Công ty TNHH Taiyu Việt Nam

BÁO CÁO KỸ THUẬT

Kết quả thí nghiệm

về hiệu quả cải thiện và Khả năng hoà tan của TPP và SBS.

Tháng 10, 2015

TAIYU KENSETSU CO.,LTD

TS: Hiromitsu Nakanishi

1.Mở đầu

Tại Việt Nam, vấn đề hằn lún vệt bánh xe được coi là vấn đề nghiêm trọng cần phải có giải pháp hữu hiệu. Trong điều kiện như vậy, Sự quan tâm đến các giải pháp đang được dịch chuyển sang việc sử dụng nhựa đường cải thiện bằng cách cho phụ gia trực tiếp tại trạm trộn. Vì vậy hiện nay các thí nghiệm trong một vài công ty và cũng đã được tiến hành ở hiện trường . Bởi vì chúng có thể được sử dụng một cách dễ dàng và giá cả hợp lý, hiệu quả cao.

Thí nghiệm sử dụng phụ TPP và SBS, được tiến hành ở dự án trên quốc lộ 1 tỉnh Khánh Hoà., Việt Nam, và kết quả kết quả thí nghiệm được lập thành báo cáo như sau.

2.Đánh giá về các loại phụ gia đã sử dụng

2-1 MFR (Melt Flow Rate)

• Trong trường hợp sử dụng phương pháp trộn tại trạm trộn, chất cải thiện nhựa đường cần phải hoà tan vào hỗn hợp trong điều kiện trạm Bê tông nhựa ở 180⁰C, trong khoảng 45 giây. Công ty Taiyu đã xây dựng chỉ dẫn kỹ thuật cho chất cải thiện nhựa đường như sau.

MFR (160℃, 2.16kg) : 2.0 – 5.0 g/10min

MFR-Melt flow rate: Hệ số hoà tan.

• Bảng 1 chỉ ra kết quả thí nghiệm theo chỉ dẫn MFR cho mỗi loại vật liệu. Bởi vì nhiệt độ trộn tại trạm bê tông nhựa đôi khi xuống thấp 160⁰C, Nhiệt độ thí nghiệm theo chỉ dẫn MFR được đặt ở mức thấp 160⁰C cho dù nhiệt độ trộn thường ở mức 190⁰ MFR của TPP là 2.3g/10min và nó phù hợp với chỉ dẫn của Taiyu, tuy nhiên SBS không thể hoà tan ở nhiệt độ 160⁰C và thậm chí 190⁰C, MFR không đo được chỉ số MFR. Do đó, Khi sử dụng SBS ngay tại trạm trộn bê tông nhựa, có một số rủi ro là SBS không thể hoà tan một cách đồng nhất vào trong nhựa đường và một phần chất cải thiện nhựa đường này sẽ còn lại trong hỗn hợp.

   

   

• 2-2 Ảnh hưởng của nhiệt độ đến đặc tính của hỗn hợp BTN

  Trong ngành công nghiệp nhựa, có một thí nghiệm gọi là “Thí nghiệm ép nóng”. Thí nghiệm này được thực hiện để kiểm tra khả năng hoà tan và độ đồng nhất của vật liệu bằng mắt thường. Thí nghiệm này được thực hiện ở điều kiện đưa ra trong bảng sau:

  

• Kết quả thí nghiệm độc lập ở 230 °C và 180 °C như hình ảnh – 5 và 6

• Thí nghiệm này cho thấy mặc dù SBS có thể tan ở 230 °C, nhưng không thể tan ở 180 °C. Nếu chúng ta kiểm tra kỹ hình ảnh, có vẻ chỉ một lượng nhỏ SBS tan ở nhiệt độ 180 °C. Chúng ta có thể nhận thấy trong thí nghiệm này các hạt SBS trở nên mềm hơn và bị nghiền nát bởi lực nén 2.0 Mpa, nhưng SBS không thể dùng được ngay cả ở nhiệt độ 230 °C.
• Mặt khác TPP có thể hoà tan ngay cả ở nhiệt độ 160 °C. Chính vì thế chúng tôi nghĩ rằng chúng ta nên tôn trọng các tiêu chuẩn trong phòng thí nghiệm, kết quả thí nghiệm được chỉ ra ở bảng -1.
• Nếu còn nhiều phần SBS không thể hoà tan trong hỗn hợp BTN, chúng sẽ gây ra các vấn đề khác trong tương lai như nứt, ổ gà. Chúng tôi sẽ chỉ ra các kết quả thí nghiệm đã được thực hiện ở 170 °C and 160 °C, như sau. Kết quả giống với điều kiện thí nghiệm ở nhiệt độ 180 °C.

