Giáo trình vật liệu xây dựng mới - Chương 6

Chia sẻ: Nguyen Nhi | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:32

Thêm vào BST

Báo xấu

319
lượt xem 153
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Tài liệu tham khảo Giáo trình vật liệu xây dựng mới ( PTS.TS Phạm Duy Hữu - Nhà xuất bản Giao thông vận tải ) - Chương 6 Bê tông áp phan

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Giáo trình vật liệu xây dựng mới - Chương 6

CHƯƠNG 6 BÊ TÔNG ÁT PHAN Bê tông át phan là m t lo i ñá nhân t o có thành ph n ch y u là bi tum d u m , h n h p v t li u khoáng (ñá, cát, m t, b t khoáng) và ph gia. Nó ñư c s d ng làm ñư ng ô tô. 6.1. Phân lo i bê tông át phan và các yêu c u v ch tiêu cơ lý c a bê tông át phan – 22 TCN249-98. Căn c c l n nh t c a c p ph i ñá (tương ng c sàng tròn tiêu chu n mà c sàng nh hơn sát ngày dư i nó có lư ng sót tích lu lơn hơn 5%) bê tông át phan r i nóng ñư c phân ra 4 lo i : bê tông nh a h t nh , bê tông nh a h t trung, bê tông nh a h t l n và bê tông nh a h t cát. Theo ñ r ng còn l i sau khi ñ m ch t bê tông át phan ñư c phân ra hai lo i : - Bê tông át phan ñ c (BTA) có ñ r ng còn dư t 3% ñ n 6% theo th tích. Trong thành ph n h n h p b t bu c ph i có b t khoáng. - Bê tông át phan r ng (BTAR) có ñ r ng còn dư l n hơn 6% ñ n 10% theo th tích và ch dùng làm l p dư i c a m t bê tông át phan hai l p ho c làm l p m ng. - Theo ch t lư ng c a v t li u khoáng ñ ch t o h n h p, bê tông át phan ñư c phân ra 2 lo i : lo i I và lo i II ch ñư c dùng cho l p m t ñư ng c p t i h n 40km/h ho c dùng cho l p dư i c a m t ñư ng bê tông hai l p ho c dùng cho ph n ñư ng dành cho xe thô sơ. Thành ph n c p ph i c a các lo i bê tông át phan n m trong gi i h n quy ñ nh theo b ng 6.1, c p ph i thi t k ph i liên t c. T l thành ph n 2 lo i h t k c n nhau không ñư c bi n ñ i t gi i h n dư i ñ n gi i h n trên. Hàm lư ng nh a tính theo% kh i lư ng c a c t li u khô, tham kh o b ng 6.2. ð có hàm lư ng t i ưu, c n ph i làm các m u thí nghi m 3-4 hàm lư ng nh a thay ñ i nhau t 0,3 -0,5 % chugn quanh hàm lư ng nh a tham kh o. Ch n hàm lư ng nh a sao cho h n hơp bê tông nh a r i nóng tho mãn các yêu c u trong b ng 6.2 (BTA) và 6.3 (BTAR). 78
Yêu c u các ch tiêu cơ lý c a bê tông át phan ñ c B ng 6.1 Yêu c u ñ i v i Phương bê tông át phan pháp thí TT Các ch tiêu lo i nghi m I a, Thí nghi m theo m u nén hình tr 1 ð r ng c t li u khoáng ch t ,% th tích 15-19 15-21 2 ð r ng còn dư , % th tích 3-6 3-6 3 ð ngâm nư c, % th tích 1,5-3,5 1,5-4.5 4 ð n , % th tích, không l n hơn 0,5 1,0 2 5 Cư ng ñ ch u nén, daN/cm , nhi t ñ Quy trình th 0 + 20 C Không nh hơn 35 25 nghi m bê 0 + 50 C Không nh hơn 14 12 tông át phan 6 H s n ñ nh nư c, không nh hơn 0,90 0,85 7 H s n ñ nh nư c, khi cho ng m trong 0,85 0,75 15 ngày ñêm, không l n hơn 8 ð n ,% th tích, khi cho ng m nư c 1,5 1,8 trong 15 ngày ñêm, không l n hơn b, Thí nghi m theo phương pháp Marshall (m u ñ m 75 cú m i ngày) 1 ð n ñ nh (Stability) 60 0C, kN, không 8,00 7,5 nh hơn 2 Ch s d o quy ư c (flow) ng v i S= 8 4,0 4,0 kN, mm nh hơn hay b ng 3 Thương s Marshall (Marshall Quotient) ð n ñ nh (Stability) kN min2,0 min 1,8 Ch s d o quy ư c (flow) mm max5,0 max 5,0 4 ð n ñ nh còn l i sau khi ngâm m u 75 75 0 60 C , 24 gi só v i ñ n ñ nh ban ñ u, % l n hơn 5 ð r ng bê tông át phan (Air voids) 3-6 3-6 6 ð r ng c t li u (Voids in mineral 14-18 14-20 aggregate) 79
c, Ch tiêu khác 1 ð dính bám v t li u nh a ñ i v i ñá Khá ð t yêu Quy trình thí c u nghi m v t li u nh a át phan 22 TCN 63-84 Ghi chú: Có th s d ng m t trong hai phương pháp thí nghi m a ho c b Yêu c u v các ch tiêu cơ lý c a h n h p bê tông át phan r ng (BTAR) B ng 6.2 Phương TT Các ch tiêu Tr s quy ñ nh pháp thí nghi m 1 ð r ng c a c t li u khoáng ch t :% th 24 tích, không l n hơn >6-10 2 ð r ng còn dư,% th tích Quy trình thí nghi m bê 3 ð ngâm nư c, % th tích 3-9 tông át phan 4 ð n , % th tích, không l n hơn 1,5 5 H s n ñ nh, không nh hơn 0,70 6 H s n ñ nh nư c, khi cho ngâm nư c 0,60 trong 15 ngày ñem, không nh hơn 6.2. Yêu c u v ch t lư ng