Bộ GTVT thử nghiệm vật liệu mới trong bảo trì đường bộ

Việc sử dụng vật liệu này sẽ nâng cao khả năng tuổi thọ bề mặt đường, giảm chi phí sửa chữa, tiết kiệm chi phí sửa chữa và thời gian sữa chữa các tuyến đường xuống cấp.

Chiều 16-7, được sự hỗ trợ, chỉ đạo của Bộ Giao thông vận tải, Viện Khoa học và công nghệ Giao thông vận tải phối hợp với các bên liên quan tổ chức Hội thảo khoa học “Ứng dụng vật liệu Rhinophalt trong bảo trì đường bộ”.

Rhinophalt là hỗn hợp dạng lỏng gồm nhựa đường có nguồn gốc dầu mỏ, dung dịch pha loãng, chất hóa dẻo.

Các đại biểu tham dự đã phân tích những lợi ích vượt trội của Rhinophalt như  giúp kéo dài tuổi thọ mặt đường, giảm chi phí bảo trì và gián đoạn giao thông, góp phần bảo vệ môi trường thông qua việc giảm thiểu 94% lượng khí thải carbon. Rhinophalt hoạt động theo cơ chế thấm sâu vào bề mặt đường, cung cấp một lớp màng bảo vệ có chức năng gắn kết các loại dầu và nhựa với nhau, tăng khả năng giữ hạt cốt liệu và tính chống thấm cho mặt đường.

                             Thứ trưởng Bộ GTVT Nguyễn Ngọc Đông phát biểu khai mạc hội thảo

Hiện Việt Nam mới chỉ ứng dụng phương pháp bảo dưỡng, sửa chữa, phục hồi hư hỏng xuất hiện trên mặt đường. Phương pháp này có hạn chế là chi phí lớn và tiềm ẩn tai nạn giao thông do mặt đường gồ ghề, không trơn láng.

Trong khi đó, việc ứng dụng Rhinophalt được xem là phương pháp phòng ngừa, ngăn chặn tối đa hư hỏng có thể xảy ra và kéo dài tuổi thọ mặt đường. Phương pháp này giúp hạn chế sửa chữa lớn hoặc phải xây lại đường dẫn đến tốn kém cho ngân sách quốc gia.

Thứ trưởng Bộ GTVT Nguyễn Ngọc Đông phát biểu tại buổi hội thảo: “Chúng ta cần chủ trương hiện đại hóa công tác bảo trì đường bộ, hạn chế ô nhiễm môi trường, đầu tư ứng dụng mới”.

Thứ trưởng cũng cho rằng việc ứng dụng Rhinophalt là một trong những giải pháp hiệu quả trong công tác bảo trì mặt đường bê tông nhựa.

Hiện Rhinophalt đã được Bộ GTVT cho phép tiến hành thử nghiệm tại Việt Nam và đã ban hành “Chỉ dẫn tạm thời về kĩ thuật thi công và nghiệm thu lớp vật liệu Rhinophalt dùng trong công tác bảo trì mặt đường bê tông nhựa”.

Các loại nhũ tương nhựa đường

Nhũ tương nhựa đường là một hợp chất gồm hai thành phần dị thể cơ bản là nhựa đường và nước, được gọi là hai pha nước và pha nhựa đường. Nhựa đường được phân tán trong nước dưới dạng các hạt riêng rẽ có đường hính từ 0,1 – 5 micrôn. Các hạt nhựa đường được giữ ở trạng thái lơ lững tích điện và được ổn định bằng chất nhũ hóa.

Nhũ tương nhựa đường có thể được chia ra làm 4 loại trong đó có hai loại đầu là quan trọng nhất:

Nhũ tương cation;

Nhũ tương anion

Nhũ tương không chứa ion;

Nhũ tương được ổn định bằng đất sét.

Thuật ngữ anion và cation để chỉ các điện tích bao quanh các hạt nhựa đường. Hiện tượng này bắt nguồn từ một quy luật cơ bản về điện. Các điện tích cùng dấu đẩy nhau, các điện tích khác dấu hút nhau. Nếu một dòng điện chạy qua một dung dịch nhũ tương chứa hạt nhựa đượng tích điện âm, chúng sẽ di chuyển về phía anode. Bởi vậy, nhũ tương này được gọi là amion. Ngược lại, các hạt nhựa đường tích điện dương, chúng sẽ di chuyển về phía catode và nhũ tương này được gọi là cation. Nhựa đường trong dung dịch nhũ tương trung tích chứa ion là các hạt trung tính và do vậy chúng sẽ không di chuyển tới bất kỳ cực nào. Nhũ tương trung tính rất hiếm khi được sử dụng trong xây dựng đường.

Loại nhũ tương được ổn định bằng đất sét được sử dụng trong công nghiệp nhiều hơn là trong xây dựng đường. Ở đây các chất nhũ hóa là các loại bột mịn như sét và bentonite.

Vào năm 1906, Schade van Wastrum nhận được bằng sáng chế về sử dụng nhựa đường phân tán trong nước để làm đường. Những nỗ lực ban đầu nhằm tạo ra nhũ tương bằng phương pháp cơ học thuần túy. Tuy nhiên người ta nhanh chóng nhận ra rằng nếu chỉ đơn thuần dùng các giải pháp cơ học thuần túy là không đủ. Và đó là lần đầu tiên các chất nhũ hóa cation và anion đã được sử dụng để sản xuất nhũ tương nhựa đường. Ban đầu người ta đã lợi dụng các axit hữu cơ xuất hiện tự nhiên trong nhựa đường bằng việc đơn giản cho thêm hydroxit kali hay natri vào dung dịch nước và các chất nhũ hóa. Kết quả phản ứng giữa axit và kiềm tạo ra xà phòng anion, là hoạt chất tạo chất căng bề mặt và do đó có khả năng tạo sự ổn định cho dung dịch phân tán. Nhiều hóa chất khác nhau đã được sử dụng để nâng cao tính ổn định của nhũ tương nhựa đường. Trong số đó có cặn còn lại sau khi chưng cất axit béo, axit roxyn, axit hydroxyl stiric, lignin sulphonate… được trộn với nhựa đường trước khi hóa nhũ.

Kể từ đầu thập niên 1950, các chất tạo nhũ cation đã trở nên phổ biến bởi khả năng kết dính với rất nhiều loại bề mặt rắn khác nhau của chúng. Sự phù hợp với các loại cốt liệu khác nhau là một loại đặc tính quan trọng của nhũ tương cation trong xây dựng đường bởi chúng dính bám tốt với các loại cốt liệu khoáng khác nhau. Các chất tạo nhũ tương cation được sử dụng rộng rãi là các stearyl mono-amin, di-amin dạng thẳng, amido amin và imidazoline.

1   Các chất tạo nhũ tương

Chất tạo nhũ tương là một chất có chứa chuỗi hydrocacbon dài, kết thúc bằng một nhóm các đặc tính cation hoặc anion. Phần paraffin trong phân tử có một ái lực đối với nhựa đường và phần ion có một ái lực với nước, ion của chất tạo nhũ tương tự nó nằm trên bề mặt. Bởi thế các giọt nhỏ nhựa đường này được tích điện dương trong nhũ tương cation và được tích điện âm trong nhũ tương anion. Chất tạo nhũ tương không chỉ là một yếu tố tạo sự ổn định mà còn làm tăng khả năng dính bám của nhũ tương nhựa đường. Phần cation của chất tạo nhũ tạo ra một liên kết tĩnh điện mạnh với bề mặt cốt liệu được tích điện âm. Các hạt nhựa đường được hút vào bề mặt cốt liệu và các điện tích dương của nhựa đường được trung hòa bằng các điện tích âm của oxy hóa trị bề mặt cốt liệu. Các hạt này kết hợp lại và bám vào cốt liệu.

Các dung dịch tạo nhũ tương được làm bằng cách hòa tan các amin, diamin hoặc amino alkoxylate amin vào trong axit chlohydric hoặc axit axetic. Phản ứng được tiến hành bằng cách kiểm soát thận trọng độ pH để tạo ra muối amin. Ví dụ:

R-NH2       +   HCL                RNH+3       + Cl-

Amin         +  Axit chlohydric               Amin hydroclorid

Phản ứng cho thấy khi một nhũ tương được tạo ra với một muối amin, cation tích điện dương định vị bám trên bề mặt giọt nhựa đường. Các ion Cl- tích điện âm sau đó được hút vào bề mặt tích điện dương và cùng với nước tạo ra một lớp được gọi là lớp tích điện kép. Điều này được minh họa ở  hình 4.2. Độ dày của lớp này có ảnh hưởng lớn đến độ ổn định và độ nhớt của nhũ tương nhựa đượng. Các nhũ tương anion được sản xuất với axit béo mà axit béo đã được xà phòng hóa với hydroxit natri.

