Các loại nhựa đường cải tiến Phần 4

Cùng CÔNG TY CP XNK HÓA DẦU MIỀN NAM (nhuaduongmiennam.com) tìm hiểu Các loại nhựa đường cải tiến

Ngày đăng: 07-09-2015

913 lượt xem

Phần 4

Sản xuất các hỗn hợp nhựa đường/cao su nhiệt dẻo

Chất lượng của sự phân tán polyme đạt được bị ảnh hưởng bởi một số yếu tố, nhưng cơ bản là phụ thuộc vào cường độ xé tác động bởi máy trộn. Khi polyme được cho thêm vào nhựa đường nóng, nhựa đường sẽ ngay lập tức bắt đầu thâm nhập vào các hạt polyme làm cho các chuỗi styren của polyme phòng trương lên và dễ hòa tan hơn. Một khi điều đó xảy ra, lực xé đủ lớn sẽ tác động vào các hạt bị trương là yếu tố quyết định có thể đạt được để sự phân tán hoàn toàn cảu các hạt polyme trong thời gian trộn thực tế. Như vậy cần sử dụng các máy trộn có lực xé cao hoặc trung bình đẻ phân tán hoàn toàn cao su dẻo nhiệt vào nhựa đường.

2.5.3   Các đặc tính của hỗn hợp nhựa đường/cao su dẻo nhiệt

Shell Bitumen Vương quốc Anh đã sản xuất hai loại chất liên kết polyme SBS cải tiến là:

·        CARIPHALTE DM

·        CARIPHALTE DA

Bảng 2 – Các đặc tính kỹ thuật đối với CARIPHALTE DM và CARIPHALTE DA

CARIPHALTE DM đã được phát triển để sử dụng trong asphalt lu nóng chặt và hỗn hợp bê tông asphalt để rải trên lớp nền làm bằng bê tông nghèo và mặt đường bê tông củ đã bị nhiệt độ gây ra một sự dịch chuyển của lớp bê tông dẫn đến hiện tượng nứt “phản hồi” tới bề mặt đường.

CARIPHALTE DA được phát triển để sử dụng trong hỗn hợp đá nhựa thoát nước và hỗn hợp để rải lớp tạo ma sát.

Các đặc điểm về độ nhớt/nhiệt độ của CARIPHALTE DM và một nhựa đường 50 pen được trình bày trên đồ thị dữ liệu thí nghiệm Heukelom. Hình này cho thấy rõ là ở nhiệt độ cao của con đường, ví dụ 60⁰C, CARIPHALTE DM cứng hơn đáng kể so với nhựa đường 50 pen và do đó chống biến dạng tốt hơn, ở nhiệt độ đường thấp, <0⁰C, CARIPHALTE DM dẻo hơn nhựa đường 50 pen và do đó chống nứt tốt hơn.

Mức độ cải thiện khả năng chóng biến dạng được kiểm tra bằng các thí nghiệm vệt lún bánh xe do cả phòng thí nghiệm đường bộ và vận tải (TRRL) và Shell Research Limited thực hiện. Rõ ràng là có một sự tăng lên đáng kể về khả năng chống biến dạng, tương tự với khả năng chống biến dạng của nhựa đường chịu tải nặng (HD) được phát triển chuyên dụng để chống biến dạng. Những ưu điểm này đã được khẳng định qua các cuộc kiểm nghiệm toàn diện trên thực địa.

Độ dẻo của hỗn hợp đã được định lượng bằng thí nghiệm rão – biến dạng không đổi do TRRL và Shell Research Limited tiến hành. Thí nghiệm mỏi đã được Shell Research Limited thực hiện trên hỗn hợp asphalt lu nóng thi công ở 5⁰C với tần số là 50Hz cho thấy với một phạm vi rộng về tải trọng tác động lên mẫu thí nghiệm CARIPHALTE DM, tuổi thọ rão của hỗn hợp đường nâng lên ít nhất là 3 lần. Như vậy vật liệu này rất phù hợp với những vị trí mặt đường phải chịu tác động của một sức căng cao được lặp đi lặp lại.

Bảng 3 – So sánh mức độ vệt lún bánh xe của mặt đường được rải bằng asphalt lu nóng làm từ nhựa đường 100 pen, HD40 và CARIPHALTE DM

2.6   Các chất liên kết chịu nhiệt

Các chất polyme chịu nhiệt được sản xuất bằng cách trộn hai thành phần lỏng, thành phần dầu là chất nhựa và phần còn lại chứa chất làm cứng. Hai thành phần này kết hợp với nhau về mặt hóa học để tạo ra một cấu trúc 3 chiều vững chắc. Polyme hai thành phần là nhựa epoxy được trộn với nhựa đường biểu hiện các đặc tính trội của nhựa chịu nhiệt cải biến nhiều hơn là đặc tính của nhựa đường. Thế hệ nhựa chịu nhiệt hai thành phần này với những ưu điểm nổi bật đã được phát triển từ 30 năm trước và hiện đang được sử dụng để phủ bề mặt và làm các chất kết dính.

