Bê tông asphalt sử dụng phụ gia siêu dẻo

VIỆN KHOA HỌC & CNXDGT
CHƯƠNG 1: HIỆN TRẠNG MẶT ĐƯỜNG BÊ TÔNG ASPHALT
VÀ KHẢ NĂNG ỨNG DỤNG CỦA PHỤ GIA POLYMER
1.1. HIỆN TRẠNG MẶT ĐƯỜNG BÊ TÔNG ASPHALT Ở NƯỚC TA HIỆN
NAY
Trong quá trình đổi mới và phát triển đất nước, hệ thống giao thông vận tải giữ
vai trò quan trọng trong cơ sở kiến trúc hạ tầng mà trong đó giao thông đường bộ
là cơ bản và thiết yếu.
Những năm gần đây giao thông đường bộ đã được quan tâm đúng mức. Một số
tuyến đường quan trọng như : Bắc Thăng Long – Nội Bài, QL1, QLD, QL51,
đường Láng – Hòa Lạc, và đường Hồ Chí Minh … đã và đang được đầu tư xây
dựng mới. Mạng lưới giao thông đô thị và đường địa phương đang từng bước
được nâng cấp cải tạo. Trong vài thập kỷ tới, cùng với tiến trình phát triển của
đất nước, nhu cầu về giao thông vận tải ngày càng cao, đòi hỏi mạng lưới giao
thông đường bộ phải được đầu tư xây dựng mới và nâng cấp cải tạo một cách
hợp lý nhằm tạo ra một mạng lưới giao thông đường bộ hoàn chỉnh, chất lượng
cao, đáp ứng nhu cầu về giao thông vận tải trong quá trình phát triển đất nước.
Chất lượng giao thông đường bộ phụ thuộc vào nhiều yếu tố,trong đó yếu tố ảnh
hưởng trực tiếp nhất là chất lượng mặt đường. Mặt đường có chất lượng tốt phải
đạt các tiêu chuẩn kỹ thuật cao, có khả năng ổn định với các tác động của môi
trường và đảm bảo tuổi thọ… Để tạo ra mặt đường có chất lượng cao trước hết
phải lựa chọn các loại vật liệu thích hợp,chất lượng tốt. Vật liệu chất kết dính
dùng cho các lớp mặt đường chia làm hai loại chính : chất kết dính vô cơ và hữu
cơ , trong đó bitum dầu mỏ là chất kết dính hữu cơ thông dụng nhất và cùng với
nó, bê tông asphalt là vật liệu có chất lượng cao được sử rộng rãi trong xây dựng
mặt đường ô tô. Bê tông asphalt là loại vật liệu phổ biến làm lớp phủ bề mặt cho
kết cấu áo đường trên lớp móng là vật liệu rời, vật liệu gia cố asphalt hay vật liệu
gia cố vô cơ hoặc bê tông xi măng nghèo. Với các ưu điểm nổi bật, phù hợp với
yêu cầu của lớp mặt kết cấu áo đường, như là cường độ chịu tải trọng và phân bố
1
VIỆN KHOA HỌC & CNXDGT

tải trọng, đảm bảo độ bằng phẳng, độ nhám, ít sinh bụi và hạn chế gây ồn, bê
tông asphalt được lựa chọn làm lớp lớp mặt cho hầu hết các tuyến quốc lộ, bao
gồm lớp phủ mặt cầu trên đường cả cầu bê tông và cầu thép, các đường chính đô
thị, đường chính khu vực và một bộ phận đáng kể của hệ thống đường địa
phương của Việt Nam. Số liệu về mạng lưới đường bộ Việt Nam theo vật liệu
mặt đường sau được thể hiện trong Bảng 1 sau đây:
2
VIỆN KHOA HỌC & CNXDGT
Bảng 1.1: Số liệu mạng lưới đường bộ Việt Nam theo vật liệu lớp mặt [2]
Loại đường theo cấp
quản lý
Tổng chiều dài
Chiều dài theo loại mặt đường (km)
Bê tông nhựa
Đá dăm
nhựa
Bê tông xi
măng
Cấp phối Đất Khác
Quốc lộ 17,020.72 5.753.70 313.19 575.92 456.19 - 9,921.72
Đường tỉnh 24,749.61 4,367.13 11,945.15 544.67 4,982.82 2,859.44 50.40
Đường huyện 53,550.32 1,853.96 11,371.24 2,804.27 15,132.41 18,787.96 3,600.48
Đường xã 175,329.48 1,651.11 13,231.86 28,437.49 38,298.29 91,818.84 1,891.89
Đường đô thị 9,558.02 2,771.45 3,216.14 877.18 1,251.24 1,440.11 1.90
Đường chuyên dùng 7,490.35 438.67 1,383.88 144.54 1,968.83 3,554.43 -
Tổng cộng 287,698.50 16,836.02 41,461.46 33,384.07 62,089.78 118,460.78 15,466.39
3
VIỆN KHOA HỌC & CNXDGT
Ngoài một số đoạn thử nghiệm bê tông asphalt sử dụng bitum có phụ gia polime, lớp
phủ mỏng hỗn hợp bê tông asphalt có độ rỗng lớn, hỗn hợp SMA, một số loại bê tông

asphalt đặc biệt đã được sử dụng trong một số công trình thực tế của Việt Nam như :
+ Hỗn hợp SMA cho lớp phủ mặt cầu Thăng Long, mặt cầu Thuận Phước, mặt
cầu Cần Thơ, mặt cầu Sài Gòn; bê tông asphalt polime (SBS) cho lớp mặt sân
bay Liên Khương, sân bay Cần Thơ, sân bay Phú Quốc, bê tông asphalt có độ
rỗng lớn theo công nghệ Novachip cho lớp mặt đường cao tốc Sài Gòn - Trung
Lương, Đại lộ Thăng Long, cao tốc Pháp Vân cầu Giẽ.
+ Bê tông asphalt epoxy làm lớp phủ mặt cầu Thuận Phước - thành phố Đà Nẵng.
Bê tông asphalt là loại vật liệu có chất lượng tốt, kết cấu mặt đường bê tông asphalt là
loại kết cấu mặt có tính toàn khối, độ bằng phẳng, êm thuận và độ nhám cao. Công
nghệ chế tạo và thi công đơn giản, mức độ cơ giới hóa cao. Dễ nâng cấp cải tạo, cho
phép khai thác sử dụng ngay sau khi thi công xong…, đồng thời còn cho phép tái chế
nhờ công nghệ cào bóc và tái sinh mặt đường sau một thời gian nhất định.
Tuy nhiên, bê tông asphalt là loại vật liệu có tính đàn hồi – nhớt - dẻo, ổn định nhiệt
kém. Khi nhiệt độ thay đổi thì cấu trúc của nó cũng thay đổi, dẫn đến các đặc trưng về
cường độ và biến dạng cũng thay đổi theo. Ở nhiệt độ cao,bê tông asphalt thể hiện tính
dẻo, cường độ chịu nén rất kém, sức chống cắt thấp, biến dạng tăng. Vì vậy mặt đường
dễ gây trượt, lượn sóng, hằn vệt bánh xe, nổi nhựa trên mặt, ảnh hưởng nhiều đến chất
lượng khai thác và tuổi thọ của mặt đường. Còn khi ở nhiệt độ thấp, bê tông asphalt
thể hiện tính giòn, khả năng chịu kéo kém, dễ nứt nẻ phá hoại mặt đường.
Ngoài ra, bê tông asphalt còn thể hiện một số nhược điểm như : sự già hóa theo thời
gian do sự bay hơi các thành phần dầu nhẹ, quá trình oxy hóa và trùng hợp của các
hợp chất cao phân tử (hydrocacbua chưa no) có trong thành phần bitum dầu mỏ, có thể
bị nước thâm nhập làm suy giảm khả năng dính bám giữa bitum dầu mỏ và cốt liệu,
gây bong bật phá hoại mặt đường… Do đó, tuổi thọ của mặt đường bê tông asphalt
không cao, mặt đường có chất lượng tốt thì tuổi thọ cũng chỉ kéo dài 8-10 năm.
VIỆN KHOA HỌC & CNXDGT
Hình 1.1. Vệt lún bánh xe trên đường
quốc lộ
Hình 1.2. Hiện tượng chảy nhựa xuất
hiện trên mặt đường

