớp phủ mặt đƣờng [11]. Vật liệu liên kết vô cơ Thông thƣờng là xi măng vôi thủy hoặc có thể là các phế liệu công nghiệp nhƣ tro bay thu đƣợc ở các nhà máy nhiệt điện hoặc xỉ lo cao. thành phần chủ yếu của các chất liên kết vô cơ gồm có SiO2 Al2O3 và CaO dƣới dạng tinh thể và vô định hình [11].
Các chất liên kết rắn trong nước Là những khoáng vật kết hợp với nƣớc tạo thành một loại vữa ngƣng kết và đông cứng dần trong nƣớc và trong không khí. Khi phản ứng với nƣớc chúng tạo thành những thành phần thủy hóa ổn định, rất ít tan trong nƣớc, có lực liên kết tốt giữa bản thân chúng và giữa chúng với vật liệu hạt, hình thành dần cƣờng độ của -5- hỗn hợp đá gia cố chất liên kết vô cơ. Các chất liên kết rắn trong nƣớc thƣờng dùng là: - Các loại xi măng, gồm có xi măng thƣờng (có dung chất phụ gia làm chậm đông kết) và xi măng đặc biệt, đông kết chậm với tỉ lệ xỉ nghiên cao (>70%). - Vôi thủy, là sản phẩm thu đƣợc khi nung đá vôi nhiều tạp chất sét (từ 8 – 20%) ở nhiệt độ từ 900 – 11000C.
- Tro bay sunfat – vôi, là tro bay thu đƣợc ở các nhà máy nhiệt điện mà chất đốt là than nâu. Nếu hàm lƣợng vôi và sunfat trong loại tro bay này cao thì có dạng gần nhƣ xi măng. - Xỉ lò cao dùng làm chất liên kết thƣờng có 2 loại: Xỉ lò cao dạng cát (có thành phần hạt từ 0 – 5mm) và xỉ lò cao có dạng hạt (kích cỡ 0 – 20mm) [11]. Các chất liên kết hỗn hợp giữa chất phụ gia vô cơ hoạt tính và vôi rắn trong không khí Là những khoáng vật có thể tạo thành những thành phần thủy hóa ổn định, ít tan trong nƣớc khi tác dụng với nƣớc và vôi.
- Puzơlan là thiên nhiên, là vật liệu thiên nhiên rất nhẹ, sản phẩm của những vụ nổ núi lửa, thành phần chủ yếu gồm có Silic, alumin và oxit sắt dƣới dạng tinh thể và định hình. Tính chất Puznơlan của chúng thay đổi theo vỉa. Một puzơlan có hoạt tính cao (dƣới dạng bột) đƣợc dùng làm xi măng, còn một số đƣợc nghiền thành cát kích cỡ 0 – 5mm để trộn với vôi làm thành liên kết vôi – puzơlan. hỗn hợp thƣờng là 80% puzơlan và 20% vôi.
- Tro bay silic – alumin, là tro bay thu đƣợc ở các nhà máy nhiệt điện mà chất đốt là thang đá. thành phần chủ yếu là silic, alumin (dƣới dạng tinh thể và vô định hình) và một ít vôi, tro bay dùng làm chất liên kết để gia cố vật liệu đá làm mặt đƣờng thƣờng gồm 80% tro bay silic – alumin và 20% vôi rắn trong không khí (theo khối lƣợng khô). - Sét nung non, là đất sét nung ở nhiệt độ trên 6500C hoặc phế phẩm của việt sản xuất đồ gốm, gạch sét nung. Đem nghiền nhỏ chất phụ gia này và trộn với vôi rắn trong không khí ở trạng tháng khô sẽ đƣợc chất liên kết vôi – sét.
- Đá tầm tích điatômit, thành phần khoáng vật chủ yếu cũng là SiO2, vô định hình trên có thể tác dụng với vôi ở nhiệt độ bình thƣờng để trở thành chất liên kết -6- rắn trong nƣớc. Trong các chất liên kết vô cơ kể trên, xi măng đƣợc dùng trong sản xuất bê tông để làm mặt đƣờng bê tông xi măng (mặt đƣờng cứng). Bê tông đƣợc chia thành nhiều loại: Bê tông thƣờng, bê tông chất lƣợng cao, bê tông nhẹ, bê tông đầm lăn, bê tông tự đầm, bê tông thi công dƣới nƣớc,.Loại mặt đƣờng này có ƣu điểm là tận dụng đƣợc vật liệu địa phƣơng, có cƣờng độ cao, tuổi thọ cao, chịu đƣợc nƣớc tốt, dễ thi công (có thể thi công bằng máy hoặc thủ công), có thế làm mặt đƣờng ở những chỗ có độ dốc dọc lớn (đƣờng miền núi). Những nhƣợc điểm của nó là giá thành đầu tƣ ban đầu cao, không thông xe đƣợc ngay.
Vì phải chờ cho bê tông đạt cƣờng độ, quá trình kiểm tra giám sát chất lƣợng tỉ mỉ, nhiều khâu, nhiều giai đoạn. Xem xét chất lƣợng bê tông cần xem xét cả ba trạng thái: Bê tông tƣơi, trạng thái bê tông mềm, trạng thái rắn chắc. Các chỉ tiêu đánh giá chất lƣợng mặt đƣờng bê tông xi măng: - Độ bằng phẳng; - Độ nhám mặt đƣờng; - Cƣờng độ của bê tông và môđun đàn hồi; - Độ bềnh lâu (độ mở rộng điều kiện ẩm ƣớt và co khô); - Ăn mòn cốt thép; - Phản ứng kiềm – cốt liệu; - Độ hao mòn; - Độ ổn định sunfat; - Ổn định hóa chất; - Độ bềnh đóng băng và tan băng; - Độ suy giảm do sinh vật; - Từ biến. Ngoài ra, các loại mặt đƣờng có chất liên kết vô cơ thƣờng dùng vật liệu đá dăm (hay đá sỏi) kích cỡ đồng đều hoặc có một cấp phối nhất định làm cốt liệu.
