Bê tông atphan màu và các phương pháp chế tạo

Bê tông atphan là vật liệu bền, chịu thời tiết tốt và được sử dụng hầu hết trên đường, bãi đỗ xe. Tuy nhiên, mặt đường atphan hầu như chỉ có màu đen và xám. Bài viết này giới thiệu một số tính năng và cách chế tạo loại bê tông mặt đường có màu sắc mới này.

Trang 1

Thông báo Khoa học và Công nghệ * Số 1-2014 61

BÊ TÔNG ATPHAN MÀU VÀ CÁC PHƯƠNG PHÁP CHẾ TẠO

ThS Vũ Huyền Trân

Khoa Xây dựng, Trường Đại học Xây dựng Miền Trung

Tóm tắt: Bê tông atphan là vật liệu bền, chịu thời tiết tốt và được sử dụng hầu

hết trên đường, bãi đỗ xe Tuy nhiên, mặt đường atphan hầu như chỉ có màu

đen và xám Việc biến những màu sắc cũ buồn chán này thành các màu sắc

khác đã được nghiên cứu và ứng dụng để tạo nên vẻ mỹ quan mới cho đô thị và

sự thân thiện cho các con đường Bài báo này giới thiệu một số tính năng và

cách chế tạo loại bê tông mặt đường có màu sắc mới này

Từ khóa: Bê tông atphan, đá găm, chất tạo màu (pigment).

1 Tính chất đặc biệt của bê tông

atphan màu so với bê tông atphan

truyền thống

Khi thay thế màu đen truyền thống

bằng các màu sắc khác sẽ giảm nhiệt độ

bề mặt trong mùa nóng, do đó nâng cao

độ bền nhiệt của lớp atphan và giảm sự

lão hóa theo thời gian Bên cạnh đó,

hiệu ứng của các thuộc tính quang học

của lớp phủ atphan màu sẽ cải thiện

mức độ quan sát trong đêm Ngoài ra,

các màu sắc khác nhau như nâu, đỏ,

xanh lá cây, xanh dương, hồng, vàng,

màu be, nâu vàng… mang lại sự thuận

lợi, sự thoải mái khi tham gia giao thông

và hiệu ứng thẩm mỹ, sự tao nhã của cảnh quan

Bê tông atphan màu thường được

sử dụng với mục đích chỉ thị lối đi vào thành phố hay các giao lộ hoặc được dùng để phân biệc các không gian khác nhau để đi tới các điểm đến đặc biệt như trạm đỗ cho các trạm xe bus, xe đạp, xe máy Ngoài ra chúng còn được sử dụng

để cảnh báo giao thông cho các khách bộ hành đối với các vùng thường xuyên xảy

ra tai nạn, các vòng xoay, nơi băng ngang cho người đi bộ ở những vùng có mật độ giao thông cao,… (Hình 1)

Hình 1 Ứng dụng của bê tông atphan màu

2 Các phương pháp tạo màu cho bê

tông atphan

Để đạt được màu sắc như mong

muốn thì có thể sử dụng một số phương

pháp như: thêm chất tạo màu vào atphan

trong quá trình sản xuất cùng với việc

sử dụng đá dăm có màu phù hợp ở lớp nền; xử lý bề mặt sau khi phủ nền; sử dụng bitum thông thường với cốt liệu có màu sắc; sử dụng đá găm đã được tạo