v t li u ñ ch t o h n h p bê tông át phan 6.2.1. ðá dăm ðá dăm trong h n h p bê tông át phan ñư c xay ra t ñá t ng, ñá núi, t cu i s i, t x lò cao không b phân hu . ð i v i bê tông át phan lo i II ñư c dùng m t ph n cu i s i chưa xay theo quy ñ nh b ng 6.4. Không ñư c dùng ñá dăm xay t ñá mác- nơ, sa th ch sét, di p th ch sét. Các ch tiêu cơ lý c a ñá dăm dùng cho t ng lo i bê tông át phan ph i tho mãn các quy ñ nh b ng 6.4. Lư ng ñá dăm m m y u và phong hoá không ñư c vư t quá10% kh i lư ng ñ i v i vê tông át phan r i l p trên và không quá 15 % kh i lư ng ñ i v i bê tông át phan r i l p dư i. Lư ng ñá thoi d t c a ñá dăm không ñư c vư t quá 15 % kh i lư ng ñá dăm trong h n h p. 80
Trong cu i s i xay không ñư c quá 20 % kh i lư ng là ñá g c Silíc. Hàm lư ng b i, bùn, sét trong ñá dăm không vư t quá 2 % kh i lư ng, trong ñó hàm lư ng sét không quá 0,05 % kh i lư ng ñá. Trư c khi cân ñong sơ b ñ ñưa vào tr ng s y, ñá dăm c n ñư c phân lo i theo các cơ h t. - ð i v i bê tông át phan h t nh , phân ra ít nh t 2 c h t 10-15mm và 5- 10mm. - ð i v i bê tông át phan h t l n, phan ra ít nh t 3 c h t 15-20 (25) mm; 10-15mm và 5-10mm. - ð i v i bê tông át phan h t l n, phân ra ít nh t 2 c h t 20(25) 40mm và 5-20 (25) mm. Yêu c u cơ lý quy ñ nh cho ñá dăm dùng trong bê tông át phan r i nóng B ng 6.3 L pm t Lp Phương L p trên Các ch tiêu cơ lý c a ñá L p móng ñá pháp thí Lo i Lo i II dư i dăm ñen nghi m I 1- Cư ng ñ nén (da N/cm2) không TCVN nh hơn: ( L y ch ng a) ðá dăm xay t ñá macma và ñá ch t n i 1000 800 800 600 bi n ch t. SX ñá) b) ðá dăm xay t ñá tr m tích 800 600 600 600 2- ð ép nát (nén d p trong xi lanh) c a ñá dăm xay t cu i s i không l n hơn % 3- ð ép nát c a ñá dăm xay t x lò TCVN cao + lo i 1 2 2 3 + Không l n hơn % 15 15 25 35 4- ð hao mòn Lóangelos (LA) AASTHO – 25 35 35 35 không l n hơn, % T96 5- Hàm lư ng cu i s i ñư c xay v trong t ng s cu i s i, % kh i 100 80 80 70 B ng m t lư ng, không nh hơn 6- T s nghi n c a cu i s i Rc B ng m t 4 4 4 4 Dmin/Dmax không nh hơn k th pv i 81
xác ñ nh b ng sàng Ghi chú: - Dmin: c nh nh t c a cu i s i ñem xay: - Dmax: C l n nh t c a viên ñá xay ra ñư c: 6.2.2. Cát ð ch t o bê tông át phan ph i dùng cát thiên nhiên ho c cát xay. ðã ñ cát xay ph i có cư ng ñ nén không nh hơn c a ñá dùng ñ s n xu t ra ñá dăm. Cát thiên nhiên ph i có mô ñun ñ l n (MK ≥ 2. Trư ng h p MK< 2 thì ph i tr n thêm cát h t l n ho c cát xay t ñá ra, xác ñ nh theo TCVN 342 -86. ð i v i bê tông át phan cát ph i dùng cát h t l n ho c cát h t trung có MK>2 và hàm lư ng c h t 5mm -1,25mm không dư i 14%. H s lư ng cát (ES) c a ph n c h t 0- 4,75 mm trong cát thiên nhiên ph i l n hơn 80. trong cát xay ph i l n hơn 50. Xác ñ nh theo ASTM – D2419 -79. Cát không ñư c l n b i, bùn, sét không quá 3% kh i lư ng trong cát thiên nhiên và không quá 7% trong cát xay, tron ñó lư ng sét không quá 0,5%. Cát không ñư c l n t p ch t h u cơ. Xác ñ nh theo TCVN 343,344,345,-86. 6.2.3. B t kháng B t kháng ñư c nghi n t ñá cácbônát ( ðá vôi cãnit, ñôlômít, ñá d u…) có cư ng ñ nén không nh hơn 20 da N/cm2 và t x bazơ c a lò luy n kim ho c xi măng. Các ch tiêu k thu t c a b t khoáng nghi n nát t ñá cácbônát B ng 6.4 Phương pháp thí Các ch tiêu Tr s nghi m 1. Thành ph n c h t, % kh i lư ng - Nh hơn 1,25mm 100 - Nh hơn 0,315 ≥90 - nh hơn 0,071 ≥70(1) 2. ð i r ng, % th tích ≤ 35 3. ð n c a m u ch t o b ng h n h p b t khoáng ≤2,5 và nh a 4. ð m, % kh i lư ng ≤1,0 5. Kh năng hút nh a c a b t khoáng, KHN ( lư ng ≥40g b t khoáng có th hút h t 15g bitum mác 60/70 100≤ 6. Kh năng làm c ng nh a c a b t khoáng ( hi u s nhi t ñ m m c a v a nh a v i t l 4 nh a mác TNMD ≤ 82
