Tóm tắt Luận án Nghiên cứu sử dụng phụ gia tăng khả năng dính bám đá-Nhựa cải thiện chất lượng bê tông nhựa ở Việt Nam

nhựa đường sẽ làm cho hỗn hợp BTN 4 dễ nhạy cảm với tác động của nước. 1.3.4. Ảnh hưởng của thời tiết khi thi công lớp BTN Thời tiết quá lạnh thì độ chặt đầm nén khó đảm bảo, dẫn tới tăng độ rỗng dư BTN. Nếu độ rỗng dư > 7% thì BTN dễ bị thấm nước, dễ gây bong tách, hư hỏng cấu trúc BTN. 1.3.5. Ảnh hưởng của khí hậu môi trường Khí hậu ẩm ướt, tác động của chu kỳ đóng/tan băng, vùng có nhiệt độ môi trường biến động nhiều thì tăng khả năng BTN hư hỏng do nước. 1.3.6. Ảnh hưởng của lưu lượng xe Dưới tác động của bánh xe chạy khi trời mưa, nước trên mặt đường sẽ bị ép lại, gây ra áp lực thủy tĩnh làm phá vỡ liên kết đá-nhựa. 1.4. Các giải pháp cải thiện dính bám đá-nhựa, giảm thiểu bong tách 1.4.1. Giải pháp 1-Lựa chọn cốt liệu Sử dụng cốt liệu có khả năng dính bám tốt, bề mặt có độ nhám cao, cốt liệu sạch, không bị nhiễm bẩn sét. 1.4.2. Giải pháp 2- Xử lý trước bề mặt cốt liệu Nhằm cải thiện các đặc tính bề mặt cốt liệu có khả năng dính bám đá- nhựa thấp bằng cách bao phủ lên một lớp vật liệu có khả năng dính bám đá-nhựa tốt. Giải pháp xử lý trước bề mặt cốt liệu bằng vôi hydrat là một ví dụ điển hình cho giải pháp này. 1.4.3. Giải pháp 3-Ngăn chặn sự xâm nhập của nước vào lớp BTN Bao gồm các giải pháp hữu hiệu nhằm giảm thiểu tính thấm của BTN như lựa chọn độ rỗng dư, cấp phối cốt liệu và chiều dầy lớp BTN phù hợp. Việc phủ lên bề mặt BTN bằng lớp phủ mỏng như vữa nhựa, láng nhựa là cần thiết để giảm thiểu tác động của nước xâm nhập vào lớp BTN. 1.4.4. Giải pháp 4- Sử dụng phụ gia tăng dính bám đá-nhựa Nhằm cải thiện khả năng chống bong tách, giảm thiểu độ nhạy ẩm của BTN. Phụ gia tăng dính bám đá-nhựa thường được áp dụng với cốt liệu có độ dính bám đá-nhựa kém. Giải pháp 4 chỉ được xem là có hiệu quả khi áp dụng đồng thời với giải pháp 3. 1.5. Tính năng của phụ gia tăng dính bám 5 1.5.1. Phụ gia vô cơ (dạng rắn) 1) Vôi: Vôi hydrat (Ca(OH)2) (vôi thủy hóa) được sử dụng rộng rãi trên thế giới. Ngày nay vôi sống (CaO) hầu như không được sử dụng nữa. Có 2 giải pháp để đưa vôi hydrat vào hỗn hợp BTN: 1) Giải pháp 1: Đưa vôi hydrat trực tiếp vào thùng trộn BTN và Giải pháp 2: Xử lý trước bề mặt đá dăm với vôi hydrat, sau đó đưa cốt liệu đã xử lý vào thùng trộn BTN. Vôi hydrat có ưu điểm: cải thiện khả năng chống bong tách của BTN do tác động của ẩm, được xem là loại bột khoáng hoạt tính, cải thiện khả năng hóa già của nhựa đường trong BTN, làm tăng độ cứng của vữa nhựa, dẫn tới cải thiện thuộc tính cơ học của BTN như mô đun đàn hồi, cường độ, vệt hằn lún bánh xe, nứt mỏi và nứt do nhiệt. 2) Xi măng Hiện nay nhiều nước trên thế giới không còn sử dụng xi măng để làm phụ gia tăng dính bám nữa. 1.5.2. Phụ gia hóa học Phụ gia hóa học (phụ gia hữu cơ) thường có gốc amin, diamin, polymer và thường ở dạng lỏng. Ưu điểm: sử dụng với hàm lượng thấp nên cũng có thể giảm chi phí. Hạn chế: dễ bị suy giảm chất lượng do tác động của nhiệt độ cao. Có nhiều loại phụ gia hóa học được sử dụng trên thế giới. Tại Việt Nam, hiện có các loại phụ gia như: Wetfix Be của hãng Akzonobel (Thụy Điển), Tougfix, Toughfix Hyper của công ty Taiyu Kensetsu (Nhật Bản). 