Các đặc tính kỹ thuật và chất lượng của nhựa đường

Ở Vương quốc Anh nhựa đường được sản xuất theo tiêu chuẩn Anh BS 3690. Bốn loại nhựa đường do Shell Bitumen, Vương quốc Anh sản xuất được đặc trưng bởi sự kết hợp giữa độ kim lún, điểm hóa mềm và độ nhớt, cụ thể là:

   Các loại nhựa đường thường phân loại theo độ kim lún     -  Đặc trưng bởi độ kim lún và điểm hóa mềm;

   Các loại nhựa đường cứng hoặc oxy hóa                           -  Đặc trưng bởi điểm hóa mềm và độ kim lún;

   Các loại nhựa đường lỏng cút back                                     - Đặt  trưng bởi độ nhớt.

Ngoài các thử nghiệm nêu trong Bs 3690, Shell Bitumen Vương quốc Anh còn thực hiện một loạt các thử nghiệm khác để đảm bảo rằng chất lượng của nhựa đường luôn luôn được duy trì phù hợp với các tiêu chuẩn kỹ thuật và để đảm bảo sản phẩm hoàn toàn phù hợp với mục đích sử dụng.

3.1   Các loại nhựa đường thường phân loại theo độ kim lún

Các loại nhựa đường đặc trưng bởi độ kim lún được xác định bởi các thí nghiệm về độ kim lún và điểm hóa mềm. Tuy nhiên khi phân loại nhựa đường người ta chỉ đề cập đến độ kim lún của sản phẩm, ví dụ nhựa đường có ký hiệu 100 pen có nghĩa là loại nhựa đường đó có độ kim lún là 100±20 và điểm hóa mềm là 46±5oC. Các loại nhựa đường phân chia theo độ kim lún được chia ra nhiều cấp độ, từ 15 pen đến 450 pen với một phạm vi điểm hóa mềm tương ứng cho mỗi chủng loại. Ngoài độ kim lún và điểm hóa mềm người ta còn áp dụng một số chỉ tiêu kỹ thuật khác như tỷ lệ hòa tan của nhựa đường trong trichlorethylen, tỷ lệ hao hụt khi gia nhiệt. Đối với các loại nhựa đường được sử dụng trong sản xuất asphalt lu nóng rải lớp mặt đường như loại 35 pen, 50 pen, 70 pen, 100 pen và HD 40, có một yêu cầu về hằng số điện môi tối thiểu. Thử nghiệm về hao hụt do gia nhiệt nhằm bảo đảm các thành phần dễ bay hơi trong nhựa đường sẽ không bị tổn thất dưới tác động của nhiệt độ, nếu không nhựa đường sẽ bị cứng hóa một cách nhanh chóng trong quá trình tồn chứa, xử lý và sử dụng khi xây dựng đường. Giá trị giới hạn về tỷ lệ hòa tan trong trichlorethylen nhằm đảm bảo các tạp chất như cacbon (than cốc) và khoáng chất trong nhựa đường ở mức không đáng kể. Trong thí nghiệm về hằng số điện môi (xem chương 3, ảnh 3.1) người ta cho nhựa đường lấp đầy khoảng cách giữa hai phiến trong tụ điện và một điện thế khác nhau sẽ xuất hiện dọc theo hai phiến của tụ điện.

Hằng sô điện môi của nhựa đường là tỷ số của:

Phòng thí nghiệm Nghiên cứu về Đường và Vận tải Anh quốc cho rằng khả năng thích nghi với thời tiết của nhựa đường dưới tác động tổng hòa của bức xạ cực tím của ánh sáng mặt trời, oxy, mưa và dầu, nhiên liệu rơi vãi từ các phương tiện giao thông xuống mặt đường có liên quan đến hằng số điện môi hay hằng số điện dung của nhựa đường.

Hầu hết các loại nhựa đường phân cấp theo độ kim lún đều được sử dụng để làm đường, loại có độ cứng từ 35 - 100 pen sẽ được sử dụng trong sản xuất các loại asphalt có độ cứng đống vai trò nổi trội. Các loại nhựa đường mềm hơn từ 100 – 450 pen được sử dụng để trộn hỗn hợp đá nhựa, loại vật liệu trong đó đặc tính nhớt và kết dính với cốt liệu của nhựa đường khi đầm nén là hai yêu cầu quan trọng nhất.

3.2   Nhựa đường oxy thổi khí

Nhựa đường oxy thổi khí chủ yếu được sử dụng trong công nghiệp sản xuất tấm lợp, lát sàn, ma tít, sơn phủ các loại ống, làm sơn… và được ký hiệu bằng hai chỉ số độ hóa mềm và độ kim lún. Ví dụ nhựa đường 85/40 là nhựa đường oxy thổi khí với điểm hóa mềm 85±5oC và độ kim lún là 40±5, nhựa đường oxy thổi khí cũng phải thỏa mãn các tiêu chuẩn về tỷ lệ hòa tan trong dung môi và hao hụt do gia nhiệt. Điểm hóa mềm của các loại nhựa đường oxy thổi khí thường cao hơn nhiều so với các loại nhựa đường phân cấp theo độ kim lún tương ứng và do đó có tính cảm nhiệt cao có nghĩa là có chỉ số kim lún (PI) của chúng cũng cao hơn nhiều, thường từ +2 đến +8.