3.Thí nghiệm trong phòng.

Điều kiện thí nghiệm trong phòng để làm mẫu hỗn hợp bê tông nhựa được chỉ ra ở bảng 3.

Máy trộn hỗn hợp BTN làm thí nghiệm, có 2 trục thẳng đứng có gắn lưỡi, hai trục này có chức năng tự xoay quanh trục của nó và xoay quanh trục chính, có khả năng trộn tối đa được 20 lit. Trong trường hợp này, quá trình trộn được thực hiện ở 180⁰C và thời gia trộn là 50 giây, Hình ảnh được chỉ ra ở ảnh 9 và 10..

• Như chúng ta thấy trên Ảnh 9 và 10, năng lực trộn của thiết bị trộn này đặc biệt lớn hơn năng lực trộn của trạm trộn BTN, bởi vì nó được gắn loại lưỡi trộn trộn trong khi thùng trộn chỉ 20 lít.

• 4. Kết quả thí nghiệm hằn lún bánh xe, phương pháp Nhật Bản.

• Với 5% của TPP và SBS (So với hàm lượng nhựa) được đưa vào hỗn hợp BTN chặt (13) với cùng thành phần cấp phối mỗi hợp. Hai mẫu BTN này được được trộn riêng biệt trong phòng thí nghiệm.
• Sử dụng máy trộn hỗn hợp BTN loại nhỏ để làm thí nghiệm (Ảnh 9), Hỗn hợp BTN được trộn ở nhiệt độ 180⁰C và thời gian trộn là 50 giây. Mẫu được chuẩn bị cho thí nghiệm vệt hằn bánh xe được đầm bằng thiết bị đầm lăn. Kết quả được chỉ ra ở bảng 5.
• Độ ổn định động (DS) của hỗn hợp sử dụng TPP: 7,000 lượt/mm, DS của hỗn hợp BTN sử dụng SBS: 4,500 lượt/mm, DS của hỗn hợp BTN sử dụng nhựa thường là: 492 lượt/mm
• TPP trội hơn nhiều về khả năng chống hằn lún so với SBS trong phương pháp trộn tại trạm BTN.
• Khả năng chống hằn lún của SBS thì kém hơn so với TPP, tuy nhiên trong thí nghiệm này khả năng kháng lún của SBS cũng là vượt xa so với mong đợi. Lý do là máy trộn dùng trong thí nghiệm này là loại máy có công suất cao.
• Sự khác nhau này bởi vì khả năng hoà tan của các loại phụ gia ngay tại trạm trộn là khác nhau.

*) Ghi chú: Điều kiện làm thí nghiệm: Khối lượng bánh xe: 686±10N, 60°C thí nghiệm trong môi trường không khí, tốc độ: 21 chu kỳ (42 lượt/phút). Độ ổn định động được tính trên sự khác nhau của biến dạng tại thời điểm 45 phút và 60 phút sau khi bắt đầu làm thí nghiệm.

5. Đánh giá biến dạng của thí nghiệm hằn lún.

• Ở đây, Đánh giá tổng biến dạng sau 25,000 lượt bằng thiết bị thí nghiệm vệt hằn bánh xe của Nhật Bản. Thiết bị thí nghiệm vệt hằn bánh xe của Nhật được thiết kế tự động dừng lại sau 1 tiếng, nhưng chúng tôi đã thực hiện liên tục trong 10 tiếng, và chúng tôi có được kết quả biến dạng của mỗi loại hỗn hợp bê tông nhựa, Thiết bị sử dụng như ảnh 11 và 12.