Dung dịch chất tạo nhũ tạo ra một lượng dư hydroxit natri, lượng dư đó cũng được trung hòa bằng axit tự nhiên chứa trong nhựa đường. Ví dụ:

RCOOH      +       NaOH                         RCOO-     +      Na+    +    H2O 

Axit béo       +    Hydroxyt natri                             Xà phòng axit béo

2    Sản xuất nhũ tương nhựa đường

Phần lớn nhũ tương được sản xuất bằng thiết bị trộn. Thiết bị này gồm có một rotor cao tốc quay với tốc độ từ 1000 – 6000 vòng/phút trong một stator và khoảng trống giữa rotor và stator thường là 0,25 mm – 0,5 mm; khoảng trống đó có thể điều chỉnh được. Nhựa đường nóng và dung dịch chất tạo nhũ được nạp riêng rẽ nhưng đồng thời vào thiết bị trộn. Nhiệt độ của hai thành phần này có thể biến động phụ thuộc vào phẩm cấp, tỷ lệ nhựa đường trong nhũ tương và loại chất nhũ hóa… Độ nhớt của nhựa đường khi được đưa vào máy trộn không được vượt quá 0,2 Pa.s (2 poise). Để đạt được độ nhớt này, nhựa đường được duy trì trong ở nhiệt độ trong khoảng từ 100 – 140oC. Nhiệt độ của nước pha các chất nhũ hóa được điều chỉnh để nhiệt độ của nhũ tương nhựa đường được sản xuất ra không vượt quá 90oC . Nhựa đường và dung dịch chất nhũ hóa được đưa vào cối trộn và phải chịu lực cắt mãnh liệt nhằm làm cho nhựa đường bị vỡ ra thành từng hạt nhỏ. Từng hạt nhựa đường sau đó được bao bọc bởi chất nhũ hóa, chất đó làm cho bề mặt nhựa đường tích điện và chính lực tĩnh điện ngăn các hạt nhựa đường không kết lại với nhau.

Nhựa đường và dung dịch chất nhũ hóa được bơm vào thiết bị trộn bằng bơm cơ khí hay bơm bằng tay, song phải có thiết bị đo lưu lượng để kiểm soát được lượng nhựa đường và dung dịch nhũ hóa bơm vào thiết bị trộn.

Có nhiều phương pháp bổ sung chất tạo nhũ và nước. Với một số chất tạo nhũ như các amin phải phản ứng với một axit, ví dụ như axit chlohydric, để có thể đạt tới độ hòa tan trong nước, trong khi đó với các chất tạo nhũ khác như axit béo, phải phản ứng với chất kiềm, như hydroxit natri nhằm đạt tới độ hòa tan trong nước.

3    Công thức nhũ tương nhựa đường

Công thức nhũ tương nhựa đường lên quan đến một vấn đề rất phức tạp là tính ổn định. Một dung dịch không hòa tan, ổn định cần được bảo quản và vận chuyển thích hợp để chúng không bị phá vỡ cấu trúc. Tuy vậy, cấu trúc nhũ tương sẽ bị phá vỡ nhanh chóng ngay sau khi sử dụng trên mặt đường. Từ quan điểm kỹ thuật, các đặc tính quan trọng nhất của các nhũ tương nhưạ đường có thể được mô tả như sau:

·        Độ ổn định của nhũ tương;

·        Độ dính bám của nhũ tương;

·        Độ nhớt của nhũ tương.

3.1   Độ ổn định của nhũ tương

Có hai yêu cầu mâu thuẫn với nhau của nhũ tương nhựa đường, đó là tính ổn định trong quá trình tồn chứa, bảo quản và tốc độ phá vỡ cấu trúc ổn định khi tiếp xúc với cốt liệu để bảo đảm dính bám tốt.

3.1.1   Độ ổn định trong quá trình tồn chứa

Trong giai đoạn đầu của quá trình tồn chứa nhũ tương nhựa đường xãy ra hiện tượng lắng xuống do trọng lực. Hiện tượng lắng tạo ra hai lớp sản phẩm, ở phía trên là một lớp sản phẩm loãng, còn phía dưới là lớp sản phẩm đặc. Vận tốc chuyển động xuống phía dưới của các hạt vật chất này có thể ước tính được bằng cách sử dụng quy luật Stokes, trong đó tốc độ lắng của các hạt nhũ tương nhựa đường (V) được biểu diễn theo công thức sau:

V =

Trong đó:                        g =  Trọng lực

                                       r  = bán kính của hạt

                                       d1  = trọng lượng riêng của nhựa đường

                                       d2  = trọng lượng riêng của nhũ tương

                                       ŋ  = Độ nhớt của nhũ tương

Tuy nhiên, quy luật Stokes thường được áp dụng đối với các hạt chuyển động tự do. Trong nhũ tương nhựa đường, các hạt nhựa đường được sắp xếp chặt chẽ do vậy việc áp dụng quy luật Stokes không thể tránh khỏi tình trạng ước tính tốc độ lắng của các hạt sản phẩm lớn hơn so với thực tế.

Hơn nữa, ngoài trọng lực còn có hai lực khác cũng có tác dụng trong dung dịch nhũ tương, đó là lực đẩy và lực hút. Lực đẩy có nguồn gốc từ lực đẩy giữa các lớp tĩnh điện kép trên các giọt nhựa đường được tạo ra do chất tạo nhũ bị ion hóa. Nó có thể được tăng lên bằng cách tăng nồng độ các chất tạo nhũ và bị giảm đi bằng cách thêm vào nhũ tương một lượng dư các ion tích điện âm. Lực hút liên quan đến thể tích hoặc số lượng các hạt nhựa đường. Nếu các hạt đó có kích thước lớn hoặc nếu sự phân bố các hạt có kích thước đồng đều trên một diện rộng thì lực hút trở thành lực đẩy.

Sự kết lại của các hạt nhựa đường sau khi lắng động diễn ra qua hai giai đoạn. Trước hết các hạt nhựa đường kết lại thành búi như chùm nho tạo ra những chùm hạt nhựa đường. Hiện tượng này được coi là sự kết đám. Sau khi đã kết thành từng chùm, các hạt nhựa đường nhỏ bắt đầu hòa nhập với nhau tạo ra các hạt nhựa đường có kích thước lớn hơn, đây là một hiện tượng không thể đảo ngược được. Quá trình này có thể là tự phát hoặc nó có thể là do tác động của các hoạt động cơ học.

3.1.2   Tốc độ phá vỡ cấu trúc khi tiếp xúc với cốt liệu

Nhũ tương chứa các phân tử chất tạo nhũ cả ở thành phần nước và cả trên bề mặt các hạt nhựa đường. Một số ion trong chất tạo nhũ đã tạo ra các mixen (phân tử polyme). Trong một dung dịch nhũ tương đã ổn định sẽ hình thành và tồn tại một thế cân bằng. Nếu một số ion của chất tạo nhũ bị loại bỏ khỏi dung dịch, sự cân bằng sẽ được phục hồi lại bởi các ion từ các phân tử polyme và từ bề mặt của các hạt nhựa đường sẽ thay thế chúng. Hiện tượng này xuất hiện khi nhũ tương nhựa đường tiếp xúc với cốt liệu khoáng. Điện tích âm trên bề mặt cốt liệu nhanh chống hấp thu một số ion từ dung dịch nhũ tương nhựa đường, làm suy yếu điện tích trên bề mặt nhựa đường, điều đó khởi đầu cho quá trình đứt vỡ cấu trúc nhũ tương nhựa đường. Khi điện tích trên bề mặt nhựa đường bị suy yếu đến một điểm nào đó thì qua trình liên kết  giữa các hạt nhựa đường sẽ nhanh chóng xãy ra. Khi đó bề mặt các hạt cốt liệu sẽ được bao phủ trong các chuổi hydrocacbon và do đó nhựa đường được giải phóng kết dính mạnh mẽ vào bề mặt cốt liệu.

3.2   Độ kết dính của nhũ tương

Một yêu cầu cơ bản trong mọi ứng dụng có sử dụng nhựa đường là sự kết dính giữa các bề mặt rắn mà nhựa đường phải “làm ướt” để tạo ra diện tích tiếp xúc lớn nhất. Với các chất nền khô “sức căn bề mặt tới hạn” của cốt liệu phải đủ mức để đảm bảo nhựa đường lan ra dễ dàng trên bề mặt cốt liệu, kết quả là độ kết dính giữa nhựa đường và bề mặt cốt liệu thắng được lực kết dính nội tại của nhựa đường. Tuy nhiên khi bề mặt cốt liệu bị nước bao phủ và bị ướt sẽ gây ra một hiện tượng có 3 pha, hiện tượng này chỉ có thể xuất hiện nếu sự cân bằng của năng lượng tương tác thuận lợi cho các phân tử nhựa đường tiếp xúc được, hay còn gọi là làm ướt được bề mặt cốt liệu. Các chất tạo nhũ cation đặt biệt có hiệu quả ở việc làm giảm năng lượng bề mặt tự do của cốt liệu phân cực, tạo ra một điều kiện nhiệt động lực ổn định, một năng lượng bề mặt tối thiểu do đó chất tạo nhũ sẽ được hút vào bề mặt cốt liệu.