200C (2) 60/70 và 6 b t khoáng theo tr ng lư ng, v i nhi t ñ m m c a nh a cùng mác 60/70 Ghi chú: (1) N u b t khoáng xay t ñá có Rnén≥ 400da N/cm2 thì cho phép gi m ñi 5% (2) Thí nghi m chưa b t bu c ðá cácbônát dùng s n xu t b t khoáng ph i s ch, ch a bu , bùn, sét không quá 5%. B t khoáng ph i khô, tơi ( không vón c c). Các ch tiêu quy ñ nh cho b t khoáng ghi b ng 6.5. 6.2.4 Nh a ñư ng Nh a ñư ng dùng ñ ché t o h n h p bê tông r i nh a nóng là lo i nh a ñư ng ñ c g c d u m . Nh a ñ c ñ ch t o bê tông nh a r i nóng tuân theo tiêu chu n 22TCN - 227-95. Dùng lo i nh a nào là do tư v n thi t k quy t ñ nh . Nh a ph i s ch, không l n nư c và t p ch t. Trư c khi s d ng nh a ph i có h sơ v các ch tiêu k thu t c a các lo i nh a s dùng và ph i thí nghi m l i như quy ñ nh. 6.2.5 Các yêu c u v tính ch t cơ lý c a v t li u ñá cho bê tông át phan ñư ng ôtô theo tiêu chu n AASHTO 6.2.5.1 Các quy ñ nh k thu t ñ i v i v t li u ñ làm bê tông V t li u ñá h t m n: V t li u ñá h t m n g m có h t thiên nhiên, cát ho c h n h p c a hai lo i cát y. V t li u ñá h t m n ph i có các lo i c h t như sau ph i h p: C sáng Ph n trăm l t qua sàng 3/4 (9,5mm) 100 0 N 4(4,75mm) 95-100 0 N 8(2,36mm) 80-100 0 N 16(1,18mm) 50-85 0 N 30(600µm) 25-60 10-30 N0-50(300µm) N0100(150µm) 2-16 Mô ñun ñ l n không ñư c nh hơn 2,3 và không l n hơn 3,1. V các ch t có h i trong v t li u ñá h t m n không ñư c vư t quá các giá tr sau: - Sét và các h t b : 3% theo tr ng lư ng. - Hàm lư ng nh hơn75µm (N0200): 5% theo tr ng lư ng. - B i than và than non: 1% theo tr ng lư ng. 83
- V t li u ñá h t thô: g m có cu i s i, cu i xay v , ñá nghi n v , x … các c h t c a v t li u ñá h t thô ph i phù h p v i g p ph i ghi b ng 6.5a. 84
S C ht Hàm lư ng h t l t qua sàng (% tr hi u ( c vuông ) 4” 31/2” 3” 21/2” 2” 11/2” 1” 3/4” 1 3,1/2-1,1/inch 100 90-100 - 25-60 - 0-15 - 0-5 2 2,1/2-1,1/2” - - 100 90-100 35-90 0-15 - 0-5 3 2- 1” - - - 100 90-102 35-70 0-5 - 0 357 2” –N 4 100 90-100 - 35-70 - 4 1,1/2”-3/4 - 100 90-100 20-55 0-15 467 11/2” - 100 95-100 - 35-70 1”- N04 5 - - 100 90-100 20-55 56 1”-1/2” - - 100 90-100 40-85 57 1”-3/8” - - 100 95-100 - 0 6 1” – N 4 - - 100 90-100 67 3/4-3/8” - - 100 90-100 3/4”-N04 7 - - - 100 3/4”-N04 8 - - - - 3/8”-N08 - - - 85
V các ch t có h t trong v t li u ñá, tuỳ theo lo i bê tông dùng cho t ng lo i công trình mà có quy ñ nh riêng. ð i v i lo i bê tông thì các ch t có h i trong v t li u ñá ñư c quy ñ nh như sau: - Hàm lư ng sét và các h t giòn không quá 10. - B i than và than non không quá 1%. - ð hao mòn Los Angoles (L.A) không quá 5. 6.2.5.2 Các phương pháp ñ xác ñ nh ch tiêu cơ lý ch y u cho v t li u ñá ASTM và tương ng c a AASHTO Trong ph n này, ASTM và AASHTO ñã ñưa kho ng 20 thí nghi m chính vào 3 ph n: - Các thí nghi m xác ñ nh ch t lư ng chung c a v t li u ñá. - Các thí nghi m xác ñ nh các ch t có h i ( t p ch t) trong v t li u ñá. - Các thí nghi m nh m cung c p các thông tin ph c v thi t k h n h p và ki m tra. a) Các thí nghi m ch y u ñ xác ñ nh ch t lư ng chung c a v t li u ñá g m có: 1. Quy trình v m u v t li u ñá ñ ñem thí nghi m, mang ký hi u D75 ( c a ASTM) tương ng v i ký hi u T.s ( c a AASHTO). 2. Xác ñ nh ñ hao mòn c a ñá ñư c xác ñ nh b ng thi t b Los Angoles (C353). 3. Xác ñ nh ñ hao mòn c a ñá kích c l n b ng thi t b Los Angoles (C353). 4. Xác ñ nh ch s b n c a ñá (D.5144 – T.210). 5. Xác ñ nh ñ mài nh n c a ñá khi dùng thi t b mài nh n bánh xe quay c a Anh (D3319 – T.279). 6. Xác ñ nh lư ng m t ng c ng c a v t li u ñá b ng phương pháp sàng kh (C66- T255). 7. Xác ñ nh ñ m v m t c a v t li u ñá h t nh hơn (C.70 - T142). 8. Xác ñ nh ñ b n v ng c a v t li u ñá b ng phương pháp l n lư t cho ñóng băng và tan băng ( T103). 9. Xác ñ nh ñ b n v ng c a v t li u ñá b ng cáh dùng Natri Sunphát hay Manhê sunphát. b) Các thí nghi m ch y u xác ñ nh các ch t có h i trong v t li u ñá, g m có: 1. Xác ñ nh lư ng ch t b n h u cơ trong v t li u h t nh c a bê tông ( C 40-T21). 86