*) Ghi chú: Điều kiện thí nghiệm, ở nhiệt độ 60⁰C, Thí nghiệm trong không khí, tốc độ là 42 lượt/phút, khối lượng bánh xe là 686±10N , trong khi điều kiện thí nghiệm của thiết bị Hamburg wheel Tracking tại Việt Nam là 50⁰C, thí nghiệm trong môi trường nước và tổng số lượt bánh xe chạy là 40,000 lượt.

• Kết quả thí nghiệm được chỉ ra ở bảng 6 so sánh với kết quả thí nghiệm được thực hiện tại phòng thí nghiệm của trường ĐH GTVT, Mặc dù điều kiện thí nghiệm khác nhau nhưng kết quả hằn lún của hỗn hợp sử dụng TPP và SBS ở Nhật và trường ĐH GTVT hầu như giống nhau, hằn lún của hỗn hợp sử dụng SBS là 3.9mm trong khi TPP khoảng 2.7mm. và hằn lún của hỗn hợp BTN sử dụng nhựa 60/80 là khoảng 20mm với số lượt bánh xe là 15,120.

^*) Ghi chú) Trong trường hợp nhựa 60/80, tổng số lượt bánh xe là 15,120

• Hình 1 chỉ ra mức độ hằn lún đối với từng loại vật liệu.
• Nếu so sánh hằn lún của mỗi loại vật liệu, hỗn hợp BTN sử dụng SBS có mức độ hằn lún gấp 1.44 lần so với hỗn hợp BTN sử dụng TPP, tuy nhiên nếu kiểm tra số lượt bánh xe để đạt đến một biến dạng nào đó, ví dụ tại 2.5mm, số lượt bánh xe tác dụng dụng vào mẫu sử dụng SBS là 2,500 lượt trong khi mẫu sử dụng TPP là 15,000 lượt. Điều này có nghĩa là hỗn hợp BTN sử dụng TPP có khả năng chống hằn lún tốt hơn hỗn hợp BTN sử dụng SBS 6 lần.
• Với nhựa thường 60/80 để lún đến 2.5mm thì số lượt bánh xe chạy qua là 200 lượt, còn với nhựa TPP thì số lượt bánh xe chạy qua là 15.000 lượt. Điều này có nghĩa là hỗn hợp BTN sử dụng TPP có khả năng chống lại hằn lún gấp 75 lần so với hỗn hợp BTN thường.

6. Rủi ro về khả năng hoà tan.

• Trong trường hợp sử dụng phương pháp trộn chất cải thiện nhựa đường ngay tại trạm Bê tông nhựa, chất cải thiện nhựa đường cần phải hoà toàn trong điều kiện trộn tại trạm BTN, như ở nhiệt độ 180 °C trong 45 giây. Tuy nhiên, nhiệt độ trộn tại trạm BTN có thể sẽ thấp hơn 180 °C. Do đó nhiệt độ khi làm thí nghiệm hoà tan MFR được đặt ở nhiệt độ thấp khoảng 160 °C, mặc dù khi làm thí nghiệm này thông thường thực hiện ở nhiệt độ 190 °C. Do vậy khi làm thí nghiệm hoà tan nếu để nhiệt độ cao hơn 160°C, thì có thể còn một số rủi ro về độ hoà tan.
• Mẫu thí nghiệm BTN chặt (13) có cùng thiết kế thành phần cấp phối được làm riêng biệt và cho tương ứng 5% TTP và SBS so với hàm lượng nhựa đường, các mẫu này được thực hiện tại phòng thí nghiệm của chúng tôi. Sử dụng loại máy trộn mẫu loại nhỏ (Ảnh-9), Hỗn hợp BTN được chuẩn bị ở 180, 170 và 160 °C, trộn trong thời gian 50 giây. Mẫu để thí nghiệm vệt hằn lún bánh xe được chuẩn bị bằng đầm lăn. Kết quả được chỉ ra ở bảng 7 và hình 1 đến 5.
• Trong trường hợp trộn ở 170 °C, độ ổn định động (DS) của hỗn hợp TPP là 6,300 lần/mm. trong khi đó DS của SBS là 2,100 lần/mm.
• Trong trường hợp trộn ở 160 °C, độ ổn định động (DS) của hỗn hợp TPP là 4,200 lần/mm. trong khi đó DS của SBS là 1,537 lần/mm.
• Trong những trường hợp này, TPP vượt trội hơn nhiều về khả năng chống hằn lún so với SBS khi xem xét như là vật liệu cải thiện trộn tại trạm BTN.
• Nếu đặt nhiệt độ trộn dưới 180 °C, thì mức độ hằn lún của hỗn hợp sử dụng SBS có xu hướng lớn hơn.
• Sự khác nhau là do khả năng hoà tan của vật liệu sử dụng ngay tại trạm BTN.
• Các đường có lưu lượng lớn loại xe tải trọng nặng thì độ ổn định động (DS) yêu cầu là 3,000 lần/mm hoặc lớn hơn như ở Nhật Bản. DS của hỗn hợp sử dụng SBS nhỏ hơn giá trị tiêu chuẩn nếu để nhiệt độ trộn là 170 hoặc 160 °C. kết quả thí nghiệm hỗn hợp BTN với 5% SBS chỉ ra rằng SBS đã không hoà toan hoàn toàn vào nhựa đường. Do đó, SBS có những rủi ro về hoà tan trong phương pháp trộn ngay tại trạm BTN.