1.5.3. Phụ gia nano organosilane Phụ gia nano organosilane phụ gia tăng dính bám dựa trên công nghệ nano. Zycotherm, môt loại phụ gia nano, do hãng Zydex (Ấn Độ) mới được đưa vào Việt Nam gần đây. Ưu điểm: sử dụng với hàm lượng thấp, không ảnh hưởng đến tính chất nhựa đường, chịu nhiệt độ cao, khả năng kháng nước tốt. Hạn chế: công nghệ chế tạo phức tạp hơn so với phụ gia hóa học, chưa được áp dụng phổ biến, cần có thêm thời gian nghiên cứu đánh giá. 1.6. Cơ chế hoạt động phụ gia tăng dính bám đá – nhựa 6 Phụ gia vô cơ như vôi hydrat: hoạt động bằng cách thay thế các ion âm trên bề mặt cốt liệu bằng các ion canxi dương, làm tăng khả năng dính bám giữa nhựa đường với bề mặt cốt liệu. Vôi hydrat cũng phản ứng với các phân tử có trong nhựa đường (axit cacboxylic) và có trong cốt liệu (nhóm OH có tính axit) dẫn đến các phân tử đó dễ hấp thụ trên bề mặt cốt liệu hoặc các phân tử đó ít có khả năng phân ly và liên kết với các phân tử nước. Phụ gia hóa học như Wetfix Be, Toughfix, Toughfix Hyper và phụ gia Zycotherm: thường hoạt động để giảm sức căng bề mặt của nhựa đường, giúp cho nhựa đường dính bám tốt hơn với cốt liệu, cũng như là truyền điện tích cho nhựa đường trái dấu với điện tích trên bề mặt cốt liệu. Phụ gia hóa học có vai trò như cầu nối giữa nhựa đường và bề mặt cốt liệu, một đầu tương tác với cốt liệu, một đầu tương tác với nhựa đường. 1.7. Các phương pháp thí nghiệm dính bám Có thể phân thành hai nhóm: 1) Nhóm phương pháp thí nghiệm trên mẫu hỗn hợp đá-nhựa rời. 2) Nhóm phương pháp thí nghiệm trên mẫu hỗn hợp đá-nhựa đã đầm nén. Phân tích ưu điểm, hạn chế của hai nhóm phương pháp thí nghiệm này được chi tiết tại chương 2. 1.8. Tình hình nghiên cứu sử dụng phụ gia tăng dính bám trên thế giới 1.8.1. Hoa Kỳ Có 44 Bang sử dụng phụ gia chống bong tách (kết quả khảo sát năm 2012), trong đó có 56% các Bang sử dụng phụ gia dạng lỏng, có 44% các Bang sử dụng phụ gia vôi hydrat. 1.8.2. Châu Âu Vôi hydrat ngày càng được sử dụng cho BTN tại hầu hết các nước châu Âu, đặc biệt là Áo, Pháp, Hà Lan, Anh và Thụy Sĩ. Wetfix Be cũng được sử dụng tại châu âu, nhất là tại thụy điển. 1.8.3. Châu Á Ấn Độ sử dụng phụ gia hóa dạng lỏng và vôi hydrat. Philipin sử dụng phụ gia hóa dạng lỏng. Malaisia sử dụng vôi hydrat và Wetfix Be.Trung quốc sử dụng vôi hydrat và xi măng. Nhật bản sử dụng vôi hydrat, phụ gia hóa dạng lỏng, Tough Fix, Tough Fix Hyper. 