Hình 1.3. Nứt dạng ô lưới trên mặt
đường quốc lộ
Hình 1.4. Hiện tượng nứt xiên trên mặt
đường
VIỆN KHOA HỌC & CNXDGT
Yếu tố chính quyết định đến chất lượng của bê tông asphalt là chất lượng của bitum
dầu mỏ. Để tạo ra kết cấu mặt đường bê tông asphalt có các đặc tính cơ học và chất
lượng cao, tuổi thọ lớn, cần cải thiện các tính chất cơ lý của bitum dầu mỏ theo hướng
có lợi nhất bằng cách sử dụng các chất phụ gia. Việc sử dụng phụ gia dùng để tạo ra
các loại hỗn hợp bê tông asphalt có các đặc tính cơ học cao và chất lượng tốt khi nhiệt
độ thay đổi là rất cần thiết và có ý nghĩa thực tiễn trong xây dựng mặt đường ở nước ta
hiện nay.
1.2. ĐẶT VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU
Nước ta nằm trong vùng nhiệt đới nóng ẩm mưa nhiều. Mùa nóng kéo dài 5 tháng (từ
tháng 4 đến tháng 9) và cũng là thời kỳ tập trung mưa bão. Nhiệt độ cao nhất trên bề
mặt đường nhựa có thể lên tới 70
o
C vào mùa nóng [3] và thấp nhất xuống tới 2
o
C vào
mùa lạnh [3]. Tần suất xuất hiện nhiệt độ bề mặt lớn hơn 50
o
C là 1,83%
(P(t
o
>50
o
C)=1,83%), tức là trung bình trong một năm mặt đường phải làm việc trong
điều kiện nhiệt độ cao (nhiệt độ bề mặt > 50
o

C) là 160 giờ [3]. Như vậy mặt đường bê
tông asphalt của ta làm việc trong điều kiện nhiệt độ bề mặt biến thiên khá lớn theo
mùa (2
o
C -70
o
C) và tần suất xuất hiện nhiệt độ cao trên bề mặt là rất đáng kể, có khi
kéo dài 5, 6 giờ liền trong một ngày. Theo mức độ tăng nhiệt độ, bê tông asphalt trở
nên dẻo hơn, trong bê tông asphalt các mối cấu trúc yếu đi dẫn đến giảm thấp độ bền
cơ học( nén và cắt). Trong khi đó bê tông asphalt là loại vật liệu đàn hồi - nhớt dẻo,
các tính chất của bê tông asphalt thay đổi đáng kể theo nhiệt độ. Ở nhiệt độ trung bình
chúng có tính đàn hồi – dẻo; khi nhiệt độ tăng – chảy dẻo; khi nhiệt độ giảm, bê tông
asphalt trở nên giòn. Khi nhiệt độ thay đổi thì cấu trúc của chúng cũng thay đổi, dẫn
đến các đặc trưng về cường độ và biến dạng thay đổi theo. Ở điều kiện nhiệt độ cao
(60 đến

70
o
C thì cường độ chống trượt và môdun đàn hồi sẽ giảm đến mức bất lợi, gây
nguy hiểm cho mặt đường. Còn khi ở nhiệt độ thấp bê tông asphalt sẽ thể hiện tính
giòn nên dễ nứt nẻ gây phá hoại mặt đường.
Do đó, trong xây dựng mặt đường ở nước ta hiện nay và trong những năm tới cần phải
có loại bê tông asphalt có đặc tính cơ học tốt, ổn định nhiệt, có khả năng làm việc bình
thường trong điều kiện nhiệt độ thay đổi, nhất là trong điều kiện nhiệt độ cao.
VIỆN KHOA HỌC & CNXDGT
1.3. KHẢ NĂNG ỨNG DỤNG PHỤ GIA ĐỂ NÂNG CAO CHẤT LƯỢNG MẶT
ĐƯỜNG BÊ TÔNG ASPHALT
Vấn đề tăng tuổi thọ và chất lượng mặt đường bê tông asphalt dưới tác dụng của nhiệt
độ môi trường đối với các nước trong vùng khí hậu nhiệt đới như nước ta thường được
giải quyết theo 2 hướng:

1.3.1. Các biện pháp nâng cao khả năng chống trượt cho vật liệu
Tính toán thành phần và hàm lượng tối ưu các vật liệu thành phần (Một trong những
cách tốt nhất cải thiện tính chất của bê tông asphalt cho vùng khí hậu nóng( đặc biệt là
tăng độ bền cắt ) là giảm lượng bitum tự do. Cách này đạt được bằng cách giảm số
lượng lỗ rỗng trong vật liệu khoáng của bê tông asphalt. Trong đó hàm lượng đá, cát,
bột khoáng, bitum dầu mỏ ảnh hưởng rất lớn đến khả năng chống trượt của vật liệu.
Bổ sung các vật liệu dạng cốt sợi hoặc lưới bằng các loại sợi tổng hợp có nhiệt độ
nóng chảy cao để tăng khả năng chống trượt cho lớp vật liệu. Hoặc sử dụng vữa xi
măng tạo sườn cứng trong lớp vật liệu cũng có tác dụng tốt.
1.3.2 . Các biện pháp nâng cao tính chịu nhiệt cho bitum dầu mỏ bằng việc sử
dụng chất phụ gia thích hợp.
Các chất phụ gia thường dùng để nâng cao tính chịu nhiệt cho bitum dầu mỏ như:
- Polyvinylclorua (PVC), bột cao su phế thải, lưu huỳnh và phế phẩm của nó,
polyetylen, polypropylen, polystiren và etylen vinyl axetat.
- Prisagka-polymeridat (PVA): là sản phẩm thu được từ các chất nhựa cao phân
tử từ dầu mỏ nhưng chưa được polyme hóa hoàn toàn, vì thế sự polyme hóa sẽ
được thực hiện khi kết hợp với các chất khác. PVA tổng hợp từ các chất thải lọc
từ dầu mỏ, là chất lỏng màu đen nhớt, trung tính, khối lượng riêng 1,17-1,21
g/cm
3
.
- Girovoi gudron - (gudron béo) thu được từ sản xuất xà phòng, chứa các axit béo
dạng xà phòng Natri. Sản phẩm nhớt, màu nâu sẫm đến đen.
VIỆN KHOA HỌC & CNXDGT
- Nhựa napta polyme: Công nghiệp sản xuất ra ở dạng rắn, dạng nửa nhớt và
dạng nhớt. Thường chỉ dùng dạng nhớt sán xuất dầu mỏ, khối lượng riêng
1,18g/cm
3
, Phân tử lượng 800đvC, trung tính.
Trên đây là những chất phụ gia có tác dụng tốt để cải thiện tính chất của bitum dầu mỏ

