Tiểu luận môn học vật liệu mới vật liệu mới bê tông nhựa polimer

Đối với mặt đường cao tốc, do những yờu cầu đặc biệt để đảm bảo an toàn khi phương tiện lưu hành với tốc độ cao, việc sử dụng cỏc loại vật liệu nhựa đường phự hợp để chế tạo cỏc loại bờ

NỘI DUNG CHUẨN BỊ MễN HỌC VẬT LIỆU MỚI Chủ đề: Vật liệu mới Bờ tụng nhựa Polimer Nhúm :03

Học viờn: Nguyễn Văn Tuấn; Đỗ Trung Hà; Đàm Thị Lục; Nguyễn Văn Tõn; Nguyễn Văn Hiếu

đồng nhất, không lẫn nớc và các loại tạp chất khoáng, khi đun nóng

đến nhiệt độ 1750C không xuất hiện bọt ở trạng thái tự nhiên, nhựa đờng polime có dạng đặc quánh màu đen.

Đối với mặt đường cao tốc, do những yờu cầu đặc biệt để đảm bảo an toàn khi phương tiện lưu hành với tốc độ cao, việc sử dụng cỏc loại vật liệu nhựa đường phự hợp để chế tạo cỏc loại bờ tụng nhựa phủ cú độ nhỏm lớn, độ bền cao là hết sức cần thiết Qua hàng chục năm nghiờn cứu, ứng dụng và cải tiến, vật liệu nhựa đường polime được sản xuất bằng cỏch phối trộn nhựa đường với polime dẻo nhiệt đó được chấp nhận và sử dụng rộng rói trờn thế giới với sản lượng hàng triệu tấn/năm.

Trờn thế giới, trong nhiều năm qua cỏc nhà nghiờn cứu và sản xuất cỏc loại nhựa đường đó dựa trờn cỏc tiờu chớ của lớp bờ tụng nhựa để thiết kế sản phẩm: Tăng độ ma sỏt mặt đường để đảm bảo an toàn giao thụng khi phương tiện lưu hành tốc độ cao; chịu được điều kiện khắc nghiệt của thời tiết (rất núng hoặc rất lạnh); chịu được tải trọng nặng; khụng gõy hại cho mụi trường; cú khả năng tỏi sinh và dễ dàng trong việc duy tu bảo dưỡng; đảm bảo tớnh kinh tế với chi phớ đầu tư ở mức chấp nhận được Cỏc loại bờ tụng nhựa sử dụng vật liệu nhựa đường cải thiện bằng polime này cú thể đạt được những chỉ tiờu cơ lý hết sức quan trọng như khụng bị chảy mềm ở nhiệt

độ cao, khụng bị nứt vỡ khi nhiệt độ thấp, khụng tạo ra cỏc vệt lỳn do mỏi hoặc nứt

vỡ do tải trọng nặng… và đặc biệt là tăng độ nhỏm mặt đường và vũng đời cao hơn gấp nhiều lần

Đối với các công trình đường cao tốc, thông thường người ta sử dụng loại vật liệu nhựa đường polime để chế tạo hỗn hợp bê tông nhựa cấp phối gián đoạn, với độ rỗng lớn, có độ chịu mài mòn cao để tạo ra lớp phủ bê tông nhựa có độ ma sát lớn

Tại Việt Nam, việc áp dụng thử nghiệm lớp mặt đường có độ

nhám cao sử dụng nhựa đường cải thiện bằng polime đã được bắt

đầu từ năm 1997 (đường Bắc Thăng long – Nội Bài, Quốc lộ 51,

Quốc lộ 1 đoạn Pháp Vân – Cầu Giẽ…) và đã cho kết quả rất tốt.