1.9. Tình hình nghiên cứu sử dụng phụ gia tăng dính bám tại Việt 7 Nam Có 6 loại phụ gia tăng dính bám như: vôi hydrat, xi măng, Wetfix Be, Toughfix, ToughFix Hyper, Zycotherm hiện có tại Việt Nam. Chỉ có Toughfix Hyper được công bố là hợp chất lưỡng tính có khả năng cải thiện dính bám đối với cả đá granite và đá vôi. Hiện nay mới chỉ có Wetfix Be và Toughfix được áp dụng cho Dự án xây dựng đường bộ. Nhìn chung cho đến nay chưa có đề tài, dự án nghiên cứu đánh giá tổng thể về hiệu quả sử dụng phụ gia tăng dính bám cho BTN được triển khai. Vôi hydrat được TCVN 8819:2011 cho phép sử dụng, tuy nhiên chưa có bất kỳ nghiên cứu nào sử dụng vôi hydrat cho BTN. Có 4 Tiêu chuẩn thí nghiệm dính bám đá-nhựa đã được ban hành, cho phép áp dụng: 1) TCVN 7504: 2005; 2) TCVN 8860-12:2011; 3) QĐ số 1617 (LVBX) và 4) QĐ số 3287 (Thí nghiệm độ nhạy ẩm theo AASHTO T283). Cần phân tích đánh giá các phương pháp này và các phương pháp thí nghiệm trên thế giới để lựa chọn phương pháp phù hợp với Việt Nam. 1.10. Những vấn đề luận án cần giải quyết Trên cơ sở phân tích những nghiên cứu ở nước ngoài và trong nước, luận án tập trung vào một số vấn đề sau: 1. Nghiên cứu cơ sở khoa học, phân tích cơ chế dính bám đá-nhựa, suy giảm dính bám đá-nhựa và các nhân tố ảnh hưởng đến dính bám đá- nhựa; phân tích cơ chế hoạt động của các loại phụ gia tăng dính bám. 2. Nghiên cứu lựa chọn phương pháp thí nghiệm kiểm tra đánh giá khả năng dính bám đá-nhựa phù hợp với điều kiện Việt Nam. 3. Nghiên cứu thực nghiệm trong phòng đánh giá hiệu quả của 6 loại phụ gia: vôi hydrat, xi măng, Wetfix BE, Toughfix, ToughFix Hyper, Zycotherm hiện có tại Việt Nam. 4. Nghiên cứu thực nghiệm hiện trường trên một số đoạn đường có sử dụng phụ gia tăng dính bám cho BTN khu vực miền Trung để đánh giá độ nhạy ẩm của BTN sau khai thác và hiệu quả của phụ gia. Chương 2 NGHIÊN CỨU PHÂN TÍNH, ĐÁNH GIÁ, LỰA CHỌN PHƯƠNG PHÁP THÍ NGHIỆM KIỂM TRA KHẢ NĂNG DÍNH BÁM ĐÁ-NHỰA PHÙ HỢP VỚI ĐIỀU KIỆN VIỆT NAM 8 2.1. Phân tích các phương pháp thí nghiệm kiểm tra khả năng dính bám đá-nhựa trên thế giới 2.1.1. Các phương pháp thí nghiệm với hỗn hợp đá-nhựa ở trạng thái rời Có 11 phương pháp thí nghiệm được phân tích, đó là: Xanh Methy len, Bong màng nhựa , Ngâm tĩnh, Ngâm động, Ngâm trong hóa chất, Phản ứng bề mặt, Nước sôi, Lăn chai, Hấp phụ, Năng lượng bề mặt và Kéo nhổ bằng khí nén. 2.1.2. Các phương pháp thí nghiệm với hỗn hợp đá-nhựa đã đẩm nén Có 9 phương pháp thí nghiệm được phân tích, đó là: Nhạy ẩm hơi nước, Nén mẫu ngâm nước, Tổn thất cường độ Marshall, Đóng băng / tan băng Texas, Lún vệt bánh xe Hamburg, Lún vệt bánh xe APA, Lottman nguyên gốc, Lottman cải tiến và Tunnicliff–Root. 2.2. Phân tích lựa chọn phương pháp thí nghiệm dính bám đá-nhựa phù hợp với điều kiện Việt Nam 2.2.1. Lựa chọn các phương pháp thí nghiệm đưa vào phân tích Lựa chọn được 4 phương pháp phổ biến áp dụng trên thế giới và 4 phương pháp đang sử dụng tại Việt Nam để phân tích, lựa chọn ra phương pháp thí nghiệm dính bám phù hợp với Việt Nam (bảng 2.3). Bảng 2. 