Nghiên cứu ứng dụng cao su tự nhiên vào bê tông nhựa trong xây dựng đường ô tô

TÓM TẮT LUẬN VĂN Đề tài: “Nghiên cứu ứng dụng cao su tự nhiên vào bê tông nhựa trong xây dựng đường ô tô” Hiện nay t nh h nh hư hỏng mặt đường bê tông nhựa xảy ra rất nhiều, gây ảnh hư

Trang 1

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HCM

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

-

HUỲNH TRUNG QUỐC

NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG CAO SU TỰ NHIÊN

VÀO BÊ TÔNG NHỰA TRONG XÂY DỰNG ĐƯỜNG Ô TÔ

Chuyên ngành: Kỹ thuật xây dựng công trình giao thông

Mã số: 60 58 02 05

LUẬN VĂN THẠC SĨ

TP HỒ CHÍ MINH, tháng 6 năm 2017

Trang 2

Cán bộ hướng dẫn khoa học: TS NGUYỄN THÁI NGỌC UYÊN

Cán bộ chấm nhận xét 1: TS NGUYỄN HUỲNH TẤN TÀI

2 TS Nguyễn Văn Long – Thư ký hội đồng

3 TS Lê Anh Tuấn - Ủy viên

4 TS Nguyễn Huỳnh Tấn Tài – Phản biện 1

5 TS Trần Thiện Lưu – Phản biện 2

Xác nhận của Chủ tịch Hội đồng đánh giá luận văn và Trưởng Khoa quản lý chuyên ngành sau khi luận văn đã được sữa chữa (nếu có)

CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG

TS Lê Bá Khánh

TRƯỞNG KHOA KỸ THUẬT XÂY DỰNG

PGS.TS Nguyễn Minh Tâm

Trang 3

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HCM

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

Độc lập - Tự do - Hạnh phúc NHIỆ VỤ UẬN VĂN THẠC SĨ

Chuy n ngành: Kỹ thuật x y dựng c ng tr nh giao th ng Mã số: 60580205

I T N ĐỀ T I

Nghiên cứu ứng dụng cao su tự nhiên vào bê tông nhựa trong xây dựng đường ô tô

II NHIỆ VỤ V NỘI DUNG:

1 Nghi n cứu tổng quan b t ng nhựa và b t ng nhựa cao su, ứng dụng nhựa cao

su tự nhi n vào b t ng nhựa

2 Thiết kế cấp phối b t ng nhựa chặt sử dụng nhựa cao su tự nhi n thay thế một phần nhựa đường với các hàm lượng 2%, 4%, 6% và 8% khối lượng

3 Đánh giá ảnh hưởng của cao su tự nhi n đến chất lượng của nhựa đường qua thí nghiệm độ kim lún và thí nghiệm độ hóa mềm của nhựa

4 So sánh, đánh giá chất lượng của b t ng nhựa sử dụng cao su tự nhi n với b

t ng nhựa chặt th ng thường qua các thí nghiệm: m đun đàn hồi, độ ổn định Marshall, cường độ chịu kéo gián tiếp (ép chẻ) và độ mài mòn Cantabro

III NG GIA NHIỆ VỤ Ngày 16 tháng 01 năm 2017

IV NG H N TH NH NHIỆ VỤ Ngày 18 tháng 6 năm 2017

V C N Ộ HƯỚNG D N TS NGUYỄN THÁI NGỌC UYÊN

CÁN BỘ HƯỚNG D N

(Họ tên và chữ ký)

TS Nguyễn Thái Ngọc Uyên

CHỦ NHIỆM BỘ ÔN Đ TẠO

TS Lê Bá Khánh TRƯỞNG KHOA KỸ THUẬT XÂY DỰNG

PGS.TS Nguyễn Minh Tâm

Trang 4

LỜI C ƠN

Trong quá trình học tập, nghiên cứu thực hiện luận văn tốt nghiệp, t i đã được tập thể quý Thầy, Cô thuộc Bộ môn Cầu đường, Khoa kỹ thuật xây dựng, phòng đào tạo sau đại học của trường Đại học Bách Khoa TP HCM nhiệt tình giảng dạy, hướng dẫn Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn ch n thành của m nh đối với quý Thầy, C Đặc biệt tôi xin bày tỏ lòng biết ơn s u sắc đến Cô TS Nguyễn Thái Ngọc Uy n đã tận tình hướng dẫn và giúp đỡ tôi trong suốt thời gian thực hiện luận văn tốt nghiệp

Qua việc nghiên cứu và hoàn thành luận văn, t i đã có th m nhiều kiến thức bổ ích trong chuy n m n cũng như phương pháp luận nghiên cứu khoa học Do điều kiện

và thời gian nghiên cứu bị hạn chế, nên mặc dù cố gắng nhiều nhưng kh ng tránh khỏi những sai sót, rất mong nhận được sự đóng góp ý kiến của mọi người

Cuối cùng tôi xin gửi lời chúc sức khỏe và hạnh phúc đến quý Thầy Cô, gia

đ nh, bạn bè và đồng nghiệp

TP HCM, ngày tháng năm 2017

Huỳnh Trung Quốc

Trang 5

TÓM TẮT LUẬN VĂN

Đề tài:

“Nghiên cứu ứng dụng cao su tự nhiên vào bê tông nhựa trong xây dựng đường ô tô”

Hiện nay t nh h nh hư hỏng mặt đường bê tông nhựa xảy ra rất nhiều, gây ảnh hưởng đến chất lượng công tr nh và giao th ng đi lại của người d n Đã có nhiều giải pháp được nghiên cứu và ứng dụng để hạn chế những hư hỏng này, trong đó việc sử dụng bê tông nhựa được cải tiến bởi phụ gia cao su đã mang lại hiệu quả tích cực Với điều kiện đất đai thổ nhưỡng và khí hậu thuận lợi cho sự phát triển của cây cao su, nên Việt Nam là một trong những quốc gia có ngành công nghiệp trồng cao su rất phát triển

so với các nước trên thế giới Từ thế mạnh sẵn có này, cùng với hiệu quả của cao su khi được sử dụng để cải tiến nhựa đường thì sử dụng sản phẩm cao su thi n nhi n để nâng cao chất lượng nhựa đường được xem là giải pháp phù hợp với nước ta

Trong luận văn này tác giả thực hiện đánh giá ảnh hưởng của cao su thiên nhiên đến tính chất cơ lý của bê tông nhựa thông qua việc thay thế một phần nhựa đường bởi cao su thiên nhiên với hàm lượng 2, 4, 6 và 8% khối lượng nhựa Đánh giá được thực hiện dựa trên kết quả các thí nghiệm độ kim lún, độ hóa mềm của nhựa đường cao su; thí nghiệm độ ổn định Marshall, cường độ chịu kéo gián tiếp, m đun đàn hồi và độ mài mòn Cantabro của mẫu bê tông nhựa cao su

Trang 6

ABSTRACT

Topic:

“Research and application of natural rubber in asphalt concrete in road construction”

At present, there has been a lot of damage to asphalt concrete pavement, which affects the quality of construction works and the transportation of people There have been many solutions sought and applied to limit this damage and the use of asphalt concrete improved by rubber additives has brought about positive effects Due to the favorable soil and climate conditions for the development of rubber trees, Vietnam has

a highly developed rubber industry in comparison with other countries in the world From this available strength, along with the rubber’s efficiency in improving asphalt, using natural rubber products to improve the quality of asphalt is considered to be a suitable solution for our country

This focuses on the assessment of the impact of natural rubber on the mechanical properties of asphalt concrete by substitute a part of asphalt for natural rubber with a content of 2, 4, 6 and 8 percent by weight of asphalt binder The evaluation is carried out based on the results of the resilient and softness modulus of rubber asphalt, Marshall stability test, indirect tensile strength, resilient modulus and Cantabro abrasion resistance of a rubber asphalt concrete sample

Trang 7

LỜI CA Đ AN

Tôi tên Huỳnh Trung Quốc, t i xin xam đoan Luận văn thạc sĩ với đề tài

“Nghi n cứu ứng dụng cao su tự nhiên vào bê tông nhựa trong xây dựng đường t ” là

do tôi tự thực hiện, không sao chép của các luận văn đi trước Các trích dẫn trong luận văn từ các nguồn tài liệu sách, báo mạng, tiêu chuẩn hiện hành đều được tôi ghi chi tiết nguồn trích dẫn và tên tác giả

