LUẬN VĂN THẠC SĨ CHUYÊN NGÀNH XÂY DỰNG ĐƯỜNG Ô TÔ VÀ ĐƯỜNG THÀNH PHỐ NGHIÊN CỨU, CHẾ TẠO BÊTÔNG NHỰA NÓNG GIA CỐ BỘT CAO SU PHẾ THẢI

Luận án Thạc Sỹ KHKT
MỤC LỤC
MỞ ĐẦU 3
A- MỤC ĐÍCH NGHIÊN CỨU 4
B- PHƯƠNG PHÁP VÀ NỘI DUNG NGHIÊN CỨU 4
B-1/ Phương pháp nghiên cứu 4
B-2/ Nội dung nghiên cứu 5
CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ BTN SỬ DỤNG BITUM CẢI TIẾN VÀ BTN SỬ
DỤNG BITUM CẢI TIẾN BẰNG BỘT CAO SU PHẾ THẢI

5
I.1. BITUM CẢI TIẾN [11] 5
I.1.1/ Các đặc tính kỹ thuật của Bitum và ảnh hưởng của chúng đối với các đặc điểm kỹ
thuật trong ứng dụng 5
I.1.2/ CÁC LOẠI BITUM CẢI TIẾN THƯỜNG GẶP [11] 6
I.2. BITUM CẢI TIẾN BẰNG CÁCH CHO THÊM BỘT CAO SU 9
I.3. BÊTÔNG NHỰA SỬ DỤNG BITUM CẢI TIẾN – BÊTÔNG NHỰA SỬ DỤNG
BITUM CẢI TIẾN BẰNG BỘT CAO SU PHẾ THẢI 10
I.1.1/ KHÁI NIỆM BÊTÔNG NHỰA 10
I.1.2/ BÊTÔNG ASPHALT CẢI TIẾN 13
I.1.3/ BÊTÔNG ASPHALT CẢI TIẾN SỬ DỤNG BỘT CAO SU PHẾ THẢI 13
CHƯƠNG II: ĐỀ CƯƠNG VÀ PHƯƠNG PHÁP THÍ NGHIỆM

15
II.1. ĐỀ CƯƠNG THÍ NGHIỆM 15
I.1.4/ Thí nghiệm các chỉ tiêu cơ lý vật liệu: Cát; Đá; Bột khoáng; Nhựa đường; Bột cao su
phế phẩm 15
I.1.5/ Thiết kế Bêtông asphalt theo phương pháp Marshall (xác đònh hàm lượng nhựa tối ưu) 15
I.1.6/ Chế bò mẫu tiến hành thí nghiệm 16
I.1.7/ So sánh BTN thông thường với BTN sử dụng bitum cải tiến bằng bột cao su phế thải 17
I.1.8/ Công nghệ sản xuất bột cao su phế thải và chế tạo bêtông asphalt có sử dụng bột cao

su phế thải - Khả năng áp dụng thực tiễn 17
I.1.9/ Kết luận 17
II.2. THÍ NGHIỆM CÁC LOẠI VẬT LIỆU ĐỂ CHẾ TẠO BTN 18
I.1.10/ Đá dăm 18
I.1.11/ Cát 18
I.1.12/ Bột khoáng 18
I.1.13/ Nhựa đường 19
I.1.14/ Cao su 19
II.3. THIẾT KẾ BÊTÔNG NHỰA THEO PHƯƠNG PHÁP MARSHALL: 19
I.1.15/ Yêu cầu kỹ thuật của bêtông nhựa chặt (BTNC) 19
I.1.16/ Phương pháp Marshall là gì? 20
I.1.17/ Tính toán và thiết kế Cấp phối Bêtông nhựa (BTNC15): Cấp phối BTNC15 được thiết
kế theo 22TCN 249-98 của bộ GTVT ban hành 21
I.1.18/ Tính toán và thiết kế Hàm lượng nhựa tối ưu 22
CHƯƠNG III: XÁC ĐỊNH CÁC CHỈ TIÊU CƠ LÝ CỦA BITUM CẢI TIẾN BẰNG
CÁCH TRỘN BỘT CAO SU PHẾ THẢI