Trang 2

màu và sử dụng cốt liệu có màu sắc

thích hợp với chất kết dính mờ

Thêm chất tạo màu vào trong

atphan

Màu chính của atphan được tạo ra

bằng cách thêm chất tạo màu Chất tạo

màu thường sử dụng là oxit sắt ba

Fe2O3 Cốt liệu có màu sắc phù hợp với

màu chính cũng được sử dụng để tránh

ảnh hưởng đến màu chính Tuy nhiên,

giá của oxit sắt khá cao nên việc sử dụng

bê tông atphan có màu đỏ bị hạn chế Có

thể sản xuất bê tông atphan màu xanh

đậm bằng cách sử dụng oxit crôm nhưng

bê tông có màu này thì ít được sử dụng

hơn bê tông có màu đỏ Hiện nay đã có

nhiều chất kết dính có các tính chất lưu

biến và cơ học tương tự như bitum

truyền thống nhưng dễ nhuộm màu hơn

Chẳng hạn bê tông atphan màu đỏ được

sản xuất từ các chất kết dính mới này chỉ

cần 1 - 2% chất tạo màu để có được màu

sắc mong muốn trong khi bitum truyền

thống thì cần đến 5% oxit sắt

Xử lý bề mặt có màu sắc sau khi

phủ nền

Có 3 dạng xử lý bề mặt để tạo màu

cho lớp bê tông atphan đó là: sử dụng

bê tông được nhuộm màu sẵn, sử dụng

lớp láng mặt và dùng sơn màu Bê tông

được nhuộm màu được chế tạo sẵn với

nhiều màu sắc khác nhau Tuy nhiên vì

lớp bê tông này rất mỏng nên chúng

thích hợp cho đường bộ hành và giao

thông nhẹ Sử dụng lớp láng mặt thì phù

hợp cho hầu hết các loại cấp nhựa

đường Màu sắc cuối cùng của lớp láng

mặt sẽ là màu đá dăm được sử dụng

Khi bề mặt được xử lý bằng sơn màu,

các màu sơn được chế tạo sẵn để phủ

lên các bề mặt đường màu đen và cách

này thông thường chỉ phù hợp cho khu vực bộ hành, sân chơi như tenis

Sử dụng bitum thông thường với cốt liệu có màu sắc

Khi trộn một bitum thông thường với cốt liệu, màu sắc của hỗn hợp nhận được tùy thuộc vào các yếu tố như màu của chính cốt liệu, chiều dày màng bitum bọc cốt liệu và tỷ lệ bề mặt hạt bọc chất kết dính bị lộ ra trên bề mặt và

bị bào mòn bởi xe cộ Trong điều kiện giao thông vừa và nặng, màu sắc tự nhiên của cốt liệu sẽ nhanh chóng lộ ra một cách rõ ràng nhưng ở điều kiện giao thông nhẹ thì phải mất một thời gian đáng kể

Sử dụng đá găm đã được tạo màu

Đối với bê tông atphan rải nóng sử dụng cốt liệu có cỡ hạt tương đối nhỏ thì màu sắc có thể tạo ra bằng các rải các đá găm đã được tạo màu, kết hợp với quá trình lu lèn để găm bám vào bề mặt đường trong quá trình đầm nén Đá găm này cần phải được trộn trước với bitum hoặc chất nhựa để gia tăng sự kết bám với bề mặt đường Tuy nhiên, cách tạo màu này chỉ phù hợp ở nơi giao thông nhẹ, bộ hành vì ở các điều kiện khác thì bê tông atphan có hàm lượng

đá cao nên đá găm đã được tạo màu không thể được lu lèn ép chặt vào bề mặt đường

Sử dụng cốt liệu có màu sắc thích hợp với chất kết dính mờ

Một số chất kết dính được sử dụng trong bê tông atphan có màu trong hơn bitum nên chỉ cần lựa chọn màu sắc cốt liệu phù hợp thì có thể tạo ra các bề mặt