như tăng tính quánh, dẻo, khả năng dính bám giữa bitum và vật liệu khoáng, tăng độ
ổn định nhiệt của bitum dầu mỏ …; từ đó cải thiện chất lượng của mặt đường bê tông
asphalt. Trong những năm gần đây việc người ta sử dụng các chất phụ gia polymer và
copolymer để cải thiện tính chất của bitum dầu mỏ, nhất là tính chịu nhiệt.
Các chất polymer và copolymer là những sản phẩm cao phân tử rất đa dạng và thông
dụng trong công nghiệp hóa dầu. Sử dụng chúng làm chất phụ gia để cải thiện tính
chất của bitum dầu mỏ rất có hiệu quả. Các chất phụ gia này có tác dụng tăng tính
quánh (nhớt), tính dẻo, tính đàn hồi, tính chịu nhiệt cho bitum dầu mỏ, đồng thời tăng
khả năng chịu xăng dầu, chống giòn ở nhiệt độ thấp, chống hóa già theo thời gian.
Nhựa Tafpack super (TPS) là một trong số đó. Sử dụng TPS làm chất phụ gia cải thiện
tính chất cho bitum dầu mỏ rất có hiệu quả. Hiện nay, đã được nghiên cứu và ứng
dụng ở một số nước, tuy nhiên loại phụ gia này ở nước ta chưa được nghiên cứu thực
nghiệm và đánh giá tác dụng của loại phụ gia này đối với bê tông asphalt.
1.4. MỤC ĐÍCH, PHƯƠNG PHÁP VÀ NỘI DUNG NGHIÊN CỨU CỦA ĐỀ TÀI
1.4.1. Mục đích
Mục đích nghiên cứu của chất phụ gia TPS đối với bitum dầu mỏ quánh xây dựng
đường và bê tông asphalt thông qua các chỉ tiêu kỹ thuật cơ bản. Nhằm đánh giá ảnh
hưởng của hàm lượng chất phụ gia TPS đến các tính chất cơ lý của bitum dầu mỏ
quánh xây dựng đường. Qua đó lựa chọn hàm lượng bitum dầu mỏ tốt nhất cũng như
tỷ lệ phụ gia thích hợp cho các phần nghiên cứu tiếp theo. Đánh giá độ ổn định nhiệt
của bê tông asphalt có sử dụng phụ gia TPS qua các thí nghiệm xác định cường độ
chịu nén, module đàn hồi động, module độ cứng, kiểm tra các chỉ tiêu về độ ổn định
và độ dẻo theo phương pháp thí nghiệm Marshall đối với mẫu dùng bitum thường và
VIỆN KHOA HỌC & CNXDGT
mẫu sử dụng phụ gia TPS. Trên cơ sở đó rút ra kết luận và đánh giá khả năng ứng
dụng hiệu quả của phụ gia TPS trong xây dựng mặt đường ở nước ta.
1.4.2.Phương pháp nghiên cứu
Đề tài được thực hiện theo phương pháp nghiên cứu lý thuyết kết hợp với thực nghiệm
trên cơ sở tham khảo một số nghiên cứu đánh giá của một số tác giả về sử dụng phụ
gia TPS để cải thiện một số chỉ tiêu của bê tông asphalt.

1.4.3. Nội dung nghiên cứu
- Đánh giá tác dụng của phụ gia TPS đối với các tính chất của bitum dầu mỏ
quánh xây dựng đường thông qua một số chỉ tiêu thí nghiệm cơ bản như độ kim
lún, nhiệt độ hóa mềm, độ dính bám, độ kéo dài.
- Nghiên cứu đánh giá, so sánh một số tính chất của bê tông asphalt có sủ dụng
phụ gia TPS và bê tông asphalt sử dụng bi tum 60/70 thông qua các chỉ tiêu :
cường độ chịu nén, độ ổn định nhiệt, độ bền, độ dẻo Marshall, mô đun độ cứng,
mô đun đàn hồi động…
VIỆN KHOA HỌC & CNXDGT
CHƯƠNG 2: BITUM DẦU MỎ VÀ CÁC CHẤT PHỤ GIA
CẢI THIỆN BI TUM DẦU MỎ
2.1. THÀNH PHẦN CẤU TRÚC VÀ MỘT SỐ TÍNH CHẤT CỦA BI TUM DẦU
MỎ
2.1.1. Thành phần của bitum dầu mỏ
Bitum dầu mỏ là một hỗn hợp phức tạp của các hợp chất hydrocacbon (metan,
naftalen,các loại mạch vòng ) và một số dẫn xuất phi kim loại khác. Nó có màu đen,
hòa tan được trong benzene (C
6
H
6
), cloruafooc (CHCl
3
), disunfuacacbon (CS
2
) và một
số dung môi hữu cơ khác.
Thành phần hóa học của bitum dầu mỏ như sau:
C : 73-87% ; H : 8-12% ; O : 1-2% ; S :1-5% ; N : 0,5-1%
Thành phần nhóm chất:
• Nhóm chất dầu (thơm)

o Gồm những hợp chất có phân tử lượng thấp (300-600 dvC)
o Không màu, khối lượng riêng nhỏ 0,91-0,925 g/cm
3
o Nhóm chất dầu làm cho bitum có tính lỏng, chiếm 45-60 %
• Nhóm chất nhựa
o Gồm những chất có phân tử lượng cao trung bình (600-900 dvC)
o Màu nâu sẫm, khối lượng riêng xấp xỉ 1 g/cm
3
o Nhóm chất nhựa trung tính (tỉ lệ H/C=1,6-1,8) làm cho bitum có tính
dẻo. Nhóm chất nhựa axit (tỉ lệ H/C=1,3-1,4) làm tăng tính bám dính
của bitum với vật liệu khoáng.
o Chiếm 15% - 30%
• Nhóm chất rắn (nhóm asphalt)
o Gồm những hợp chất có phân tử lượng trung bình (1000-6000 đvC)
o Màu nâu sẫm, khối lượng riêng 1,1-1,15g/cm
3
o Tính quánh và sự biến đổi tính chất theo nhiệt độ của bitum phụ
thuộc chủ yếu vào nhóm này. Nếu hàm lượng nhóm này trong bitum
tăng lên sẽ làm cho tính quánh và nhiệt độ hóa mềm của bitum tăng
lên.
o Chiếm 10-38%
VIỆN KHOA HỌC & CNXDGT
• Các nhóm chất phụ:
o Nhóm cacben và cacboit: chất rắn. Hàm lượng của các chất này ở
trong bitum nhỏ hơn 1,5%, làm bitum kém dẻo.
o Nhóm axit atphan và anhydrite: nhóm này là những chất nhựa hóa
(nhựa axit) mang cực tính (gồm những phân tử có chứa gốc cacboxyl
– COOH);hàm lượng trong bitum nhỏ hơn 1%. Khi hàm lượng tăng
lên, khả năng thấm ướt và cường độ liên kết của bitum với bề mặt vật
liệu khoáng dạng cacbonat tăng lên.