3. Các phương pháp thí nghiệm dính bám đá-nhựa phân tích Phổ biến trên thế giới Áp dụng tại Việt Nam ASTM D3625: Ảnh hưởng của nước trên mẫu đá bọc nhựa bằng phương pháp nước sôi. TCVN 7504:2005. Bitum-Phương pháp xác định độ dính bám với đá AASHTO T 283 (hoặc ASTM D 4867): Ảnh hưởng của nước đến hỗn hợp BTN đã đầm nén. AASHTO T 283, áp dụng cho Lớp phủ siêu mỏng tạo nhám (LPSMTN) theo QĐ3287 AASHTO T245: Độ ổn định Marshall còn lại của bê tông nhựa. TCVN 8860-12:2011. Bê tông nhựa - Xác định độ ổn định Marshall còn lại của bê tông nhựa. AASHTO T324: Thí nghiệm LVBX bằng thiết bị Hamburg (hoặc AASHTO T340- Thí nghiệm LVBX bằng thiết bị APA). QĐ1617. Thí nghiệm LVBX bằng thiết bị Wheel tracking-Phương pháp A. 9 2.2.2. Phân tích lựa chọn phương pháp thí nghiệm với hỗn hợp đá- nhựa ở trạng thái rời Có 2 phương pháp để phân tích, cụ thể là TCVN 7504:2005 và ASTM D3625 (bảng 2.3). Về bản chất thí nghiệm là như nhau, mẫu đá được bọc nhựa được ngâm trong bình nước sôi để đánh giá. Tuy nhiên TCVN 7504:2005 dễ quan sát bong tách hơn, kết quả thể hiện qua 5 cấp nên dễ đánh giá hơn, thí nghiệm viên đã có nhiều kinh nghiệm do đã sử dụng lâu năm. Qua phân tích, đề xuất sử dụng TCVN 7504:2005 để kiểm tra đánh giá khả năng dính bám đá-nhựa và hiệu quả của phụ gia tăng dính bám, áp dụng trong giai đoạn thiết kế thành phần BTN. 2.2.3. Phân tích lựa chọn phương pháp thí nghiệm với hỗn hợp đá- nhựa ở trạng thái đầm chặt Do 3 phương pháp thí nghiệm đang áp dụng tại Việt Nam đều dựa vào 3 phương pháp thí nghiệm phổ biến trên thế giới để biên soạn (bảng 2.3) nên chỉ cần phân tích 3 phương pháp: AASHTO T 283; TCVN 8860- 12:2011 và QĐ1617 để lựa chọn. - Phương pháp AASHTO T 283 có những ưu điểm, thể hiện qua 5 tiêu chí đánh giá: a) Tách biệt rõ ràng được ảnh hưởng của nước đến suy giảm liên kết đá-nhựa b) Đánh giá được mức độ suy giảm liên kết đá-nhựa theo thời gian c) Xem xét được tác động của nước, khí hậu môi trường đến khả năng dính bám đá-nhựa. d) Thiết bị thí nghiệm có giá thành thấp, chế bị mẫu thử đơn giản, thời gian thí nghiệm ngắn (thời gian thí nghiệm khoảng 10 phút) e) Số lượng mẫu thử đủ lớn, dễ xử lý thống kế để có độ tin cậy cao. - Phương pháp thí nghiệm LVBX tại QĐ1617, khi so sánh với AASHTO T 283 chỉ đạt được 2 tiêu chí. Hạn chế chủ yếu của phương pháp LVBX là thiết bị thí nghiệm có giá thành cao, chế bị mẫu thử phức tạp thời gian thí nghiệm quá dài (khoảng 12 giờ). - Phương pháp xác định độ ổn định còn lại theo TCVN 8860-12:2011, khi so sánh với AASHTO T 283 đạt được 3 tiêu chí. Hạn chế chủ yếu của phương pháp TCVN 8860-12:2011 là độ rỗng dư của mẫu quá nhỏ 10 (khoảng 4%) nên nước khó thấm vào mẫu thử, dẫn đến khó đánh giá được độ nhạy ẩm. Qua phân tích, đề xuất sử dụng AASHTO T 283, tuy nhiên đề xuất loại bỏ bảo dưỡng mẫu thử với chu kỳ đóng băng/tan băng (phân tích tại mục 2.2.4). 2.2.4. Phân tích loại bỏ việc bảo dưỡng mẫu với chu kỳ đóng băng/tan băng trong AASHTO T283 cho phù hợp với điều kiện khí hậu Việt Nam Việc bảo dưỡng mẫu với chu kỳ đóng băng/tan băng theo AASHTO T283 nhằm đánh giá tác động bất lợi của nhiệt độ thấp (nhiệt độ âm) vào mùa đông đến suy giảm dính bám đá-nhựa. Tuy nhiên chế độ bảo dưỡng này chỉ phù hợp với các nước có khí hậu lạnh, không phù hợp với khu vực có khí hậu ấm như Việt Nam. Điển hình như tiêu chuẩn ALDOT-361-98 của bang Alabama có khí hậu ấm, cũng không quy định phải ngâm mẫu với chu kỳ đóng-tan