Nếu có điều gì gian dối, tôi xin hoàn toàn chịu trách nhiệm

Học viên

Huỳnh Trung Quốc

Học viên cao học khóa 2015 Ngành: Kỹ thuật xây dựng công trình giao thông

Trường Đại học Bách Khoa TP HCM

Trang 8

MỤC LỤC

CHƯƠNG 1: MỞ ĐẦU 1

1.1 Tính cấp thiết của đề tài 1

1.2 Mục đích của đề tài 2

1.3 Ý nghĩa của đề tài 3

1.4 Nội dung và phương pháp nghi n cứu 3

1.5 Nội dung của luận văn 4

CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN 5

2.1 Các dạng hư hỏng phổ biến của mặt đường b t ng nhựa 5

2.1.1 Hư hỏng do nứt mặt đường 5

2.1.2 Hư hỏng do biến dạng mặt đường 7

2.1.3 Hư hỏng mất mát vật liệu bề mặt 8

2.1.4 Hư hỏng do lún nứt cao su 9

2.2 Tổng quan về bê tông nhựa 9

2.2.1 Khái niệm 9

2.2.2 Phân loại 9

2.3 Bê tông nhựa cao su 10

2.3.1 Khái niệm 10

2.3.2 Tổng quan về tình hình nghiên cứu 11

2.4 Nhựa cao su tự nhiên 17

2.4.1 Tổng quan ngành cao su Việt Nam 17

2.4.2 Tổng quan về cây cao su và nhựa cao su thiên nhiên 20

2.4.3 Tính chất của cao su tự nhiên 24

CHƯƠNG 3: CÁC CHỈ TIÊU CƠ LÝ CỦA CỐT LIỆU, NHỰA ĐƯỜNG, 27

NHỰA CAO SU VÀ NHỰA ĐƯỜNG CAO SU 27

3.1 Cốt liệu 27

3.1.1 Đá dăm 27

3.1.2 Cát 30

3.1.3 Bột khoáng 31

3.2 Nhựa đường 32

3.3 Cao su 33

3.4 Nhựa đường cao su 35

3.4.1 Quá trình trộn cao su với nhựa đường 36

3.4.2 Thí nghiệm độ kim lún 37

3.4.3 Thí nghiệm xác định nhiệt độ hóa mềm 40

Trang 9

CHƯƠNG 4: THIẾT KẾ CẤP PHỐI HỖN HỢP BTNC 12,5MM, ĐÁNH GIÁ ẢNH

HƯỞNG CỦA CAO SU TỚI CÁC CHỈ TIÊU CƠ LÝ CỦA BTN 43

4.1 Lựa chọn cấp phối sử dụng trong nghiên cứu 43

4.2 Kiểm tra chỉ ti u cơ lý của BTN 44

4.3 Biểu đồ quan hệ giữa hàm lượng nhựa và các chỉ ti u cơ lý của mẫu BTN 54

4.3.1 Hàm lượng cao su trộn chiếm 2% 55

4.4 Xác định hàm lượng nhựa tối ưu 64

4.5 So sánh, đánh giá các loại BTN sử dụng và không sử dụng cao su 70

4.5.1 Thí nghiệm m đun đàn hồi vật liệu 70

4.5.2 Thí nghiệm cường độ chịu kéo gián tiếp (ép chẻ) 73

4.5.3 Thí nghiệm độ ổn định Marshall 76

4.5.4 Thí nghiệm xác định độ mài mòn Cantabro 78

CHƯƠNG 5: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 82

5.1 Kết luận 82

5.2 Kiến nghị 83

TÀI LIỆU THAM KHẢO 85

Trang 10

MỤC LỤC HÌNH ẢNH

Hình 1: Vết nứt ngang tr n mặt đường b t ng nhựa 5

Hình 2: Nứt dọc theo tim đường tr n QL50 đoạn B nh Chánh TPHCM (chụp 03/2017) 6

Hình 3: Nứt thành lưới tr n QL50 đoạn B nh Chánh TPHCM (chụp 03/2017) 7

Hình 4:Hằn lún vệt bánh xe g y biến dạng mặt đường tr n QL50) đoạn Cần Đước, Long An (chụp 03/2017) 8

Hình 5:Mất mát vật liệu bề mặt tạo ổ gà tr n QL50 đoạn thị xã Gò C ng, Tiền Giang (Chụp 03/2017) 8

Hình 6: So sánh các loại mặt đường với mặt đường cao su 12

H nh 7: Sơ đồ tiêu thụ cao su tự nhiên ở nước ta 18

Hình 8: Biểu đồ tiêu thụ cao su tự nhiên ở nước ta 18

Hình 9: Biểu đồ so sánh diện tích trồng cao su các nước trên thế giới năm 2015 19

Hình 10: Biểu đồ sản lượng khai thác cao su các nước trên thế giới 20

Hình 11: Biểu đồ sản lượng xuất khẩu cao su của các nước trên thế giới 20

Hình 12: Biểu đồ thống kê diện tích trồng và mức độ tăng trưởng của ngành cao su nước ta đến năm 2006 22

H nh 13: Năng suất khai thác mủ cao su của các nước trên Thế giới 22

H nh 14: Vùng đ ng đặc của mủ cao su tự nhiên theo pH 25

Hình 15: Công thức hóa học của phân tử cao su 26

Hình 16: Cấu trúc của nhựa cao su 26

H nh 17: Phơi đá và r y sàng đá (chụp 03/2017) 28

Hình 18: Thí nghiệm xác định tỷ trọng của cốt liệu và của bột khoáng(chụp (3/2017) 29 Hình 19: Thí nghiệm xác định độ dính bám của đá với nhựa đường (chụp 3/2017) 29

Hình 20: Thí nghiệm xác định hao mòn Loss Angles và hàm lượng thoi dẹt (chụp 3/2017) 30

H nh 21: Vườn cây cao su ở Tây Ninh (chụp 03/2017) 34

Hình 22: Thu hoạch nhựa cao su (chụp 03/2017) 34

Trang 11

H nh 23: Sơ chế mủ cao su (chụp 03/2017) 35

H nh 24: Cao su sau khi phơi kh và được cắt nhỏ (chụp 03/2017) 35

Hình 25: Quá trình trộn cao su với nhựa đường (chụp 03/2017) 37

Hình 26: Dụng cụ thí nghiệm xác định độ kim lún (chụp 5/2017) 38

Hình 27: Thí nghiệm xác định độ hóa mềm của nhựa (chụp 5/2017) 41

Hình 28: Biểu đồ đường cong cấp phối sử dụng và đường cong giới hạn cấp phối theo TCVN 8819-2011 44

Hình 29: Khuôn và dụng cụ đúc mẫu; máy đầm Marshall (chụp 5/2017) 46

Hình 30: Thí nghiệm nén Marshall (chụp 5/2017) 46

Hình 31: Biểu đồ quan hệ giữa khối lượng thể tích với hàm lượng nhựa (2% cao su) 55 Hình 32: Biểu đồ quan hệ giữa độ rỗng dư với hàm lượng nhựa (2% cao su) 55

Hình 33: Biểu đồ quan hệ giữa độ ổn định Marshall với hàm lượng nhựa (2% cao su) 56

Hình 34: Biểu đồ quan hệ giữa độ rỗng cốt liệu với hàm lượng nhựa (2% cao su) 56

Hình 35: Biểu đồ quan hệ giữa độ dẻo với hàm lượng nhựa (2% cao su) 57

Hình 38: Biểu đồ quan hệ giữa độ ổn định Marshall với hàm lượng nhựa (4% cao su) 58 Hình 39: Biểu đồ quan hệ giữa độ rỗng cốt liệu với hàm lượng nhựa (4% cao su) 59

Hình 41: Biểu đồ quan hệ giữa độ rỗng dư với hàm lượng nhựa (6% cao su) 60

Hình 42: Biểu đồ quan hệ giữa độ rỗng cốt liệu với hàm lượng nhựa (6% cao su) 61

Hình 46: Biểu đồ quan hệ giữa độ ổn định Marshall với hàm lượng nhựa (8% cao su) 63 Hình 47: Biểu đồ quan hệ giữa độ rỗng cốt liệu với hàm lượng nhựa (8% cao su) 64