2. Xác ñ nh s t o h t c a ch t b n h u cơ trong v t li u ñá h t nh ñ n ñ b n c a v a (C87 –T76). 3. Xác ñ nh lư ng h t m n nh trên 75µm trong v t li u ñá b ng phương pháp r a (C117 –T11). 4. Xác ñ nh lư ng h t sét và các h t b trong v t li u ñá ( C142- T112). 5. Xác ñ nh lư ng h t nh trong v t li u ñá (C123 – T113). 6. Xác ñ nh hàm lư ng h t m n d o trong c p ph i ñá và trong ñ t b ng cách dùng thí nghi m “tương ñương cát” (T176). c) Các thí nghi m ch y u nh m cung c p các thông tin trong vi c thi t k c p ph i và ki m tra. 1. Xác ñ nh kh i lư ng ñơn v và ñ r ng c a v t li u ñá ( C29-T19). 2. Phân tích h t b ng phương pháp rây c a v t li u ñá h t nh và h t cát l n (C 136- T27). 3. Phân tích h t v t li u b t khoáng dùng cho ñư ng b ng phương pháp rây (T37). 4. Xác ñ nh tr ng lư ng riêng và ñ hút nư c c a v t li u h t ñá nh (C128 –T84). 5. Xác ñ nh tr ng lư ng riêng và ñ hút nư c cu v t li u ñá h t l n (C127- T85). 6.3 Con ñư ng nâng cao tính n ñ nh c a bê tông át phan trong ñi u ki n khí h u nóng. 6.3.1. Khái quát Bê tông át phan là v t li u ch y u ñ xây d ng ôtô. vùng khí h u nóng ( ðông Nam Á) Nhi t ñ c a bê tông át phan có th lên ñ n 700 Hà N i vào tháng 5, tháng 6. Sài Gòn kho ng 650C, Châu Âu ( Aijecbaijan) cũng kho ng 60-700C. ñi u ki n nhi t ñ như v y bê tông át phan c n có ñ n ñ nh nhi t cao, ñ ñ m b o không gi m cư ng ñ quá l n, không gây nh ng bi n d ng vĩnh c u ( v t bánh xe) ho c nh a b ch y gây bi n d ng c c b trên m t ñư ng ( d n ñ ng). Con ñư ng ñ nâng cao tính n ñ nh nhi t cho bê tông át phan có th ñi theo các hư ng sau: - L a ch n v t li u h p lý: Theo hư ng này có th ch n bitum ch t lư ng cao có ñ quánh thích h p và có nhi t ñ hoá m m phù h p v i nhi t ñ khai thác. L a ch n t i ưu hàm lư ng bitum, l a ch n h p lý lo i v t li u khàng và thành ph n h n h p v t li u khoáng h p lý. 87
- S d ng ph gia cho bitum và ph gia cho bê tông át phan nh m nâng cao kh năng n ñ nh nhi t ñ cho bitum, tăng cư ng n ñ nh cho l p n ñ nh h p th trong c u trúc và tăng l c dính bám gi a bitum và v t li u khoáng. Tính n ñ nh nhi t c a bitum thông thư ng xác ñ nh thông qua h s n ñ nh nhi t. ðó là t l gi a cư ng ñ bê tông át phan các nhi t ñ khác nhau. Khi nhi t ñ tăng h s n ñ nh càng cao càng b n thì tính n ñ nh nhi t cao. 6.3.2 S d ng bitum ch t lư ng cao (Polime bitum) 6.3.2.1 Multiphalte – Nh a ñư ng m i có kh năng gi m lún m t ñư ng nhi t ñ cao vùng khí h u nóng. Trong quá trình ch n l a lo i ch t k t dính ñ c bi t, ngư i ta tìm ra cách ch ng lún v t bánh xe ñó là phát tri n lo i nh a ñư ng có ñ nh t cao hơn, có kh năng ch u t i tr ng n ng c a các phương ti n giao thông và nhi t ñ môi trư ng cao. Hư ng k thu t là tìm ki m m t lo i nh a bitum phù h p v i tiêu chu n và tăng kh năng ch ng bi n d ng b ng vi c b sung thêm thành ph n Polime. Cho ñ n th i ñi m hi n nay, Shell ñã ti n hành các chương trình nghiên c u t năm 1985, m ñ u b ng vi c s n xu t ra Multiphalte; s n ph m nh a ñư ng ña c p; gi i pháp kinh t ch ng l i bi n d ng vĩnh vi n, ñ n ñ nh h n h p cao v i kh năng k t dính và ñ b n m i, tính t h i ph c cao. Thí nghi m trong phòng ñã ch ng minh hi u qu ch ng lún v t bánh xe c a lo i nh a ñư ng ñ c bi t này. Công trư ng th nghi m ñã ñư c ti n hành t i Úc, Canaña, Châu Âu và H ng Kông. K t qu các th nghi m này ñư c in trong tài li u h i ngh át phan khu v c Thái Bình Dương AAPA và h i ngh s n ph m nh a ñư ng Châu Âu l n th năm. Thông tin t ng quát chung c a Multiphalte ñã ñư c trình bày vào năm 1993 t i h i ngh thành vi n AAPA. ð c tính c a ngành nh a ñư ng là hàm c a nhi t ñ th hi n trong thí nghi m Heukelom. Trong bi u ñ này, l y thông s ñ c, nhi t ñ hoá m m, nhi t ñ dòn n t, ñ nh t và ñ kim lún, ñư c v dư i d ng ñ th như là hàm c a nhi t ñ . Multiphalte th hi n ñ c tính tương t như ñ i v i các lo i như ñư ng làm ñư ng khác, thông s ñ quánh ñư c so sánh gi a ñư ng 60/70 và nh a Multiphalte so v i nh a ñư ng th hi n ñ nh y c m nhi t ñ th p hơn và nó nh hư ng có l i ñ n ch s kim lún. T k t qu nghiên c u trên, l i ích c a vi c gi m tính nh y c m nhi t ñ c a lo i nh a ñư ng ch t lư ng cao này tr nên rõ ràng, d a vào vi c kh o sát ñ nh t các nhi t ñ khác nhau nh ng nơi có hi n tư ng có v t lún xu t 88