Hầu hết chất tạo nhũ cation là các chất chống bong, do đó sự liên kết ban đầu được đảm bảo. Tuy nhiên, chất lượng của sự liên kết giữa nhựa đường và cốt liệu phụ thuộc vào một số nhân tố như:

Chủng loại và số lượng chất tạo nhũ;

Phẩm cấp và các chất cấu thành của nhựa đường;

Độ pH của dung dịch chất tạo nhũ;

Kích cỡ hạt phân tán của nhũ tương

Chủng loại cốt liệu

3.2   Độ nhớt của nhũ tương

Độ nhớt của nhũ tương là một yếu tố rất quan trọng vì phần lớn các loại nhũ tương được sử dụng dưới dạng phun. Sự phân bố của nhũ tương từ dàn phun nén là một hàm số của độ nhớt của nhũ tương đó. Do đó độ nhớt của cả nhũ tương anion và cation được nêu cụ thể trong tài liệu tiêu chuẩn Anh Quốc BS 434: phần 1 và phần 2: 1984. Độ nhớt của một nhũ tương phụ thuộc vào một số nhân tố đã được trình bày dưới đây.

4   Phân loại và đặc tính kỹ thuật của các loại nhũ tương nhựa đường

Các nhũ tương nhựa đường được phân loại trong BS 434 : phần 1: 1984 bằng một quy định có 3 phần. Theo phần thứ nhất của quy định này, nhũ tương nhựa đường phải thuộc hai loại A hoặc K, tức là nhũ tương anion hay cation. Phần 2, từ mục 1 đến 4 chỉ rõ tốc độ suy yếu cấu trúc hay độ ổn định, chỉ số càng cao thì độ ổn định càng lớn. Phần thứ 3 của quy định, từ mục 40 đến 70 chỉ rõ hàm lượng nhựa đường trong nhũ tương. Ví dụ:

K1-70 là loại nhũ tương cation, ngưng kết nhanh với hàm lượng nhựa đường là 70%.

A2-50 là một nhũ tương anion, bán ổn định với một tỷ lệ nhựa đường là 50%.

BS434 ghi rõ độ nhớt của nhũ tương nhựa đường (độ Engler hoặc Redwood) và hàm lượng nhựa đường.

5   Biến đổi các đặc tính của nhũ tương nhựa đường

Có một số biện pháp cơ bản mà nhà sản xuất nhũ tương nhựa đường có thể thực hiện biến đổi các đặc tính cơ bản của nhũ tương nhựa đường, ví dụ: độ nhớt, tính ổn định trong quá trình tồn chứa, tốc độ phá vỡ cấu trúc và sự phân bố cỡ hạt. Ngược lại với những suy luận thông thường, thực ra nhựa đường không phải là yếu tố duy nhất mà người ta cần kiểm soát trong quá trình sản xuất  nhũ tương nhựa đường, tất nhiên ảnh hưởng của nó là một yếu tố rất quan trọng.

Có 3 cách cơ bản qua đó có thể tác động đén sự thay đổi các đặc tính của nhũ tương nhựa đường.

Bằng cách thay đổi phẩm cấp, nồng độ hoặc xuất xứ của nhựa đường;

Bằng cách thay đổi công thức nhũ tương;

Bằng cách thay đổi chủng loại chất tạo nhũ hoặc tỷ lệ chất tạo nhũ trong nhũ tương nhựa đường.

5.1   Làm thế nào để tăng độ nhớt của nhũ tương

Tăng tỷ lệ nhựa đường trong nhũ tương

Việc tăng tỷ lệ nhựa đường trong nhũ tương phải  tuân thủ một số giới hạn, trước hết tăng tỷ lệ nhựa đường sẽ được xem là một giải pháp tốn kém, thứ hai nếu hàm lượng nhựa đường trong nhũ tương đã cao rồi, thì việc tăng một lượng nhỏ nhựa đường có thể làm tăng độ nhớt của nhũ tương lên rất nhiều.

Biến đổi thành phần dung dịch tạo nhũ

Độ nhớt của một nhũ tương nhựa đường phụ thuộc rất nhiều vào các hợp chất trong dung dịch tạo nhũ. Người ta đã chứng minh được rằng độ nhớt có thể được tăng lên bằng cách giảm hàm lượng axit, tăng hàm lượng chất  tạo nhũ tương hoặc bằng cách tăng tỷ lệ trung hòa giữa hàm lượng axit và amin.

Tăng tốc độ bơm các thành phần cấu thành nhũ tương vào máy trộn

Bằng cách tăng lưu lượng bơm các hợp chất vào máy trộn, sự phân bố cỡ hạt của nhũ tương sẽ bị thay đổi, khi nhựa đường chiếm tỷ lệ 65% trong nhũ tương, độ nhớt của nhũ tương nhựa đường phụ thuộc mạnh vào lưu lượng bơm các thành phần cấu thành nhũ tương vào máy trộn. Tuy nhiên đối với nhũ tương có tỷ lệ nhựa đường lớn hơn 65%, các hạt nhựa đường được sắp xếp khá sít nhau, gây ra một sự thay đổi trong sự phân bố cỡ hạt bằng sự thay đổi lưu lượng, đã tác động đáng kể đến độ nhớt của nhũ tương.

Giảm độ nhớt của nhũ tương

Nếu giảm độ nhớt của nhựa đường xuống, khi nhựa đường được bơm vào thiết bị trộn sẽ làm giảm kích thước của phân tử nhũ tương, do đó có xu hướng làm tăng độ nhớt của nhũ tương.

5.2   Làm thế nào để giảm độ nhớt của nhũ tương

Giảm tỷ lệ nhựa đường trong  nhũ tương

Kỹ thuật này chỉ được thực hiện bằng cách khống chế tỷ lệ nhựa đường trong nhũ tương. Đối với nhũ tương có tỷ lệ nhựa đường nhỏ hơn 60%, tác động của biện pháp này tương đối nhỏ. Tuy nhiên không thể hạ tỷ lệ nhựa đường trong nhũ tương xuống mức thấp hơn mức tối thiểu.

Biến đổi công thức nhũ hóa

Để giảm độ nhớt của nhũ tương, hoặc phải tăng hàm lượng axit hoặc giảm hàm lượng amin. Tuy vậy phải lưu ý rằng các đặc tính khác của nhũ tương phụ thuộc rất nhiều vào các hợp chất cấu thành dung dịch tạo nhũ.

Tăng lưu lượng bơm các hợp chất vào máy trộn

Đây là quá trình đảo của nguyên lý tăng độ nhớt của nhũ tương.

5.3   Làm thế nào để thay đổi tốc độ phá vỡ cấu trúc của nhũ tương

Tốc độ phá vỡ cấu trúc của nhũ tương phụ thuộc chặt chẽ vào chủng loại và kích thước hạt cốt liệu. Tuy vậy, tốc độ phá vỡ cấu trúc của nhũ tương có thể được cải tạo bằng cách:

Cải biến tổng hợp làm dung dịch tạo nhũ

Thực tế đã chứng minh rằng tốc độ phá vỡ cấu trúc của nhũ tương sẽ tăng lên nếu ta giảm hàm lượng axit, tăng hàm lượng chất nhũ hóa hoặc bằng việc giảm tỷ lệ giữa hàm lượng axit và chất nhũ hóa trong nhũ tương.

Tăng hàm lượng nhựa đường

Tăng hàm lượng nhựa đường trong nhũ tương nhựa đường làm cho tốc độ phá vỡ cấu trúc của nhũ tương tăng lên, mức độ tác động phụ thuộc vào hợp chất làm dung dịch tạo nhũ.

Thêm các chất phân tách

Việc sử dụng các chất phân tách có thể thúc đẩy tốc độ phá vỡ cấu trúc của nhũ tương. Đối với các nhũ tương nhựa đường dùng để láng nhựa mặt đường, có thể phun một hóa chất thúc đẩy phá vỡ cấu trúc của nhũ tương ngay sau khi phun nhũ tương trên mặt đường. Thông thường cách hóa chất tách phân là những chất lưỡng tính. Đối với các nhũ tương được sử dụng trong sản xuất hỗn hợp đá – nhựa nguội có thể rắc vôi vào đá dăm trước khi trộn. Các chất thúc đẩy  tốc độ phá vỡ cấu trúc của nhũ tương thường có vai trò kép bởi vì chúng cũng có thể nâng cao độ bám dính giữa cốt liệu và nhựa đường.

Các yếu tố khác

Một số yếu tố khác cũng có thể ảnh hưởng đến tốc độ phá vỡ cấu trúc của nhũ tương và có thể được tóm tắt như sau:

Chủng loại chất nhũ hóa

Kích thước và sự phân bố các hạt nhũ tương khi phun trên mặt đường; cỡ hạt càng mịn độ phân tán càng nhỏ thì tốc độ phá vỡ cấu trúc của nhũ tương càng chậm.