Trang 12

Hình 49: Dụng cụ tạo mẫu và máy nén m đun đàn hồi (chụp 06/2017) 71

Hình 50: Biểu đồ kết quả thí nghiệm m đun đàn hồi 73

Hình 51: Thí nghiệm xác định cường độ chịu kéo gián tiếp (chụp 6/2017) 74

Hình 52: Biểu đồ kết quả thí nghiệm cường độ chịu kéo gián tiếp (ép chẻ) 76

Hình 53: Biểu đồ kết quả thí nghiệm độ ổn định Marshall 78

H nh 54: Thùng quay Los Angeless dùng để thí nghiệm Cantabro (chụp 06/2017) 79

Hình 55: Mẫu trước và sau khi thí nghiệm Cantabro (chụp 06/2017) 79

Hình 56: Biểu đồ kết quả thí nghiệm độ mài mòn Cantabro 81

Trang 13

MỤC LỤC BẢNG

Bảng 1:Thành phần cơ bản của mủ cao su tự nhiên 24

Bảng 2: Ảnh hưởng của nhiệt độ tới cơ tính của cao su tự nhiên 24

Bảng 3: Kết quả thí nghiệm chỉ t u cơ lý của cốt liệu đá sử dụng trong nghiên cứu 28

Bảng 4: Chỉ ti u cơ lý quy định của cát 31

Bảng 5: Chỉ ti u cơ lý quy định của bột khoáng 32

Bảng 6: Tiêu chuẩn ký thuật của nhựa đường 33

Bảng 7: Kết quả thí nghiệm độ kim lún của nhựa đường 39

Bảng 8: Kết quả thí nghiệm độ hóa mềm 42

Bảng 9: Cấp phối được sử dụng trong nghiên cứu 43

Bảng 10: Tỷ trọng của cốt liệu 45

Bảng 11: Kết quả thể hiện sự thay đổi khối lượng riêng bê tông nhựa theo sự thay đổi của hàm lượng nhựa trong hỗn hợp 45

Bảng 12: Kết quả thí nghiệm độ ổn định Marshall và độ dẻo của mẫu BTN 2% cao su 47

Bảng 16: Khối lượng riêng, khối lượng thể tích, độ rỗng còn dư của hỗn hợp BTN 2% cao su 51

Bảng 17: Khối lượng riêng, khối lượng thể tích, độ rỗng còn dư của hỗn hợp bê tông nhựa 4% cao su 51

Trang 14

Bảng 20: Kết quả kiểm tra độ rỗng khung cốt liệu (hàm lượng cao su 2%) 53

Bảng 24: Xác định hàm lượng nhựa tối ưu với hàm lượng cao su 2% theo độ rỗng dư 65 Bảng 25: Xác định hàm lượng nhựa tối ưu với hàm lượng cao su 4% theo độ rỗng dư 66 Bảng 26: Xác định hàm lượng nhựa tối ưu với hàm lượng cao su 6% theo độ rỗng dư 66 Bảng 27: Xác định hàm lượng nhựa tối ưu với hàm lượng cao su 8% theo độ rỗng dư 67 Bảng 28: Xác định hàm lượng nhựa tối ưu với hàm lượng cao su 2% theo khoảng HLN 67

Bảng 29: Xác định hàm lượng nhựa tối ưu với hàm lượng cao su 4% theo khoảng HLN 68

Bảng 32: Xác định hàm lượng nhựa tối ưu theo độ rỗng dư kh ng xét đến độ dẻo 69

Bảng 33: Xác định hàm lượng nhựa tối ưu theo khoảng HLN kh ng xét đến độ dẻo 69

Bảng 34: Kết quả lựa chọn hàm lượng nhựa tương ứng với hàm lượng cao su 70

Bảng 35: Kết quả thí nghiệm m đun đàn hồi 72

Bảng 36: Kết quả thí nghiệm cường độ chịu kéo gián tiếp (ép chẻ) 75

Bảng 37: Kết quả thí nghiệm Marshall 77

Bảng 38: Kết quả thí nghiệm độ mài mòn Cantabro 80

Trang 15

CHƯƠNG 1 Ở ĐẦU 1.1 Tính cấp thiết của đề tài

Hiện nay, nền kinh tế nước ta đang kh ng ngừng phát triển với các chủ trương đẩy mạnh quá tr nh c ng nhiệp hóa, hiện đại hóa đất nước Cùng với đó là sự tăng trưởng kh ng ngừng về nhu cầu đi lại và vận chuyển hàng hóa của người d n Việc đầu tư vào cơ sở hạ tầng, đặc biệt là hạ tầng ngành giao th ng được xem là vấn đề then chốt và cần thiết nhằm tạo sự thuận lợi cho ngành vận tải, thúc đẩy giao thương bu n bán tạo động lực phát triển kinh tế nước nhà Đáp ứng nhu cầu tr n, rất nhiều dự án giao th ng đã được ph duyệt và đầu tư x y dựng, điển h nh một số c ng tr nh ở khu vực phía Nam như: đường cao tốc thành phố HCM-Long Thành-Dầu Gi y, đường cao tốc thành phố HCM-Trung Lương, đường cao tốc Trung Lương-Mỹ Thuận, cao tốc Bến Lức-Long Thành, các tuyến đường tránh khu d n cư tr n các Quốc Lộ và đường tỉnh… Song song với việc đầu tư x y dựng mới th việc duy tu, cải tạo các tuyến đường hiện hữu để n ng cao khả năng làm việc cũng như hạn chế những hư hỏng cũng là vấn

đề bức thiết cần quan t m

Trong quá trình xây dựng và cải tạo mạng lưới đường t nước ta hiện nay, vật liệu b t ng nhựa (BTN) được sử dụng rất phổ biến Tr n 80% chiều dài các tuyến đường quốc lộ, tỉnh lộ, đường đ thị có kết cấu mặt đường bằng b t ng nhựa [1] Tuy nhi n, hiện trạng về chất lượng đường giao th ng sử dụng vật liệu BTN ở nước ta hiện nay đang bị xuống cấp và tồn tại nhiều hư hỏng, g y ảnh hưởng đến việc lưu th ng, đi lại Do đặc thù khí hậu nước ta ở khu vực nhiệt đới có nền nhiệt độ cao, n n mặt đường BTN khi chịu tác dụng của nhiệt độ cùng với tải trọng xe dễ bị hư hỏng Các dạng hư hỏng phổ biến thường gặp ở mặt đường BTN như: nứt bề mặt, bong tróc vật liệu bề mặt tạo ổ gà, lún cao su, hằn lún vệt bánh xe… trong đó hiện tượng hằn lún vệt bánh xe đang xuất hiện rất nhiều tr n các tuyến đường có lưu lượng xe đ ng, tải trọng lơn do mặt đường BTN chịu tác dụng đồng thời của tải trọng xe lớn và nhiệt độ cao Hư hỏng dạng lún vệt bánh xe của mặt đường b t ng nhựa hiện đang là vấn đề nóng kh ng chỉ

Trang 16

được quan t m bởi giới chuy n m n lĩnh vực đường bộ, mà còn là vấn đề cấp bách của

xã hội Dạng hư hỏng này gần như xảy ra tr n tất cả các tuyến đường có lưu lượng giao

th ng và tải trọng xe lớn như: Quốc lộ 1, Quốc lộ 5, đường Mai Chí Thọ [2]

Hiện đã có nhiều giải pháp được đưa ra để hạn chế hư hỏng của mặt đường BTN như: kiểm soát về thiết kế và quá tr nh thi c ng; kiểm soát chặt chẽ nguy n liệu đầu vào và quy tr nh sản xuất b t ng nhựa; quản lý tải trọng xe lưu th ng tr n đường; sử dụng nhựa đường cải tiến nhằm cải thiện đặc tính kỹ thuật của b t ng nhựa; các giải pháp về sử dụng vật liệu làm lớp móng của kết cấu áo đường… Mỗi giải pháp đều có