Qua quá trình thử nghiệm và đánh giá, vật liệu nhựa đường

polime đã được tiêu chuẩn hóa theo “Tiêu chuẩn vật liệu nhựa đường polime 04)” và “Quy trình Công nghệ thi công và nghiệm thu lớp phủ mỏng bê tông nhựa có độ nhám cao (22TCN345-06)

(22TCN319-2 Cơ sở khoa học :

Hỗn hợp BTNP đợc chế tạo theo phơng pháp trộn nóng rải nóng; có cấpphối cốt liệu liên tục, chặt; các yêu cầu về chất lợng đá dăm, cát, bộtkhoáng và nhựa đờng polime dùng để chế tạo hỗn hợp đợc quy địnhchặt chẽ

Về nhựa đ ờng Polyme :

Nhựa đờng polime là sản phẩm thu đợc từ công nghệ phối trộn nhựa ờng đặc thông thờng có nguồn gốc dầu mỏ với phụ gia cải thiện polimehữu cơ thích hợp Nhựa đờng polime phải đảm bảo đồng nhất, khônglẫn nớc và các loại tạp chất khoáng, khi đun nóng đến nhiệt độ 1750Ckhông xuất hiện bọt ở trạng thái tự nhiên, nhựa đờng polime có dạng

đ-đặc quánh màu đen

Polyme (tiếng Anh: "polymer") là khái niệm được dùng cho các hợp chất có khối lượng

phân tử lớn và trong cấu trúc của chúng có sự lặp đi lặp lại nhiều lần những mắt xích cơ bản.Các phân tử tương tự nhưng có khối lượng thấp hơn được gọi là các oligome

Tên gọi polyme xuất phát từ tiếng Hy Lạp, πoλv, polu, 'nhiều' và μερος, meros, 'phần' Những ví dụ điển hình về Polyme là chất dẻo, DNA, và protein Polyme được sử dụng phổ

biến trong thực tế với tên gọi là Nhựa, nhưng polyme bao gồm 2 lớp chính là polyme thiên

nhiên và polyme nhân tạo Các polyme hữu cơ như protein (ví dụ như tóc, da, và một phần của xương) và axít nucleic đóng vai trò chủ yếu trong quá trình tổng hợp polyme hữu cơ Córất nhiều dạng polyme thiên nhiên tồn tại chẳng hạn xenlulo (thành phần chính của gỗ và giấy)

Hình 1:Một số hình ảnh khác về phân tử Polyme

Hình 2:Một số hình ảnh khác về phân tử Polyme

Các khái niệm cơ bản

 Khối lượng phân tử polyme:

M = n.m

trong đó

M: khối lượng phân tử polyme

m: khối lượng của một đơn vị monome

n: hệ số trùng hợp hoặc hệ số trùng ngưng

Trong khoa học nghiên cứu polyme, người ta thường sử dụng 02 khái niệm khác của khối lượng phân tử:

+ Khối lượng phân tử trung bình số (the number average molecular mass):

+ Khối lượng phân tử trung bình khối (the weight average molecular mass):

Với

 Độ trùng hợp là số mắt xích cơ bản trong phân tử polyme

 Mắt xích cơ bản: là phần lặp đi lặp lại trong phân tử Polyme Mắt xích cơ bản có cấu tạo giống monome trong phản ứng trùng hợp và tương đối giống monome trong phản ứng trùng ngưng

Các tính chất đặc trưng

Polyme có 2 tính chất chính:

 Thường là chất rắn, không bay hơi

 Hầu hết Polyme không tan trong nước hoặc các dung môi thông thường

 Monome vừa tạo ra sẽ kết hợp với nhau tạo polyme hoàn chỉnh.

Cấu trúc phân tử polyme

Sự sắp xếp của nguyên tử và các nhóm thế trong mạch chính

Cấu trúc phân tử Polyme

Đồng phân quang học

Polyme có đồng phân dạng này khi có nguyên tử Các bon bất đối trong mạch

Phân loại polyme

Dựa theo nguồn gốc Polyme gồm có 2 loại chính:

 Polyme tự nhiên: tinh bột, protein, cao su,

 Polyme nhân tạo: polyetilen, tơ nilon, cao su buna,

Một số Polyme tiêu biểu

Xenlulo

Năm 1869 Hai - ớt, một công nhân in ấn ở New York đã cặm cụi nghiên cứu để tìm ra loại bóng Bi - a tốt nhất và ông đã thành công bằng cách chế ra xenluloit Xenlulo được chế tạo bằng cách lấy bông nhúng axit sunfuric đặc rồi hòa vào trong cồn Cho 1 viên long não vào rồi khuấy đều