Nhiệt độ: nhiệt độ môi trường nơi thi công càng cao thì tốc độ phá vỡ cấu trúc của nhũ tương càng nhanh.

5.4   Làm thế nào để tác động đến độ ổn định của nhũ tương trong quá trình tồn chứa

Thông thường, bất kỳ một thiếu sót nào có liên quan đến độ ổn định của một nhũ tương cũng sẽ dẫn đến hiện tượng lắng trong quá trình tồn chứa nhũ tương. Có thể dẫn ra một số nguyên nhân sau đây:

Nhựa đường có trọng lượng riêng cao

Nhựa đường có trọng lượng riêng cao sẽ có xu hướng lắng đọng khi được hóa nhũ, quá trình này có thể được khắc phục bằng cách:

Làm giảm trọng lượng riêng của nhựa đường bằng cách cho thêm dầu hỏa lỏng trước khi sản xuất nhũ tương, tuy nhiên diều này sẽ làm tăng độ nhớt cuả nhũ tương có thể làm giảm độ nhớt cảu chất kết dính trên mặt đường. Có thể làm tăng trọng lượng riêng của dung dịch tạo nhũ tương bằng cách cho thêm muối như canxi chlorua vào dung dịch tạo nhũ.

Nhũ tương có độ nhớt thấp

Nhũ tương có độ nhớt thấp có xu hướng lắng động hơn là các nhũ tương có độ nhớt cao, bởi vì các hạt có khả năng di chuyển tự do hơn. Độ ổn định của nhũ tương trong quá trình tồn chứa có thể được nâng lên bằng cách tăng độ nhớt như đã nêu ở trên. Tăng hàm lượng chất nhũ hóa cũng sẽ làm giảm tỷ lệ lắng động.

Hàm lượng chất điện phân của nhựa đường

Sự có mặt của các cation trong nhựa đường có thể làm giảm độ ổn định của nhũ tương nhựa đường trong quá trình tồn chứa. Trong các nhũ tương cation, một nồng độ natri cao trong nhựa đường có thể tác động đến quá trình phá vỡ cấu trúc nhũ tương trong thời gian tồn chứa. Có thể chống lại điều này bằng cách cho thêm một muối vào dung dịch tạo nhũ.

Thành phần hạt trong nhũ tương

Các nhũ tương nhựa đường có cỡ hạt đa dạng thường bị lắng nhiều hơn các nhũ tương có thành phần hạt đồng đều. Điều này do các hạt lớn lắng xuống nhanh hơn do lực đẩy của các hạt. Do đó, các nhũ tương có thành phần hạt với kích thước tương đối đồng đều thường ổn định hơn trong bảo quản.

5.5   Làm thế nào để thay đổi thành phần kích thước hạt của một nhũ tương

Thành phần kích thước giọt nhũ tương phụ thuộc vào sức căng bề mặt giữa thành phần nhựa đường và phần lỏng tức dung dịch tạo nhũ (sức căng bề mặt càng thấp thì nhựa đường phân tán càng dễ) và năng lượng được sử dụng trong việc phân tán, cắt nhựa đường thành các hạt trong dung dịch nhũ tương nhựa đường. Với cùng một năng lượng cơ học, các nhựa đường có độ cứng cao hơn sẽ tạo ra một dung dịch nhũ tương nhựa đường có kích thước hạt lớn hơn, trong khi đó nhựa đường cutback hoặc nhựa đường có độ kim lún cao hơn, mềm hơn sẽ tạo ra nhũ tương có hạt nhỏ hơn, mịn hơn. Người ta có thể tác động đến kích cỡ và mật độ hạt trong nhũ tương, để tạo ra một sản phẩm nhũ tương có cỡ hạt mịn và các hạt kích cỡ đồng đều hơn.

Cho thêm axit vào nhựa đường

Đối với các loại nhựa đường không có thành phần axit, một điều quan trọng là phải cho thêm axit naphthenic vào nhựa đường nếu muốn sản xuất ra nhũ tương nhựa đường anion. Axit phản ứng với kiềm trong dung dịch tạo nhũ để tạo ra xà phòng, một hợp chất có hoạt tính bề mặt và như thế sẽ tạo sự ổn định trong quá trình phân tán nhựa đường trong nhũ tương.

Thêm axit naphthenic làm cho kích thước trung bình của hạt nhựa đường trong nhũ tương nhỏ đi mà không làm thay đổi sự phân bố hạt trong nhũ tương. Hơn nữa, diện tích bề mặt riêng của nhũ tương nhựa đường được tăng lên, kết quả là lượng chất tạo nhũ được các hạt nhựa đường hấp thụ gia tăng. Điều này làm giảm nồng độ chất nhũ hóa trong dung dịch tạo nhũ và làm tăng tốc độ phá vỡ cấu trúc nhũ tương khi trộn với cốt liệu.

Các điều kiện sản xuất

Các điều kiện sản xuất ảnh hưởng rất lớn đến thành phần hạt của nhũ tương, cụ thể là:

Nhiệt độ: Tăng nhiệt độ trong dung dịch tạo nhũ hoặc nhiệt độ của nhựa đường có nghĩa là giảm độ nhớt của nhũ tương, qua đó làm tăng cỡ hạt trung bình của nhũ tương.

Tỷ lệ nhựa đường: Tăng tỷ lệ nhựa đường trong nhũ tương là làm tăng cỡ hạt trung bình và có xu hướng làm giảm sự khác biệt về cỡ hạt, tức là nhũ tương có cỡ hạt đều hơn.

Hợp chất làm dung dịch tạo nhũ: Để sản xuất được các nhũ tương cation với axit chlohydric và một chất nhũ hóa amin, kích thước hạt có thể được giảm bằng cách tăng tỷ lệ axit hoặc tỷ lệ chất tạo nhũ. Nếu tỷ lệ axit đối với amin không đổi, ta vẫn có thể làm giảm kích thước hạt nằng cách tăng thành phần amin/axit; dường như sự khác biệt về kích cỡ hạt không liên quan đến nồng độ của hai thành phần nêu trên.

Điều kiện kỹ thuật của máy trộn chế nhũ tương nhựa đường như tốc độ quay của máy, khe hở giữa rotor và stator có ảnh hưởng mạnh mẽ đến kích cỡ và thành phần hạt của nhũ tương; một máy trộn có khe hở nhỏ sẽ tạo ra các hạt có kích thước nhỏ, với phạm vi khác biệt kích thước hạt tương đối nhỏ; tốc độ quay cao sẽ tạo ra kích thước hạt nhỏ.

Trên đây là các nhân tố ảnh hưởng đến các đặt tính của nhũ tương và một số phương pháp lựa chọn để các nhà sản xuất nhũ tương có thể điều chỉnh các đặc tính của nhũ tương. Tuy nhiên, thực tế là không thể điều chỉnh một đặc tính nào đó của nhũ tương mà không ảnh hưởng đến các đặc tính khác của nó. Đây là quan hệ tương hỗ giữa các đặt tính của nhũ tương nhựa đường.

6   Các công dụng của nhũ tương nhựa đường

Đại đa số nhũ tương bitum được sử dụng để láng mặt đường, nhưng tính đa dạng làm cho chúng phù hợp với rất nhiều công dụng khác nhau, từ rải đường đến gắn các chậu hoa làm bằng than bùn.

6.1   Nhũ tương nhựa đường  trong hỗn hợp rải đường

Hỗn hợp nhựa đường-cốt liệu được sản xuất với nhũ tương nhựa đường đã được sử dụng ở Pháp từ thập kỷ 1950 và ngày nay hàng năm người ta sử dụng tới hơn một triệu tấn hỗn hợp nhũ tương nhựa đường-cốt liệu để rải đường. Chủng loại hỗn hợp chủ yếu là đá nhựa nhũ tương được sử dụng để làm lớp móng trên của đường bộ. Tuy nhiên, một số loại hỗn hợp được sản xuất từ nhũ tương nhựa đường dành cho rải lớp mỏng trên mặt đường và lớp móng trên cũng đã được áp dụng thành công.

Một vấn đề khi sử dụng nhũ tương nhựa đường trong hỗn hợp làm đường là cần tạo ra độ rỗng tương đối cao để nước có thể thoát nhanh trong quá trình đầm nén và khi con đường đã đi vào hoạt động. Hơn nữa, độ bền của mặt đường được gia công với hỗn hợp nhũ tương-cốt liệu đường hình thành tương đối chậm. Vì cả hai lý do này mà các hỗn hợp nhũ tương-cốt liệu chỉ phù hợp với các con đường chịu tải trọng nhỏ. Do vậy, loại vật liệu này chỉ được sử dụng rất hạn chế ở Vương quốc Anh.