có màu sắc Ưu điểm của cách làm này

là bề mặt sẽ có màu sắc cần thiết ngay khi vừa thi công xong

Trang 3

3 Chế tạo bê tông atphan có màu

bằng cách sử dụng chất tạo màu

3.1 Giới thiệu về chất tạo màu

Các chất tạo màu vô cơ như oxit

sắt, oxit crom, đioxit titan và hỗn hợp

các oxit thì rất phù hợp để chế tạo cho

bê tông atphan màu vì chúng rất bền

thời tiết và bền màu Còn các chất tạo

màu hữu cơ thì thường không bền thời

tiết và khá đắt tiền để sử dụng trong bê

tông atphan Bên cạnh đó, sự phù hợp

giữa chất tạo màu và chất kết dính

trong bê tông cũng đóng vai trò quan

trọng Đối với các bitum màu tối, các

chất tạo màu thường được sử dụng là

oxit sắt và oxit crôm xanh Oxit sắt có

nồng độ và cường độ nhuộn màu cao

nên có thể che đi màu tối của các bitum

thông thường và có thể mang lại màu

đỏ mong muốn Do đó oxit sắt đỏ là

chất tạo màu quan trọng nhất đối với

ứng dụng này Đối với bitum có màu

nhạt thì loại chất tạo màu có thể sử

dụng được sẽ nhiều hơn Một điều cần

lưu ý đối với hỗn hợp bê tông atphan

rải nóng đó là tính bền màu sắc của

một số oxit khi ở nhiệt độ cao Oxit sắt

vàng nâu khi ở nhiệt độ trên 180oC sẽ

chuyển thành oxit sắt đỏ Còn oxit sắt

đỏ, oxit titan, oxit crom xanh lá cây và

các hỗn hợp oxit khác thì bền màu khi

nhiệt độ trên 180oC

3.2 Hàm lượng chất tạo màu cần dùng

Khi sử dụng bitum màu tối, cần

thêm từ 3 - 4% oxit sắt đỏ tổng hợp với

cường độ nhuộm màu cao Nếu oxit sắt

đỏ được sử dụng có cường độ nhuộm

màu thấp thì cần phải sử dụng với hàm

lượng cao hơn Đối với các chất tạo

màu khác, ví dụ xanh crom, thường ít

phù hợp để che đi màu tự nhiên của

bitum vì cường độ nhuộm màu thấp và phải sử dụng một lượng lớn Cách duy nhất cải thiện màu tối của bitum lúc này

là thêm vào các cốt liệu có màu tự nhiên xấp xỉ màu bitum cần nhuộm Các loại bitum nhạt màu được đề cập trước đây

đã được sử dụng ở một số nước Nhược điểm của các sản phẩm này là giá khá cao và trong một số trường hợp lại không bền thời tiết Tuy nhiên,

sử dụng loại này để sản xuất bê tông atphan màu thì dễ dàng hơn Ví dụ bê tông màu vàng và xanh được tạo ra bằng cách thêm chất tạo màu với hàm lượng từ 1 đến 2%

3.3 Quy trình sản xuất

* Chuẩn bị đá và cát: Đá và cát

được làm sạch bằng nước (có thể rửa trong máy hoặc rửa trên băng truyền), vận chuyển đến kho chứa và được gia nhiệt bằng thiết bị sấy Thiết bị sấy có thể là các loại các thùng sấy ngắn cho từng mẻ, thùng sấy hình trụ quay hoặc tháp sấy

* Chuẩn bị bột đá: bột đá sau khi

nghiền nhỏ được kiểm tra chất lượng

và sau đó được chứa ở xilo riêng, không cần gia nhiệt

* Chuẩn bị bitum: bitum được gia nhiệt trong thiết bị đặc biệt Đối với bitum quánh nhiệt độ từ 140 –

160oC, còn đối với bitum lỏng từ 90 – 100oC Quá trình gia nhiệt nhằm đảm bảo cho bitum đạt tới độ nhớt có thể nhào trộn được và bám dính tốt với vật liệu khoáng

* Trộn bê tông asphalt: bê tông atphan có thể được trộn trong theo chu

kỳ sấy nóng gián tiếp, chu kỳ cấp nhiệt trực tiếp hoặc trộn liên tục cấp nhiệt

trực tiếp

Trang 4

* Trộn màu: có hai cách trộn màu

vào hỗn hợp bê tông atphan, đó là trộn

theo mẻ (Hình 2) và trộn liên tục

(Hình 3)