ưu điểm và khuyết điểm ri ng, trong đó sử dụng nhựa đường cải tiến được xem là giải pháp mang lại những hiệu quả tích cực Nhựa đường cải tiến (nhựa đường th m phụ gia) đã được nhiều nhà nghi n cứu tr n thế giới sử dụng để giải quyết hiện tượng nứt, lún vệt bánh xe của mặt đường Một số loại phụ gia được sử dụng để cải tiến nhựa đường như: SBS (Styrene-Butadiene-Styrene copolymer), epoxy, TPS (TafPack – Super), cao su… Trong đó nhựa đường cải tiến sử dụng phụ gia cao su được đánh giá

là sản phẩm thể hiện nhiều ưu điểm như: tăng tuổi thọ c ng tr nh, tăng khả năng chống lún, tăng khả năng chống nứt, làm chậm quá tr nh lão hóa… được xem là phù hợp với hoàn cảnh và điều kiện nước ta hiện nay

Tr n cơ sở về t nh h nh phát triển và hiện trạng mạng lưới đường giao th ng sử dụng vật liệu BTN, cũng như những đặc tính và sự hiệu quả của BTN sử dụng phụ gia cao su trong việc làm tăng chất lượng của nhựa đường Việc nghi n cứu đánh giá ảnh hưởng của cao su tự nhi n đối với nhựa đường và BTN trong t nh h nh thực tế ở nước

ta là cần thiết, trong đó sử dụng phụ gia nhựa cao su tự nhi n sẽ sử dụng nguy n liệu từ ngành c ng nghiệp trồng c y cao su nước ta Những yếu tố tr n đã tạo động lực cho tác giả trong việc nghi n cứu và thực hiện luận văn này

1.2 Mục đích của đề tài

Nghiên cứu này nhằm đánh giá ảnh hưởng của nhựa cao su tự nhi n đến khả năng làm việc của BTN, nhằm cải thiện các đặc tính kỹ thuật của BTN trong việc hạn chế

Trang 17

tình trạng nứt và hằn lún vệt bánh xe đang xảy ra rất nhiều trên các tuyến đường ô tô Việc áp dụng phụ gia cao su tự nhiên vào bê tông nhựa phục vụ cho việc nâng cấp và sửa chữa các mặt đường bị hư hỏng, nứt gãy mang lại hiệu quả cao về chất lượng cũng như hiệu quả về kinh tế so với các loại nhựa đường cao cấp khác Ngoài ra, đ y cũng là một giải pháp hữu hiệu trong điều kiện nhiệt độ mặt đường cao trong mùa hè ở Việt Nam, đồng thời đơn giản trong việc sản xuất và sử dụng

1 3 Ý nghĩa của đề tài

Từ các mục tiêu và tính cấp thiết đã n u, đề tài nghiên cứu úng dụng cao su tự nhiên vào bê tông nhựa có ý nghĩa cả về lĩnh vực khoa học và ứng dụng thực tiễn

Ý nghĩa khoa học:

- Xác định thành phần và quy trình tạo hỗn hợp BTN cao su, quy định kỹ thuật cho vật liệu sử dụng

- So sánh và đánh giá về các đặc tính kỹ thuật cảu mẫu BTN cao su với BTN

th ng thường và các tiêu chuẩn hiện hành về BTN

- Xác định khoảng giá trị hữu hiệu về hàm lượng cao su có thể sử dụng trong BTN

1.4 Nội dung và phương pháp nghiên cứu

Nội dung nghiên cứu gồm thực hiện các mục tiêu sau:

- Nghiên cứu lý thuyết về bê tông nhựa xây dựng mặt đường ô tô

Trang 18

- Nghiên bê tông nhựa cao su và nhựa cao su thiên nhiên

- Thực hiện tạo cấp phối bê tông nhựa cao su trong phòng thí nghiệm

- Thực hiện các thí nghiệm trong phòng để xác định các đặc tính kỹ thuật của mẫu

bê tông nhựa cao su đã tạo, thu thập số liệu

- Tổng hợp số liệu thu thập được

- Kết luận và kiến nghị

Phương pháp nghiên cứu: nghiên cứu lý thuyết kết hợp với thực nghiệm

1.5 Nội dung của luận văn

Nội dung của luận văn này gồm các chương chính như sau:

- Chương 1: Mở đầu

- Chương 2: Tổng quan

- Chương 3: Các chỉ ti u cơ lý của cốt liệu, nhựa đường, nhựa cao su và nhựa đường cao su

- Chương 4: Thiết kế cấp phối BTN chặt 12,5mm, đánh giá ảnh hưởng của cao su

tự nhi n đến các chỉ ti u cơ lý của BTN

- Chương 5: Kết luận và kiến nghị

Trang 19

CHƯƠNG 2 TỔNG QUAN

2 1 Các dạng hư hỏng phổ biến của mặt đường bê tông nhựa

Hư hỏng mặt đường b t ng nhựa có các dạng phổ biến thường gặp như: biến dạng mặt đường, nứt mặt đường, mất mát vật liệu bề mặt và lún nứt cao su

2.1.1 Hư hỏng do nứt mặt đường

Nứt mặt đường là dạng hư hỏng phổ biến nhất hiện nay, xảy ra khi có tải trọng tác động vượt quá ứng suất kéo của b t ng nhựa Một số dạng nứt mặt đường như nứt ngang, nứt dọc theo tim đường, nứt thành mạng lưới, nứt phản ảnh…[3] Nguyên nhân

g y nứt mặt đường do thi c ng kh ng đảm bảo chất lượng; tải trọng và mật độ phương tiện tăng cao so với thiết kế; b t ng nhựa bị lão hóa; nền đường bị chứa nước do thoát nước kh ng tốt

Nứt ngang là những vết nứt vu ng góc với tim đường, có thể xuất hiện ở nhiều vị trí tr n mặt đường, đánh giá mức độ hư hỏng mặt đường do nứt căn cứ vào bề rộng của vết nứt Vết nứt có bề rộng < 6 mm là vết nứt nhỏ; vết nứt có bề rộng từ 6 mm đến ≤ 19

mm là vết nứt trung b nh; vết nứt có bề rộng > 19 mm là vết nứt lớn [4]

Hình 1: Vết nứt ngang trên mặt đường b t ng nhựa [4]

Trang 20

Nứt dọc thường có nguy n nh n từ việc mở rộng nền đường, mặt đường làm biến dạng kh ng dều giữa các phần đường mới và đường cũ Nứt dọc theo vết lún bánh xe

do ứng suất kéo của tải trọng bánh xe g y ra vượt giới hạn chịu kéo của b t ng nhựa Mức độ hư hỏng của vết nứt dọc cũng được đánh giá theo bề rộng vết nứt, bề rộng vết nứt càng lớn th càng nghi m trọng

Hình 2: Nứt dọc theo tim đường tr n QL50 đoạn B nh Chánh TPHCM (chụp 03/2017) Nứt thành lưới là lợi hư hỏng phát triẻn từ vết nứt ngang và vết nứt dọc Nguy n

nh n thường là nứt do nhiệt kết hợp hiện tượng sơ hóa bề mặt vết nứt Đ y là loại nứt thường xuất hiện tr n những khu vực rải b t ng bề mặt lớn Đ y là hiện tượng hư hỏng có li n quan đến chiều dày lớp b t ng nhựa chưa đạt y u cầu hay do dính bám

kh ng tốt Quá tr nh xuống cấp mặt đường diễn ra khá nhanh do xuất hiện vết nứt thứ cấp và bong bật từng mảng vật liệu bề mặt [3]

Trang 21

Hình 3: Nứt thành lưới tr n QL50 đoạn B nh Chánh TPHCM (chụp 03/2017) Nứt phản ảnh là vết nứt bắt đầu xuất hiện tại các vị trí là mối nối của mặt đường

b t ng xi măng ở phía dưới và phát triển l n phía tr n Nguy n nh n có thể do sự làm việc kh ng đồng nhất giữa b t ng xi măng và b t ng nhựa, do tác dụng của nhiệt g y

ra các vết nứt ở vị trí b n dưới Các vết nứt này tạo ra đường thấm nước dẫn đến các hư hỏng do nước như phù nhựa và bong bật lớp nhựa [5]