băng. Việt Nam có khí hậu ấm nên nếu áp dụng ngâm mẫu với chu kỳ đóng băng/ tan băng là quá bất lợi, không phù hợp. Điều này rất quan trọng, đảm bảo tính đơn giản của thí nghiệm nhưng đồng thời vẫn phù hợp với điều kiện khai thác của mặt đường Việt Nam. Vì vậy đề đề xuất sử dụng AASHTO T283, nhưng loại bỏ việc bảo dưỡng mẫu “ướt” với chu kỳ đóng băng tan băng/tan băng (gọi tắt là phương pháp AASHTO T283*).. AASHTO T283* được sử dụng để kiểm tra đánh hiệu quả của phụ gia tăng dính bám, độ nhạy ẩm của BTN, áp dụng trong các giai đoạn: thiết kế thành phần BTN, kiểm tra chất lượng thi công BTN và khai thác. Chương 3 NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM TRONG PHÒNG ĐÁNH GIÁ HIỆU QUẢ CỦA CÁC PHỤ GIA TĂNG DÍNH BÁM HIỆN CÓ Ở VIỆT NAM 3.1. Nghiên cứu xác định hàm lượng phụ gia vôi hydrat tối ưu để xử lý trước bề mặt đá dăm nhằm cải thiện khả năng dính bám đá-nhựa cho BTN 3.1.1. Mục đích nghiên cứu Mục đích nghiên cứu của phần này là đánh giá hiệu quả của giải pháp sử dụng vôi hydrat để xử lý trước bề mặt đá dăm nhằm cải thiện khả năng dính bám đá-nhựa và xác định tỷ lệ vôi hydrat tối ưu. 11 3.1.2. Tóm tắt trình tự tiến hành nghiên cứu thực nghiệm 1) Thiết kế thành phần BTNC12.5 theo QĐ 858. Sau khi hoàn thành công tác thiết kế thành phần BTNC12.5 tiến hành thí nghiệm LVBX theo QĐ 1617-Phương pháp A để có cơ sở chấp thuận kết quả thiết kế. 2) Xử lý trước bề mặt đá vôi và đá granite với tỷ lệ vôi hydrat khác nhau (theo khối lượng đá dăm) là: 0% (không xử lý trước), 0.5, 1.0, 1.5 và 2.0%. 3) Thí nghiệm xác định TSk, TSbh, TSR với các tập mẫu BTNC12.5 đã xử lý trước bằng vôi hydrat theo AASHTO T283*. 4) Phân tích kết quả thí nghiệm TSk, TSbh, TSR theo AASHTO T283* của các mẫu 0% (không xử lý trước), 0.5, 1.0, 1.5 và 2.0% để đánh giá hiệu quả của vôi hydrat và xác định tỷ lệ vôi hydrat tối ưu sử dụng để xử lý trước bề mặt đá dăm. 5) Thí nghiệm LVBX với BTNC12.5 có tỷ lệ vôi hydrat tối ưu để đánh giá xem kết luận rút ra sau thí nghiệm LVBX có tương đồng với kết luận rút ra sau thí nghiệm AASHTO T283* hay không. 3.1.3. Thiết kế thành phần hỗn hợp BTNC12.5 Sử dụng 2 loại đá dăm: 1) đá Granite ở mỏ Xuân Long – Thừa thiên Huế và 2) đá vôi tỉnh Hà Nam, có độ dính bám đạt cấp 3; cát tự nhiên Sông Lô Việt trì; bột khoáng: Kiện Khê, Hà Nam và nhựa đường 60/70 Shell để thiết kế. Việc thiết kế thành phần BTNC12.5 theo quy định của QĐ 858. Các chỉ tiêu kỹ thuật của hỗn hợp BTNC12.5 thiết kế ứng với hai loại đá dăm thể hiện tại Bảng 3.1. Bảng 3.1. Các chỉ tiêu kỹ thuật của BTNC12.5 thiết kế Các chỉ tiêu kỹ thuật BTNC12.5, đá granite BTNC12.5, đá vôi YCKT (QĐ 858) Hàm lượng nhựa tối ưu, % 4.5 4.6 Độ ổn định Marshall, kN 13.99 10.50 Min 8.0 Độ dẻo, mm 3.48 2.86 1,5 ÷ 4 Độ rỗng dư, Va % 4.64 4.45 4 ÷ 6 Độ rỗng cốt liệu VMA, 14.40 14.68 Min 14.0 (với 12 Các chỉ tiêu kỹ thuật BTNC12.5, đá granite BTNC12.5, đá vôi YCKT (QĐ 858) % Va=4.5%) Độ rỗng lấp đầy nhựa VFA, % 67.75 69.65 65 - 75 Độ ổn định còn lại, % 92.74 94.64 Min 80 Tỷ trọng khối, g/cm3 2.38 2.47 - LVBX, mm 9,45 Max 12 Nhận xét: Hỗn hợp BTNC12.5 đã thiết kế thỏa mãn quy định của QĐ 858. 