25
III.1. CÁC CHỈ TIÊU CƠ LÝ THÔNG DỤNG CỦA BITUM 25
III.2. NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA BỘT CAO SU PHẾ THẢI TRONG BITUM
CẢI TIẾN 26
I.1.19/ Tính quánh (biểu hiện thông qua Độ kim lún) 27
I.1.20/ Tính dẻo (Biểu hiện thông qua Độ giãn dài) 28
I.1.21/ Tính ổn đònh nhiệt (biểu hiện thông qua Nhiệt độ hoá mềm) 30
I.1.22/ Tính dính bám của bitum với mặt vật liệu khoáng 32
CHƯƠNG IV: XÁC ĐỊNH CÁC CHỈ TIÊU CƠ LÝ CỦA BÊTÔNG NHỰA SỬ
DỤNG BITUM CẢI TIẾN BẰNG BỘT CAO SU PHẾ THẢI

34
IV.1. NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA BỘT CAO SU PHẾ THẢI ĐẾN CÁC

CHỈ TIÊU CƠ LÝ CỦA BTN SỬ DỤNG BITUM CẢI TIẾN BẰNG BỘT CAO PHẾ THẢI
34
A- CÁC CHỈ TIÊU CƠ LÝ VỚI PHƯƠNG PHÁP THÍ NGHIỆM TIÊU CHUẨN 34
I.1.23/ Độ ổn đònh Marshall & Khối lượng thể tích của bêtông asphalt: 34
I.1.24/ Xác đònh cường độ chòu nén tới hạn của bêtông asphalt: 36
I.1.25/ Muyl đàn hồi tónh vật liệu (ETAC ): 37
I.1.26/ Cường độ chòu kéo–uốn của bêtông asphalt (Rku) 39
I.1.27/ Xác đònh Sức kháng trượt của vật liệu Bêtông asphalt: 40
B- MỘT SỐ CÁC CHỈ TIÊU CƠ LÝ THEO PHƯƠNG PHÁP THÍ NGHIỆM ĐƯC
CẢI BIÊN 43
I.1.28/ Độ bền marshall ở các nhiệt độ: 30oc; 45oc; 60oc; 75oc & hệ số ổn đònh nhiệt - Độ ổn
đònh còn lại khi ngâm mẫu ở 60oc sau 24 giờ 43
Nghiên cứu, Chế tạo Bê Tông Nhựa Nóng sử dụng bột Cao su phế thải 1
Luận án Thạc Sỹ KHKT
I.1.29/ Muyl đàn hồi ĐỘNG vật liệu bêtông asphalt (AC): 48
I.1.30/ Khả năng chòu mỏi của vật liệu bêtông asphalt (Rm): 51
I.1.31/ Xác đònh điểm chảy của vật liệu bêtông ásphalt (Chỉ tiêu tác giả đề xuất) 52
C- GIÁ TRỊ KINH TẾ 64
CHƯƠNG V: CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT BỘT CAO SU PHẾ THẢI VÀ CHẾ TẠO
BÊTÔNG ASPHALT SỬ DỤNG BITUM CẢI TIẾN BẰNG BỘT CAO SU PHẾ THẢI

65
V.1. CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT BỘT CAO SU PHẾ THẢI 65
V.2. CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO BÊTÔNG ASPHALT SỬ DỤNG BITUM CẢI TIẾN
BẰNG BỘT CAO SU PHẾ THẢI 65
I.1.32/ Trong phòng: 65
I.1.33/ Ngoài hiện trường: 65
CHƯƠNG VI: KẾT LUẬN