3.3   Nhựa đường cứng

Nhựa đường cứng được sử dụng hoàn toàn cho mục đích công nghiệp, như làm than bánh, sơn… nhựa đường cứng cũng được quy định rõ phải được thử nghiệm về độ kim lún và điểm hóa mềm nhưng chúng chỉ được kí hiệu bằng chữ H đứng trước, ví dụ H80/90 là nhựa đường cứng với điểm hóa mềm là 80-90oC với chỉ số kim lún dao động từ 0 đến +2.

3.4   Nhựa đường lỏng cutback

 Nhựa đường lỏng cutback được sản xuất bằng cách trộn nhựa đường 100 pen hay 200 pen với dầu hỏa nhằm tạo ra các loại nhựa đường lỏng thỏa mãn các yêu cầu về độ nhớt nhất định. Ở Vương quốc Anh, nhựa đường lỏng được thử nghiệm và ghi ký hiệu bằng thời gian chảy qua một nhớt kế tiêu chuẩn (STV). Hiện có 3 loại nhựa đường lỏng là: 50, 100, 200 giây. Phần lớn nhựa đường lỏng được dùng để tưới mặt đường, nhưng một phần đáng kể cũng được dùng sản xuất cả hỗn hợp đá nhựa tiêu chuẩn hoặc phi tiêu chuẩn.

Ngoài các chỉ tiêu kỹ thuật về độ nhớt và độ hòa tan, nhựa đường lỏng còn phải thỏa mãn các yêu cầu về tốc độ bay hơi của dung môi và độ kim lún của thành phần nhựa đường còn lại sau khi thi công mặt đường. Hai chỉ tiêu này bảo đảm trong quá trình thi công thành phần dung môi trong nhựa đường lỏng sẽ bay hơi với tốc độ ổn định trong một thời gian đã định và thành phần nhựa đường còn lại trên mặt đường sẽ đạt những yêu cầu thiết kế.

Hậu tố X ở sau các loại asphalt sử dụng nhựa đường lỏng SHELLPHALT cho thấy rằng chúng đã được pha thêm chất kết dính ổn định với nhiệt với công thức đặc biệt. Chất phụ gia này giúp nhựa đường lỏng bám dính đều trên bề mặt cốt liệu , chống hiện tượng cốt liệu bị bong khỏi mặt đường khi có nước đọng.

3.5  Chất lượng nhựa đường

Trong nhiều năm, Shell đã tiến hành khảo sát mối quan hệ giữa đặc tính độ kim lún của nhựa đường được đo trong phòng thí nghiệm và các đặt tính biểu hiện trong hỗn hợp asphalt rải trên đường. Với tải trọng giao thông ngày càng tăng và với các yêu cầu ngày càng gia tăng đối với các đặc điểm kỹ thuật của nhựa đường trong hỗn hợp asphalt sau khi đã được thi công thành đường, người ta ngày càng quan tâm đến việc tính toán khả năng làm việc, độ bền của nhựa đường trên mặt đường sau khi thi công. Nhựa đường có hoạt động tốt trên mặt đường hay không phụ thuộc vào nhiều yếu tố bao gồm: thiết kế, trình độ thi công đường và chất lượng của các thành phần tạo nên hỗn hợp asphalt rải đường. Mặc dù chỉ chiếm một tỷ lệ rất nhỏ trong hỗn hợp asphalt nhưng nhựa đường có một vai trò cực kỳ quan trọng, nó đóng vai trò chất kết dính bền vững, tạo ra các đặt tính đàn hồi – nhớt cho hỗn hợp asphalt. Nhựa đường có thể thực hiện tốt vai trò của mình trên mặt đường nếu ta kiểm soát được 4 đặc tính cơ bản sau:

                              Tính lưu biến;

                              Khả năng kết dính với cốt liệu;

                              Khả năng kết dính nội tại của bản thân nhựa đường;

                              Độ bền.

Tính lưu biến của nhựa đường ở nhiệt độ trên đường được biểu hiện ở độ kim lún và chỉ số kim lún. Bằng việc nghiên cứu các mối tương quan giữa các đặt tính trong thực tiễn và các đặt tính thu được qua thí nghiệm đối với các loại nhựa đường thương phẩm, Shell Research Limited đã phát triển một loạt các thí nghiệm để đánh giá chất lượng nhựa đường. Loại thí nghiệm này bao gồm 6 thí nghiệm áp dụng cho nhựa đường và 3 thí nghiệm áp dụng cho hỗn hợp nhựa đường + cốt liệu. Để cho tiện lợi, Shell thiết kế ra một sơ đồ đa giác gọi là sơ đồ QUALAGON trên đó thể hiện kết quả thử nghiệm đối với 9 đặc tính kỹ thuật nêu dưới đây (xem hình 3.1)

Trong sơ đồ QUALAGON kết quả thử nghiệm biểu hiện 3 chức năng chính của nhựa đường hoặc hỗn hợp nhựa đường/cốt liệu:

   Khả năng kết dính với cốt liệu                 - Thí nghiệm về khả năng kéo dài ở nhiệt độ thấp

   Khả năng kết dính nội tại                        - Thí nghiệm Marshall duy trì;

   Độ bền                                                   - Thí nghiệm về mức độ oxy hóa của màng mỏng nhựa đường trong lò quay (Độ bền oxy hóa);

   Thí nghiệm điểm sôi thực tế (Độ bay hơi);

   Thí nghiệm mức độ lan tỏa của thành phần dầu trong nhựa đường (Tính thuần khiết);