*) Ghi chú: Điều kiện thí nghiệm: Tải trọng bánh xe: 686±10N Nhiệt độ thí nghiệm 60°C, thí nghiệm trong không khí, Tốc độ: 42 lượt/phút. Độ ổn định động được tính toán dựa vào mức độ hằn lún tại thời điểm 45 phút và thời điểm 60 phút tính từ khi bắt đầu làm thí nghiệm.

7.Nhận xét và Kết luận.

• Kết quả thí nghiệm SBS cao hơn mong đợi bởi vì chúng tôi chắc chắn rằng SBS không phù hợp với phương pháp trộn ngay tại trạm BTN. Thực tế nếu 5% SBS đã hoà tan vào nhựa đường hoàn toàn thì DS sẽ cao hơn mẫu TPP. Cho dù trong điều kiện chúng tôi sử dụng loại thiết bị trộn có khả năng đặc biệt cao hơn trạm trộn BTN trên thực tế. DS của SBS chỉ 4500. Điều này có nghĩa là còn rất nhiều SBS không tan trong Asphalt. Có nghĩa là Asphalt không đồng nhất đã được sử dụng trong hỗn hợp BTN. Đó là các chất hữu cơ liên quan vẫn còn trong Asphalt. Tôi chắc rằng bạn biết điều này sẽ ảnh hưởng gì tới Asphalt trong tương lai. Nó sẽ suy thoái như nứt, ổ gà và những vấn đề khác.

•  Nên sử dụng loại nhựa đường đồng nhất cho mặt đường BTN, chúng ta nên đánh giá khả năng hoà tan chất cải thiện nhựa đường cho hỗn hợp BTN. Và chúng ta sử dụng tiêu chuẩn MFR ở 160⁰C được để cập ở phần 2 bên trên để đánh giá khả năng hoà tan của chất cải thiện nhựa đường. Đáng tiếc là SBS không đáp ứng được tiêu chuẩn này.
• Thực tế ở trạm trộn BTN, liệu chúng ta có thể đảm bảo về các điều kiện trộn như là nhiệt độ, thời gian và các vấn đề khác không? Nếu năng lực trộn của trạm kém hơn thiết bị làm mẫu thí nghiệm như chúng ta đang lo lắng, thì khả năng chống hằn lún sẽ bị giảm xuống. Những vật liệu không hoàn tan hết trong nhựa đường sẽ làm cho các vấn đề trở nên nghiêm trọng hơn.
• Mặc dù SBS là một loại vật liệu cải thiện nhựa đường rất tốt, nhưng nó không phù hợp khi sử dụng như một loại phụ gia trộn ngay tại trạm trộn BTN, Nếu một loại nhựa cải thiện nào đó được sử dụng như một loại phụ gia cải thiện nhựa đường ngay tại trạm trộn BTN nó cần thoả mãn yêu cầu chỉ dẫn kỹ thuật của Taiyu.