Trước đây, các hỗn hợp đá nhựa đông kết chậm hoặc được sản xuất với việc sử dụng một phẩm nhựa đường lỏng với nhiều loại dầu pha khác nhau. Các vật liệu này chủ yếu được sử dụng cho việc duy tu, sữa chữa đường. Sự phát triển của các nhũ tương phủ cốt liệu  đã tạo ra một số loại hỗn hợp nhũ tương-cốt liệu dùng cho những mục đích đặc thù trong xây dựng đường giao thông.

Một số ứng dụng khác của nhũ tương nhựa đường trong hỗn hợp làm đường là khôi phục mặt đường theo phương pháp trộn nguội tại chỗ. Người ta dùng máy làm đường liên hợp bóc lớp mặt đường, rồi nghiền lớp mặt đường mới bóc thành các hạt cốt liệu theo kích thước yêu cầu và sàng lọc để loại bỏ các hạt không đúng kích thước. Sau đó cốt liệu tái chế được phun một lớp nhũ tương, sau mỗi lần phun nhũ tương người ta lại dùng thiết bị đảo lớp cốt liệu để nhũ tương bám dính đều với cốt liệu. Qúa trình phun và đảo lặp khoảng từ 2 đến 3 lần. Tiếp theo người ta dùng xe lu trọng lượng 8-10 tấn để đầm nén lớp nhũ tương-cốt liệu và cuối cùng mặt đường được láng một lớp hỗn hợp mịn chống thấm.

Nhũ tương nhựa đường cũng được sử dụng làm lớp dính bám. Đó là một kỹ thuật được áp dụng để đảm bảo sự liên kết bám dính giữa các lớp của mặt đường .

6.2   Các ứng dụng khác của nhũ tương nhựa đường

Nhũ tương nhựa đường được sử dụng rộng rãi không chỉ trong xây dựng đường bộ, mà còn được sử dụng trong các lĩnh vực khác như trong xây dựng dân dụng, làm vườn và nông nghiệp. Dưới đây là một số ví dụ, tuy chưa đầy đủ, chứng minh sự đa dạng của việc ứng dụng nhũ tương nhựa đường trong nhiều lĩnh vực khác nhau.

6.2.1   Sử dụng để làm ổn định đất

Lớp đất mặt mới đắp ở đường đê bao hay đất nông nghiệp được cày xới rất dễ bị rửa trôi bề mặt hoặc sụt lở. Do đó cần làm cho bề mặt đất ổn định bằng chất liên kết hoặc là tạo ra sự ổn định của nền đất bằng cách trồng cây.

Nhũ tương nhựa đường được phun lên bề mặt đất sẽ kết dính lớp đất mặt lại với nhau và giúp cho hạt nảy mầm thuận lợi hơn do:

Giữ được độ ẩm cho đất

Nâng cao khả năng cách nhiệt

Bảo vệ hạt khỏi chim phá hoại và các yếu tố khác

6.2.2   Làm chậu tạm để ươm cây

Chậu ươm cây bằng than bùn dùng làm công cụ tạm để ươm cây được sử dụng phổ biến trong làm vườn. Một trong những đặc tính hấp dẫn của loại chậu này là rễ cây trồng phát triển xuyên qua vách bằng than bùn, do đó rất thuận lợi khi mang cây trồng vào vườn hoặc trồng vào các chậu cứng cố định khác. Trước đây người ta thường gia cố bên ngoài chậu than bùn bằng lưới chất dẻo để chống vỡ. Ngày nay nhũ tương bitum được dùng để thay thế lưới nhựa, nó có thể để liên kết với than bùn khá vững chắc đồng thời cho phép chậu than bùn nở ra khi hấp thu nước.

6.2.3   Chống thấm

Nhũ tương nhựa đường được sử dụng  để tạo ra màng chống thấm giữa lớp móng bê tông và phần kết cấu bê tông phía trên của công trình xây dựng, mục đích là giữ được độ chắc của lớp bê tông đang được thi công ở phía trên công trình, ngăn không cho nước ở kết cấu bê tông phía trên thấm xuống kết cấu móng phía dưới. Lớp nhũ tương nhựa đường ngăn không cho móng và kết cấu bê tông phía trên đông kết liền nhau, vì đây là hai lớp bê tông có tuổi khác nhau, cường độ khác nhau, và qua đó ngăn ngừa được tình trạng bê tông phải chịu những tải trọng nội tại bên trong kết cấu.

6.2.4   Lớp phủ bảo vệ

Nhũ tương nhựa đường được sử dụng  để bảo vệ các công trình bê tông, đường ống và các kết cấu kim loại chôn ngầm dưới đất. Để nâng cao đặc tính bám dính của lớp chất liên kết mỏng dạng cong, người ta thường sử dụng nhũ tương nhựa đường cải tiến bằng mủ cao su.

6.2.5   Trám khe hở và thấm nhập

Nhũ tương nhựa đường, thường dùng loại có chứa mủ cao su, là loại vật liệu tương đôí rẻ và hiệu quả để chèn các khe hở trong các vật liệu gia cố nhựa đường để ngăn nước xâm nhập vào bên trong các lớp cấu trúc của mặt đường. Điều quan trọng là các khe hỡ cần phải được sử lý càng sớm càng tốt để hạn chế thiệt hại, đặc biệt ở các vùng có lượng mưa cao hay trong mùa đông khi chu kỳ đóng băng, tan băng, nước trong các khe hở có thể dãn nở dẫn đến việc công trình bị hủy hoại nhanh chóng.

Thấm nhập là một quá trình liên quan đến việc xây dựng hoặc ổn định lớp mặt đường và hè đường nơi nhũ tương được sử dụng để đầm khô hay chèn cốt liệu. Độ nhớt thấm cho phép nhũ tương nhựa đường thấm sâu qua khe hở của cốt liệu. Kỹ thuật này liên quan đến việc xây dựng một tầng mặt đường kết hợp lớp mặt và lớp móng với độ dày 50-75mm hoặc 100mm với cả 2 lớp.

Các loại nhũ tương phù hợp cho các ứng dụng khác nhau được liệt kê dưới đây:

                        Láng mặt đường                                       -                 K1-70, K1-60

                        Lớp tạo kết dính                                        -                 K1-40, K2-40

                        Bê tông đúc nguội                                     -                 K3-60

                        Đá nhựa hở                                               -                 K2-60, K2-70

                        Khôi phục mặt đường                               -                 K2-60

                        Phun mù                                                    -                 K1-40, K2-40

                        Bảo dưỡng bê tông                                   -                 K1-40, K2-40

QUI TRÌNH SỬ DỤNG NHŨ TƯƠNG NHỰA ĐƯỜNG

1. Trước khi rải lớp bê tông nhựa phải làm sạch, khô và bằng phẳng mặt lớp móng (hoặc mặt đường cũ), xử lý độ dốc ngang theo đúng yêu cầu thiết kế.

2. Các công việc sửa chữa chỗ lồi lõm, và ổ gà, bù vênh mặt đường cũ, nếu dùng hỗn hợp đá nhựa rải nguội hoặc bê tông nhựa rải nguội phải tiến hành trước khi rải lớp bê tông nhựa nóng không ít hơn 15 ngày. Nếu dùng hỗn hợp đá nhựa rải nóng hoặc bê tông nhựa nóng thì cần đầm lèn chặt ngay trước khi thi công lớp bê tông nhựa.

3. Chỉ cho phép rải lớp bê tông nhựa khí cao độ mặt lớp móng, độ bằng phẳng, độ dốc ngang độ dốc dọc có sai số nằm trong phạm vi cho phép.

4. Trước khi rải lớp bê tông nhựa, trên lớp móng hoặc trên lớp mặt đường cũ đã được sửa chữa, làm vệ sinh, phải tưới một lượng nhựa dính bám.

Tùy theo loại móng và trạng thái mà lượng nhựa dính bám thay đổi từ: 0.8 - 1.3 1ít/m2. Dùng nhựa lỏng tốc độ đông đặc nhanh hoặc đông đăc vừa (RC – 70; MC -70) hoặc dùng nhũ tương cationic phân tích chậm (CSS – 1h), hoặc nhũ tương anionic phân tích chậm (SS – 1).

Trên các lớp móng có dùng nhựa (thấm nhập nhựa, láng nhựa…) vừa mới thi công xong hoặc trên lớp bê tông nhựa thứ nhất vừa mới rải xong, sạch và khô ráo thì chỉ cần tưới lượng nhựa lỏng RC-70 hoặc MC-250 hoặc nhũ tương CSS-1h hoặc SS-1h từ 0.2-0.5 lít hỗn hợp/m2; hoặc nhựa đặc 60/70 pha dầu hỏa theo tỷ lệ dầu hỏa trên nhựa đặc là 25/100 (theo trọng lượng) tưới ở nhiệt độ nhựa 1100C ± 100C.