Tùy theo loại chất liên kết sử dụng thành phần hỗn hợp vật liệu và phƣơng pháp thi công mà mặt đƣờng này có tên gọi khác nhau. Khi dùng đá dăm kích cỡ đồng đều (đa dăm macadam) làm cốt liệu, dùng vữa xi măng cát làm chất liên kết và thu công theo kiểu tƣới thấm hoặc kẹp vữa thì gọi là mặt đƣờng đá dăm thâm nhậm hoặc kẹp -7- vữa. Khi dùng đá dăm hoặc đá sỏi có thành phần cấp phối nhất định trộn với xi măng (hoặc các chất liên kết vô cơ khác nhau xỉ lò cao, vôi – puzơlan, tro bay .) thì gọi là mặt đƣờng (móng) đƣờng cấp phối đá dăm (đá sỏi) gia cố xi măng (hoặc gia cố xỉ lò cao, vôi – puzơlan hoặc tro bay. Ƣu điểm quan trọng nhất của việc gia cố đá bằng chất liên kết vô cơ là lực liên kết của hỗn hợp vật liệu đƣợc tăng lên nhiều, đồng thời chất liên kết vô cơ làm tăng cƣờng độ của nhóm của các hạt nhỏ trong hỗn hợp và biến hỗn hợp vật liệu đá thành một khối đồng nhất.
Sau khi gia cố, sự khác nhau về cƣờng đô của thành phần nhóm hạt nhỏ trong hỗn hợp cũng giảm xuống so với trƣớc khi gia cố. Vì vậy độ bền, tính toàn khối và độ ổn định của mặt đƣờng đá gia cô chất liên kết vô cơ khá cao. Một nhƣợc điểm chung của loại mặt đƣờng này là khá giòn, dễ bị mài mòn dƣới tác dụng trực tiếp của xe chạy nền thƣờng dùng lớp móng trong các kết cấu mặt đƣờng cấp cao. Khi lƣu lƣợng xe ít có thể dùng lớp mặt nhƣng phải tránh nhựa lên trên.
Các chỉ tiêu đánh giá chất lƣợng của loại mặt đƣờng sử dụng chất liên kết vô cơ này là: - Độ bằng phẳng - Độ nhám mặt đƣờng - Cƣờng độ và môđun đàn hồi - Độ ổn định toàn khối [11]. Vật liệu liên kết hữu cơ Là hỗn hợp của các chất hữu cơ có phân tử lƣợng tƣơng đối cao, tồn trọng thể rắn, dẻo hay lỏng. Nguyên liệu để sản xuất chất kết dính hữu cơ là sản phẩm có nguồn gốc hữu cơ nhƣ dầu mỏ, than đá, than bùn. Sau khi gia cố hóa lí, ngoài các sản phẩm chính ngƣời ta còn nhận đƣợc một số nhựa cặn.
Nhựa cặn đƣợc gia công tiếp tục để trở thành chất kết dính hữu cơ. Chất kết dính hữu cơ (nhất là Bitum và Guđrông) đƣợc ứng dụng rộng rải để xây dựng các lớp phủ mặt đƣờng. Các chất kết dính hữu cơ có các đặc tính kỹ thuật sau: -8- - Dễ liên kết với vật liệu khoáng bằng lớp màng mỏng và ổn định nƣớc; - Có độ nhớt nhất định, nhờ đó trong thời gian thi công có bảo bọc quanh vật liệu khoáng còn trong thời kỳ làm việc nó gắn kết vật liệu khoáng thành một khối đồng nhất, tạo ra cƣờng độ cần thiết; - Tƣơng đối ổn định khí quyển, ít thay đổi trong quá trình sử dụng; - Hòa tan ít trong nƣớc và axit vô cơ, hòa tan nhiều trong dung môi hữu cơ; - Căn cứ vào đặc điểm sau để phân loại chất kết dính hữu cơ; - Căn cứ vào thành phần hóa học, chia ra: Bitum và Guđrông; - Căn cứ theo nguồn gốc nguyên liệu chia ra: + Bitum dầu mỏ là sản phẩm cuối cùng của dầu mỏ. + Bitum đá dầu là sản phẩm khi chƣng đá dầu.
+ Bitum thiên nhiên là loại thƣờng gặp trong thiên nhiên ở dạng kết dính hay lẫn với các loại đá. + Guđrông than đá là sản phẩm khi chƣng khô than đá. + Guđrông than bùn là sản phẩm khi chƣng khô than bùn. + Guđrông gỗ bùn là sản phẩm khi chƣng khô gỗ.
- Theo tính chất xây dựng đƣa ra: + Bitum và Guđrông rắn: ở nhiệt độ 20 – 250C là một chất rắn có tính giòn và đàn hồi, nhiệt độ 180 – 2000C thì có tính chất của một chất lỏng. + Bitum và Guđrông quánh: ở nhiệt độ 20 – 250C là một chất mềm, có tính dẻo cao và độ đàn hồi không lớn lắm.