2 1 2 Hư hỏng do biến dạng mặt đường

Biến dạng mặt đường là dạng hư hỏng phổ biến hiện nay thường thể hiện ở ba

dạng hư hỏng sau: hằn lún vệt bánh xe, lún lõm và lượn sóng Hằn lún vệt bánh xe là hiện tượng mặt đường bị lún xuống theo phương dọc tại vệt bánh xe tr n mặt đường

Đ y là dạng hư hỏng do hỗn hợp vật liệu mặt đường di chuyển khi chịu tải trọng tác dụng của bánh xe, b t ng nhựa bị biến dạng, kết cấu kh ng đủ độ chặt Lún và lượn sóng là dạng trượt trong kết cấu mặt đường, nguy n nh n chủ yếu từ độ ổn định của kết cấu mặt đường Chất lượng hỗn hợp b t ng nhựa kém, sử dụng loại nhựa kh ng phù hợp, hàm lượng nhựa lớn và sự li n kết các lớp vật liệu trong kết cấu áo đường kh ng tốt g y n n hiện tượng này [3]

Trang 22

Hình 4:Hằn lún vệt bánh xe g y biến dạng mặt đường tr n QL50) đoạn Cần Đước,

Long An (chụp 03/2017)

2 1 3 Hư hỏng mất mát vật liệu bề mặt

Mất mát vật liệu bề mặt là hiện tượng bong tróc vật liệu do tính dính kết của chất kết dính trong hỗn hợp b t ng nhựa kh ng đảm bảo, hư hỏng này thường xảy ra khi có nước giữa bề mặt hạt cốt liệu và màng nhựa đường xung quanh [3]

Hình 5:Mất mát vật liệu bề mặt tạo ổ gà tr n QL50 đoạn thị xã Gò C ng, Tiền Giang

(Chụp 03/2017)

Trang 23

2 1 4 Hư hỏng do lún nứt cao su

Lún nứt cao su là dạng hư hỏng khá phổ biến ở khu vực Nam bộ, là hiện tượng đất nền bị ngậm nước đạt đến độ dẻo mà kh ng có lối thoát nước, tạo thành một túi chứa nước Khi có tải trọng xe tác dụng vào tạo thành dạng lún nứt cao su Nguy n nhân do lúc thi công kh ng xử lý tốt thoát nước, hoặc nước bề mặt th m nhập vào nền theo vết nứt

2.2 Tổng quan về bê tông nhựa

và bột khoáng có vai trò lắp đầy các lỗ rỗng làm tăng độ đặc của hỗn hợp BTN, phụ gia giúp cải thiện một số tính chất của BTN

2.2.2 Phân loại

Theo TCVN 8820:2011 [6] th BTN được phân loại dựa tr n các đặc tính kỹ thuật như sau:

Theo kích cỡ hạt lớn nhất danh định: phân thành 4 loại

- Bê tông nhựa có cỡ hạt lớn nhất danh định là 37,5 mm (và cỡ hạt lớn nhất là 50 mm), viết tắt là BTN 37,5

- Bê tông nhựa chặt có cỡ hạt lớn nhất danh định là 25 mm (và cỡ hạt lớn nhất là 37,5 mm), viết tắt là BTNC 25

- Bê tông nhựa chặt có cỡ hạt lớn nhất danh định là 19 mm (và cỡ hạt lớn nhất là

25 mm), viết tắt là BTNC 19

Trang 24

- Bê tông nhựa chặt có cỡ hạt lớn nhất danh định là 12,5 mm (và cỡ hạt lớn nhất

- BTN rỗng (BTNR): có độ rỗng còn dư từ 7% đến 12% và chỉ dùng làm lớp móng

Theo vị trí và công năng trong kết cấu mặt đường

- BTN dùng làm lớp mặt: gồm lớp mặt trên và lớp mặt dưới, thường sử dụng BTN chặt

Trang 25

dăm, cát, bột khoáng) có tỷ lệ phối trộn xác định, được sấy nóng và trộn đều với nhau sau đó trộn với nhựa đuòng cao su hóa theo tỷ lệ xác định qua thiết kế [7]

2.3.2 Tổng quan về tình hình nghiên cứu

2.3.2.1 Thế giới

Bê tông nhựa cao su đã được nghiên cứu và ứng dụng ở nhiều quốc gia trên thế giới, đặc biệt là các nước châu Âu và châu Mỹ Trong phần tiếp theo của luận văn, tác giả giới thiệu sơ lượt về lịch sử phát triển và ứng dụng của BTN cao su trên thế giới và tại Việt Nam

Vào những năm 1840, công nghệ bê tông nhựa cao su đã được thực hiện với một thí nghiệm li n quan đến cao su tự nhiên với nhựa đường, với mục đích t m hiểu bản chất linh hoạt của cao su trong bề mặt nhựa đường [8] Việc sử dụng lốp xe phế thải để cải thiện bê tông nhựa đã được thực hiện vào khoảng khoảng thời gian này Những năm trong thập kỷ 1960, lốp xe phế thải đã được xử lý và sử dụng như một nguyên liệu thứ cấp trong ngành vật liệu làm kết cấu áo đường Một ứng dựng đã được giới thiệu bởi hai công ty Thụy Điển sản xuất BTN với việc bổ sung một lượng nhỏ cao su từ lốp

xe phế thải như một thay cho một phần của cốt liệu khoáng trong hỗn hợp, để có được hỗn hợp BTN cải thiện tính đàn hồi thông qua một quá trình gọi là quá trình trộn khô

[9] Trong cùng thời gian đó, Charles McDonalds, một kỹ sư vật liệu của thành phố Phoenix ở bang Arizona (Mỹ), là người đầu tiên nhận ra rằng trộn vụn cao su từ lốp xe phế thải với nhựa đường và cho phép nó phản ứng với một khoảng thời gian 45 phút đến 1 giờ, vật liệu này mang đặc điểm kỹ thuật có lợi của cả hai thành phần trên Ông gọi nó là bê tông nhựa cao su (Asphalt rubber) và công nghệ cũng được biết đến như là ''quá trình trộn ướt ''(wet process) Đến năm 1975, cao su hạt mịn đã được kết hợp thành công vào hỗn hợp bê tông nhựa và năm 1988 nhựa đường cao su đã được Hiệp hội Mỹ về Kiểm tra và Vật liệu (ASTM) D8 định nghĩa và ASTM D6114-97 sau đó ra đời Năm 1992, bằng sáng chế của quá trình này của McDonald hết hạn và các tài liệu hiện nay được coi là một phần của phạm vi cộng đồng [9]

Trang 26

Là đất nước có lượng vỏ xe phế thải nhiều nhất so với các nước trên thế giới nên tại Mỹ việc tái sử dụng các phế thải từ lốp xe t đã được thực hiện trong nhiều năm qua và ngày càng phát triển Cao su từ lốp xe phế thải được sử dụng như là một phụ gia cho nhựa đường dưới dạng cám cao su (crumb rubber modifiers-CRM) [10] Việc sử dụng CRM để thay thế một phần nhựa đường đã mang lạilợi ích và hiệu quả dưới nhiều hình thức như bảo vệ m i trường, n ng cao tính năng của nhựa đường, giảm giá thành sản phẩm Một số ưu điểm của cao su đói vợi nhựa đường như: tạo ra nhựa đường có tính năng cao hơn, làm cho bề mặt đường có độ đàn hồi lớn hơn, chống biến dạng mặt đường, nứt vỡ do nhiệt lượng và mỏi; độ bền và tuổi thọ của mặt đường lớn hơn nhiều

so với bê tông nhựa th ng thường; giảm chi phí bảo trì, bảo dưỡng mặt đường, giảm độ

ồn của mặt đường [11,12]

Hình 6: So sánh các loại mặt đường với mặt đường cao su [9]

Tại một số quốc gia ở châu Âu, từ năm 1981 BTN cao su chế tạo theo công nghệ trộn ướt đã được sử dụng thành công trong mặt đường và áp dụng rộng rãi Điển hình ở các nước như Bỉ, Pháp, Áo, Hà Lan, Ba Lan, Đức, Bồ Đào Nha, Italia, Thụy Điển, Cộng hòa Séc, Hy Lạp, Anh và tại một số bang ở Mỹ như Califonia, Texas, Florida,