Những sự khác nhau cơ bản giữa nhựa đường (một chất dẻo nhiệt) và các chất liên kết chịu nhiệt là như sau:

·        Khi hai thành phần trong chất liên kết chịu nhiệt được trộn thì thời gian sử dụng sản phẩm này sẽ bị giới hạn, thời hạn này phụ thuộc nhiều vào nhiệt độ, nhiệt độ càng cao thì thời gian sử dụng càng ngắn;

·        Sau khi một sản phẩm chịu nhiệt được sử dụng nó tiếp tục lưu hóa và tăng sức bền khi có các hợp chất mangang hữu cơ, tốc độ lưu hóa trên mặt đường phụ thuộc vào nhiệt độ trên mặt đường;

·        Khi nhiệt độ tăng lên nhựa đường bị mềm ra và chảy, các chất liên kết chịu nhiệt ít mẫn cảm với nhiệt độ hơn và trong thực tế khong bị tác động của sự thay đổi nhiệt độ trên đường;

·        Chất liên kết chịu nhiệt là một vật liệu đàn hồi, không thể hiện đặc tính nhớt chảy;

·        Chất liên kết chịu nhiệt chống chịu với sự tấn công của hóa chất kể cả các dung môi, nhiên liệu và dầu.

Có ba hệ thống chịu nhiệt đã chứng tỏ tính ưu việt qua các thử nghiệm toàn diện trên mặt đường:

·        SHELLGRIP / SPRAYGRRIP

·        EROPHALT

·        SHELIEPOXY ASPHALT.

Riêng về SHELIEPOXY ASPHALT chứng tỏ rỏ ràng về sự kết hợp giữa sức bền và tính dẻo có thể đạt được bằng cách sử dụng các chất liên kết chịu nhiệt. So sánh các đặc tính của hai loại hỗn hợp asphalt lu nóng, một được làm từ nhựa đường và hỗn hợp còn lại chứa chất liên kết epoxy asphalt. Độ ổn định Marshall của epoxy asphalt có thể lớn hơn 10 lần asphalt thông thường, kết quả vệt lún bánh xe nhỏ đến mức không đo được ở vât liệu epoxy này, chứng tỏ khả năng chống biến dạng dư tuyệt vời. Độ cứng động lực của epoxy asphalt cao hơn đáng kể so với vật liệu truyền thống, đặc biệt là khi nhiệt độ xung quanh cao.

Tuy vậy, các thí nghiệm rão uốn sử dụng asphalt dược liên kết với đĩa thép (mô phỏng sự uốn cong của mặt cầu truyền thống) cho thấy rằng trong thí nghiệm này thời gian rão (tuổi thọ rão) của epoxy asphalt ít nhất lớn hơn một trị số so với asphalt truyền thống.

Kể từ khi được biết đến vào những năm 1960, SHELIEPOXY ASPHALT đã được sử dụng trong nhiều tình huống, điều kiện khác nhau trên toàn thế gới. Vào năm 1986, một cuộc kiểm nghiệm toàn diện trên mặt đường sử dụng chất liên kết epoxy trong hỗn hợp asphalt lu nóng đã được rải trên đường M6 ở Keele, Staffordshire. Cho đến nay người ta vẫn đang tiếp tục đánh giá về cuộc kiểm nghiệm này và hiện tại vật liệu này vẫn đang hoạt động tốt.

Bảng 4 – So sánh các đặc tính chủ yếu của SHELIEPOXY ASPHALT và asphalt truyền thống

3   Các mối quan hệ giữa chi phí – đặc tính kỹ thuật đối với các chất liên kết cải biến

Đối với bất kỳ sản phẩm cao cấp nào để lấy được niềm tin của các nhà kỹ thuật xây dựng công trình đường cao tốc, nó phải chứng tỏ được hiệu quả kinh tế. Tính vòng dời hay toàn bộ tuổi thọ của một sản phẩm là một phương pháp đánh giá kinh tế mà càng ngày càng được sử dụng nhiều, để quyết định xem chỉ nên bảo dưỡng, sửa chữa hay làm mới một con đường. Trong phương pháp này tất cả các chi phí được được xem xét theo chiết khấu lợi ích – chi phí qua từng thời gian mà con đường yêu cầu. (khái niệm chi phí ròng hiện tại)

Downes và các cộng sự đã xem xét nó để áp dụng riêng cho các nguyên tắc lượng giá vòng đời để xem xét hiệu quả kinh tế của nhựa đường polyme cải tiến trong việc so sánh với các nhựa đường truyền thống. CARIPHALTE DM là một trong các vật liệu cải biến được đánh giá, cho thấy rằng ở một mức chiết khấu 7%, tiết kiệm ròng do sử dụng CARIPHALTE DM đã vượt quá 20% lợi ích cận biên. Nếu các chi phí người sử dụng đường và các khoản tiết kiệm được do giảm thiểu tai nạn giao thông được tính vào thì tiết kiệm sẽ tăng lên tới 45%.

Mặc dù đã làm được nhiều nhưng chúng ta vẫn còn phải làm nhiều hơn nữa. Thực tế, phần lớn các nhựa đường polyme cải biến đã cung cấp các giải pháp vững chắc về mặt kỹ thuật cho việc xây dựng đường bộ. Hầu hết các nhựa đường cải biến đạt được những ưu điểm về đặc tính kỹ thuật với những thay đổi tối thiểu, để được xác minh qua thực tiễn thì càng chắc chắn. Bước tiếp theo là tất cả các thành phần trong công nghiệp sản xuất nhựa đường cùng hợp tác để biết rõ hơn về tiềm năng của các vật liệu này để có thể làm ra những con đường tốt hơn, hiệu quả kinh tế hơn cho lợi ích của cả nền công nghiệp và cộng đồng nói chung.