3.1.4. Xử lý trước bề mặt đá dăm với vôi hydrat Sử dụng vôi hydrat của công ty Cổ phần hóa chất Minh Đức-Hải Phòng sản xuất (thỏa mãn quy định của AASHTO M303) để xử lý bề mặt đá dăm. Việc xử lý bề mặt đá dăm bằng vôi hydrat được tiến hành theo hướng dẫn của Hiệp hội vôi Châu Âu (EuLA). Tiến hành trộn vôi hydrat với tỷ lệ là 0%, 0.5%, 1.0%, 1.5% và 2.0% với hỗn hợp đá dăm đã được làm ẩm bề mặt, sau đó đưa vào tủ sấy sấy đến khi khối lượng không đổi. 3.1.5. Thí nghiệm ảnh hưởng của nước đến hỗn hợp BTN đã đầm nén Tổng cộng có 54 mẫu thử được chế tạo. Kết quả thí nghiệm thể hiện tại bảng 3.5. Bảng 3. 5. Kết quả thí nghiệm cường độ kéo khi ép chẻ của mẫu BTNC12.5 với đá vôi, đá granite, tỷ lệ vôi hydrat khác nhau Đá granite Đá vôi Tỷ lệ vôi hydrat, % TSk kPa TSbh, kPa TSR % TSk kPa TSbh, kPa TSR % 0 782.9 704.1 90 714.9 628.8 88 0.5 783.6 717.2 91.5 - - - 1.0 842.3 791.2 93.9 788.2 714.2 90.6 1.5 745.2 682.5 91.6 681.8 604.7 88.7 2.0 670.8 621.0 92.6 649.9 537.6 82.7 Từ kết quả bảng 3.5 có nhận xét sau: Tỷ lệ vôi hydrat tối ưu để xử lý trước đá granite và đá vôi cho BTNC12.5 là 1.0%. 13 Dựa trên kết quả tại bảng 3.5 để phân tích ANOVA. Qua phân tích cho thấy kết quả thí nghiệm có ý nghĩa thống kê với hệ số p<<0.05, hệ số Lack-of-Fit=0.213>0.05 và hệ số xác định điều chỉnh Rđc2=96.32%. 3.1.6. Thí nghiệm LVBX của BTNC12.5 có tỷ lệ vôi hydrat tối ưu là 1.0% Phụ gia vôi hydrat Bảng 3.6. Kết quả thí nghiệm LVBX 1.0% có xu hướng làm tăng khả năng kháng LVBX đối với BTNC12.5 sử dụng đá granite. 3.2. Xác định tỷ lệ phụ gia Toughfix Hyper tối ưu 3.2.1. Mục đích nghiên cứu Toughfix Hyper (viết tắt là TFH) được công bố là có hiệu quả tăng dính bám cho cả đá gốc axít và cả đá gốc bazơ. Cần thiết nghiên cứu xác định tỷ lệ TFH tối ưu cho 5 loại đá dăm có nguồn gốc khác nhau. 3.2.2. Thí nghiệm dính bám với nhựa đường Tiến hành thí nghiệm độ dính bám đá nhựa theo TCVN 7504:2005 với các mẫu thử có TFH với tỷ lệ khác nhau (0%, 0.1%, 0.15% và 0.2%). Mỗi loại đá dăm, mỗi tỷ lệ phụ gia TFH cần thí nghiệm 10 mẫu. Kết quả thí nghiệm độ dính bám đá nhựa thể hiện tại hình 3.13. Hình 3.13. Biểu đồ độ dính bám đá – nhựa sử dụng TFH Loại dá dăm Giá trị LVBX trung bình (mm) Đá granit, 0% (không xử lý vôi hydrat) 9.45 Đá granit, xử lý 1% vôi hydrat 5.36 14 Từ hình 3.13 cho thấy: Với hàm phụ gia TFH từ 0÷0.15%, cấp dính bám của cả 5 loại đá tăng từ 1 đến 2 cấp so với TFH=0%, và có cấp dính bám cao nhất ở hàm lượng 0.15% TFH. Nhưng khi hàm lượng TFH từ 0.15÷0.2% thì cấp dính bám của đá không thay đổi, tức là có xu hướng không tăng khi hàm lượng phụ gia lớn hơn 0.15%. Vì vậy lựa chọn hàm lượng TFH hợp lý là 0.15% đối với cả 5 loại đá dăm là hợp lý. 3.2.3. Thiết kế thành phần hỗn hợp BTNC12.5 Sử dụng 5 loại đá dăm (đá granite Đà Nẵng, đá granite Đăk Lăk, đá granite Bình Định, đá granite Hà Tĩnh và đá vôi tỉnh Ninh Bình) để thiết kế. Việc thiết kế thành phần BTNC12.5 theo quy định