o Nhóm parafin (các chất no) là những hydrocacbua ở dạng rắn.
Parafin có thể làm giảm khả năng phân tán và hòa tan của asphalt vào
trong các nhóm khác, có thể làm giảm tính đồng nhất của bitum. Nếu
tỷ lệ parafin tăng lên, nhiệt độ hóa mềm giảm,tính giòn bitum ở nhiệt
độ thấp sẽ tăng lên. Tỷ lệ của parafin trong bitum dầu mỏ đến 5%
nhưng nên hạn chế nhỏ hơn 2,2 %.
2.1.2. Cấu trúc của bitum dầu mỏ
Bitum dầu mỏ là một hệ thống keo phức tạp có cấu trúc cơ bản là cấu trúc mixen.
 Các nhóm chất rắn (asphalt)-pha phân tán
 Nhóm chất dầu-môi trường phân tán
 Nhóm chất nhựa-chất hoạt tính bề mặt giữ bề mặt ổn định cho hệ phân tán
Mỗi mixen là một hệ thống phức tạp bao gồm một số lượng lớn các phân tử có phân
lượng nhỏ bao quanh một thể bằng những lực tương hỗ. Trong bitum quánh và cứng,
mixen chiếm tỷ lệ lớn. Còn trong bitum lỏng chúng chiếm một tỷ lệ nhỏ đến nỗi không
có tương tác gì với nhau nên có thể chuyển động tự do trong chất dầu.
Quan hệ giữa hàm lượng và cấu tạo của các nhóm trong bitum (dầu, nhựa, atphan) có
thể tạo nên cấu trúc phân tán khác nhau (sol, gel, sol - gel) có những tính chất cơ lý
nhất định:
 Cấu trúc sol: nhóm chất dầu và nhựa lớn; các mixen chuyển động tự do, có ở
bitum lỏng hay bitum quánh nấu chảy.
VIỆN KHOA HỌC & CNXDGT
 Cấu trúc gel: tỷ lệ nhóm asphalt lớn, các mixen là các nhóm chất rắn mở rộng,
xích lại gần nhau và có tác động tương hỗ lẫn nhau tạo nên mạng cấu trúc
không gian; có ở bitum cứng nhiệt độ thấp.
 Cấu trúc sol-gel: bitum quánh ở nhiệt độ thường,có tính đàn hồi dẻo nhớt.
Cấu trúc sol Cấu trúc gel
2.1.3. Một số tính chất của bitum dầu mỏ liên quan tới việc sử dụng phụ gia
2.1.3.1. Tính quánh
Tính quánh của bitum thay đổi trong phạm vi rộng. Nó ảnh hưởng nhiều đến các tính
chất cơ học của hỗn hợp vật liệu khoáng với chất kết dính, đồng thời quyết định công

nghệ chế tạo và thi công vật liệu có dùng bitum.
Tính quánh của bitum phụ thuộc vào hàm lượng các nhóm cấu tạo và nhiệt độ môi
trường. Khi hàm lượng nhóm asphalt tăng lên và hàm lượng nhóm chất dầu giảm, tính
quánh của bitum tăng lên. Khi nhiệt độ của môi trường tăng cao, nhóm chất nhựa sẽ bị
chảy lỏng, tính quánh của bitum giảm xuống. Để đánh giá tính quánh của bitum, ta
dùng chỉ tiêu độ kim lún - độ cắm sâu của kim (khối lượng 100g, đường kính 1mm)
của dụng cụ tiêu chuẩn (hình 2.1) vào bitum ở nhiệt độ 25
o
C trong 5 giây. Độ kim lún
kí hiệu là P, đo bằng độ (1 độ bằng 0,1 mm). Trị số P càng nhỏ tính quánh của bitum
càng cao.
2.1.3.2. Tính dẻo
VIỆN KHOA HỌC & CNXDGT
Tính dẻo đặc trưng cho khả năng biến dạng của bitum dưới tác dụng của ngoại lực.
Tính dẻo của bitum phụ thuộc vào nhiệt độ và thành phần nhóm chất. Khi nhiệt độ
tăng, tính dẻo cũng tăng . Ngược lại, khi nhiệt độ giảm,tính dẻo cũng giảm,nghĩa là
bitum trở nên giòn. Trong trường hợp đó, bitum dùng làm mặt đường trong các kết cấu
khác có thể xuất hiện các vết nứt. Tính dẻo của bitum được đánh giá bằng độ kéo dài,
kí hiệu là L(cm) của mẫu tiêu chuẩn và được xác định bằng dụng cụ đo ở hình 2.2.
Nhiệt độ thí nghiệm tính dẻo là 25
o
C, tốc độ kéo là 5cm/phút. Độ kéo dài càng lớn,
tính dẻo càng cao.
2.1.3.3. Tính ổn định nhiệt
Khi nhiệt độ thay đổi, tính quánh, tính dẻo của bitum thay đổi. Sự thay đổi đó càng
nhỏ, bitum có độ ổn định nhiệt độ càng cao. Tính ổn định nhiệt của bitum phụ thuộc
vào thành phần hóa học của nó. Khi hàm lượng nhóm asphalt tăng,tính ổn định nhiệt
của bitum tăng và ngược lại.
Bước chuyển của bitum từ trạng thái rắn sang trạng thái quánh rồi hóa lỏng,và ngược
lại, từ trạng thái lỏng sang trạng thái quánh, rồi hóa rắn xảy ra trong khoảng nhiệt độ

nhất định. Do đó,tính ổn định nhiệt của bitum được biểu thị bằng khoảng nhiệt độ đó.
Khoảng biến đổi nhiệt độ, kí hiệu là T, được xác định bằng công thức sau:
T = T
m
– T
c
Trong đó: T
m
– nhiệt độ hóa mềm của bitum,là nhiệt độ chuyển bitum từ trạng thái
quánh sang trạng thái lỏng
T
c
- nhiệt độ hóa cứng của bitum, là nhiệt độ chuyển bitum từ trạng thái
lỏng sang trạng thái rắn.
Nếu T càng lớn tính ổn định nhiệt của bitum càng cao.
Trị số nhiệt độ hóa mềm của bitum ngoài việc sử dụng để xác định khoảng biến đổi
nhiệt độ T, nó còn có ý nghĩa thực tiễn rất quan trọng. Trong xây dựng đường, thường
dùng bitum để làm chất kết dính xây dựng mặt đường, do đó khi gặp nhiệt độ cao, nếu
VIỆN KHOA HỌC & CNXDGT
Tm không thích hợp,bitum có thể bị chảy làm cho mặt đường xuất hiện lượn sóng, dồn
đống, hằn vệt bánh xe…gây trở ngại cho xe cộ đi lại và phá hoại mặt đường.
Vì vậy, nhiệt độ hóa mềm cũng là một chỉ tiêu kỹ thuật đánh giá chất lượng bitum.
Nhiệt độ hóa mềm của bitum được xác định bằng dụng cụ “vòng và bi” (hình 2.3).
Nhiệt độ hóa cứng của bitum có thể xác định bằng dụng cụ đo độ kim lún. Nhiệt độ
hóa cứng là nhiệt độ ứng với độ kim lún bằng 1 độ. Nhiệt độ hóa cứng cũng có thể đo
bằng dụng cụ Fraxa.
2.1.3.4. Tính dính bám của bitum với bề mặt vật liệu khoáng
Sự dính bám của bitum với bề mặt vật liệu khoáng có liên quan đến quá trình thay đổi
lý-hóa khi hai chất tiếp xúc tương tác với nhau. Sự liên kết này sẽ đóng vai trò quan
trọng trong việc tạo nên cường độ và tính ổn định với nước, với nhiệt độ của hỗn hợp

