Độ bền của nhựa đường (phần 2)

Cùng CÔNG TY CP XNK HÓA DẦU MIỀN NAM (nhuaduongmiennam.com) tìm hiểu Độ bền của nhựa đường

Ngày đăng: 12-09-2015

850 lượt xem

2.   Sự hóa cứng của nhựa đường trong quá trình bảo quản, trộn và trong quá trình sử dụng

Các điều kiện trong đó sự hóa cứng xảy ra khác nhau và rất đa dạng. Trong quá trình bảo quản nhựa đường với số lượng lớn, nhựa đường thường tồn tại dưới dạng lỏng, ở nhiệt độ tương đối cao trong thời gian vài ngày hoặc vài tuần; trong thời gian trộn, bảo quản nóng, vận chuyển hỗn hợp nhựa đường – cốt liệu, nhựa đường tồn tại dưới dạng một lớp màng mỏng ở nhiệt độ cao trong thời gian tương đối ngắn; còn khi đã được rãi và đầm nén thành đường nhựa đường tồn tại dưới dạng một lớp màng mỏng ở nhiệt độ thấp hoặc trung bình trong một thời gian rất dài. Trong sử dụng, việc nhựa đường tiếp xúc với không khí là yếu tố rất quan trọng và phụ thuộc vào độ rỗng của hỗn hợp, nó thường ít thay đổi khi hỗn hợp bê tông asphalt được đầm lèn tốt.

2.1   Sự hóa cứng của nhựa đường trong bảo quản với khối lượng lớn

Khi nhựa đường được bảo quản với khối lượng lớn ở nhiệt độ cao, sự hóa cứng rất ít khi xảy ra. Bởi vì bề mặt của nhựa đường tiếp xúc với oxy là rất nhỏ so với một khối lượng rất lớn được tồn chứa trong bồn. Tuy nhiên, nếu ta bơm tuần hoàn nhựa đường trong bồn để tránh gia tăng nhiệt cục bộ, và lại để dòng nhựa đường chảy vào bồn chứa qua một miệng xả phía trên lớp mặt nhựa đường trong bồn thì mức độ hóa cứng có thể xảy ra đáng kể. Điều này là do diện tích bề mặt của nhựa đường từ đường ống đi vào bồn tương đối lớn, nó sẽ làm tăng cơ hội cho oxy phản ứng với nhựa đường.

2.2   Sự hóa cứng của nhựa đường trong quá trình trộn với cốt liệu

Trong qua trình trộn với cốt liệu, tất cả các cốt liệu và bột khoáng đều được phủ một lớp màng nhựa đường mỏng, lớp màng đó thường có độ dày khoảng 5 – 10 micrôn. Nếu bề mặt mỗi viên cốt liệu được phủ có thể dàn ra trên một mặt phẳng liên tục, thì nhựa đường từ một tấn hỗn hợp đá nhựa đường chặt sẽ tạo ra một lớp nhựa đường mỏng có diện tích xấp xỉ 10.000m²_, có nghĩa là hơn 1,5 lần diện tích của một sân bóng cỡ trung bình. Như vậy, khi trộn nhựa đường với cốt liệu nóng và dàng ra thành lớp mỏng tại các trạm trộn asphalt, các điều kiện cho quá trình oxy hóa và bay hơi các thành phần dầu là rất thuận lợi. Sự hóa cứng của nhựa đường  trong quá trình này là rát đáng kể và phải được cân nhắc khi lựa chọn phẩm cấp nhựa đường để sử dụng. Người ta ước tính trong quá trình trộn thảm nhựa đường bị hóa cứng xấp xỉ một cấp có nghĩa là 100 pen xuống 70 pen, 70 pen xuống 50 pen… Tuy vậy, mức độ hóa cứng phụ thuộc vào một số yếu tố như nhiệt độ thời gian trộn, hàm lượng nhựa đường, tức là độ dày của lớp màng nhựa đường phủ trên cốt liệu… Việc ngăn chặn nguyên nhân làm nhựa đường hóa cứng trong quá trình trộn thảm phụ thuộc vào việc kiểm soát một cách kỹ lưỡng tất cả các yếu tố này. Đặc biệt là việc kiểm soát nhiệt độ và hàm lượng nhựa là cực kỳ quan trọng. Mức độ cứng hóa phụ trội của nhựa đường đo bằng sự tăng lên của điểm mềm do nhiệt độ trộn tăng lên quá mức cần thiết. Giảm độ dày của lớp màng nhựa đường sẽ làm tăng đáng kể chỉ số lão hóa (tỷ lệ giữa độ nhớt và tuổi thọ của nhựa đường ŋ_a so với độ nhớt của nhựa đường ban đầu ŋ­₀) của nhựa đường.