hi n: ñ nh t ch ra tr ng bi u ñ c a lo i nh a ñư ng này cao hơn ñáng k so v i nh a ñư ng thông thư ng ñi u ki n tương ng. S n ph m nh a ñư ng này v i tính nh y c m nhi t ñ th p bi u th s c i ti n mô ñun ñ c ng trong kho ng th i gian ch u t i cao và nhi t ñ s d ng cao. Hơn nưa, nó cũng th hi n mô ñun ñ c ng th p hơn trong kho ng th i gian ch u t i ng n và nhi t ñ ch u t i ng n và nhi t ñ s d ng th p, so v i nh a ñư ng thư ng. Chương trình nghiên c u chi n lư c phát tri n ñư ng cao t c ( SHRP) M ñã phát tri n ch tiêu k thu t c a ch t k t dính mà ñ c tính c a nó là nh ng ch tiêu chr d a trên ch t lư ng s d ng, và bao g m c y u t môi trư ng. Có 4 v n ñ quan tâm trong ch tiêu này là hi n tư ng n t nhi t ñ th p, n ñ nh nhi t, bi n d ng vĩnh vi n và n t do m i. ð c tính này ñư c ño b ng thi t b ño d m u n, l c kéo ñ ng h c và thi t b ño l c kéo tr c ti p. Ch tiêu k thu t cũng ñưa ra r ng ch t k t dính ph i ñ ñ l ng ñ bơm và có th bao h c toàn b h t c t li u trong quá trình tr n và ñ m nén sau khi r i. Ch tiêu k thu t bao g m nhi t ñ b c cháy ñ m b o cho v n ñ an toàn khi thi công. Các ch tiêu này có nh hư ng c a c nhi t ñ th p và cao. Ch t lư ng k t dính ph i th hi n các ñ c tính thích h p trong kho ng nhi t ñ yêu c u t i ñ a ñi m công trình. vùng khí h u nóng ñ c bi t lưu ý ñ n nhi t ñ hoá m m cao. Các thí nghi m tương ng ñã ñư c th hi n trên hai lo i nh a ñư ng Multiphalte (lo i ñ kim lún 35/50 và 60/80). T t c các thí nghi m ñ u th hi n ch t lư ng s d ng các lo i h n h p át phan có thành ph n Multiphalte ñư c c i ti n so v i nh a ñư ng thông thư ng. S n ph m m i này cũng có trong thành ph n mãu th h n h p át phan ch t ñem so v i nh a ñư ng thư ng trong thí nghi m trung tâm nghiên c u Pháp. Mô ñun ñ c ng: ð c ng ñ ng h c c a bê tông át phan v i thành ph n nh a ñư ng Multiphalte thư ng ñã ño ñư c t i trung tâm nghiên c u Shell t i Pháp. Ý nghĩa tương ñ i c a k t qu này: - H n h p v i thành ph n nh a ñư ng m i th hi n mô ñun ñ c ng cao hơn trong ñi u ki n th i gian ch u t i dài và nhi t ñ cao. - H n h p v i thành ph n nh a ñư ng m i th hi n mô ñun ñ c ng th p hơn trong ñi u ki n th i gian th t i ng n và nhi t ñ th p. Tính k t dính: nh hư ng c a nư c ñ i v i tính k t dính c a nh a ñư ng trong h n h p át phan ñã ñư c nghiên c u t i KSLA s d ng thí nghi m t n dư Marshall và thí nghi m mài mòn Californian. K t qu c a hai thí nghi m ñư c ch ng minh r ng tính k t dính c a Multiphalte ñã ñư c c i ti n so v i nh a ñư ng thư ng. 89
6.3.2.2 Bitum cho thêm cao su d o nhi t. Trong 4 nhóm ch t ñàn h i d o nóng chính polyurethane, ch t ñ ng trùng h p polyetherpolyester, các ch t alken ñ ng trùng h p và ch t ñ ng trùng h p có ño n styren, các ch t ñ ng trùng h p có ño n styren ñã ñư c ch ng minh là có ti n năng l n nh t khi ñư c tr ng v i bitum. Ch t ñ ng trùng h p v i ño n styren thư ng ñư c g i là cao su nhi t deo (TR). Cao su nhi t d o có th ñư c t o ra b ng cơ ch t o chu n c a ph n ng polyme hoá liên t c styrn – butañien –styren (SBS) ho c styren – isopren – styren (SIS). ð t o ra các polyme nêu trên c n có ch t xúc tác trong ph n ng ghép n i. ð i v i polyme không ch có các ch t ñ ng trùng h p th ng mà còn có các ch t ñ ng trùng h p nhi u nhánh có th ñư c t o ra; nh ng ch t này thư ng ñư c g i là các ch t d ng trùng h p phân nhánh ho c hình r qu t, hình sao. Cao su nhi t d o có s c b n và tính ñàn h i do liên k ngang v t lý c a các ph n t trong m ng lư i không gian ba chi u. ði u này có ñư c do liên k t c a ño n styren cu i v i các kh i riêng r , t o liên k t ngang lý h c ñ i v i kh i cao su polysopren ho c polybutañien ba chi u. ðo n cu i polystyren s t o cho polyme có s c b n và ño n gi a s làm cho v t li u này có tính ñàn h i ñ c bi t. nhi t ñ trên ñi m nhi t ñ hoá thu tinh c a polystyren (1000C), polystyren m m ñi vì kh i y u ñi và th m chí s b tách ra dư i tác ñ ng c a m t ng su t, ñi ñ n m c ñ cho phép ch bi n d dàng. Khi ngu i ñi, các kh i s l i liên k t l i, s c b n b n và tính ñàn h i s ñư c ph c h i, ñi u này ñ ng nghĩa là v t li u này là m t ch t d o nhi t. nh hư ng c a thành ph n c u t o c u bitum ñ n các h n h p cao su nhi t d o/bitum. Cho thêm cao su nhi t d o v i tr ng lư ng phân t b ng ho c cao hơn các asphanten s làm xáo tr n s cân b ng pha polyme và asphanten “c nh tranh nhau” v l c hoà tan c a malten, n u không có ñ malten, có th x y ra hi n tư ng tách pha. C u trúc c a các h