của QĐ 858. Việc thiết kế thành phần BTNC12.5 theo quy định của QĐ 858. Các chỉ tiêu kỹ thuật của 5 hỗn hợp BTNC12.5 đã thiết kế theo QĐ 858 thể hiện tại bảng 3.8. Bảng 3.8. Các chỉ tiêu kỹ thuật của BTNC12.5 ở hàm lượng nhựa tối ưu Các chỉ tiêu Mỏ đá Bình Định Mỏ đá Hà Tĩnh Mỏ đá Ninh Bình Mỏ đá Đăk Lăk Mỏ đá Đà Nẵng YCKT QĐ 858 Hàm lượng nhựa tối ưu, % 4.71 4.71 4.49 5.26 4.82 >4.5% Độ rỗng dư, Va 4.88 4.85 4.84 5.72 4.70 4%-6% Độ rỗng cốt liệu, VMA 14.84 14.52 14.25 16.58 15.01 >13% Độ rỗng lấp đầy nhựa, VFA 67.11 66.59 66.06 65.48 68.66 65% ÷ 75% HLVBX, mm 11,49 6,41 6,80 14,69 7,31 Max 12 Nhận xét: Riêng BTNC12.5 với đá Đắc Lắc đã thiết kế không thỏa mãn QĐ 858 do LVBX lớn hơn quy định. Tuy nhiên vẫn sử dụng để nghiên cứu, xem khi đưa TFH vào thì LVBX có thỏa mãn QĐ 858 hay không. 3.2.4. Thí nghiệm ảnh hưởng của nước đến hỗn hợp BTN đã đầm nén Sử dụng 5 kết quả thiết kế thành phần BTNC12.5 đã xác lập tại mục 3.2.3 với tỷ lệ thành phần (đá dăm, cát, bột khoáng, hàm lượng nhựa) đã biết để chế tạo các thử BTNC12.5. Tổng cộng có 120 mẫu thử BTNC12.5. 15 Kết quả thí nghiệm xác định TSkh, TSbh, TSR của các mẫu thử BTNC12.5 ứng với 5 loại đá dăm, 4 tỷ lệ phụ gia TFH (0%, 0.1%, 0.15% và 0.2%) được thể hiện tại các hình từ hình 3.15 đến hình 3.24. Nhận xét: 1) TFH có hiệu quả trong việc cải thiện khả năng kháng ẩm (cải thiện độ dính bám đá-nhựa) cho BTNC12.5 cho cả 5 loại đá dăm. Hình 3.15. TSk và TSbh của mẫu BTNC12.5 đá granite Bình Định Hình 3.16. TSR của mẫu BTNC12.5 đá granite Bình Định Hình 3.17. TSk và TSbh của mẫu BTNC12.5 đá granite Đà Nẵng Hình 3.18. TSR của mẫu BTNC12.5 đá granite Đà Nẵng Hình 3.19. TSk và TSbh của mẫu BTNC12.5 đá granite Hà Tĩnh Hình 3.20. TSR của mẫu BTNC12.5 đá granite Hà Tĩnh Nhựa 60/70+0.2%PGNhựa 60/70+0.15%PGNhựa 60/70+0.1%PGNhựa 60/70 100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0 T ỷ l ệ đ ộ b ề n k é o ( % ) 91.32 91.38 93.66 92.69 95% CI for the Mean Individual standard deviations were used to calculate the intervals. Biểu đồ tỷ lệ độ bền kéo gián tiếp 16 Hình 3.21. TSk và TSbh của mẫu BTNC12.5 đá granie Đăk Lăk Hình 3.22. TSR của mẫu BTNC12.5 đá granie Đăk Lăk Hình 3. 23. TSk và TSbh của mẫu BTNC12.5 đá vôi Ninh Bình Hình 3.24. TSR của mẫu BTNC12.5 đá vôi Ninh Bình 2) TSbh, TSR của đá granite Bình Định, Đà Nẵng, Hà Tĩnh đạt giá trị lớn nhất ở hàm lượng 0.15% nên hàm lượng TFh tối ưu cho 3 loại đá này là 0.15%. Với đá granite Dak Lak và đá vôi Nình Bình TSbh, TSR đạt giá trị cao nhất ở hàm lượng TFH=0.15%-0.2%, tuy nhiên hiệu quả khi TFH=0.2% so với TFH=0.15% tăng không đáng kể (khoảng 2%), nên chọn giá trị tối ưu cho 2 loại đá này là TFH=0.15%. Vậy hàm lượng TFH tối ưu cho cả 5 loại đá là 0.15%. 3.2.5. Thí nghiệm LVBX của BTNC12.5 có tỷ lệ TFH tối ưu 0.15% Qua kết quả thí nghiệm LVBX theo QĐ1617-Phương pháp A cho thấy: 1. Phụ gia TFH=0.15% có hiệu quả làm tăng khả năng kháng LVBX đối với cả đá vôi và đá granite. Nhận xét này cũng tương đồng với nhận xét đã rút ra từ thí nghiệm với AASHTO T283*. 