5. Phải định vị trí và cao độ rải ở hai mép mặt đường đúng với thiết kế. Kiểm tra cao độ bằng máy cao đạc

Khi có đá vỉa hè 2 bên cần đánh dấu độ cao rải và quét lớp nhựa lỏng (hoặc nhũ tương) ở thành đá vỉa.

6. Khi dùng máy rải có bộ phận tự động điều chỉnh cao độ lúc rải, cần chuẩn bị cẩn thận các đường chuẩn (hoặc căng dây chuẩn thật thẳng, thật căng dọc theo mép mặt đường và dải sẽ rải, hoặc đặt thanh dầm làm đường chuẩn, sau khi đã cao đạc chính xác dọc theo mép mặt đường và mép của của dải sẽ rải). Kiểm tra cao độ bằng máy cao đạc.

ÁP DỤNG NHỰA ĐƯỜNG POLIMER THAY THẾ NHỰA ĐƯỜNG 60/70 TRONG SỬA CHỮA HẰN LÚN MẶT ĐƯỜNG CAO TỐC NỘI BÀI - LÀO CAI

Bộ GTVT đồng ý về nguyên tắc cho phép áp dụng nhựa đường Polimer thay thế nhựa đường 60/70 hoặc bổ sung các phụ gia chống hằn lún vào cấp phối bê tông nhựa 60/70.

Vệt lún trên cao tốc Hà Nội -Lào Cai

Trên cơ sở ý kiến của Vụ KHĐT về việc đề xuất công tác sửa chữa hằn lún vệt bánh xe mặt đường dự án đường cao tốc Nội Bài - Lào Cai của Tổng Công ty Đầu tư phát triển đường cao tốc Việt Nam (VEC). Bộ GTVT đã có văn bản chấp thuận chủ trương xử lý sửa chữa hằn lún vệt bánh xe mặt đường dự án đường cao tốc Nội Bài - Lào Cai.

Cụ thể, Bộ GTVT đồng ý về nguyên tắc cho phép áp dụng nhựa đường Polimer thay thế nhựa đường 60/70 hoặc bổ sung các phụ gia chống hằn lún vào cấp phối bê tông nhựa 60/70 nhằm sửa chữa các vị trí hằn lún vệt bánh xe mặt đường dự án đường cao tốc Nội Bài - Lào Cai theo các hướng dẫn của Bộ về sửa chữa hằn lún. 

Đồng thời, Bộ yêu cầu VEC nghiên cứu, so sánh, lựa chọn giải pháp phù hợp nhằm đảm bảo chất lượng, hiệu quả kinh tế, giải quyết triệt để vấn đề hằn lún vệt bánh xe trên tuyến. Ngoài ra, để đảm bảo chất lượng sửa chữa, yêu cầu VEC thực hiện nghiêm theo chỉ đạo của Bộ GTVT.

Trong đó, Bộ yêu cầu thiết kế lại cấp phối bê tông nhựa, đồng thời cập nhật, điều chỉnh khung tiêu chuẩn và chỉ dẫn kỹ thuật thi công - nghiệm thu của dự án làm cơ sở kiểm tra, giám sát trong quá trình thi công; triển khai thi công thí điểm đảm bảo yêu cầu kỹ thuật, chất lượng trước khi triển khai thi công đại trà. 

Chỉ đạo Tư vấn giám sát và các Nhà thầu thi công kiểm soát chặt chẽ chất lượng thi công tại tất cả các khâu từ chuẩn bị vật liệu, máy móc, thiết bị thi công đến việc sản xuất, rải và lu lèn, bảo dưỡng các lớp bê tông nhựa theo đúng các quy trình, quy phạm hiện hành và các Văn bản chỉ đạo của Bộ Giao thông vận tải. 

Bộ chấp thuận điều chỉnh thời hạn hoàn hoàn thành công tác sửa chữa hằn lún vệt bánh xe đến ngày 30/10/2015. Yêu cầu VEC lập tiến độ tổng thể và chi tiết cho từng đoạn sửa chữa làm cơ sở theo dõi, chỉ đạo thi công đảm bảo tiến độ yêu cầu. Đến thời hạn trên mà VEC vẫn chưa hoàn thành công tác sửa chữa, yêu cầu VEC dừng thu phí tuyến cao tốc Nội Bài - Lào Cai cho đến khi sửa chữa, khắc phục xong hoàn toàn các hư hỏng, đảm bảo an toàn giao thông mới được tiếp tục thu phí, đồng thời có văn bản báo cáo Bộ GTVT để xin ý kiến chỉ đạo.

Hiện nay, dự án đang trong giai đoạn bảo hành công trình. Bộ yêu cầu VEC chỉ đạo nhà thầu khẩn trương sửa chữa, khắc phục hư hỏng hằn lún vệt bánh xe theo đúng các điều khoản quy định trong hợp đồng đã ký với Chủ đầu tư. Kinh phí thực hiện thuộc trách nhiệm bảo hành của Nhà thầu (không sử dụng kinh phí của dự án) và Nhà thầu phải thực hiện cam kết bảo hành theo quy định.

Sự giống và khác nhau về vật liệu, công nghệ thi công giữa thấm nhập nhựa và láng nhựa

1. Vật liệu:

+) Giống nhau: đểu sử dụng đá có cường độ cao và nhựa hoặc nhũ tương

+) Khác nhau:

*) Láng nhựa: sử dụng đá có kích thước đổng đều, kích cỡ nhỏ từ 5-20mm

*) Thấm nhập nhựa: sử dụng nhiều loại đá có kích thước khác nhau như 40­60mm, 20-40mm, 10-20mm, 5-15mm

2. Công nghệ thi công:

+) Giống nhau: đều kết hợp được cường độ của đá dăm và lực ma sát giữa nhựa và đá để tạo nên cường độ cho kết cấu thông qua việc cho nhựa chèn vào khoang trống giữa các viên đá

+) Khác nhau:

*) Láng nhựa: tưới nhựa trước -» rải đá — lu lèn

*) Thấm nhập nhựa: rải đá — lu lèn — tưới nhựa

+ Về sự khác biệt của mặt đường đá dăm láng nhựa và đá dăm thấm nhập nhựa

(Mặt đường đá dăm láng nhựa là mặt đường đá dăm đã được lu lèn chặt, rải đá chèn cho lọt xuống khe, bề mặt kín (rải đến 3 cỡ đá chèn: 20x40,10x20, 5x10) lúc ấy mới tưới nhựa, rải đá con và lu lèn (làm lớp láng nhựa trên bề mặt).

Mặt đường đá dăm thấm nhập nhựa: đá dăm cơ bản (40x60 hoặc 20x40) khi đã lu chặt sẽ được tưới nhựa thấm nhập vào lớp đá dăm cớ bản, rải đá chèn cho lọt xuống xuống khe và lu lèn (tưới nhựa và rải đá chèn 2 đến 3 lẩn).

+ Láng nhựa: xử lý bề mặt bằng nhựa.

Là một lớp bảo vệ không cho nước thấm xuống mặt đường. Cấu tạo: tưới nhựa từng lớp trên bề mặt đường rồi rải đá lèn ẹp

* Thấm nhập nhựa: Cấu tạo bằng  lớp đá dăm (thường 4x6cm) được lu lèn rồi tiến hành tưới nhựa đến hết (4,5-6cm).

Vai trò của nhựa: một phẩn bọc các viên đá dăm làm tăng sự bám dinh giữa các viên đá, một phần lấp các lỗ rỗng giữa các viên đá.

Cường độ được hình thành chủ yếu dựa vào tác dụng của ma sát, chèn móc giữa các viên đá, nhựa có tác dụng dính bám và ổn định đá dăm.

Hướng dẫn thi công vật liệu Carbon Asphalt trên nền cấp phối đá dăm loại 1

Vật liệu Carboncor Asphalt sử dụng 3 thành phần: đá, sít than sau sàng (rác than) cùng với nhũ tương đặc biệt. Liên kết dính bám và hình thành cường độ của Carboncor Asphalt được hình thành do phản ứng hóa học dưới tác dụng của nhũ tương đặc biệt và nguyên tử Carbon trong rác than, liên kết hóa học này làm cho vật liệu Carboncor Asphalt liên kết thành một khối bền vững với nền đường

                                                  

DỰ ÁN CAO TỐC HÀ NỘI – HẢI PHÒNG: SỬ DỤNG NHỰA ĐƯỜNG CÓ ĐỘ KIM LÚN 40-50 ĐỂ THI CÔNG PHẦN BTN CÒN LẠI

Bộ GTVT vừa có văn bản chỉ đạo sử dụng nhựa đường có độ kim lún 40-50 để thi công phần bê tông nhựa còn lại tại Dự án đường ô tô cao tốc Hà Nội – Hải Phòng.