bitum và vật liệu khoáng.
Độ dính bám khi không có nước:
+ Khi nhào trộn bitum với vật liệu khoáng , các hạt khoáng được thấm ướt bằng
bitum và tạo thành một lớp hấp phụ. Khi đó các phân tử bitum ở trong lớp hấp phụ sẽ
tương tác với các phần tử của vật liệu khoáng ở lớp bề mặt. Tương tác đó có thể là
tương tác lý học hay hóa học. Lực liên kết hóa học lớn hơn rất nhiều so với lực liên kết
lý học, do đó khi bitum tương tác hóa học với vật liệu khoáng thì cường độ liên kết sẽ
lớn nhất.
+ Liên kết bitum của bitum với vật liệu khoáng trước hết phụ thuộc vào tính chất của
bitum. Bitum có sức căng bề mặt lớn, nghĩa là có độ phân cực lớn, thì liên kết với vật
liệu khoáng càng tốt. Độ phân cực của bitum phụ thuộc vào hàm lượng nhóm chất
nhựa, đặc biệt là nhựa axit. Bitum chứa nhóm chất nhựa càng nhiều thì sự liên kết của
nó với vật liệu khoáng càng tốt.
+ Liên kết của bitum với vật liệu khoáng còn phụ thuộc vào tính chất của vật liệu
khoáng. Các loại đá bazơ liên kết với bitum tốt hơn các loại đá axit, vì có thể xảy ra
liên kết hóa học.
Độ dính bám khi có nước:
VIỆN KHOA HỌC & CNXDGT
+ Sự ổn định của hỗn hợp trong trường hợp này phụ thuộc vào độ hòa tan trong nước
của các hợp chất mới tạo thành. Nếu như các hợp chất mới tạo thành là các muối
kali,natri của các axit hữu cơ, thì nó sẽ hòa tan trong nước và như vậy làm cho hỗn
hợp kém ổn định nước. Nếu như những hợp chất ấy là các muối của canxi, sắt, nhôm,
là những hợp chất không hòa tan trong nước thì hỗn hợp ổn định nước.
+ Mức độ liên kết của bitum với bề mặt vật liệu đá hoa có thể đánh giá theo độ bền
của màng bitum trên bề mặt đá hoa khi nhúng trong nước sôi.
+ Thực tế khi chế tạo hỗn hợp bitum và vật liệu khoáng, người ta dùng nhiều loại đá
khác nhau, do đó mức độ liên kết của nó cũng có thể khác nhau. Để đánh giá mức độ
liên kết của bitum trong trường hợp này cũng tiến hành theo nguyên tắc tương tự. Sau
khi thí nghiệm, đem kết quả so sánh với thang đánh giá chỉ tiêu liên kết.
+ Trường hợp độ hoạt tính của bitum thấp, sự liên kết của nó với bề mặt vật liệu

khoáng kém thì cần cho thêm vào bitum chất phụ gia hoạt tính bề mặt.
2.2. CÁC LOẠI CHẤT PHỤ GIA THƯỜNG DÙNG ĐỂ CẢI THIỆN BI TUM DẦU
MỎ XÂY DỰNG ĐƯỜNG
Hiện nay, đã nghiên cứu và sử dụng nhiều loại chất phụ gia khác nhau để cải thiện cho
bitum dầu mỏ.tùy theo tác dụng cải thiện đối với bitum dầu mỏ mà phân các chất phụ
gia thành các nhóm sau:
- Nhóm các chat phụ gia hóa lỏng bitum dầu mỏ: có tác dụng tăng độ linh hoạt và
khả năng thâm nhập của bitum dầu mỏ. Có tác dụng tăng độ linh động và khả
năng thâm nhập của bitum dầu mỏ. thuộc nhóm này là các chất dung môi của
bitum dầu mỏ như xăng, dầu hỏa, dầu mazut, các loại dầu nhớt,…
- Nhóm các chất phụ gia hóa dẻo cho bitum dầu mỏ, có tác dụng làm cho các đại
phân tử của bitum dầu mỏ trương nở, tăng tính dẻo. Thuộc nhóm này thường
dùng các chất như : Cao su nhân tạo, cao xu tự nhiên,…
- Nhóm các chất phụ gia cải thiện tính chịu nhiệt cho bitum dầu mỏ: Tăng tính
quánh (nhớt) ở nhiệt độ cao, giảm tính giòn ở nhiệt độ thấp. Thuộc nhóm này là
các chất như bột cao su phế thải, nitroxelulo, lưu huỳnh, các phế phẩm có lưu
huỳnh, than hoạt tính, bột đá, xi măng…
- Nhóm các chất phụ gia tăng tính dính bám cho bitum dầu mỏ: cải thiện các tính
chất hóa lý hoặc hóa học của bitum dầu mỏ. Thuộc nhóm này có hang trăm các
VIỆN KHOA HỌC & CNXDGT
chất phụ gia hoạt tính bề mặt (HTBM) khác nhau gồm các loại như phụ gia hoạt
tính bề mặt anion, cation, lưỡng tính và không phân ly.
- Nhóm các chất phụ gia tăng khả năng chống chịu xăng dầu, chống lão hóa, tăng
tính đàn hồi cho bitum dầu mỏ. Các chất phụ gia nhóm này bao gồm các
polymer thuần nhất như Polysufure, Thioplaste,….
- Nhóm chất phụ gia cải thiện các đặc tính cơ học và đàn hồi cho bitum dầu mỏ.
Thuộc nhóm này như các polymer thuần nhất như Polyisoprene, Polybutene,
Polyisobutene có khả năng tương hợp tốt với bitum dầu mỏ có thể so sánh được
với cao su tự nhiên.
- Nhóm các chất phụ gia cải thiện đồng bộ các tính chất của bitum dầu mỏ.

Thuộc nhóm này bao gồm các chất phụ gia: SBS, EVA, và TPS.
2.2.1 Bitum có pha thêm lưu huỳnh
Có 2 cách để sử dụng lưu huỳnh trong bê tông asphalt để làm áo đường.
Thứ nhất: Asphalt được thêm một lượng tương đối nhỏ lưu huỳnh dưới dạng một chất
hòa tan trong bitum.
Cách gia công thứ 2 được biết đến với tên gọi là THERMOPAVE, sử dụng hàm lượng
lưu huỳnh cao. Lượng lưu huỳnh dư ra đóng vai trò như một châts khoáng tự rải. Khi
trộn với cốt liệu ta sẽ tạo ra một hỗn hợp rất dê thi công và khi nguội có khả năng
chống biến dạng cao.
Shell cũng cũng đã phát triển một sản phẩm có tên gọi THERMOPATICH đây là một
loại asphalt có hàm lượng lưu huỳnh cao để sửa chữa ổ gà, sử dụng để phục hồi
đường, có thể sử dụng cho cả đường bê tông asphalt hoặc mặt đường bê tông ximăng.
Bitum ở thể lỏng chảy tự do được rót vào lô, khe nứt trên mặt đường và bi tum nguội
đi có thể cho xe chạy ngay. Tuy nhiên bê tông asphalt có sử dụng lưu huỳnh thì lưu
huỳnh sẽ có phản ứng bới bitum, tùy thuộc vào nhiệt độ và thành phần hóa học của
bitum. Các nghiên cứu đã chỉ ra rằng lưu huỳnh chủ yếu phản ứng với thành phần
naphthen thơm của bitum, bằng cách cộng thêm vào phần tử hoặc bằng các ô xy hóa
bitum thông qua việc lấy hydrô sunfua. Ở khoảng nhiệt độ 119,3
0
C là nhiệt độ điểm
sôi của lưu huỳnh đơn nguyên chất và 150
0
C thì phản ứng chủ yếu là cộng thêm lưu
VIỆN KHOA HỌC & CNXDGT
huỳnh vào làm tăng thêm ở vùng chất thơm phân cực và một thay đổi rất nhỏ trong
đặc tính lưu biến của bitum. Trên 150
0
C phản ứng ô xy hóa cạnh tranh tăng lên rõ rệt
làm cho hàm lượng nhóm asphalt tăng lên và tác động bất lợi đến các đặc tính của
bitum, tương tự như tác động của quá trình sục khí.