Hình 2 Thêm màu bằng qui trình trộn mẻ

Trong quy trình trộn mẻ, chất tạo

màu có thể được thêm vào bằng điều

khiển tự động hoặc bằng tay Các bao

đựng chất tạo màu làm bằng polyetylen

được thêm trực tiếp vào hỗn hợp qua

máng Các bao đựng màu được cho luôn

vào hỗn hợp vì polyetylen bị hòa tan ở

130 - 140oC Ưu điểm của phương pháp

này là không gây bụi Thời gian trộn

khoảng 60 - 90 giây Để ngăn chặn quá

trình kết tụ (các cục hay mảng bột màu), bột

màu nên được thêm trước bitum và được

trộn trước với cốt liệu trong 10 - 15 giây

Trộn liên tục: Việc thêm bột màu bằng tay thì không thể thực hiện được trong quy trình trộn liên tục Quy trình này có công suất khá lớn

Hình 3 Thêm màu theo quy trình trộn

liên tục

4 Kết luận

Bên cạnh việc nâng cao chất lượng, việc sử dụng những màu sắc mới cho bê tông atphan sẽ góp phần nâng cao tính an toàn và tạo sự thoải mái cho người tham gia giao thông Bên cạnh

đó, cảnh quan đô thị cũng được cải thiện đáng kể Công tác quy hoạch để có những đô thị mới không nên bỏ qua việc

sử dụng bê tông atpha màu này

TÀI LIỆU THAM KHẢO

[1] Công ty Shell Việt Nam 9/1991 Cẩm nang bitum shell trong xây dựng công trình giao thông, NXB Giao thông vận tải

[2] LANXESS Deutschland GmbH Business Uni January 2002 Inorganic Pigments,

Technical Information, Competence Center Construction

[3] Phạm Duy Hữu Bê tông asphalt, NXB Giao thông vận tải

[4] http://www.asphacolor.com

Trang 5

HAI PHƯƠNG TRÌNH VI PHÂN CỦA TẤM MỎNG CHỮ NHẬT

BIẾN DẠNG LỚN KHI CHỊU TÁC DỤNG CỦA LỰC THAM SỐ

THEO VON KÁRMÁN

KS Võ Văn Nam

Khoa Xây dựng, Trường Đại học Xây dựng Miền Trung

Tóm tắt: Như đã biết, tấm chữ nhật là một trong những kết cấu được sử dụng

phổ biến trên thế giới Bởi vậy, việc tìm hiểu về độ bền của loại kết cấu này

trở nên quan trọng Nội dung của bài báo này, tác giả đề cập đến hai phương

trình vi phân của tấm chữ nhật dưới tác dụng của những tải trọng động có

tính chu kỳ trong mặt phẳng dưới dạng n y t n y 0n cos yt  t (lực tham

số) trên hai cạnh biên đối diện nhau khi xét đến lý thuyết biến dạng lớn theo

von Kármán

As is shown, the rectangular plate is one of the commonly used structures

on the world Therefore, the researching of endurance of this structure becomes

important In this paper, the author regards two difference equations of

retangular plate under in-plane periodic forces in form n y t n y0n cos yt  t

(parametric force) at two opposite edges when von Kármán's large-deflection

theory is considered

Keyword: plates, large-deflection theory,….

Lý thuyết kết cấu tấm được nghiên cứu từ cuối những năm của thế kỷ 19 Có hai

lý thuyết về tấm được chấp nhận và sử dụng rộng rãi là: lý thuyết Kirchhoff (lý thuyết tấm cổ điển) và lý thuyết Mindlin–Reissner (lý thuyết tấm dày) Các lý thuyết tấm này được trình bày trong rõ trong cuốn sách Theory of Plates and Shells [11] của tác giả S Timoshenko và S Woinowsky-Krieger; Stresses in Plates and Shells-Second edition của tác giả Ansel C Ugural [10] và một số cuốn sách khác Trong luận văn này, tác

giả chỉ tóm tắt lý thuyết nhằm vận dụng để làm cơ sở tính toán cho đề tài này, đó là lý