17 2. Với BTNC12.5 dùng đá Đak Lak, khi TFH=0,15% thì LVBX giảm còn là 13.37 mm, mặc dù thấp hơn 14,69 mm nhưng vẫn vượt quá giá trị cho phép nên BTNC12,5 dùng đá Đak Lak đã thiết kế vẫn không phù hợp. Hình 3.25. So sánh LVBX của BTNC12.5 có và không có TFH=0.15% 3.3. Đánh giá hiệu quả của 6 phụ gia tăng dính bám cho BTNC12.5 sử dụng cốt liệu dính bám kém miền Trung 3.3.1. Mục đích nghiên cứu So sánh hiệu quả của 6 loại phụ gia: vôi hydrat, xi măng, Wetfix Be, Toughfix, Toughfix Hyper và Zycotherm hiện có tại Việt Nam trên một thước đo chung khi sử dụng cùng loại đá dăm dính bám kém (dính bám cấp 2), cùng một loại BTNC12.5. 3.3.2. Lựa chọn vật liệu Đá dăm mỏ Weicovina tại Km 76-Km77, QL1A, có độ dính bám kém (cấp 2), Nhựa đường 60/70 của Shell Singapor, bột khoáng Hà Nam, cát xay. Tỷ lệ phụ gia lựa chọn để nghiên cứu xem bảng 3.11. Bảng 3.11. Tỷ lệ phụ gia tăng dính bám lựa chọn để nghiên cứu TT Loại phụ gia Khoảng tỷ lệ khuyến nghị sử dụng Tỷ lệ khuyến nghị sử dụng phổ biến-Tỷ lệ lựa chọn 1 Wetfix Be 0.2% ÷ 0.5% 0.3% khối lượng nhựa đường 2 Tough Fix 0.2% ÷ 05% 0.3% khối lượng nhựa đường 3 Toughfix Hyper 0.1% ÷ 0.3% 0.15% khối lượng nhựa đường 4 Zycotherm 0.1% ÷ 0.3% 0.15% khối lượng nhựa đường 5 Vôi hydrat 1% ÷ 2% 1.5% khối lượng cốt liệu 6 Xi măng - 1.5% khối lượng cốt liệu (chọn như với vôi hydrat) 3.3.3. Thiết kế thành phần hỗn hợp BTNC12.5 Cấp phối hỗn hợp cốt liệu sử dụng trong thí nghiệm này là cấp phối sử 18 dụng cho gói thầu A1- Dự án đường Cao tốc Đà Nẵng – Quảng Ngãi. Việc thiết kế thành phần BTNC12.5 theo quy định của QĐ 858 và TCVN 8819:2011. Kết quả thiết kế hỗn hợp BTNC12.5 (không có phụ gia) thể hiện tại bảng 3.12. Bảng 3.12. Các chỉ tiêu kỹ thuật của hỗn hợp BTNC12.5 (không có phụ gia tăng dính bám) TT Các chỉ tiêu thiết kế Kết quả TCVN 8819:2011 1 Hàm lượng nhựa, % 4,7 - 2 Khối lượng thể tích, g/cm3 2,356 - 3 Tỷ trọng lớn nhất ở trạng thái rời Gmm, g/cm3 2,501 - 4 Độ rỗng dư Va, % 4,7 4 – 6 5 Độ rỗng cốt liệu của hỗn hợp BTN đầm nén VMA, % 14,14 ≥ 13,5 6 Độ rỗng lấp đầy nhựa của hỗn hợp BTN đầm nén VFA, % 66,76 65 – 75 7 Độ ổn định Marshall ở 60˚C, kN 12,11 ≥ 8,0 8 Độ dẻo Marshall ở 60˚C, mm 3,05 1,5 – 4,0 9 Độ sâu LVBX, mm 3,67 ≤ 12,5 Qua kết quả tại Bảng 3.12 có nhận xét: Ngoại trừ chỉ tiêu độ dính bám đá-nhựa thấp (cấp 2), các chỉ tiêu kỹ thuật khác đều thỏa mãn quy định của TCVN 8819:2011 và QĐ858 3.3.4. Thí nghiệm độ dính bám theo TCVN 7504:2005 Kết quả thí nghiệm độ dính bám của nhựa đường 60/70 với 6 loại phụ gia thể hiện tại bảng 3.13. Bảng 3.13. Kết quả thí nghiệm độ dính bám ứng với 6 loại phụ gia TT Loại phụ gia cho nhựa đường 60/70 Kết quả độ dính bám chi tiết Kết quả 1 Không có phụ gia Cấp 2 (10/10 viên) Cấp 2 2 Tough Fix 0,3% Cấp 4 (6/10 viên) Cấp 3 (4/10 viên) Cấp 4* 19 3 Tough Fix Hyper 0,15% Cấp 4 (7/10 viên) Cấp 3 (3/10 viên) Cấp 4 4 Zycotherm 0,15% Cấp 4 (10/10 viên) Cấp 4 5 Wetfix Be 0,3% Cấp 4 (8/10 viên) Cấp 3 (2/10 viên) Cấp 4 6 Vôi thủy hóa 1,5% Cấp 3 (8/10 viên) Cấp 2 (2/10 viên) Cấp 3 7 Xi măng 1.5%