2.2.2 Bitum pha thêm cao su
Polypuatadien, polyisopren, cao su thiên nhiên, cao su butyl, chloropren, styrene-
butadien cao su, v.v. tất cả được sử dụng cùng với bitum nhưng tác dụng của chúng
làm tăng độ nhớt của bitum. Trong một số trường hợp, cao su được sử dụng ở trạng
thái lưu hóa, ví dụ như những mảnh lốp tái chế, nhưng dạng này khó phân tán trong
bitum bitum. Vì vậy, cần một nhiệt độ cao và thời gian biến đổi chuyển hóa dải và có
thể tạo ra chất liên kết không đồng nhất trong đó cao su hoạt động chủ yếu như một
chất dẻo.
2.1.3 Bitum thêm các hợp chất mangan hữu cơ
Việc sử dụng hợp chất mangan hữu cơ trong bitum là một phát minh của cả Hoa Kỳ và
của Vương quốc Anh. Có thể nâng cao độ bền của vật liệu rải đường bằng cách cho
thêm vào bitum một hợp chất mangan hữu cơ, hoặc kết hợp giữa mangan hữu cơ với
coban hữu cơ, hay hợp chất đồng hữu cơ. Sản phẩm này được biết đến nhiều dưới cái
tên CHEMCRETE. Sử dụng bitum cải tiến bằng mangan hữu cơ trong asphalt và hỗn
hợp đá nhựa được giải thích là cải thiện tính mẫn cảm với nhiệt độ của hỗn hợp và qua
đó nâng cao các đặc tính hóa lý của chúng như ổn định Marshall, chống biến dạng dư
và độ cứng động học.
Cơ chế được đề xuất trong bằng sáng chế CHEMCRETE là sử dụng các hợp chất có
cấu trúc vòng nhất định trong bitum. Mangan xúc tiến việc tạo thành một hợp chất
dicetone mà sau đó tạo thành phức chất ổn định. Các phức chất này liên kết chặt chẽ
với phân tử bitum, nâng cao tính mẫn cảm với nhiệt độ của bitum và tăng độ bền của
hỗn hợp bitum.
Phản ứng lưu hóa phụ thuộc vào sự có mặt ô xy trong bitum, độ dày của lớp bitum và
nhiệt độ. Các thí nghiệm được bảo quản bằng CHEMCRETE đã cho thấy rằng một
VIỆN KHOA HỌC & CNXDGT
bitum 100 độ chứa 2% theo trọng lượng chất cải biến mangan bảo quản ở nhiệt độ
160
0
C trong 28 ngày bị cứng hóa (độ kim lún từ 127 độ xuống còn 100 độ).
Độ ổn định Marshall và thương số đọc được trên hai loại bê tông asphalt mịn được sản

xuất từ bitum 100 độ chứa CHEMCRETE, còn lại được sản xuất từ bitum 50 độ thông
thường. Đặc tính ban đầu của hai hỗn hợp này là rất giống nhau, tuy nhiên sau 12
tháng độ ổn định Marshall của bê tông asphalt mịn đã tăng lên hơn 400%. Trong thời
gian 12 tháng độ chảy Marshall đã tăng lên 75% dẫn đến một sự tăng lên toàn bộ
thương số Marshall hơn 200%. Sự gia tăng độ chảy Marshall là biểu hiện cửa kết quả
đạt được độ bền trong thời gian lưu hóa. Những cải tiến tương tự đã được xác định
bằng cách sử dụng thí nghiệm hình thành vệt lún bánh xe trong phòng thí nghiệm trên
các mẫu bê tông asphalt lấy từ đoạn đường thí nghiệm. Độ biến dạng ở 45
0
C ngay sau
khi rải bê tông đối với asphalt được cải tiến và asphalt thông thường rất giống nhau
(5mm/h), tuy nhiên sau 6 tháng độ biến dạng ở asphalt cải tiến đã giảm xuống dưới
1mm/h.
2.1.4 Bitum pha thêm các polyme dẻo nhiệt
Polyethylen, polypropylen, polyvinyl chlorit, polystyren và ethylen vinyl acetate
(EVA) là các polyme dẻo nhiệt chủ yếu đã được kiểm chứng qua các thí nghiệm về
các chất liên kết được cải tiến cho đường bộ. Các chất dẻo dưới tác động của nhiệt có
đặc tính là mềm đi khi nóng lên và cứng lại khi nguội đi.
Các polyme dẻo nhiệt khi trộn với bitum, khi ở nhiệt độ môi trường bình thường liên
kết với bitum và làm tăng độ nhớt của bitum. Tuy nhiên, các chất polyme dẻo nhiệt
không làm tăng đáng kể độ đàn hồi của bitum. Khi bị nung nóng chúng có thể tách ra
khỏi bitum, mà điều này có thể dẫn đến phân tán thô khi nguội đi. Tuy vậy chấp nhận
những hạn chế này việc sử dụng EVA với nồng độ 5% cho bitum có độ kim lún 70 đã
trở nên rất thông dụng. Các thí nghiệm ở Việt Nam cũng cho kết quả tương tự.
Chất đồng trung hợp (co-polymer) EVA là các vật liệu dẻo nhiệt có cấu trúc ngẫu
nhiên được sản xuất bằng cách đồng trùng hợp ethylen và vinyl acetat. Các chất đồng
trùng hợp có hàm lượng vinyl acetat thấp có đặc tính giống như một polyethylen tỷ
VIỆN KHOA HỌC & CNXDGT
trọng thấp. Thành phần vinyl acetat tăng lên thì các đặc tính của chất đồng trùng hợp
thay đổi. Các đặc tính của chất đồng trùng hợp EVA được kiểm soát bởi trọng lượng

phân tử và hàm lượng vinyl acetat.
Trọng lượng các phân tử: trọng lượng phân tử của nhiều polyme được xác định theo
các đặc tính khác nhau. Tiêu chuẩn thực hiện đối với EVA nhằm xác định nhiệt độ hóa
mềm (Melt Flow Index-MFI). Thí nghiệm về độ nhớt ngược lại có liên quan đến trọng
lượng phân tử. MFI càng cao trọng lượng phân tử và độ nhớt càng thấp và điều này
tương tự như thí nghiệm kim lún đối với bitum – kim lún càng cao thì trọng lượng
phân tử trung bình và độ nhớt của bitum càng thấp.
Hàm lượng vinyl acetat: để xác định các tác động chính của vinyl acetat đến các đặc
tính của các chất liên kết được cải biến, ta thấy phần polyethylen thông thường của
chuỗi có thể xếp rất sát nhau và tạo ra vùng kết tinh. Nó cũng cho thấy các nhóm vinyl
acetat lớn phá vỡ sự sắp xếp sát nhau này như thế nào để tạo ra các vùng cao su thơm
không kết tinh, vùng tinh thể tương đối cứng, trong khi vòng thơm lại mềm dẻo. Càng
nhiều nhóm vinyl acetat (hoặc hàm lượng vinyl acetat càng cao) tỷ lệ vùng mềm dẻo
càng cao, và ngược lại tỷ lệ vùng tinh thể càng thấp.
Các chất đồng trùng hợp EVA sẵn có trong phân loại bằng MFI và hàm lượng vinyl
acetat. Ví dụ EVA có MFI là 150 và hàm lượng vinyl acetat là 19 thì phẩm cấp được
ghi là 150/19. Từ các loại chất trùng hợp EVA đa dạng sẵn có, phẩm cấp 150/19 và
với qui mô nhỏ hơn các phẩm cấp 45/33 thì thông dụng nhất. Chúng thường trộn với
bitum 70 độ, các chất trùng hợp EVA dễ được phân tán trong bitum và rất thích hợp
với bitum. Chúng ổn định với nhiệt ở nhiệt độ nhòa trộn hỗn hợp asphalt thông
thường. Tuy vậy, trong quá trình bảo quản tĩnh có thể xẩy ra sự phân ly. Do đó, các
sản phẩm hỗn hợp được đề xuất cho lưu thông tuần hoàn trước khi sử dụng.
Bảng… cho thấy những thay đổi phổ biến về độ kim lún và điểm hóa mềm khi cho
thêm 5% hai loại phẩm cấp EVA vào bitum 70 độ, các đặc tính Marshall và vệt lún
bánh xe của asphalt lu nóng được sản xuất từ các chất liên kết đã được cải tiến.
Bảng 2.1: Tác động của các phẩm chất EVA 150/19 và EVA 45/53 đến đặc tính
của bitum và asphalt nóng rải lớp mặt đường
VIỆN KHOA HỌC & CNXDGT
Chất liên kết
Các đặc tính của