                                                                 Cao tốc Hà Nội - Hải Phòng

Công văn nêu rõ, theo cơ chế tại Quyết định số 1621/QĐ-TTg ngày 29/11/2007 của Thủ tướng Chính phủ về một số cơ chế, chính sách thí điểm đầu tư Dự án đường ô tô cao tốc Hà Nội – Hải Phòng; Quyết định số 938/QĐ-TTg ngày 01/7/2009 của Thủ tướng Chính phủ về việc sửa đổi bổ sung một số điều của Quyết định số 1621/QĐ-TTg ngày 29/11/2007, Tổng công ty Phát triển hạ tầng và đầu tư tài chính Việt Nam (VIDIFI) là cấp quyết định đầu tư, Chủ đầu tư dự án, do đó việc lựa chọn loại kết cấu mặt đường, vật liệu nhựa để đảm bảo yêu cầu kỹ thuật, hiệu quả kinh tế thuộc trách nhiệm của VIDIFI; lưu ý kết cấu phải đảm bảo cường độ mặt đường (Eyc) và kinh phí xây dựng không vượt quá chi phí kết cấu đã được phê duyệt.

Trong quá trình sử dụng nhựa đường có độ kim lún 40-50, Bộ yêu cầu VIDIFI chỉ đạo Tư vấn, Nhà thầu và các đơn vị liên quan tuân thủ các chỉ tiêu kỹ thuật quy định trong tiêu chuẩn TCVN 7493:05 Bitum - Yêu cầu kỹ thuật và Thông tư số 27/2014/TT-BGTVT ngày 28/7/2014 của Bộ Giao thông vận tải quy định về quản lý chất lượng vật liệu nhựa đường sử dụng trong xây dựng chất lượng công trình giao thông.

Đồng thời, Bộ yêu cầu VIDIFI  lựa chọn các đơn vị cung ứng nhựa đường có hệ thống quản lý chất lượng theo TCVN ISO 9001:2008, có hệ thống kho bãi, bồn chứa (tối thiểu phải có hai bồn chứa để tránh việc sử dụng chung cho hai loại nhựa 60-70 và 40-50 trong cùng một bồn), phương tiện vận chuyển, quy trình tồn trữ, bảo quản và vận chuyển nhựa đường theo quy định.

Về thi công và nghiệm thu: hiện nay tiêu chuẩn TCVN 8819:2011 “Mặt đường bê tông nhựa nóng – Yêu cầu thi công và nghiệm thu”, TCVN 8820:2011 “Hỗn hợp bê tông nhựa nóng – Thiết kế theo phương pháp Marshall” và Quyết định 858/QĐ-BGTVT ngày 26/3/2014 của Bộ Giao thông vận tải đã có các quy định về thiết kế và thi công hỗn hợp bê tông nhựa sử dụng nhựa đường 40-50. Tuy nhiên, các đơn vị thi công chưa thiết kế, thi công nhiều đối với loại nhựa đường 40-50, do đó trong quá trình triển khai thực hiện cần tiến hành thiết kế và thi công thí điểm để theo dõi, đánh giá và hoàn thiện công nghệ làm cơ sở xây dựng Chỉ dẫn kỹ thuật thi công, nghiệm thu và tiến hành thi công đại trà tại dự án.

PHÂN BIỆT CHẤT LƯỢNG NHỰA ĐƯỜNG

Nhựa đường (bitum) là vật liệu chính để sản xuất bê tông nhựa đường hoặc dùng phun tưới bán thâm nhập trong xây dựng mặt đường bộ cho các công trình xây dựng giao thông. Trong sản xuất bê tông nhựa nóng, nhựa đường chỉ có khoảng 5% về khối lượng nhưng chiếm đến 80% giá thành của 1m3 bê tông nhựa đường. Do vậy, chất lượng nhựa đường quyết định đến chất lượng của mặt đường nhựa và là yếu tố quan trọng ảnh hưởng đến chi phí và lợi nhuận của Chủ đầu tư và Nhà thầu thi công.

Sử dụng loại nhựa đường nào để công trình đạt chất lượng và tiết giảm chi phí là vấn đề nóng trong ngành xây dựng giao thông, đặc biệt là hiện tượng hằn lún vệt bánh xe liên tục xảy ra trong các công trình xây dựng cầu đường hiện nay.

Công tác giám sát chất lượng vật liệu nhựa đường

      Các đơn vị liên quan trong xây dựng công trình giao thông luôn trăn trở về mối quan hệ giữa chất lượng nhựa đường và bài toán chi phí. Bất cứ đơn vị liên quan nào cũng gắn chặt uy tín của mình vào chất lượng công trình, từ lúc khởi công xây dựng đến nghiệm thu, bảo hành công trình và nhiều năm sử dụng công trình sau đó. Các cơ quan chức năng trong ngành giao thông vận tải, các Chủ đầu tư, Ban Quản lý dự án đều kiên quyết loại nhựa đường kém chất lượng ra khỏi công trường để đảm bảo chất lượng công trình giao thông. Các đơn vị tư vấn thiết kế đưa vào hồ sơ thiết kế loại vật liệu nhựa đường phù hợp tiêu chuẩn kỹ thuật, chủng loại; có bao bì ghi nhãn mác và nguồn gốc xuất xứ một các rõ ràng nhằm tránh việc gian lận khối lượng, tráo đổi nhãn mác, nhập nhằng xuất xứ nguồn gốc làm ảnh hưởng đến chất lượng công trình. Các đơn vị tư vấn giám sát kiểm tra nghiêm ngặt hồ sơ lô nhựa đường sẽ đưa vào thi công, kết hợp với đơn vị thí nghiệm tại hiện trường phát hiện các hành vi gian dối, tráo đổi vật liệu (hồ sơ thật - vật liệu giả). Các nhà thầu thi công chỉ nên sử dụng nhựa đường của các nhà phân phối có uy tín và loại nhựa đường có thương hiệu đã được khẳng định chất lượng qua nhiều công trình đã thi công trong nhiều năm qua. Các công ty nhập khẩu trực tiếp, các nhà cung ứng vật liệu nhựa đường phải có năng lực cung ứng, vận chuyển, bảo quản nhựa đường; cung cấp nhựa đường có nhãn mác bao bì xuất xứ rõ ràng, đảm bảo đủ trọng lượng và chất lượng cao.

Đã xảy ra nhiều công trình giao thông sử dụng nhựa đường kém chất lượng, nhựa đường giá rẻ, nhựa đường xuất xứ không rõ ràng, nhựa đường không đảm bảo các chỉ tiêu kỹ thuật trong thời gian qua. Các cơ quan chức năng đã và đang vào cuộc để điều tra xử lý và đề nghị truy tố các hành vi gian lận khối lượng, tráo đổi nhãn mác và xuất xứ hàng hóa, gian lận thương mại... trong việc sử dụng nhựa đường để xây dựng công trình giao thông. Nhiều nhà thầu thi công đã phải thiệt hại hàng tỷ đồng để thi công lại nhiều con đường không đạt yêu cầu về chất lượng. Nhiều cuộc hội thảo về hiện tượng hằn lún vệt bánh xe đã được tổ chức với sự tham dự của các chuyên gia đầu ngành xây dựng giao thông trong thời gian gần đây.

Các loại nhựa đường hiện nay đang sử dụng

Nhựa đường Iran

Nhựa đường Shell

Nhựa đường (bitum hay bitumen) là sản phẩm cuối cùng trong quá trình chưng cất dầu thô, dùng để sử dụng trong xây dựng mặt đường bộ của công trình giao thông. Hiện nay Việt Nam nhập khẩu 100% nhựa đường từ Singapore, Trung Quốc, Thái Lan, Hàn Quốc, Malaysia, Iran và các nước Trung Đông.... Trong vài năm tới sẽ có thêm sản phẩm nhựa đường mới khi Nhà máy lọc dầu Dung Quất chế biến dầu thô nhập khẩu từ Trung Đông.

Có nhiều loại nhựa đường khác nhau nhưng chỉ có loại nhựa đường có độ kim lún (Penetration) từ 60 đến 70 (thường gọi là nhựa đường 60/70) là phù hợp điều kiện thời tiết, khí hậu và thổ nhưỡng của Việt Nam. Nhựa đường nhập khẩu hiện nay có 2 loại: nhựa đường đặc đóng phuy và nhựa đường đặc nóng.

+ Nhựa đường đặc đóng phuy có 2 loại: đóng phuy tại nước ngoài và đóng phuy tại Việt Nam. Đóng phuy tại nước ngoài có nhãn mác rõ ràng, trọng lượng nhựa đường không thay đổi 154kg/phuy có nhựa đường Shell 60/70 Singapore. Nhựa đường Caltex, nhựa đường Esso Mobile đóng phuy tại Singapore đã không còn nhập khẩu về Việt Nam nhiều năm nay do thay đổi chính sách phân phối của nhà sản xuất (gần đây đã xuất hiện nhựa đường đóng phuy tại Trung Đông nhái các nhãn hiệu này). Nhựa đường đóng phuy tại Việt Nam hiện nay chủ yếu do Công ty Nhựa đường Petrolimex nhập khẩu và đóng phuy tại huyện Nhà Bè, TP.HCM.......... với trọng lượng tịnh 190kg/phuy, trọng lượng cả bì: 200kg/phuy. Ngoài ra, cũng có một số nhà phân phối nhựa đường đầu tư máy móc và đóng phuy nhựa đường tại Việt Nam nhưng chất lượng và thương hiệu chưa được khẳng định trên thị trường.