Loại máy trộn được sử dụng cũng ảnh hưởng đến mức độ hóa cứng của nhựa đường trong quá trình trộn thảm . Người ta  nhận ra rằng mức độ hóa cứng của nhựa đường trong các máy trộn liên tục thường thấp hơn trong máy trộn từng mẻ. Điều này có thể là do thời gian trộn nhựa đường/cốt liệu trong máy trộn liên tục ngắn hơn và sự có mặt của hơi nóng trong tang sấy đã hạn chế oxy có trong đó. Tuy nhiên sự da dạng về kiểu dáng khác nhau của máy trộn liên tục cũng có nghĩa là có sự biến động về mức độ hóa cứng giữa các nhà máy trộn được thiết kế khác nhau là hầu như không thể tránh khỏi. Nhưng chấp nhận điều này, Shell Bitumen Vương quốc Anh đã thực hiện một nghiên cứu trên hai máy trộn có tang sấy khác nhau, kết quả nghiên cứu đã cho thấy rằng với nhiệt độ trộn tương đương, mức độ giảm độ kim lún thấp hơn 5 – 15% và tăng điểm mềm lên tới 4⁰C ở máy trộn có tang sấy so với máy trộn từng mẻ.

2.3   Sự hóa cứng của nhựa đường trong hỗn hợp với thời gian bảo quản, vận chuyển và rải đường

Việc nhập vào Vương quốc Anh các loại máy trộn thảm liên tục có công suất cao đòi hỏi phải sử dụng các silô bảo quản nóng đối với hỗn hợp nhựa đường - cốt liệu. Các silô này dùng để tồn chứa thành phẩm để khắc phục sự thiếu cân đối giữa quá trình trộn và thi công đường trong những thời gian cao điểm. Như vậy hỗn hợp sẽ không chỉ được bảo quản trong các xe phân phối, trong thời gian vận chuyển mà còn được bảo quản trong các silô nóng. Một phần nhựa đường sẽ bị hóa cứng trong thời gian bảo quản nóng trong xilô hay trên xe vận chuyển. Lượng hóa cứng như được bàn tới ở phần trước, sẽ phụ thuộc chủ yếu vào thời gian tiếp xúc với oxy, độ dày lớp màng nhựa đường và nhiệt độ của hỗn hợp. Khi một hỗn hợp được đổ vào silo bảo quản, không khí đi vào cùng với hỗn hợp, một lượng không khí sẽ bị kẹt lại trong phần rỗng của vật liệu. Trong thời gian bảo quản, oxy trong không khí sẽ phản ứng với nhựa đường. Nếu không có không khí vào thêm trong silo, sự oxy hóa sẽ ngừng lại khi oxy trong hỗn hợp đã được sử dụng hết.

Để đảm bảo rằng không có không khí lọt thêm vào silô, điều quan trọng là cửa nhận và cửa xả của silô phải kín khí và không có lỗ hở để không khí có thể đi vào silô. Nếu cửa nhận không kín khí, silô sẽ như một ống khói hút không khí đi vào ở cửa xả làm cho hỗn hợp bị oxy hóa và nhanh chóng nguội đi. Hơn nữa nên đỗ hỗn hợp vào silô cho đầy đến mức tối đa để loại bỏ càng nhiều không khí tự do ở phần đỉnh silô càng tốt. Không khí còn lại ở đỉnh silô khi tham gia với phản ứng với phần khí trên bề mặt lớp hỗn hợp sẽ tạo thành dioxitcacbon. Dioxitcacbon vì nặng hơn không khí thường nên có xu hướng trở thành lớp phủ bề mặt hỗn hợp, bảo vệ nó khỏi sự oxy hóa tiếp theo. Ở Hoa Kỳ, một số silô có thiết bị điều áp với khí thải không có oxy lấy từ một thiết bị đốt khí thải trộn vào silô cùng với không khí bị giữ lại bên trong tạo ra một áp suất dương nhẹ (hơi lớn hơn áp suất khí quyển một chút) ngăn không cho không khí đi vào silô.

Các nghiên cứu được thực hiện ở Hoa Kỳ cho thấy nếu sự oxy hóa trong silô được hạn chế chỉ với lượng oxy bị kẹt lại bên trong phần rỗng của vật liệu, thì sau đó ít hoặc không có sự oxy hóa xảy ra trong quá trình vận chuyển hỗn hợp và rải đường. Về điều này người ta đã đưa ra giả thuyết rằng do không có một lượng không khí sạch đáng kể được giữ trong hỗn hợp trong thời gian nạp lên xe chuyên chở. Thực tế đã cho thấy rằng nếu hỗn hợp được xả trực tiếp từ nhà máy trộn vào xe phân phối, mức độ hóa cứng trong thời gian chuyên chở là tương tự như mức độ hóa cứng xảy ra trong thời gian bảo quản bằng silô.

Nếu hỗn hợp nhựa đường – cốt liệu được rải khi nhiệt độ xung quanh thấp hay khi hỗn hợp rải được giữ lại trong một thời gian bảo quản nóng thì cần phải tăng nhiệt độ lên để bù vào lượng nhiệt mất đi bởi hai yếu tố này. Tuy vậy, tăng nhiệt độ trộn sẽ thúc đẩy mức độ oxy hóa nhựa đường một cách đáng kể làm cho độ nhớt nhựa đường tăng lên. Do đó một phần đáng kể của độ nhớt gia tăng do tăng nhiệt độ trộn sẽ bị triệt tiêu vì sự gia tăng mức độ oxy hóa tiếp theo xảy ra với nhựa đường, điều này cuối cùng sẽ ảnh hưởng xấu đến các đặc tính kỹ thuật của vật liệu sau khi đã rải thành đường.