chất liên kết
Các đặc tính của
Marshall
Độ lún
bánh xf ở
45
o
C
(mm)
Kim
lún, ở
25
o
C
Điểm
mềm
(IP)
o
C
Độ
ổn
định
KN
Độ
chảy
(mm)
Tỷ số
KN/m
m
70 độ

70 độ + 5%EVA150/19
70 độ+5% EVA 45/53
68
50
57
49.0
66.5
58
6.3
7.6
8.0
3.3
3.2
2.7
1.9
2.4
3.0
4.4
0.8
1.0
Các kết quả thí nghiệm vệt lún bánh xe cho thấy độ lún giảm đi 4 lần khi cho thêm
EVA của từng phẩm cấp nói trên vào bitum 70. Mức độ chống lại sự biến dạng cũng ít
nhậy cảm đáng kể đối với sự thay đổi nhiệt độ. Sự tăng lên của độ ổn định Marshall là
không lớn như một dự đoán trên kết quả thí nghiệm vệt lún bánh xe. Vì vậy, phần lớn
các hỗn hợp polyme cải biến được kiểm tra trong thí nghiệm Marsahll, các kết quả của
thí nghiệm Marshall về các vật liệu cải biến bằng cách cho thêm polyme cần được xem
xét một cách thận trọng.
2.1.5 Bitum cho thêm cao su dẻo nhiệt
Trong 4 nhóm chất đàn hồi dẻo nóng chính gồm: polyurethane; chất đồng trùng hợp
polyetherpolyester; các chất alken đồng trung hợp; và chất đồng trung hợp có đoạn

styren, các chất đồng trùng hợp có đoạn styren đã được chứng minh là có tiềm năng
lớn nhất khi được trộn với bitum.
Chất đồng trùng hợp có đoạn styren thường được gọi là cao su nhiệt dẻo (TR). Cao su
nhiệt dẻo có thể được tạo ra bằng cơ chế tạo chuỗi của phản ứng polyme hóa liên thục
styren—butađien-styren (SBS) hoặc styren-isopren-styren (SIS). Để tạo ra các polyme
nêu trên cần có chất xúc tác trong phản ứng ghép nối. Đối với polyme không chỉ có
các chất đồng trùng hợp thẳng mà còn có chất đồng trùng hợp nhiều nhánh có thể
được tạo ra, những chất này thường được gọi là các chất đồng trùng hợp phân nhánh
hoặc hình rẻ quạt, hình sao.
VIỆN KHOA HỌC & CNXDGT
Cao su nhiệt dẻo có sức bền và tính đàn hồi do liên kết ngang vật lý của các phần tử
trong mạng lưới không gian ba chiều. Điều này có được do liên kết của đoạn styren
cuối với các khối riêng rẽ, tạo ra liên kết ngang lý học đối với khối cao su polyisopren
hoặc polybutađien ba chiều. Đoạn cuối polystyren sẽ tạo cho polyme có sức bền và
đoạn giữa sẽ làm cho vật liệu này có tính đàn hồi đặc biệt.
Ở nhiệt độ trên điểm hiệt độ hóa thủy tinh của polystyren (100
0
C), polystyren mềm đi
vì liên kết khối yếu đi và thậm chí sẽ bị tách ra dưới tác động của một ứng suất, đến
mức độ cho phép gia công dễ ràng. Khi nguội đi, các khối sẽ lại liên kết lại, sức bền và
tính đàn hồi sẽ được phục hồi, điều này đồng nghĩa là vật liệu này là một chất dẻo
nhiệt.
Cho thêm cao su nhiệt dẻo với trọng lượng phân tử bằng hoặc cao hơn các nhóm chất
asphalt sẽ làm xáo trộn sự cân bằng pha. Polyme và asphalt “cạnh tranh nhau” về lực
hòa tan của malten, nếu không có đủ malten, có thể xẩy ra hiện tượng tách pha. Cầu
trúc của các hệ thống bitum/polyme thích hợp và không thích hợp được quan sát bằng
kính hiển vi. Hệ thống tương thích có cấu trúc đều mịn đồng chất trong khi hệ thống
không tương thích có cấu trúc thô đứt quãng.
Sự tách pha hay tính không tương thích có thể được kiểm tra bằng một thí nghiệm bảo
quản nóng đơn giản. Các thí nghiệm được thực hiện với mẫu bitum lấy từ đỉnh, một

phần ba ở giữa và 1/3 ở đáy bình đựng mẫu.
Các nhân tố chính ảnh hưởng đến độ ổn định các đặc tính kỹ thuật của bitum trong quá
trình bảo quản là:
Số lượng và trọng lượng phân tử của các nhóm chất asphalt;
Độ thơm của pha malten;
Lượng polyme có mặt;
Trọng lượng phân tử và cấu trúc của polyme;
Nhiệt độ bảo quản.
VIỆN KHOA HỌC & CNXDGT
Chất lượng của sự phân tán polyme đạt được bị ảnh hưởng bởi một số yếu tố, nhưng
cơ bản là phụ thuộc vào cường độ xé dưới tác động của máy trộn. Khi polyme được
cho thêm vào bitum nóng, bitum sẽ ngay lập tức bắt đầu nhập vào các hạt polyme làm
cho các chuỗi styren của polyme phồng trương lên và dễ hòa tan hơn. Khi điều đó xảy
ra, lực xé đủ lớn sẽ tác động vào các hạt bị trương và sẽ là yếu tố quyết định có thể đạt
được để sự phân tán hoàn toàn của các hạt phân tử polyme trong thời gian trộn thực tế.
Như vậy, cần sử dụng các máy trộn có lực xé cao hoặc trung bình để phân tán hoàn
toàn cao su dẻo nhiệt và bitum.
 Các đặc tính của hỗn hợp bitum – cao su dẻo nhiệt
Hãng Shell Bitumen của Vương quốc Anh đã sản xuất hai loại chất liên kết polyme
SBS cải tiến là CARIPHALTE DM và DA
CARIPHALTE DM đã được phát triển để sử dụng trong hỗn hợp bê tông asphalt lu
nóng chặt và hỗn hợp bê tông asphalt để cải tiến lớp nền làm bằng bê tông nghèo và
mặt đường bê tông cũ đã bị nhiệt độ gây ra một sự dịch chuyển ở lớp bê tông dẫn đến
hiện tượng nứt “phản hồi” tới bề mặt đường.
CARIPHALTE DA được phát triển để sử dụng trong hỗn hợp đá nhựa thoát nước và
hỗn hợp để rải lớp tạo ma sát.
Các yếu tố về kỹ thuật chi tiết của hai loại chất liên kết này được chi tiết hóa ở bảng 6.
Quan hệ giữa độ nhớt và nhiệt độ của CARIPHALTE DM và bitum quánh 50 độ cho
thấy rõ là ở nhiệt độ cao của con đường, ví dụ 60
0