+ Nhựa đường đặc nóng được nhập khẩu về Việt Nam bằng tàu biển chuyên dụng. Khi tàu cập cảng, nhựa đường được bơm từ tàu lên các bồn chứa tại kho công ty nhập khẩu và luôn giữ nhiệt độ nhựa đường ở 1000C-1500C. Các xe bồn chuyên dụng 10-16 tấn sẽ chuyên chở nhựa đường đặc nóng đến bơm rót vào các trạm trộn bê tông nhựa nóng cho khách hàng. Các trạm bê tông nhựa sẽ trộn nhựa đường với đá, cát, phụ gia... để sản xuất bê tông nhựa nóng phục vụ cho công tác thảm nhựa đường các công trình giao thông. Nhựa đường đặc nóng cũng được nhập khẩu từ nhiều nguồn gốc xuất xứ khác  nhau như Singapore, Trung Quốc, Malaysia, UAE, Iran....

Phân biệt lớp nhựa thấm bám và nhựa dính bám

Phân biệt các lớp Prime Coat, Tack Coat, và Seal Coat theo AASHTO để có những hiểu biết chuẩn xác nhất khi tham gia các dự án quốc tế.

Prime Coat (lớp nhựa thấm bám)

Lớp Prime coat là lớp nhũ tương bitum (bitumen emulsion) có độ nhớt thấp thường được phủ lên các lớp móng dạng hạt (như lớp cấp phối đá dăm). Lớp này là lớp chuẩn bị để trải lớp bê tông nhựa lên mặt móng dạng hạt.

Lớp nhũ tương Prime coat phải thâm nhập được nhanh vài centimét vào lớp móng dạng hạt (hình a). Nếu độ nhớt của nhũ tương lớn hoặc sử dụng loại nhũ tương không đạt yêu cầu làm cho nhũ tương không thể thâm nhập vào đá thì xem như lớp Prime coat không đạt yêu cầu (hình b).

Chức năng của lớp prime coat:

· Làm lớp áo và lớp bám dính cho mặt lớp móng dạng hạt.
· Làm cứng và ổn định bề mặt lớp móng.
· Chống thấm bề mặt móng nhờ lớp nhũ tương thâm nhập len lõi vào các lỗ rỗng của lớp đá.
· Làm tăng mức độ dính bám giữa lớp móng và lớp mặt bê tông nhựa.

Tuỳ theo loại móng và trạng thái mà lượng nhựa lớp prime coat thay đổi từ: 0.8-1.3l/m2. Dùng nhựa lỏng tốc độ đông đặc nhanh hoặc đông đặc vừa (RC-70; MC-70) hoặc dùng nhũ tương cationic phân tích chậm (Cationic Slow Setting Emulsion) loại CSS-1, hoặc nhũ tương anionic phân tích chậm loại SS-1. 
Hoặc có thể dùng nhựa đặc 60/70 pha với dầu hoả theo tỷ lệ dầu hoả trên nhựa đặc là 80/100 (theo trọng lượng) tới ở nhiệt độ nhựa 450C ± 100C. Phải tưới trước độ 4-6h để nhựa lỏng đông đặc lại, hoặc nhũ tương phân tích xong mới được rải lớp bê tông nhựa lên trên. (theo tiêu chuẩn Việt Nam 22 TCN 249-98, điều 5.4.4)
Theo hướng dẫn của AASHTO - Guide Specification for Highway Construction, lớp prime coat được trải ở thời tiết khô trên 10oC, lượng nhựa từ 0.45-2.25 l/m2

Tack Coat là lớp phun mỏng nhũ tương bê tông nhựa loãng để tạo ra lớp dính bám giữa lớp bê tông nhựa với mặt đường hiện hữu hoặc giữa các lớp bê tông nhựa với nhau.

Chức năng của lớp Tack Coat:
· Tăng cường bám dính giữa các lớp
· Tránh hiện tượng trượt giữa hai lớp vật liệu 
· Tăng cường độ của hai lớp vật liệu nhờ sự kết hợp làm việc đồng thời

Lớp Tack coat thường áp dụng trên các lớp móng có dùng nhựa (thấm nhập nhựa, láng nhựa...) vừa mới thi công xong hoặc trên lớp bê tông nhựa thứ nhất vừa mới rải xong, sạch và khô ráo thì chỉ cần tưới lượng nhựa lỏng RC-70 hoặc MC-250 hoặc nhũ tương CSS-1h hoặc SS-1h từ 0.2-0.5l/m2; hoặc nhựa đặc 60/70 pha dầu hoả theo tỷ lệ dầu hoả trên nhựa đặc là 25/100 (theo trọng lượng) tưới ở nhiệt độ nhựa 1100C ±100C. (theo tiêu chuẩn Việt Nam 22 TCN 249-98, điều 5.4.4)

Theo hướng dẫn của AASHTO - Guide Specification for Highway Construction, lớp tack coat được trải ở thời tiết khô hoặc ấm, trước hoàng hôn, bề mặt trải phải khô ráo, lượng nhựa từ 0.15-0.7 l/m2.

ỷ lệ dầu hoả trên nhựa đặc là 25/100 (theo trọng lượng) tưới ở nhiệt độ nhựa 1100C ±100C. (theo tiêu chuẩn Việt Nam 22 TCN 249-98, điều 5.4.4)

Theo hướng dẫn của AASHTO - Guide Specification for Highway Construction, lớp tack coat được trải ở thời tiết khô hoặc ấm, trước hoàng hôn, bề mặt trải phải khô ráo, lượng nhựa từ 0.15-0.7 l/m2.

Đặc tính kỹ thuật nhựa đường lỏng phân tách trung bình - MC

MC là loại nhựa đường lỏng phân tách trung bình được sử dụng trong xây dựng đường xá, sân bay hoặc các ứng dụng trong các công trình giao thông khác. Nhựa đường lỏng được sản xuất ra từ quá trình trộn Nhựa đường đặc 60/70 với dung môi theo tỷ lệ thích hợp. Ở trạng thái tự nhiên, có dạng lỏng màu đen.

MC có thể được sử dụng cho các ứng dụng sau:

- Tưới thấm bám, tưới dính bám

- Làm mặt đường thấm nhập

- Bê tông nhựa nguội

- Làm lớp bảo dưỡng bê tông cầu cạn                                               

- Dùng trong duy tu bảo dưỡng, gia cố đường đất, gia cố đường cấp phối…

Các chỉ tiêu tiêu biểu

Chỉ tiêu	Phương pháp thử	Kết quả
		MC 30	MC 70
Độ nhớt động học ở 60 oC, cSt	ASTM D2170	30 – 60	70 - 140
Nhiệt độ bắt lửa, oC	ASTM D3143	≥ 38	≥ 38
Hàm lượng nước, %	ASTM D95	≤ 0,2	≤ 0,2
Thí nghiệm chưng cất:	ASTM D402
- Chưng cất tới nhiệt độ 225 oC , %		≤ 25	≤ 20
- Chưng cất tới nhiệt độ 260 oC , %		40 -70	20 - 60
- Chưng cất tới nhiệt độ 316 oC , %		75 – 93	65 - 90
Hàm lượng nhựa thu được sau khi chưng cất ở 360 oC,%		≥ 50	≥ 55
Thí nghiệm trên mẫu nhựa sau khi chưng cất
- Độ kim lún ở 25 oC, 5s, 100g, 1/10 mm	ASTM D5	120 - 250	120 - 250
- Độ kéo dài ở 25 oC, cm	ASTM D113	≥ 100	≥ 100
- Lượng hòa tan trong Tricloroethylene, %	ASTM D2042	≥ 99	≥ 99

Bao bì, bảo quản

Dải nhiệt độ được khuyến cáo khi áp dụng sản phẩm Nhựa đường lỏng - MC

Tồn trữ                       10oC - 30oC

Trộn, rải                     70oC - 110oC

-   Nhựa đường lỏng được tồn chứa và vận chuyển bằng các thiết bị chuyên dụng hoặc bằng phuy.

-   Tồn chứa và sử dụng sản phẩm ở nhiệt độ thường tránh tiếp xúc trực tiếp với nguồn nhiệt.

Vấn đề An toàn và sức khỏe

Nhựa đường lỏng MC đạt đầy đủ các tiêu chuẩn về an toàn và sức khỏe trong lĩnh vực công nghiệp, không gây bất cứ nguy cơ nào đáng lưu tâm khi được sử dụng theo chỉ dẫn.