Trang 27

Nam Califonia, Nevada Các kết quả đánh giá cho thấy công nghệ này không chỉ giải quyết vấn đề về m i trường, mà còn làm tăng những lợi ích khác như tăng sức kháng trượt, cải thiện tích linh hoạt và khả năng chống nứt, giảm tiếng ồn giao thông Tại Úc, hai bang New South Wales và Victoria đã áp dụng quá trình trộn ướt trong việc sử dụng nhựa đường cao su vào xây dựng các công trình giao thông, chủ yếu là để chống nứt các lớp mặt đường sử dụng vật liệu BTN Ngày nay, công nghệ BTN cao su đã được ứng dựng ở rất nhiều nơi khác nhau tr n thế giới, theo Widyatmoko và Elliot, Đài Loan th ng báo đã th ng qua BTN có cấp phối gián đoạn và BTN cao su có cấp phối

hở áp dụng trong phục hồi chức năng của lớp áo đường mềm Theo đó BTN cao su đã được thử nghiệm thi công một số công trình ở Bắc Kinh, sử dụng trong làm đường mới

và duy tu bảo dưỡng [9]

Việc ứng dụng cao su phế thải vào BTN đã giúp cải thiện các tính chất của loại vật liệu này, giúp làm tăng chất lượng và tuổi thọ của công trình, hạn chế hư hỏng cũng như giảm chi phí duy tu bảo dưỡng Sử dụng cao su từ lốp xe và các vật dụng phế thải giúp bảo vệ m i trường, giảm ô nhiễm Tuy nhi n đ y là loại cao su đã bị lưu hóa, phần nào mất đi đặc tính của gốc cao su nguyên chất Với mong muốn tạo ra BTN cao

su có đặc tính tốt hơn, vào những năm gần đ y các nhà khoa học trên thế giới đã nghiên cứu sử dụng cao su thi n nhi n (Natural Rubber) để cải tiến nhựa đường Trong phần tiếp theo, tác giả giới thiệu một vài nghiên cứu đã được công bố trên thế giới về việc ứng dụng cao su tự nhiên vào nhựa đường và BTN

Một nghiên cứu vào năm 2012 của nhóm tác giả đến từ Thái Lan Nopparat Vichitcholchai, Jaratsri Panmai and Nuchanat Na-Ranong với đề tài Modification of Asphalt Cement by Natural Rubber for Pavement Construction [13] đã sử dụng cao su

tự nhi n để nâng cao chất lượng nhựa đường, kéo dài tuổi thọ của c ng tr nh đường sử dụng bê tông nhựa Theo nghiên cứu, cao su thiên nhiên là loại polymer có thể trộn lẫn với nhựa đường với khả năng làm tăng độ ổn định, độ đàn hồi và sức kháng mỏi Mục đích của nghiên cứu là tìm ra tỷ lệ thích hợp của nhựa đường và cao su để tạo hồn hợp

Trang 28

có thể đạt được yêu cầu về kỹ thuật Các thí nghiệm được tiến hành bằng cách cho thêm vào nhựa đường hỗn hợp cao su tờ xông khói Ribbed Smoked Sheet (RSS) với hàm lượng 0, 2, 4, 6, 8 và 10% khối lượng nhựa đường Sau đó thực hiện các thí nghiệm kiểm tra độ hóa mềm, độ nhớt, tính dẻo dai, phục hồi xoắn của nhựa đường đã trộn cao su Kết quả cho thấy với tỷ lệ 6% cao su thiên nhiên so với khối lượng nhựa cho hiệu quả cao nhất Độ hóa mềm cao, độ dẻo dai, khả năng phục hồi xoắn cao trong khi độ nhớt tăng kh ng g y ra vấn đề về kết hợp bê tông nhựa

Tháng 10 năm 2014, nhóm các nhà nghi n cứu ở Ấn Độ gồm D VASAVI SWETHA và Dr K DURGA RANI đã thực hiện đề tài “EFFECT OF NATURAL RUBBER ON THE PROPERTIES OF BITUMEN AND BITUMINOUS MIXES” [14]

để đánh giá ảnh hưởng của cao su tự nhi n đến tính chất của nhựa đường và bê tông nhựa Sử dụng nhựa cao su tự nhiên làm phụ gia thêm vào nhựa đường với các hàm lượn thay đổi từ 1% đến 7% khối lượng Kết quả cho thấy nhựa đường với 3% - 4 % phụ gia cao su tự nhi n có độ kết dính cao hơn, mẫu bê tông nhựa cao su sau khi thực hiện thí nghiệm Marshall cho thấy độ ổn định được cải thiện đáng kể

Một nghiên cứu khác vào tháng 2 năm 2015 từ ấn độ của tác giả KRISHNAPRIYA M.G với đề tài PERFORMANCE EVALUATION OF NATURAL RUBBER MODIFIED BITUMINOUS MIXES [15] đã đánh giá việc sử dụng cao su tự nhi n để biến đổi tính chất của nhựa đường Thêm cao su với tỷ lệ 2% khối lượng của nhựa đường 80/100, kết quả nhựa đường cao su có độ kim lún thấp hơn 19,5% (62mm

so với 86mm), độ hóa mềm tăng 15% (50,6oC so với 44oC) so với nhựa đường 80/100 Nghiên cứu này đánh giá tính chất hỗn hợp bê tông nhựa bằng các kiểm tra như độ ổn định Marshall, cường độ chịu kéo gián tiếp, thí nghiệm vệt hằn bánh xe Kết quả cho thấy sự kết hợp của cao su tự nhiên với nhựa đường tạo hỗn hợp bê tông nhựa có khả năng kháng nứt cao hơn cùng với sự gia tăng về m đun đàn hồi so với bê tông nhựa

th ng thường

Trước đó vào tháng 5 năm 2014 tại Malaysia, nhóm các nhà nghiên cứu ở đại học

Trang 29

Kebangsaan Malaysia và đại học Universiti Malaya đã thực hiện nghiên cứu về tính chất của nhựa đường cao su thiên nhiên với đề tài Physical and rheological properties

of epoxidized natural rubber modified bitumens [16] sử dụng cao su thiên nhiên để cải thiện các tính chất của nhựa đường với các hàm lượng cao su được thử nghiệm lần lượt

là 3%; 6%; 9% và 12% khối lượng nhựa đường Kết quả cho thấy, nhựa đường trộn cao su có độ hóa mềm cao hơn so với nhựa đường th ng thường, thí nghiệm về m đun đàn hồi mẫu bê tông nhựa cho kết quả: mẫu bê tông nhựa có trộn cao su có m đun đàn hồi lớn hơn, và với hàm lượng cao su 6% khối lượng nhựa đường cho giá trị m đun đàn hồi lớn nhất, trong khi mẫu hàm lượng 12% cao su giá trị m đun lại nhỏ, và thấp hơn cả giá trị m đun của mẫu bê tông nhựa th ng thường không sử dụng cao su Điều này cho thấy với tỷ lệ pha trộn phù hợp cao su sẽ giúp cải thiện đáng kể tính chất của nhựa đường và của mẫu bê tông nhựa như làm tăng độ hóa mềm, tăng m đun đàn hồi giúp vật liệu ổn định hơn dưới tác dụng của nhiệt độ và tải trọng

Một nghiên cứu vào năm 2015 của nhóm tác giả từ Angeria với đề tài “Influence

of Natural Rubber on Creep Behavior of Bituminous Concrete” [17] đã thực hiện cải thiện nhựa đường bằng cao su tự nhiên với các hàm lượng 2%, 4%, 5%, 6% và 8% khối lượng nhựa đường 35/50 Kết quả thí nghiệm nhựa đường cao su cho độ kim lún ở

25oC giảm, nhiệt độ hóa mềm tăng cao hơn so với nhựa 35/50 Thí nghiệm Marshall cũng cho kết quả mẫu BTN cao su có độ ổn định cao hơn và với 4% và 8% cao su cho giá trị độ ổn định lớn nhất

Từ kết quả của các nghiên cứu trên có thể thấy cao su tự nhiên khi thay thế một phần nhựa đường với hàm lượng khoảng 4%, 6% và 8% khối lượng có tác dụng tích cực trong việc tăng chất lượng nhựa, tăng độ ổn định và khả năng làm việc của BTN