C, CARIPHALTE DM cứng hơn
đáng kể so với bitum 50 độ và do đó chống nứt tốt hơn.
Mức độ cải thiện khả năng chống biến dạng được kiểm tra bằng các thí nghiệm vệt lún
bánh xe do cả phòng thí nghiệm đường bộ và vận tải (TRRL) và Shell Research
Limited thực hiện, được trình bảy ở bảng 7. Rõ ràng là có một sự tăng lên đáng kể về
khản năng chống biến dạng, tương tự với khả năng chống biến dạng của bitum chịu tải
nặng (HD) được phát triển chuyên dụng để chống biến dạng. Những ưu điểm này đã
được khẳng định qua các cuộc kiểm nghiệm toàn diện trên thực địa.
VIỆN KHOA HỌC & CNXDGT
Độ dẻo của hỗn hợp bitum đã được định lượng bằng thí nghiệm rão – biến dạng không
đổi do TRRL và Shell Research Limited tiến hành. Thí nghiệm mỏi đã được Shell
Research Limited thực hiện trên hỗn hợp bê tông asphalt lu nóng thi công ở 5
0
C với
tần số là 50Hz cho thấy với một phạm vi rộng về tải trọng tác động lên mẫu thí nghiệm
CARIPHALTE DM, tuổi thọ rão của mặt đường nâng lên ít nhất là 3 lần.
2.1.6 Các bitum polyme chịu nhiệt
Các chất polyme chịu nhiệt được sản xuất bằng cách trộn hai thành phần lỏng, thành
phần đầu là chất nhựa và phần còn lại chứa chất làm cứng. Hai thành phần này kết hợp
với nhau về mặt hóa học để tạo ra một cấu trúc 3 chiều vững chắc. Hợp chất nhựa 2
thành phần này khi trộn với bitum sẽ thể hiện các đặc tính nổi trội của các chất nhựa
chịu nhiệt hơn là các đặc tính của bitum. Các loại hợp chất nhựa chịu nhiệt 2 thành
phần này đã được phát triển khoảng 30 năm trước đây và hiện nay đang được ứng
dụng rộng rãi để bọc phủ bề mặt làm các chất dính kết.
Những sự khác nhau cơ bản giữa bitum (một chất dẻo nhiệt) và các bitum polyme chịu
nhiệt là như sau:
Khi hai thành phần trong bitum polyme chịu nhiệt được trộng thì thời gian sử dụng sản
phẩm này sẽ bị giới hạn, thời hạn này phụ thuộc nhiều vào nhiệt độ, nhiệt độ càng cao
thì thời hạn sử dụng càng ngắn.
Sau khi một sản phẩm chịu nhiệt được sử dụng nó tiếp tục được lưu hóa và tăng cường

độ và sức bền, tốc độ lưu hóa trên mặt đường phụ thuộc vào nhiệt độ môi trường.
Khi nhiệt độ tăng lên bitum bị mềm ra và chảy, các bitum polyme chịu nhiệt ít mẫn
cảm với nhiệt độ hơn và trong thực tế không bị tác động của sự thay đổi nhiệt độ trên
đường.
Bitum polyme chịu nhiệt là một vật liệu đàn hồi, không thể hiện đặc tính nhớt chảy, ổn
định với hóa chất, dung môi, nhiên liệu và dầu.
VIỆN KHOA HỌC & CNXDGT
Ba loại bitum polyme chịu nhiệt được biết đến phổ biến là: Shell grip/spray grrip;
Erophalt; và Sheliepoxy asphalt. Các loại này đã được sử dụng rộng rãi trên thế giới từ
năm 1986. Tuy nhiên, ở Việt Nam đang trong giai đoạn nghiên cứu.
2.3. PHỤ GIA TAFPACK SUPER (TPS)
2.3.1 Cơ chế tác động của phụ gia TPS
Phụ gia polymer Tafpack-Super (TPS) là chất nhựa nhiệt dẻo, nên dưới tác dụng của
nhiệt độ khi đun nóng bi tum dầu mỏ, chúng chuyển từ trạng thái rắn đàn hồi sang
trạng thái mềm dẻo (nhiệt độ để các polymer chuyển sang trạng thái mềm dẻo phụ
thuộc vào cự tính và cấu trúc mạch của chúng, các polymer có cấu trúc mạch thẳng và
cực tính thấp nên dễ dàng bị hóa dẻo hơn).
Bi tum khi bị gia nhiệt thì các phần tử của nó trở nên linh động hơn, nên dễ dàng lấp
đầy các khoảng không gian do các polymer mạch thẳng tạo ra trong quá trình thay đổi
hình dạng các mạch phân tử của mình. Do hấp thụ bi tum dầu mỏ, các polymer bị
trương nở, liên kết giữa chúng giảm dần. Khi mất lực liên kết phân tử các polymer bị
trương nở phân tách dần ra tạo thành các đại phân tử riêng biệt hòa lẫn vào trong môi
trường bitum.
Như vậy đã xảy ra quá trình khuyếch tán 2 chiều: các Mixen bitum dầu mỏ có độ linh
động cao khuyếch tán vào khoảng không gian giữa các Mixen polymer, còn các mạch
phân tử và các Mixen của polymer khuyếch tán vào trong môi trường của bitum dầu
mỏ. Nếu quá trình đun nóng hỗn hợp được khuấy trộn liên tục thì sự khuyếch tán càng
gia tăng.
Ngoài hiện tượng khuyếch tán vật lý đã nêu trên, trong quá trình hình thành cấu trúc
mới của hỗn hợp bitum-phụ gia polymer còn có thể xuất hiện các tương tác phân tử

(hút, bám) và các tương tác hóa học.
Các tương tác phân tử giữa các nhóm thành phần có hoạt tính bề mặt cao có trong hỗn
hợp bitum dầu mỏ-polymer làm thay đổi năng lượng bề mặt tự do và nội lực phân tử
trong hỗn hợp.
VIỆN KHOA HỌC & CNXDGT
Tương tác hóa học xảy ra do tồn tại các nhóm chức năng tự do có trong thành phần
của bitum dầu mỏ và polymer. Các hợp chất mới được hình thành làm tăng thành
phần hạt rắn, thay đổi tỷ lệ pha, hình thành các dạng cấu trúc mới trong hỗn hợp.
Như vậy một mặt xuất hiện các liên kết hóa học mới trong hỗn hợp, mặt khác xảy
ra quá trình khuyếch tán, hút bám vật lý giữa các Mixel và mạch phân tử của
polymer với các Mixel của bitum dầu mỏ. Các quá trình trên đã làm thay đổi tỷ lệ
pha dẫn đến thay đổi cấu trúc của hỗn hợp bitum dầu mỏ-polymer. Hợp chất mới
được tạo thành có các tính chất mới phản ánh một phần các tính chất của polymer
được sử dụng làm phụ gia.
Hình 2.1 Mô phỏng cấu trúc của bitum + TPS
2.3.2 Một số kết quả nghiên cứu, ứng dụng phụy gia TPS trên thế giới.
2.3.2.1. Tính kháng cắt của hỗn hợp asphalt sử dụng chất kết dính bitum cải tiến TPS
Bảng 2.2 – Các đặc tính thông thường của bitum sử dụng phụ gia TPS