thuyết tấm mỏng biến dạng lớn theo Von Kármán

Hình 1 Mô hình tấm chịu tác dụng của lực kích thích tham số

1 Lý thuyết tấm biến dạng lớn

Lý thuyết tấm mỏng biến dạng lớn được G R Kirchhoff phát triển và công bố năm 1877 Sau đó, Von Kármán phát triển lý thuyết này và giới thiệu hai phương trình

vi phân căn bản của tấm gọi là phương trình Von Kármán vào năm 1910

Trang 6

Hình 2 Mô hình tấm mỏng cơ bản Tấm là vật thể lăng trụ hoặc hình trụ có chiều dày h nhỏ hơn rất nhiều so với kích

thước của hai phương còn lại Mặt phẳng cách đều hai mặt bên trên và dưới của tấm

được gọi là mặt trung bình của tấm Khi chịu uốn mặt trung bình của tấm bị cong đi

Giao tuyến của mặt trung bình và các mặt biên cạnh tấm được gọi là cạnh biên của tấm

(hay chu vi tấm) Đối tượng nghiên cứu trong luận văn này được thừa nhận là mỏng và phẳng lúc ban đầu; vật liệu chế tạo của tấm là vật liệu đàn hồi, đồng nhất và đẳng hướng Điều kiện biên của tất cả bốn biên đều là liên kết tựa đơn giản

1.1 Quan hệ giữa biến dạng và chuyển vị

1.1.1 Bài toán tấm chịu uốn

Trong không gian hai chiều (x,y) các thành phần biến dạng:

          

    (1.1a)

Hình 3 Biến dạng dài và biến dạng góc

Trong không gian 3 chiều có thêm 3 thành phần biến dạng:

            

Hình 4 Mô hình tấm có chiều dày không đổi trước và sau khi biến dạng

Trong giả thiết tính toán kết cấu tấm (giả thiết a và c), giả thuyết mặt phẳng

m,n vẫn phẳng trước và sau khi chịu biến dạng uốn Điều này có nghĩa là biến dạng 

Trang 7

cắt thẳng đứng  và xz  nhỏ và chúng ta xem như không tồn tại Đồng thời, chiều yz dày của tấm không đổi nên biến dạng dài theo phương z cũng có thể bỏ qua Do đó, chúng ta chỉ quan tâm đến các biến dạng chính trong mặt phẳng (x,y) Như vậy, ta

nhận được kết quả như sau:

; ;

0; 0; 0

(1.2)

với ww x, y  Theo tính chất quan hệ hình học chúng ta nhận thấy:

w

x



 

 và

w

y



 

 (1.3) Thế (1.3) vào (1.2) ta nhận được kết quả:

Độ cong  của một mặt phẳng được xem như tỉ lệ của sự thay đổi góc dốc của

đường cong

Từ (1.4) và (1.5) ta có mối liên hệ như sau:

x z x ; y z y ; xy 2 z xy

            (1.6)

1.1.2 Bài toán tấm chịu tác dụng của lực mặt ở biên

Xét một phần tử tấm (dxdy) tại một điểm nằm giữa mặt phẳng trung hòa của tấm Dưới tác dụng của tải trọng tác dụng, phần tử thẳng AB bị dịch chuyển và trở thành A'B'

Hình 5 Mô hình phần tử bị biến dạng do chuyển vị

Vì phần tử nằm trên mặt phẳng trung hòa giữa tấm nên ứng suất không xuất hiện

do đó dx không đổi Đồng thời, hình chiếu của A'B' lên phương chuyển vị thẳng đứng

w là w

dx

x



 Do đó, chiều dài A'B' được xác định như sau:

1/ 2

Trang 8

Do đó, kết quả biến dạng dài tương đối của phân tố dx:

2 x

   



  (1.7)

Tương tự, chúng ta cũng có thể xác định được biến dạng dài theo phương y:

2 y

   



(1.8)