66

VI.1. KẾT LUẬN 66
VI.2. KIẾN NGHỊ 71
VI.3. PHƯƠNG HƯỚNG NGHIÊN CỨU TIẾP TỤC 71
Bằng Luận án Thạc Sỹ KHKT này, tác giả xin trân trọng cám ơn sự
giúp đỡ tận tình của Trường ĐH GTVT, Phòng đào tạo đại học và sau đại
học, Khoa công trình, Bộ môn đường bộ, các Nhà giáo: PGS.TS Nguyễn
Huy Thập; PGS.TS Bùi Xuân Cậy; PGS.TS Phạm Duy Hữu.
Tác giả cũng trân trọng cám ơn Phòng thí nghiệm Công ty Cổ phần
Xây dựng Công trình Giao thông 710 (thuộc Tổng Công ty CTGT 6), Công
ty Caosumina, Ban Quản lý các Dự án Giao thông 9, Phân viện KHCN
Nghiên cứu, Chế tạo Bê Tông Nhựa Nóng sử dụng bột Cao su phế thải 2
Luận án Thạc Sỹ KHKT
GTVT phía Nam và các đồng nghiệp đã tận tình giúp đỡ tôi hoàn thành
luận án này.
MỞ ĐẦU
“Chất lượng xây dựng các công trình giao thông đặt lên hàng đầu” đó là câu
nói thường được các lãnh đạo Nhà nước, các lãnh đạo và đồng nghiệp trong ngành
xây dựng công trình giao thông phát biểu trong các Hội nghò. Chất lượng xây dựng
mang tính bao hàm của nhiều yếu tố Kinh tế – Kỹ thuật, trong đó chúng ta không thể
không nhắc đến chất lượng của các vật liệu trong kết cấu áo đường.
Có thể nói những năm gần đây, nhất là từ khi nước ta mở rộng cửa hoà nhập,
giao lưu với các nước trên thế giới thì Kinh tế xã hội và mạng lưới giao thông ngày
càng phát triển. Cùng với sự phát triển đó là sự đa dạng của các phương tiện giao
thông trên đường, các tiến bộ khoa học kỹ thuật được áp dụng trong các lónh vực công
nghệ , thiết bò, vật liệu v.v…
Hiện nay, với xu hướng kinh tế – xã hội và mạng lưới giao thông ngày càng
phát triển mạnh, trên phần lớn các con đường trong mạng lưới giao thông đều sử dụng
vật liệu bitum làm chất liên kết với cốt liệu để tạo ra mặt đường BTN thỏa mãn các
yêu cầu kỹ thuật và nhu cầu sử dụng. Cùng với xu hướng phát triển đó sẽ kèm theo là
lưu lượng xe ngày càng tăng và xe trọng tải lớn lưu thông ngày càng nhiều, tốc độ