Cao su

Cao su có 2 loại:

 Cao su tự nhiên được lấy từ nhựa của câycao su

 Cao su tổng hợp được chế ra từ các chất đơn giản

Thí dụ: Cao su Buna được điều chế từ butadien

Tơ

Tơ cũng gồm có 2 loại: loại tơ tự nhiên và loại tơ hóa học

 Tơ tự nhiên là tơ có sẵn trong tự nhiên như bông, len, tơ tằm

 Tơ hóa học gồm 2 nhóm:

-Tơ tổng hợp(chế tạo từ polime tổng hợp) như các loại poliamit (capron),tơ

vinylic(nitron)

-Tơ bán tổng hợp (tơ nhân tạo):Chế tạo từ các polime thiên nhiên thông qua một số phương trình hóa học VD: tơ visco, xenlulozơ axetat

Tơ hóa học thường có ưu điểm là bền, đẹp, phơi mau khô,

B¶ng Yªu cÇu vÒ c¸c chØ tiªu kü thuËt cña bª t«ng nhùa

TT Chỉ tiêu Quy

định

Phơng pháp thí nghiệm

4

Độ ổn định còn lại (sau khi

ngâm mẫu ở 600C trong 24 giờ)

so với độ ổn định ban đầu, %

- Thiết bị APA -Asphalt

Pavement Analizer ( 8000 chu

- Mác ma, biến chất min.

- Cát dùng để chế tạo BTNP là cát thiên nhiên, cát xay, hoặc hỗn hợp cát

thiên nhiên và cát xay

- Cát thiên nhiên không đợc lẫn tạp chất hữu cơ ( gỗ, than ).

- Cát xay phải đợc nghiền từ đá có giới hạn độ bền nén không nhỏ hơn

của đá dùng để sản xuất ra đá dăm

- Các chỉ tiêu cơ lý của cát phải thoả mãn các yêu cầu quy định tại Bảng

Bảng Các chỉ tiêu cơ lý quy định cho cát

2 Hệ số đơng lợng cát (ES), % min 50 AASHTO T176-02

3 Hàm lợng chung bụi, bùn, sét(tính theo khối lợng cát), % max 3 TCVN 343-86

4 Hàm lợng sét (tính theo khối l-ợng cát), % max.0,5 TCVN 344-86

Bột khoáng

- Bột khoáng là sản phẩm đợc nghiền từ đá các bô nát ( đá vôi can xit,

đolomit ) sạch, có giới hạn bền nén không nhỏ hơn 200 daN/cm2, hoặc

là xi măng

- Bột khoáng phải khô, tơi, không đợc vón hòn.

- Các chỉ tiêu cơ lý và thành phần hạt của bột khoáng phải thoả mãn yêu

cầu quy định tại Bảng

Bảng Các chỉ tiêu cơ lý quy định cho bột khoáng

4 Chỉ số dẻo của bột khoáng

nghiền từ đá các bô nát, % max 4 AASHTO T89, T90

Nhựa đờng Polime

- Nhựa đờng polime sử dụng cho BTNP là các loại PMBI, PMBII, PMBIII thoả mãn các yêu cầu kỹ thuật nêu tại Bảng dới đây Trờng hợp đ-ờng hạ cất cánh và đờng lăn sân bay có yêu cầu kháng dầu, thì phải sử dụng nhựa đờng PMB kháng dầu có chỉ tiêu kỹ thuật thoả mãn yêu cầu kháng dầu theo quy định

- Bảng Tiêu chuẩn kỹ thuật vật liệu nhựa đờng polime (22 TCN 319-04)