th ng bitum/polyme thích h p và không thích h p ñư c quan sát b ng kính hi n vi. H th ng tương thích có c u trúc ñ u mìn ñ ng ch t trong khi h th ng không tương thích có c u trúc thô ñ t quãng. Ch t lư ng c a s phân tán polyme ñ t ñư c b nh hư ng b i m t s y u t , nhưng cơ b n là ph thu c vào cư ng ñ xé tác ñ ng c a máy tr n. Khi polyme ñư c cho thêm vào bitum nóng, bitum s ngay l p t c b t ñ u nh p vào các polyme làm cho các chu i styren c a polyme ph ng trương lên và d hoà tan hơn. M t khi ñi u ñó x y ra, l c xé ñ l n s tác ñ ng vào các h t b trương là y u t quy t ñ nh có th ñ t ñư c ñ s phân tán hoàn toàn c a các h t ph n t 90
polyme trong th i gian tr n th c t . Như v y, c n s d ng các máy tr n có l c xé cao ho c trung bình ñ phân tán hoàn toàn cao su d o nhi t vào bitum. Shell bitumen Vương qu c Anh ñã s n xu t hai lo i ch t liên k t polyme SBS c i ti n là: CARIPHALTE DM, CARIPHALTE DA. Các ñ c tính k thu t ñ i v i CARIPHALTE DM, CARIPHALTE DA. B ng 6.5b Thí nghi m/ ch t liên k t CARIPHALTE DM CARIPHALTE DA 0 ð kim lún 25 C, dmm 90 ± 20 130 ± 20 0 ði m m m (P) C 85 ± 10 0 ð nh t Brôkfreld 150 C m c ñ 10 ± 4 9±4 xé 3,36 giây, Poise ð kéo dài 50C, cm >50 - 0 Mô ñun ñ c ng t i thi u 40 C th i gian ch u t i 1000giây m c >3 - -4 -1 2 ñ xé 2,5.10 s , kN/m ð n ñ nh b o qu n, s khác nhau v ñi m m m n ñ nh xu ng
t i n ng (HD) ñư c phát tri n chuyên d ng ñ ch ng bi n d ng. Nh ng ưu ñi m này ñã ñư c kh ng ñ nh qua các cu c ki m nghi m toàn di n trên th c ñ a. ð d o c a h n h p bitum ñã ñư c ñ nh lư ng b ng thí nghi m rão- bi n d ng không ñ i do TRRL và Shell Research ti n hành. Thí nghi m m i ñã ñư c Shell Research Limited th c hi n trên h n h p át phan lu nóng thi công 50C v i t n s là 50 Hz cho th y v i m t ph m vi r ng v t i tr ng tác ñ ng lên m u thí nghi m CARIPHALTE DM, tu i th rão c a h n h p ñư ng nâng lên ít nh t là 3 l n. So sánh m c ñ v t lún bánh xe c a m t ñư ng ñư c r i b ng át phan lu nóng làm t bitum 50, HD40 và CARIPHALTE DM B ng 6.5c Các ñ c tính c a ch t liên k t ð lún v t bánh xe Ch t liên k t 450C, mm/h 0 Kim lún 25 C, dmmm ði m m m (P) 50 56 52,0 3,2 HD40 42 68,0 0,7 CARIPHALTE 34 90,0 0,7 DM 6.3.2.3. Bitum polyme ch u nhi t Các ch t bitum polyme ch u nhi t ñư c s n xu t b ng cách tr n hai thành ph n l ng, thành ph n ñ u là ch t nh a và ph n còn l i ch a ch t làm c ng. Hai thành ph n này k t h p v i nhau v m t hoá h c ñ t o ra m t c u trúc 3 chi u v ng ch c bitum polyme hai thành ph n là nh a epxy ñư c tr n vói bitum bi u hi n các ñ c tính tr i c a nh a ch u nhi t hai thành ph n này v i nh ng ưu ñi m n i b t ñã ñư c phát tri n t 30 năm trư c và hi n ñang ñư c s d ng ñ ph b m t và làm các ch t k t dính. Nh ng s khác nhau cơ b n gi a bitum (m t ch t d o nhi t) và các bitum polyme ch u nhi t là như sau Khi hai thành ph n trong bitum polyme ch u nhi t ñư c tr n thì th i gian s d ng s n ph m này s b gi i h n, th i h n này ph thu c nhi u vào nhi t ñ , nhi t ñ càng cao thì th i h n s d ng càng ng n. Sau khi m t s n ph m ch u nhi t ñư c s d ng nó ti p t c lưu hoá và tăng s c b n khi có h p ch t mangan h u cơ, t c ñ lưu hoá trên m t ñư ng ph thu c vào nhi t ñ môi trư ng. Khi nhi t ñ tăng lên bitum b m m ra và ch y, các bitum polyme ch u nhi t ít m n c m v i nhi t ñ hơn và trong th c t không b tác ñ ng c a s thay ñ i nhi t ñ trên ñư ng. 92
Bitum polyme ch u nhi t là m t v t li u ñàn h i, không th hi n ñ c tính nh t ch y, n ñ nh v i hoá ch t, dung môi, nhiên li u và d u. Ba lo i bitum polyme ch u nhi t là: SHELL GRIP/SPRAY GRRIP; EROPHALT; SHELIEPOXY ASPHALT. Các lo i trên ñã ñư c s d ng r ng rãi trên th gi i t năm 1986, tuy nhiên Vi t Nam ñang trong giai ño n nghiên c u. Các nghiên c u v các ch tiêu cơ lý c a EPOXY ASPHALT v i Bitum 50 cho th y ñ n ñ nh Marshall c a epoxy át phan có th l n hơn 10 l n bitum thông thư ng, v t lún bánh xe r t nh (bi n d ng dư g n như b ng 0) ñ c ng ñ ng l c c a epoxy át phan cao hơn ñáng k trong ñi u ki n nhi t ñ môi trư ng cao. 6.3.3. Ph gia cho bitum Trong xây d ng ñư ng hi n nay thư ng dùng hai lo i