chạy xe cao đã và đang trở thành xu thế phổ biến hiện nay. Vì lẽ đó, nghành giao
thông cần phải có các phương án tối ưu để kòp đáp ứng được nhu cầu thực tế trên. Thế
thì chúng ta cần có đònh hướng như thế nào? Theo tôi cần phải thiết kế ra những con
đường có kết cấu hợp lý và đặc biệt lớp áo phủ mặt đường (Bêtông nhựa) cần phải có
tính ổn đònh nhiệt cao, chòu được lực masát lớn, có độ bám tốt, ít biến dạng, đàn hồi
tốt (biến dạng sẽ được hồi phục ngay khi tải trọng đi qua) trong khi khai thác với lưu
lượng xe lớn, trọng tải lớn và nhất là trong vùng khí hậu nóng (Đông Nam Á).
Nghiên cứu, Chế tạo Bê Tông Nhựa Nóng sử dụng bột Cao su phế thải 3
Luận án Thạc Sỹ KHKT
Trên thế giới, người ta cũng đã sử dụng nhiều phương pháp để tạo ra Bêtông
ásphalt có các tính năng kỹ thuật cao. Những phương pháp hay sử dụng là:
- Bitum chất lượng cao (Multiphalte) làm chất liên kết.
- Phụ gia cho Bitum
- Phụ gia bột cao su trong bêtông át phan
- Phụ gia Cololymere eva (Etylene vinyl axêtat)
Trong điều kiện mật độ giao thông phát triển sẽ kéo theo các sản phẩm công
nghiệp phế thải sẽ tăng lên rất lớn. Trong đó lốp xe phế thải là rất nhiều, để có thể
tận dụng được các phế thải này trong các ngành kỹ thuật nói chung và ngành giao
thông nói riêng là một trong những vấn đề chúng ta cần quan tâm. Sử dụng sản phẩm
phế thải này không những giải quyết về mặt môi trường mà còn có lợi cả về mặt kinh
tế và kỹ thuật trong ngành giao thông.
Đó là các lý do để tôi chọn đề tài : “ NGHIÊN CỨU, CHẾ TẠO BÊTÔNG
NHỰA NÓNG GIA CỐ BỘT CAO SU PHẾ THẢI “
A- MỤC ĐÍCH NGHIÊN CỨU
Với cao su phế thải đã được nghiền thành bột, đem trộn vào bitum dầu mỏ làm
chất kết dính với cốt liệu để tạo ra hổn hợp bêtông ásphalt. Từ đó thí nghiệm các chỉ
tiêu kỹ thuật cơ bản để đánh giá ảnh hưởng của bột cao su đối với bitum dầu mỏ và
hổn hợp bêtông ásphalt. Qua đó, tìm ra được hàm lượng cao su thích hợp nhất có trong
bitum và hàm lượng hổn hợp “bitum + cao su” tối ưu để chế tạo bêtông ásphalt, đồng
thời cũng có thể đònh khung hàm lượng cao su có trong bitum thích hợp và hàm lượng

hổn hợp “bitum + cao su” thích hợp tối ưu để chế tạo bêtông ásphalt ứng với từng
hàm lượng cao su mà ta chọn (dựa theo các số liệu ta thí nghiệm và tính chất kỹ thuật
của từng con đường).
Các chỉ tiêu kỹ thuật trong đề tài quan tâm là: Cường độ Mashall; Thương số
Marshall; Cường độ chòu nén; Cường độ chòu kéo uốn; Khả năng chòu tải trọng trùng
phục; Mun đàn hồi Tónh và Động; Biến dạng dư; Độ bám trong điều kiện bất lợi;
Điểm biến dạng chảy; Hệ số ổn đònh nhiệt .v.v…
Trên cơ sở đó, rút ra kết luận và đánh giá khả năng ứng dụng của việc sử dụng
hổn hợp “bitum + bột cao su” trong bêtông ásphalt để xây dựng mặt đường ở nước ta
nói riêng và trong khu vực nhiệt đới nói chung.
B- PHƯƠNG PHÁP VÀ NỘI DUNG NGHIÊN CỨU
B-1/ Phương pháp nghiên cứu
Đề tài chủ yếu được thực hiện theo phương pháp nghiên cứu thực nghiệm trong
phòng trên cơ sở lý thuyết và một số nghiên cứu của các tác giả có đề cập đến vấn đề
này. Từ các thí nghiệm có được, ta xác đònh được qui luật hình thành và xử lý số liệu
thí nghiệm. Tìm và đưa ra các chỉ tiêu và thông số kỹ thuật cần thiết.
Các thí nghiệm được tiến hành theo các qui trình qui phạm hiện hành và có
thêm các thí nghiệm tự bản thân đề xuất chủ yếu là quan tâm đề cập đến điều kiện
Nghiên cứu, Chế tạo Bê Tông Nhựa Nóng sử dụng bột Cao su phế thải 4
Luận án Thạc Sỹ KHKT
làm việc thực tế ngoài hiện trường (VD: khả năng chòu tải trọng trùng phục; biến
dạng dư; điểm biến dạng chảy .v.v…)
B-2/ Nội dung nghiên cứu
- Đánh giá ảnh hưởng của bột cao su đến tính chất bitum dầu mỏ thông qua các
chỉ tiêu cơ lý thông dụng: Độ kim lún; Độ kéo dài; Nhiệt hóa mềm; Độ dính bám với
đá.
- Đánh giá ảnh hưởng của bột cao su đến tính chất bêtông ásphalt thông qua
các chỉ tiêu cơ lý thông dụng: Cường độ Marshall (ở 30
oC
; 45