PMB-I PMB-II PMB-III

1 Nhiệt độ hóa mềm (Ph-ơng pháp vòng và bi) oC min 60 min 70 min 80

2 Độ kim lún ở 250C mm0,1 50-70 40-70 40-70

3 Nhiệt độ bắt lửa oC min 230 min 230 min 230

4 Lợng tổn thất sau khi đun

nóng ở 1630C trong 5 giờ % max 0,6 max 0,6 max 0,6

TT Các chỉ tiêu Đơn

vị

Trị số tiêu chuẩn PMB-I PMB-II PMB-III

6 Lợng hòa tan trong Trichloroethylene % min 99 min 99 min 99

7 Khối lợng riêng ở 250C g/cm3 1,00

-1,05

1,00 1,05

1,00 1,05

-8 Độ dính bám với đá cấpđộ min cấp4 min cấp4 min cấp4

9 Độ đàn hồi (ở 25kéo dài 10 cm) 0C, mẫu % min 60 min 65 min 70

và dới của mẫu)

oC max 3,0 max 3,0 max 3,0

4 C«ng nghÖ thi c«ng

Do Nhựa đờng polime thờng có độ nhớt lớn hơn so với nhựa đờng thông thờng (nhựa 60/70 hoặc 40/60) nên yêu cầu về các giá trị về các giá trị nhiệt độ ứng với từng công đoạn thi công thờng cao hơn Khoảng nhiệt

độ tơng ứng với từng công đoạn thi công cho các loại nhựa đờng polime khác nhau đợc tham khảo ở Bảng

Bảng Các giá trị nhiệt độ yêu cầu nhà sản xuất nhựa đờng polime công bố

TT Giai đoạn thi công Khoảng nhiệt độ

tham khảo cho từng loại PMB ( 0 C)

Nhiệt độ chấp thuận ( 0 C)

1 Trộn hỗn hợp BTNP trong

thùng trộn tại trạm trộn 160-185 Dựa trên số

liệu công bốcủa nhà sảnxuất nhựa

đờng polime

và đợc T vấngiám sátchấp thuận

Khoảng cách giữa các trạm trộn và hiện trờng thi công phải tính toán saocho hỗn hợp BTNP khi đợc vận chuyển đến hiện trờng đảm bảo nhiệt

độ quy định

Yêu cầu về điều kiện thi công

Chỉ đợc thi công lớp BTNP khi nhiệt độ không khí lớn hơn 150C Không

đợc thi công khi trời ma hoặc có thể ma

Cần đảm bảo công tác rải và lu lèn đợc hoàn thiện vào ban ngày Trờnghợp đặc biệt phải thi công vào ban đêm, phải có đủ thiết bị chiếu sáng

đảm bảo cho quá trình thi công có chất lợng và an toàn và đợc T vấngiám sát chấp thuận

Yêu cầu về đoạn thi công thử

Trong những ngày đầu thi công hoặc khi sử dụng một loại BTNP khácphải tiến hành thi công thử một đoạn để kiểm tra và xác định côngnghệ của quá trình rải, lu lèn áp dụng cho đại trà Đoạn thi công thử phải

có chiều dài tối thiểu 100 m, chiều rộng tối thiểu 2 vệt máy rải

Số liệu thu đợc sau khi rải thử sẽ là cơ sở để chỉnh sửa (nếu có) vàchấp thuận để thi công đại trà

Các số liệu chấp thuận bao gồm:

- Công thức chế tạo hỗn hợp BTNP;

- Phơng án thi công: loại nhựa và lợng nhựa tới dính bám, hoặc thấmbám; thời gian cho phép rải lớp BTNP sau khi tới nhựa dính bám hoặcnhựa thấm bám; chiều dầy rải BTNP cha lu lèn; nhiệt độ rải; nhiệt độ

lu lèn bắt đầu và kết thúc; sơ đồ lu lèn của các loại lu khác nhau, số lợtlu; độ chặt; độ bằng phẳng; độ nhám bề mặt sau khi thi công…Nếu đoạn thi công thử cha đạt đợc chất lợng yêu cầu thì phải làm một

đoạn thử khác, với sự điều chỉnh lại công thức chế tạo hỗn hợp BTNP,công nghệ thi công cho đến khi đạt đợc chất lợng yêu cầu

Chuẩn bị mặt bằng

Phải làm sạch bụi bẩn và vật liệu không thích hợp rơi vãi trên bề mặt sẽrải BTNP lên bằng máy quét, máy thổi, vòi phun nớc (nếu cần) và bắtbuộc phải hong khô Bề mặt chuẩn bị phải rộng hơn sang mỗi phía lề

đờng ít nhất là 20 cm so với bề rộng sẽ đợc tới nhựa thấm bám hoặcdính bám.