Đ y là động lực cũng như tiền đề cho tác giả trong việc nghiên cứu và lựa chọn khoảng hàm lượng cao su tự nhiên phù hợp để thực hiện luận văn này

2.3.2.2 Việt Nam

Bê tông nhựa cao su tại Việt Nam hiện vẫn còn là một công nghệ mới và đang

Trang 30

trong giai đoạn nghiên cứu, thực hiện thí điểm Trong lĩnh vực này có các nhà nghiên cứu của Công ty Cổ phần Đầu tư X y dựng BMT, đang nghi n cứu và chế tạo bê tông nhựa cải tiến bằng phụ gia cao su tự nhi n trong nước kết hợp với tái chế các loại cao

su phế thải từ giày dép, vật dụng, thiết bị và ruột xe Sản phẩm bê tông nhựa cao su đã được Công ty Cổ phần Đầu tư X y dựng BMT kết hợp với Công ty Cổ phần Đầu tư Hạ tầng kỹ thuật thành phố Hồ Chí Minh (CII) thử nghiệm ở một số tuyến đường như: Công trình tỉnh lộ 25B và Xa lộ Hà Nội cùng với Công ty Cổ phần Đầu tư phát triển hạ tầng IDICO-IDI thử nghiệm kết hợp với bê tông nhựa tái sinh nóng trên Quốc lộ 1 đoạn An Sương – An Lạc [18]

Ngày 14/4/2015 công nghệ bê tông nhựa cao su hóa đã được thi công 300m trên mặt cầu Thanh Trì (Hà Nội) do liên doanh Cienco 1 và Công ty CP Công nghệ OTP-FLC Việt Nam thực hiện Kết quả thử nghiệm cho thấy những đặc tính vượt trội của

bê tông nhựa cao su hóa Tại buổi thử nghiệm, Thứ trưởng Bộ GTVT Nguyễn Ngọc

Đ ng cho biết Bộ luôn khuyến khích và hoan ngh nh các đơn vị tư nh n nghi n cứu ứng dụng công nghệ mới trong xây dựng kết cấu hạ tầng giao th ng trong đó có c ng nghệ trải thảm mặt đường Đ y được xem là động lực cho các nhà khoa học tiếp tục nghiên cứu Ngày 08/4/2016 Bộ GTVT đã ban hành Quyết định số 1079/QĐ-BGTVT ban hành Quy định tạm thời về thiết kế, thi công và nghiệm thu mặt đường bê tông nhựa sử dụng nhựa đường cao su hóa [6] Quy định những yêu cầu kỹ thuật về vật liệu, công nghệ chế tạo hỗn hợp, thiết kế, công nghệ thi công, kiểm tra, giám sát và nghiệm thu mặt đường bê tông nhựa cao su hóa sử dụng nhựa đường cao su theo phương pháp trộn nóng rải nóng; áp dụng cho việc làm mới, sửa chữa, nâng cấp đường cao tốc, đường t , đường phố, bến bãi, quãng trường; hỗn hợp bê tông nhựa cao su chỉ được

sử dụng cho lớp tr n Quy định này để áp dụng cho các dự án thí điểm sử dụng nhựa đường cao su hóa trên diện rộng và có quy mô lớn hơn Trong Quyết định 1079/QĐ-BGTVT thì nhựa đường cao su hóa sử dụng phụ gia là bột cao su biến tính Bột cao su biến tính là bột cao su được nghiền nhỏ từ lốp xe cũ, có thể được biến tính bằng phụ

Trang 31

gia hóa chất để phù hợp với mục đích sử dụng [6]

Tại trường Đại học Bách Khoa thành phố Hồ Chí Minh, năm 2015 luận văn thạc

sỹ của học viên Nguyễn Đức Hoài với đề tài “Nghi n cứu ứng dụng cao su phế liệu từ lốp xe ô tô vào bê tông nhựa” [9] được hội đồng bảo vệ th ng qua và đánh giá cao về tính khả thi, ứng dụng thực tế Trong đề tài này, ThS Hoài sử dụng bột cao su chế biến

từ vỏ xe ô tô phế liệu để làm phụ gia thêm vào nhựa đường Bột cao su vỏ xe phế liệu này là sản phẩm sản xuất từ các vỏ xe t cũ của công ty Casumina Việt Nam Kết quả luận văn cho thấy bột cao su làm thay đổi các tính chất cơ lý của nhựa đường theo chiều hướng có lợi, mẫu BTN cao su có khả năng chịu kéo và chịu nén tốt hơn so với mẫu BTN th ng thường

Qua tham khảo các đề tài nghiên cứu về bê tông nhựa cao su đã được thực hiện

và công bố ở nước ta Nhận thấy các đề tài chủ yếu sử dụng phụ gia cao su từ các loại cao su phế liệu như: vỏ xe ô tô; giày dép; các loại vật dụng bằng nhựa…Các loại phụ gia cao su này đều là cao su đã được lưu hóa với các đặc tính cơ lý của cao su đã giảm bớt kh ng còn như của cao su tự nhiên Việc sử dụng cao su tự nhi n chưa lưu hóa để làm phụ gia thêm vào nhựa đường, sản xuất bê tông nhựa cao su trong xây dựng đường

ô tô có thể xem là hướng nghiên cứu khả thi để cải thiện các chỉ ti u cơ lý của bê tông nhựa

2.4 Nhựa cao su tự nhiên

2.4.1 Tổng quan ngành cao su Việt Nam

Việt Nam được đánh giá là một trong những quốc gia có nhiều lợi thế trong việc trồng và phát triển của cây cao su Nhựa cao su sẽ được sơ chế thành dạng tấm, dạng khối hay dạng trắng đục dựa vào các phương pháp khác nhau Hiện nay, phương pháp

sơ chế được áp dụng phổ biến nhất là chuyển nhựa cao su tươi thành dạng tấm và dạng trắng dục, đặc biệt trong các hộ tiểu điền Cao su tự nhi n được ứng dụng rất rộng rãi trong nhiều lĩnh vực bao gồm: giao thông, công nghiệp, tiêu dùng, vệ sinh và y tế

Trang 32

Hình 7: Sơ đồ tiêu thụ cao su tự nhiên ở nước ta [19]

Hình 8: Biểu đồ tiêu thụ cao su tự nhiên ở nước ta [19]

Trong những năm gần đ y, c y cao su đang trở thành một cây trồng thế mạnh và thu hút được nhiều người trồng bởi giá trị kinh tế to lớn Nông dân ở các tỉnh trồng nhiều cao su như B nh Phước, B nh Dương, T y Ninh, Quảng Trị, Đăk Lăk,… cũng giàu lên nhờ cây cao su Sản lượng cao su thiên nhiên của Việt Nam trong mấy năm

Trang 33

qua tăng khá mạnh, từ chỉ có 220 ngàn tấn năm 1996 l n 550 ngàn tấn năm 2007 Vị thế của ngành cao su Việt Nam trên thế giới ngày càng được khẳng định Xuất khẩu cao su Việt Nam hiện đang đứng thứ tư thế giới, sau Thái Lan, Indonesia và Malaysia Kim ngạch xuất khẩu cao su của Việt Nam trong giai đoạn 2003- 2007 tăng trưởng rất cao, bình quân gần 50%/năm Nguy n nh n tăng trưởng mạnh chủ yếu do giá cao su tăng nhanh và giữ ở mức cao trong mấy năm gần đ y Lượng xuất khẩu tăng kh ng nhiều, bình quân khoảng 10%/năm Trung Quốc là bạn hàng lớn nhất của Việt Nam đối với sản phẩm cao su Cao su xuất khẩu sang Trung Quốc chiếm tới trên 60% tổng kim ngạch xuất khẩu (Hưng Nguy n, 2008) [20]

Hiện nay cao su chủ yếu được trồng ở các nước Đ ng Nam Á, nơi có điều kiện đất đai thổ nhưỡng thích hợp cho sụ phát triển của cây cao su Theo các tổ chức nghiên cứu về ngành cao su thiên nhiên, cây cao su có thể phát triển tốt ở Đ ng Nam Á cũng như Nam Mỹ, tuy nhiên nguồn cung từ Nam Mỹ kh ng đáng kể vì các quốc gia này đang chủ yếu canh tác những giống cây công nghiệp khác như cà ph hay ca cao [21]