oC
; 60
oC
; 75
oC
); Thương số
Marshall; Cường độ chòu nén ở 20
oC
; 50
oC
); Cường độ chòu kéo uốn ở 10
oC
; Khả năng
chòu tải trọng trùng phục ở nhiệt độ bình thường 30
oC
; Mun đàn hồi Tónh & Động
trong phòng ở 30
oC
(đặc biệt ở chỉ tiêu này có xét đến tính hồi phục nhanh tức là xét
đến biến dạng dư); Độ bám trong điều kiện bất lợi; Điểm biến dạng chảy; Hệ số ổn
đònh nhiệt.
Các chỉ tiêu trên đều được so sánh với loại bêtông ásphalt chỉ dùng loại bitum
dầu mỏ thông thường. Từ đó rút ra kết luận và tìm hướng nghiên cứu tiếp.
CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ BTN SỬ DỤNG BITUM CẢI TIẾN VÀ
BTN SỬ DỤNG BITUM CẢI TIẾN BẰNG BỘT CAO SU PHẾ THẢI
I.1. BITUM CẢI TIẾN [11]
I.1.1/ Các đặc tính kỹ thuật của Bitum và ảnh hưởng của chúng đối với các
đặc điểm kỹ thuật trong ứng dụng
Các đặc tính kỹ thuật của hổn hợp “bitum – cốt liệu” chòu ảnh hưởng lớn của
đặc tính lưu biến (hay cơ học) và một phần thành phần hóa học của bitum. Tuy nhiên,

khi hổn hợp đã được thi công thành mặt đường thì yếu tố thành phần hóa học của
bitum lại đặc biệt quan trọng vì yếu tố này ảnh hưởng tới tốc độ oxy hóa của con
đường, qua đó nó quyết đònh thời gian bitum bò các phương tiện giao thông bào mòn
khỏi mặt đường dài hay ngắn. Ngược lại, các yếu tố này lại bò tác động bởi sự thay
đổi các đặc tính của bitum do ảnh hưởng của không khí, nhiệt độ và nước. Tất nhiên
có nhiều yếu tố khác tác động đến đặc tính của bitum, bao gồm cả bản chất của cốt
liệu, thành phần hổn hợp bitum – cốt liệu, tỷ lệ bitum trong hổn hợp (nghóa là độ dày
của lớp bitum phủ trên bề mặt cốt liệu), độ chặt khi đầm nén mặt đường .v.v tất cả
những yếu tố trên ảnh hưởng đến độ bền của con đường tương lai.
Bitum là vật liệu có tính Nhớt – Đàn hồi và đặc tính của chúng biến động từ
thuần nhớt đến đàn hồi phụ thuộc vào thời gian chòu tải và nhiệt độ. Trong quá trình
trộn và đầm nén hỗn hợp bitum – cốt liệu, và khi hổn hợp đã được thi công thành mặt
đường và đưa vào sử dụng ở những vùng khí hậu nóng thì đặc tính của bitum có thể
xem là nhớt (do đó cần phải cải thiện bitum sao cho bitum có độ nhớt thấp và tăng
tính đàn hồi, từ đó hổn hợp cốt liệu – bitum làm việc có tính đàn hồi hơn và phục hồi
Nghiên cứu, Chế tạo Bê Tông Nhựa Nóng sử dụng bột Cao su phế thải 5
Luận án Thạc Sỹ KHKT
biến dạng nhanh hơn), nhưng trong hầu hết các điều kiện làm việc bitum đều biểu
hiện tính Đàn hồi – Nhớt.
Điều kiện quan trọng cho các đặc điểm kỹ thuật của hỗn hợp bitum thường liên
quan đến là nhiệt độ cao (30 ÷ 60
oC
) hoặc là nhiệt độ thấp trong quá trình sử dụng (<
5
oC
). Ở nhiệt độ cao thường xuất hiện tình trạng bitum bò sùi lên và làm mặt đường bò
biến dạng. Ở nhiệt độ thấp thường xuất hiện tình trạng mặt đường bò nứt nẻ hoặc cốt
liệu bò bong khỏi mặt đường.
Để một phần nào giải quyết được các vấn đề xuất hiện khi bitum làm việc
trong môi trường nhiệt độ cao hoặc nhiệt độ thấp, ta tìm cách cải thiện một số tính