Trớc khi rải BTNP trên mặt đờng cũ phải tiến hành công tác sửa chữa chỗlồi lõm, vá ổ gà, bù vênh mặt Nếu dùng hỗn hợp đá nhựa rải nguội hoặc

bê tông nhựa rải nguội để sửa chữa thì phải hoàn thành trớc ít nhất 15ngày, nếu dùng bê tông nhựa rải nóng thì phải hoàn thành trớc ít nhất 1ngày

Bề mặt chuẩn bị, tuỳ theo là mặt của lớp móng hay của lớp dới củamặt đờng phải bảo đảm cao độ, độ bằng phẳng, độ dốc ngang, độdốc dọc với các sai số nằm trong phạm vi cho phép mà các tiêu chuẩn kỹthuật tơng ứng đã quy định

Tới nhựa thấm bám hoặc dính bám: trớc khi rải BTNP phải tới nhựa thấmbám hoặc nhựa dính bám

- Tới nhựa thấm bám: trên các lớp móng không dùng nhựa (cấp phối đádăm, cấp phối đá gia cố xi măng ), tuỳ thuộc trạng thái bề mặt (kínhay hở) mà tới nhựa thấm bám với tỷ lệ từ 0,5 lít/m2 đến 1,3 lít/m2.Dùng nhựa lỏng đông đặc vừa MC30, hoặc MC70 (ASTM D2027-97);hoặc nhựa lỏng đông đặc nhanh RC70 (ASTM D 2028-97) để tớithấm bám Nhiệt độ tới nhựa thấm bám: với MC30 hoặc RC70 là 45 ±

100C, với MC70 là 70 ± 100C Thời gian từ lúc tới nhựa thấm bám đếnkhi rải lớp BTNP ít nhất là 2 ngày để nhựa lỏng kịp thấm sâu xuốnglớp móng độ 5-10mm, và để thời gian cho dầu nhẹ bay hơi hết

- Tới nhựa dính bám: trên mặt đờng nhựa cũ, trên các lớp móng có sửdụng nhựa (hỗn hợp đá nhựa, thấm nhập nhựa, láng nhựa …) hoặctrên lớp BTNP thứ nhất đã rải thì tới nhựa dính bám Dùng nhựa lỏng

đông đặc nhanh RC70 với tỷ lệ từ 0,3 lít/m2 đến 0,5 lít/m2, hoặcnhũ tơng cationic phân tích chậm CSS1-h (ASTM D2397-98) với tỷ lệ

từ 0,3 lít/m2 đến 0,6 lít/m2 để tới dính bám Khi tới dính bám bằng

nhũ tơng, phải pha thêm nớc sạch (1/2 nớc, 1/2 nhũ tơng) trớc khi tới.Thời gian từ lúc tới nhựa dính bám đến khi rải lớp BTNP ít nhất là 5 giờ

để nhựa lỏng kịp đông đặc hoặc nhũ tơng kịp phân tách xong Chỉ đợc dùng thiết bị chuyên dụng có khả năng kiểm soát đợc liều lợng

và nhiệt độ của nhựa tới dính bám hoặc thấm bám Không đợc dùngdụng cụ thủ công để tới

Chỉ đợc tới nhựa dính bám hoặc thấm bám khi bề mặt đã đợc chuẩn bị

đầy đủ theo quy định tại các Khoản 6.4.1, 6.4.2, 6.4.3 Không đợc tới khi

có gió to, trời ma, sắp có cơn ma, có sơng mù Nhựa tới phải phủ đềutrên bề mặt, chỗ nào thiếu phải tới bổ sung bằng thiết bị phun cầm tay,chỗ nào thừa phải đợc gạt bỏ

Phải định vị trí và cao độ rải ở hai mép mặt đờng đúng với thiết kế.Kiểm tra cao độ bằng máy cao đạc Khi có đá vỉa ở hai bên cần đánhdấu độ cao rải và quét lớp nhựa lỏng (hoặc nhũ tơng ) ở thành đá vỉa.Khi dùng máy rải có bộ phận tự động điều chỉnh cao độ lúc rải, cầnchuẩn bị cẩn thận các đờng chuẩn (hoặc căng dây chuẩn thật thẳng,thật căng dọc theo mép mặt đờng và dải sẽ rải, hoặc đặt thanh dầmlàm đờng chuẩn, sau khi đã cao đạc chính xác dọc theo theo mặt đờng

và mép của dải sẽ rải) Kiểm tra cao độ bằng máy cao đạc Khi lắp đặt

hệ thống cao độ chuẩn cho máy rải phải tuân thủ đầy đủ hớng dẫn củanhà sản xuất thiết bị và phải đảm bảo các cảm biến làm việc ổn địnhvới hệ thống cao độ chuẩn này

Vận chuyển hỗn hợp bê tông nhựa polime

Dùng ô tô tự đổ vận chuyển hỗn hợp BTNP Xe vận chuyển hỗn hợp BTNPphải có bạt che phủ Thùng xe phải kín, sạch, đợc phun đều một lớp mỏngdung dịch xà phòng (hoặc các loại dầu chóng dính bám) vào thành và

đáy thùng Không đợc dùng dầu mazút, dầu diezen hay các dung môi hoàtan đợc nhựa đờng để quét lên đáy và thành thùng xe

Mỗi chuyến ô tô vận chuyển hỗn hợp BTNP khi rời trạm trộn phải có phiếuxuất xởng ghi rõ nhiệt độ hỗn hợp, khối lợng, chất lợng (đánh giá bằngmắt), thời điểm xe rời trạm trộn, nơi xe sẽ đến, tên ngời lái xe.

Trớc khi đổ hỗn hợp BTNP vào phễu máy rải phải kiểm tra nhiệt độ hỗnhợp bằng nhiệt kế, nếu nhiệt độ hỗn hợp BTNP dới nhiệt độ quy địnhthì phải loại bỏ

Rải hỗn hợp bê tông nhựa polime

Hỗn hợp BTNP đợc rải bằng máy chuyên dùng, nên dùng máy rải có hệthống điều chỉnh cao độ tự động Trừ những chỗ hẹp cục bộ không rải

đợc bằng máy thì cho phép rải thủ công và tuân theo quy định tại Mục6.6.15

Tuỳ theo bề rộng mặt đờng, nên dùng 2 (hoặc 3) máy rải hoạt động

đồng thời trên 2 (hoặc 3) vệt rải Các máy rải phải đi cách nhau 10 đến

20 m Trờng hợp dùng một máy rải, trình tự rải phải đợc tổ chức sao chokhoảng cách giữa các điểm cuối của các vệt rải trong ngày là ngắnnhất

Trớc khi rải phải đốt nóng tấm là, guồng xoắn

Ô tô chở hỗn hợp BTNP đi lùi tới phễu máy rải, bánh xe tiếp xúc đều vànhẹ nhàng với 2 trục lăn của máy rải Sau đó điều khiển cho thùng ben

đổ từ từ hỗn hợp xuống giữa phễu máy rải Xe để số 0, máy rải sẽ đẩy ôtô từ từ về phía trớc cùng máy rải Khi hỗn hợp BTNP đã phân đều dọctheo guồng xoắn của máy rải và ngập tới 2/3 chiều cao guồng xoắn thìmáy rải tiến về phía trớc theo vệt quy định Trong quá trình rải luôngiữ cho hỗn hợp thờng xuyên ngập 2/3 chiều cao guồng xoắn

Trong suốt thời gian rải hỗn hợp BTNP bắt buộc phải để thanh đầm(hoặc bộ phận chấn động trên tấm là) của máy rải luôn hoạt động

Tuỳ bề dầy của lớp rải và năng suất của máy mà chọn tốc độ của máy rảicho thích hợp để không xảy ra hiện tợng bề mặt bị nứt nẻ, bị xé rách