Để tìm biến dạng cắt do chuyển vị w gây ra, ta xét một phân tố nhỏ như hình 3 (b) Ta nhận thấy chuyển vị lần lượt là của OA và OB lần lượt là O' A' và O' B' Sự chênh lệch giữa góc A' O' B' và góc  2 chính là biến dạng cắt tương ứng với chuyển

vị w Để xác định sự chênh lệch, chúng ta xem xét mặt phẳng B O' A' , xoay mặt phẳng 1

này bởi một góc nhỏ w y sao cho mặt phẳng B O' A' trùng với mặt phẳng B' O' A' 1

Điểm B1 di chuyển đến vị trí điểm C Như vậy, chuyển vị:

1

w

y





 (1.9)

và góc nghiêng của B C với 1 B B' là góc nhỏ w x1   Từ tam giác B CB' ta thấy: 1

w w

x y

 



  (1.10)

Góc CO' B' đặc trưng cho biến dạng cắt tương ứng do chuyển vị w gây ra:

w w CO' B'

x y

 



  (1.11)

1.1.3 Biến dạng của tấm khi xét đến biến dạng lớn theo Von Kármán

Người ta thấy rằng khi xét một tấm mỏng biến dạng lớn sẽ tồn tại cả hai biến dạng

kể trên Do đó, kết hợp hai biến dạng ta thu được kết quả biến dạng của tấm như sau:

               

2 2

1.2 Quan hệ ứng suất biến dạng

Trong không gian ba chiều, theo định luật Hooke ta có mối quan hệ giữa ứng suất và biến dạng:

xy

yz

xz

1



(1.13)

với E là mô đun đàn hồi

 là hệ số Poisson

Trang 9

G là mô đun đàn hồi trượt

E G

2 1 





Mà theo giả thuyết tấm mỏng ta có:

 z  xz  yz  0

Thế vào phương trình (1.13) ta tìm được hàm ứng suất theo biến dạng:

1.2.2 Bài toán tấm chịu tác dụng của lực mặt ở biên:

Tương tự theo định luật Hooke ta có mối quan hệ giữa ứng suất và biến dạng:

 x  1 N x N y;  y  1 N y N x;  xy  N xy

Như vậy, ta cũng rút ra được ứng suất theo biến dạng:

1.3 Các thành phần nội lực

Lúc này trong tấm tồn tại mô men và lực cắt Kết hợp (1.6) và (1.14) ta có:

2



(1.17)

Gọi M là mô men uốn trên một đơn vị chiều dài Ta có: x

h / 2 h / 2

M dy z  dydz dy z  dz

Hay:

h / 2



 

Các bước tương tự ta thu được kết quả:

x h / 2 x

h / 2

M









 (1.18)

Và các giá trị lực cắt tương ứng:

h / 2

y h / 2 yz

Q

dz Q







     (1.19)

Trang 10

Như vậy, ta nhận thấy một vấn đề xảy ra đó là theo giả thuyết tính toán tấm mỏng chúng ta bỏ qua các biến dạng  xz và  yz nhưng lực theo phương thẳng đứng Q x

và Q thì không thể bỏ qua Điều này nhằm đảm bảo cho hệ lực được cân bằng y

Thế (1.17) vào (1.18) ta thu được:

2

w

x y



 

(1.20)

với:

3 2

Eh D

12 1 



 Ứng suất lúc này cũng có thể biểu diễn theo mô men:

12M z

h h h (1.21) Xét cân bằng lực trong một phân tố tấm chịu uốn có kích thước dxdy chịu tải

trọng phân bố đều như Hình 4 Chú ý, phân tố có kích thước rất nhỏ nên xem như các thành phần nội lực được xem như phân bố đều trên các biên:

Hình 6 Phân bố nội lực trên một phần tử tấm chịu uốn

Từ hình vẽ trên chúng ta xét phương trình cân bằng mô men cho phân tố theo các

trục Đối với trục x lấy tổng mô men với trục x bỏ qua các vi phân bậc cao ta thu được

phương trình cân bằng mô men:

y

  (1.22) Hay: Q y M y M xy

Tương tự, ta cũng tính được giá trị lực cắt đơn vị:

xy x

x

M M



  (1.23b)

Định dạng
Số trang	14
Dung lượng	0,97 MB