chất của bitum và gọi là “BITUM CẢI TIẾN”.
I.1.2/ CÁC LOẠI BITUM CẢI TIẾN THƯỜNG GẶP [11]
Một trong những vai trò cơ bản của chất cải tiến bitum là tăng tính kháng của
asphalt với sự biến dạng dư khi nhiệt độ đường cao, mà không tác động xấu đến các
đặc tính kỹ thuật của bitum hoặc ásphalt ở các nhiệt độ khác. Có thể đạt được điều
này bằng cách làm cứng hóa bitum để tổng phản ứng đàn hồi – nhớt của asphalt bò
giảm đi với mức độ giảm tương ứng của độ biến dạng dư, hoặc bằng cách tăng thành
phần đàn hồi của bitum, do đó giảm thành phần nhớt mà từ đó có được kết quả là làm
giảm mức độ biến dạng dư so với biến dạng tổng thể.
Tăng độ cứng của bitum cũng giống như tăng độ cứng động học của hỗn hợp
bêtông nhựa asphalt, do đó cải tiến khả năng phân tán lực của vật liệu và tăng độ bền
kết cấu và tuổi thọ thiết kế của con đường hoặc là tạo ra kết cấu có tuổi thọ và độ
bền tương tự nhưng với độ dầy các lớp mỏng hơn. Tăng thành phần dẻo của bitum sẽ
góp phần cải thiện độ đàn hồi của bêtông asphalt, đây là tính chất quan trọng cần có
do phải chòu sức căng lớn.
Các chất cải biến được trộn với bitum phải có các đặc tính sau:
* Giữ được các đặc tính kỹ thuật trong thời gian bảo quản, thi công trên mặt
đường và khi con đường được đưa vào sử dụng;
* Có thể chế biến bằng các thiết bò thông thường;
* n đònh về Lý – Hóa học trong thời gian bảo quản, sử dụng và trên đường;
* Đạt độ nhớt trộn và phun ở nhiệt độ sử dụng bình thường.
I.1.1.1. Cải tiến bitum bằng cách cho thêm Lưu Huỳnh
- Lưu huỳnh được sử dụng trong hai loại asphalt để rải thảm đường bộ và một
số sản phẩm độc quyền. Asphalt được cho thêm một lượng tương đối nhỏ lưu huỳnh
dưới dạng một chất hòa tan trong bitum. Cách gia công thứ hai được biết đến với tên
gọi là THERMOPAVE, sử dụng hàm lượng lưu huỳnh cao, lượng lưu huỳnh dư ra
đóng vai trò như là một chất khoáng đúc, khi được trộn với cốt liệu sẽ tạo ra một hỗn
hợp rất dễ thi công, có thể rải bằng máy mà không cần đầm bằng xe lu và khi nguội
đi có khả năng chống biến dạng cao.
- Lượng lưu huỳnh sẽ phản ứng với bitum phụ thuộc vào nhiệt độ và thành phần