Copolime ñ c i thi n tính ch t c a bitum là: - Copolime “etylenvynylaxetat” (EVA) là Polime nhi t d o. - Copolime “Styrene- Butadiene- Styrene” (SBB) là Polime nhi t d o ñư c t ng h p t Styrene, Butadiene, Styrene, có kh i lư ng phân t tương ñ i th p (15000- 20000). Vi c s d ng các Polime nhi t d o s làm bi n ñ i c u trúc và nâng cao m t s tính năng c a bitum, nhưng công ngh tr n l n Polime v i bitum cũng ph c t p hơn nhi u so v i s d ng bitum thông thư ng. ð c i thi n tính ch t c a bitum, còn dùng các ch t d ng m n ñi n hình như b t than m n, b t cao su cho k t qu t t. B t than m n phân tán làm ñ c ch c c u trúc c a màng liên k t (có ñ d y kho ng 5000 nanômét) và làm tăng th tích c a ch t k t dính. Do ñó ngoài vi c c i thi n tính ch t c a bitum, nó còn c i thi n công ngh s n xu t. Ph gia Chemcrete c a hãng Chemcrete Internationl ðan M ch có các tính ch t t t hơn so v i bitum thư ng: + Gi m tính nh y c m nhi t + Tăng ñ b n nhi t ñ cao + Ch u s bi n d ng l n Ph gia Roadcel: Do Inñônêxia s n xu t là lo i ph gia b n nhi t s d ng b t ñá và ñiôxit măng gan (MnO2). Ph gia ch ng trơn Interlene IN/400: Lo i ph gia làm tăng tính bám dính và có kh năng ch ng trơn trư t dùng r t t t trên các ñư ng cao t c (ta ñã s d ng th trên qu c l B c Thăng Long- N i Bài) có k t qu t t. Các lo i ph gia Elastomers, Plastomers: Là lo i ph gia Copolime làm tăng ñ nh t, tính d o và tính ñàn h i do hãng Shell gi i thi u v.v…G n ñây 93
hãng AKZÔNBEL cũng gi i thi u các lo i ph gia làm tăng liên k t c a bitum như Diamine, Wetfix…Tuy nhiên, vi c s d ng các ph gia ph i ñư c th nghi m. Tính ch t m t s lo i bitum cao su c a hãng Shell B ng 6.6 Caribi Caribi Caribi Caribi Caribi Caribi Tên thí nghi m 45 65 80 DA OB 200E 250C 220÷ ð kim lún 20÷ 40 50÷ 80 120÷ 150 60÷ 90 180÷ 220 (0,1 mm) 300 ði m hoá m m (0C) 55÷ 63 48÷ 55 40÷ 48 70÷ 80 30÷ 40 36÷ 42 0 ≤ -10 ≤ -15 ≤ -20 ≤ -15 ≤ -25 ≤ -20 ði m hoá dòn ( C) Dãn dài 250C ≥ -40 ≥ 60 - - - - (cm) Dãn dài 130C ≥ 100 ≥ 60 - - - - (cm) Dãn dài 70C (cm) ≥ 100 ≥ 100 - - - - 0 ≥ 50 ≥ 50 ≥ 50 ≥ 70 ≥ 50 ðàn h i 25 C (%) - 6.3.4. Ph gia b t cao su trong bê tông át pha Vi c s d ng b t cao bê tông át pha có l ch s lâu ñ i. ð u tiên b t cao su ñư c s d ng m c ñ nh dư i d ng Latex, g n ñây nó ngày càng ñư c s d ng r ng rãi hơn. Latex làm tăng tính d o cho bitum, nhưng làm tăng giá thành c a bê tông át pha. B t cao su phê li u có giá thành h , ñư c nghiên c u s d ng r ng rãi nh t trong bê tông át pha nóng và l p ph bên trên c a ñư ng. Otario Luân ðôn ñã s d ng bê tông át phan b t cao su năm 1959. Hàng lo t các nư c Tây Âu ñã xây d ng th nghi m nhi u ño n ñư ng bê tông át phan có h p ch t này nh ng năm trư c chi n tranh th gi i th II, bê tông át phan có b t cao su ñư c s d ng trong xây d ng trên tr c ñư ng Amstecdam- LaHay (Hà Lan). B t cao su ñư c s d ng r ng rãi nh t trong bê tông át phan ch t năm 1966 do MC Donald, k sư khoa ñư ng Arizona M nghiên c u. Lalwini ñã phát hi n nh ng tháng nóng c a th i ti t mùa hè b t cao su làm tăng ñ nh t c a h n h p át phan và k t qu t t hơn tính ch t c a ñư ng và kh năng b n lún. Josep và m t s tác gi khác ñã ti n hành thí nghi m và k t lu n khi dùng b t cao su trong bê tông át phan ñã làm tăng tính dai c a nó lên 18%. R.J.Hui khi nghiên c u nh hư ng thành ph n h t c a b t cao su h t m n làm tăng ñ b n c a bê tông át phan lên 49%, h s cư ng ñ kéo c a bê tông át phan có b t cao 94
su tăng cao hơn so v i bê tông át phan thư ng (0,5 so v i 0,38). Douglas k t lu n bitum cao su có nhi t ñ hoá m m cao hơn so v i titum thư ng. William ñã thí nghi m tính ch t c a bê tông át phan s d ng b t cao su (theo phương pháp SHRP) và k t lu n bê tông át phan có ñ b n lún t t hơn. Vi t Nam vào nh ng năm 1992-1994 ñã th nghi m b t cao su trong bê tông át phan, tuy m i d ng l i thí nghi m ñ nh hư ng (quy ho ch b c 1) nhưng ñã nh n ñư c các k t qu kh quan. M i ñây các nghiên c u c a ð i h c Giao thông v n t i Vi t Nam ñã ñ ngh thành ph n bê tông át phan v i hàm lư ng ph gia b t cao su 9% có lư ng ñ ch u nén 500C tăng kho ng 60%, ñ n ñ nh Marshall tăng 30-40%. Có nhi u phương pháp s d ng ph li u b t cao su trong bê tông át phan trong ñó hai phương pháp chính là: Phương pháp khô và phương pháp ư t. Phương pháp ư t ñư c MC Donald phát tri n v i hàm lư ng b t cao su trong bê tông át phan t 14-20%. B t cao su ñư c ñưa vào bitum nóng ch y nhi t ñ 175 ñ n 2200C và nhào tr n kho ng 45 phút. Sau ñó bitum cao su ñư c tr n v i c t li u ñ ñư c bê tông át phan. Nghiên c u ñã ch ra tính ch t c a h n h p bitum cao su, thành ph n h t c a cao su, hàm lư ng cao su, lo i bitum và công ngh s n xu t. G n ñây k t qu nghiên c u s d ng ch 7-9% cao su có ñ m n cao bang Florida M . 6.3.5. Ph gia Cololymere eva (Etylene vinyl axêtat) Ph gia Cololymere eva là ch t nh a trùng h p c a Polime Etylene và axêtat vinyl là ch t ph gia nhi t d o. Etylene axêtat vinyl (EVA) là ch t nh a d o nóng ñã ñư c th nghi m khi dùng ñ c i ti n ch t k t dính xây d ng ñư ng. Cũng như các nh a d o nóng, chúng có các tính ch t như m m nhi t ñ cao và c ng nhi t ñ l nh. EVA khi tr n v i bitum, k t h p kho ng nhi t ñ , làm tăng ñ nh t c a bitum. Tính b t l i là chúng không có tác d ng làm tăng ñáng k tính d o c a bitum và khi quá nóng có th phân ly, có th làm ch t phân tán thô (nhóm ch t r n) tăng lên. Tuy nhiên có th ch p nh n ñư c như c ñi m này, EVA v i hàm lư ng t 3% ñ n 7% trong bitum mác 70 ñã tr nên ph bi n. Nh a trùng h p EVA là nh ng v t li u nh a d o v i c u trúc r i r c ñư c s n xu t do s trùng h p Polime c a etylen và axêtat vinyl thì các nh a trùng h p thay ñ i các tính ch t. Kh i lư ng phân t và hàm lư ng c a axêtat vinyl nh hư ng ñ n các tính ch t c a nh a Polime trùng h p EVA. Kh i lư ng phân t (phân t lư ng): Phân t lư ng c a nhi u Polime có liên quan ñ n tính ch t c a nó. Tiêu chu n th c t ñánh giá cho các EVA là ch s bi u th ñi m ch y (MFI), (ñ nh t t l ngh ch v i kh i lư ng phân t ), ch 95
s MFI càng cao, kh i lư ng phân t ñ nh t càng th p, ñi u này tương t v i ñi m ki m tra ñ kim lún c a bitum- ñ kim lún càng cao, kh i lư ng phân t trung bình và ñ nh t c a bitum càng th p. Hàm lư ng axêtat vinyl: theo th t ñánh giá các tác d ng chính axêtat vinyl ñ n các tính ch t c a ch t k t dính c i ti n là nó có l i cho c u trúc c a bitum. Các ño n ñ u ñ n polyetylen c a chu i có th khép kín l i v i nhau và hình d ng trông gi ng như là l p th y tinh th . Nh ng l p tinh th có liên quan ñ n s c ng và t o ra các tác d ng tăng cư ng ñáng k . Ph m vi s d ng c a EVA trùng h p ñư c ñ c trưng b i ch s bi u th b ng 150 và hàm lư ng axêtat vinyl b ng 19 thì g i là lo i 150/19. EVA lo i 150/19 thư ng ñư c tr n v i bitum ñ quánh 70 v i t l t 3-7%. EVA trùng h p là lo i d phân tán và phù h p (tương thích) v i bitum. Chúng n ñ nh nhi t ñ v i các h n h p át phan. Tuy nhiên trong khi lưu kho có th x y ra l ng ñ ng ñôi chút và ñi u ñó d n t i là h n h p s n xu t c n ph i qua khu y trư c khi s d ng. Các Copolime EVA có tính n ñ nh nhi t, ch u kéo u n t t. N u s d ng làm ph gia c i thi n cho bitum d u m r t t t, có tác d ng tăng ñ quánh (nh t), tăng nhi t ñ hoá m m, h nhi t ñ dòn cho bitum d u m . Vì v y, ph gia Copolime EVA là lo i ch t ph gia r t có tri n v ng trong xây d ng m t ñư ng. Bitum d u m ñư c c i thi n b ng ph gia Copolime ñư c s d ng cho các lo i m t ñư ng bê tông át phan vùng khí h u nóng. Trư ng ð i h c Giao thông V n t i Vi t Nam ñã nghiên c u ph gia EVA v i hàm lư ng ph gia 5%. K t qu nghiên c u v cư ng ñ nén 600C ñư c ghi hình sau: 96
Xác ñ nh h s n ñ nh nhi t c a 2 lo i bê tông át phan; + Bê tông át phan không ph gia: Rk 60 10, 4 KT = = = 0, 27 Rk 20 38,5 + Bê tông át phan có ph gia EVA (5%): Rk 60 18, 4 KT = = = 0,31 Rk 20 59,5 Trong ñó: KT- H s n ñ nh nhi t c a bê tông át phan; Rk20- Cư ng ñ nén gi i h n c a m u bê tông át phan khô 200C (daN/cm2); Rk60- Cư ng ñ nén giơi h n c a m u bê tông át phan khô 600C (daN/cm2); Nh n xét: - Khi nhi t ñ tăng, cư ng ñ nén c a bê tông át phan gi m. + V i bê tông át phan không ph gia EVA: cư ng ñ nén gi m t 38,5 daN/cm2 200C xu ng 14,1 daN/cm2 500C xu ng 10,4 daN/cm0C 600C. 97