Hình 9: Biểu đồ so sánh diện tích trồng cao su các nước trên thế giới năm 2015 [21]

Trang 34

Hình 10: Biểu đồ sản lượng khai thác cao su các nước trên thế giới [21]

Hình 11: Biểu đồ sản lượng xuất khẩu cao su của các nước trên thế giới [21]

2.4.2 Tổng quan về cây cao su và nhựa cao su thiên nhiên

Cây cao su là một loại cây thân gỗ thuộc họ Đại kích (Euphorbiaceae) Nó có tầm quan trọng kinh tế lớn là do chất lỏng chiết ra từ nhựa cây của nó (gọi là nhựa) là nguồn nguyên liệu chủ lực để sản xuất cao su thiên nhiên Cây cao su là cây công nghiệp dài ngày, có khả năng thích ứng rộng, tính chống chọi với điều kiện bất lợi cao

và là cây bảo vệ m i trường n n được nhiều nước có điều kiện tự nhiên, kinh tế-xã hội

Trang 35

thích hợp quan tâm phát triển trên qui mô diện tích lớn Hiện nay, Việt Nam chỉ trồng

và khai thác cây cao su tự nhiên Các giống cao su đang được trồng là GT1, PR 225,

PR 261, Hevea brasiliensis… và một số giống mới như RRIV 4, RRIV 2 [20]

C y cao su đạt độ tuổi 5-6 tuổi thì bắt đầu thu hoạch mủ đến khi đạt 26 – 30 tuổi, mùa khai thác cao su trong năm kéo dài khoảng 9 tháng bắt đầu từ tháng 6 đến hết tháng 2 năm sau Sau đó, việc khai thác sẽ dừng lại từ cuối tháng 2 đến hết tháng 5 để cây cao su thay lá, nếu khai thác trong thời gian này, c y có nguy cơ bị chết Vùng

Đ ng Nam Bộ, Tây Nguyên, Bắc Trung Bộ và một số khu vực tại Nam Trung Bộ là những nơi có điều kiện khí hậu và đất đai phù hợp với cây cao su, nên diện tích cao su phần lớn được trồng ở các khu vực này Trong đó, Đ ng Nam Bộ là khu vực có diện tích lớn nhất Mặc dù cao su có nguồn gốc từ Nam Mỹ, nhưng các quốc gia ở Châu Á mới là các quốc gia sản xuất chính ngành hàng này Trong đó Malaysia, Thái Lan, Indonesia, Ấn Độ, Trung Quốc và Việt Nam là các nước sản xuất chính Các nước xuất khẩu chính là Malaysia, Thái Lan, Indonesia và Việt Nam Thái Lan là quốc gia đứng đầu trên thế giới về diện tích, năng suất và sản lượng cao su Đứng vị trí thư hai và thứ

ba là Indonesia và Malaysia Việt Nam đứng thứ tư tr n thế giới về nguồn cung cấp cao

su thiên nhiên [20]

Trang 36

Hình 12: Biểu đồ thống kê diện tích trồng và mức độ tăng trưởng của ngành cao su

nước ta đến năm 2006 [20]

Hình 13: Năng suất khai thác mủ cao su của các nước trên Thế giới [19]

Trang 37

Cao su thiên nhiên là một chất có tính đàn hồi và tính bền, thu được từ nhựa của nhiều loại cây cao su (còn gọi là latex) Latex là nhựa cao su ở trạng thái phân tán nằm

lơ lửng trong dung dịch chứa nhiều chất v cơ và hữu cơ Latex có trong nhu mô cây, tạo từ những tế bào sống gồm những nguyên sinh chất, nhân và các thành phần hiện diện Vào năm 1875 nhà khoa học người Pháp Bouchardat đã chứng minh cao su thiên nhiên là một hỗn hợp polymer isoprene (C5H8)n, những polymer này có mạch cacbon rất dài với những nhánh ngang có tác dụng như cái móc Các mạch đó xoắn vào nhau, móc vào nhau bằng những nhánh ngang mà kh ng đút khi bị kéo dãn, mạch cacbon có

xu hướng trở về hình dạng cũ au khi bị biến dạng, do đó sinh ra tính đàn hồi [22]

Latex cao su là một loại chất lỏng phức hợp, có thành phần và tính chất khác biệt nhau tùy theo loại Có thể nói đó là một trạng thái nhũ tương của các hạt cao su, latex

có trong nhu mô cây tạo ra từ những tế bào sống gồm những nguyên sinh chất, nhân và các thành phần hiện diện khác Tế bào latex được một lớp nguyên sinh chất mỏng bao phủ, bao cả một khoảng không bào lớn là nơi nguy n sinh chất tiết ra latex Tùy theo trường hợp latex cao su có chứa các thành phần khác nhau như sau:

+ Ở dạng dung dịch: nước, các muối khoáng, acid, các muối hữu cơ, glucid, hợp chất phenolic, alcaloid ở trạng thái tự do hay trạng thái dung dịch muối;

+ Ở dạng dung dịch giả: các protein, phytosterol, chất màu, tannin, eyme;

+ Ở dạng nhũ tương: các amidon, lipid, tinh dầu, nhựa, sáp, polyterpenic

Hàm lượng những chất cấu tạo n n latex thay đổi tùy theo các điều kiện về khí hậu, hoạt tính sinh lý và hiện trạng sống của cây cao su

Trang 38

Bảng 1:Thành phần cơ bản của mủ cao su tự nhiên [22]

2.4.3 Tính chất của cao su tự nhiên

Cao su tự nhiên là chất có tính tính dẻo, tính đàn hồi và khả năng chống mài mòn

và bền khi kéo dãn [14] Cao su tự nhiên chịu ảnh hưởng đáng kể bởi nhiệt độ của môi trường Tỉ trọng của latex được ước định khoảng 0,97, độ nhớt của latex tươi có 35% cao su là từ 12-15 centipoises Người ta đo độ nhớt của latex bằng một dụng cụ gọi là nhớt kế áp dụng sự rơi của viên bi vốn là do tốc độ rơi của một viên bi bằng thép trong một ống thủy tinh chứa đầy latex [22]

Bảng 2: Ảnh hưởng của nhiệt độ tới cơ tính của cao su tự nhiên [22]

Nhiệt độ (oC)

Sức chịu kéo dãn (kg/cm2)

Độ dãn (%) -185

19 11,2

5

0

50

1000 1.250 1.450 1.800

Trang 39

Nhựa cao su nếu để trong điều kiện m i trường tự nhiên sẽ bị đ ng đặc lại, hiện tượng đ ng đặc này không xảy ra ngay lập tức mà với tốc độ tương đối chậm Để ngăn chặn hiện tượng này trong thực tế người ta cho vào mủ cao su tự nhiên các hợp chất có tính kiềm để nâng cao pH của nó lên Chất được sử dụng thường nhất cho việc bảo quản ngắn hạn này là dung dịch ammoniac Lượng ammoniac sử dụng vào khoảng 0,7% so với lượng mủ cao su Ở Việt Nam [22]

Hình 14: Vùng đ ng đặc của mủ cao su tự nhiên theo pH [22]

Trong quá trình biến đổi chế biến từ nhựa cao su thiên nhiên thành các vật dụng, cao su phải trải qua quá trình xử lý, biến đổi tính chất của nó gọi là sự lưu hóa Theo định nghĩa đơn giản th lưu hóa là cho vào cao su một tỉ lệ lưu huỳnh thích hợp và thực hiện hóa hợp chúng bằng cách nung nóng hỗn hợp ở một nhiệt độ và trong khoảng thời gian nhất định

C ng thưc hóa học của cao su là (C5H8)n, tỉ số giữa cacbon và hydro đã được Faraday xác định vào năm1826 và nhũng ph n tích ngày càng chính xác hơn đã được thực hiện và xác nhận công thức này [22]

Trang 40

Hình 15: Công thức hóa học của phân tử cao su [22]

Hình 16: Cấu trúc của nhựa cao su [22]

Định dạng
Số trang	103
Dung lượng	3,44 MB