hóa học của bitum, xấp xỉ 15 – 18% lượng lưu huỳnh có thể bò phân tán trong bitum
và ổn đònh trong một thời gian dài. Tăng hàm lượng lưu huỳnh vượt quá ngưỡng này,
Nghiên cứu, Chế tạo Bê Tông Nhựa Nóng sử dụng bột Cao su phế thải 6
Luận án Thạc Sỹ KHKT
một lượng lưu huỳnh lơ lửng tạm thời dư ra trong thời gian trộn thảm. Khi bêtông
asphalt nóng, lượng lưu huỳnh dư ra làm cho hỗn hợp bêtông dễ thi công vì lưu huỳnh
là chất lỏng có độ nhớt thấp ở trong khoảng từ nhiệt độ sôi (119,3
oC
)của nó cho tới
160
oC
. Khi asphalt nguội đi thì lưu huỳnh dư ra một phần sẽ lấp đầy và theo hình dạng
của các lỗ rỗng, khe hở trong vật liệu đã đầm lèn, chèn móc các viên cốt liệu lại với
nhau, do đó làm tăng ma sát giữa các viên cốt liệu riêng lẽ trong asphalt và đem lại
một độ bền cơ học cao cho mặt đường. Trong thực tế, cơ chế làm cứng lưu huỳnh
không đơn giản như thế và những thay đổi trong đặc tính và biểu hiện của asphalt
được cải tiến cũng phụ thuộc vào thời gian. Ban đầu, độ ổn đònh Marshall của hỗn
hợp asphalt được trộn với lưu huỳnh thường thấp hơn một chút so với bitum thông
thường. Tuy nhiên, sau 7 đến 21 ngày thí độ ổn đònh Marshall tăng lên gần gấp đôi so
với vật liệu không được cải tiến.
I.1.1.2. Cải tiến bitum bằng cách cho thêm các hợp chất mangan hữu cơ.
Có thể nâng cao độ bền của bêtông asphalt bằng cách cho thêm vào bitum một
hợp chất mangan hữu cơ, hoặc kết hợp giữa mangan hữu cơ với cacbon hữu cơ, hay
hợp chất đồng hữu cơ. Sản phẩm này được biết đến nhiều hơn dưới tên là
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 độ ổn đònh Marshall, chống biến dạng dư
và độ cứng động học. Để biết được mức độ ảnh hưởng của loại bitum cải tiến này,
người ta tiến hành thí nghiệm trên các mẫu bêtông asphalt lấy từ các đoạn đường thí
nghiệm. Độ biến dạng ở 45oC, ngay sau khi rải bêtông đối với asphalt được cải tiến

và asphalt thông thường rất giống nhau là 5mm/h, tuy nhiên sau 6 tháng độ biến dạng
ở asphalt cải tiến đã giảm xuống dưới 1mm/h. Việc sử dụng các chất cải tiến mangan
hữu cơ trong asphalt lu nóng gần đây được TRRL đánh giá và đưa vào tài liệu qui
phạm của Cục vận tải vào năm 1990.
I.1.1.3. Cải tiến bitum bằng cách cho thêm các polyme dẻo nhiệt
Polyethylen, polypropylen, polyvinyl chlorid, 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 dùng cho đường bộ. Bởi vì là các chất dẻo
dưới tác động của nhiệt, chúng 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
chúng 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 bò nung nóng chúng có
thể tách ra khỏi bitum, mà điều này có thể dẫn đến phân tán khi nguội đi. Tuy vậy,
chấp nhận những hạn chế này thì việc sử dụng EVA với nồng độ 5% trong bitum
70pen đã trở nên rất thông dụng. Người ta thường dùng EVA phẩm cấp 45/33 (tức là
EVA có MFI là 45 và hàm lượng vinyl acetat là 33) trộn với bitum 70pen. Các chất
đồng trùng hợp EVA dễ bò phân tán trong bitum và rất thích hợp với bitum, chúng ổn
đònh với nhiệt ở nhiệt độ trộn asphalt thông thường
Nghiên cứu, Chế tạo Bê Tông Nhựa Nóng sử dụng bột Cao su phế thải 7
Luận án Thạc Sỹ KHKT
(*) Tác động của các phẩm cấp EVA 150/19 và 45/33 đến các đặc tính của
bitum và asphalt lu nóng rải lớp mặt đường (Bảng I.1)
Chất liên kết
Các đặc tính của
chất liên kết
Các đặc tính Marshall
Độlún
bánh xe
ở 45

oC
Kim lún
ở 25
oC
Điểm
mềm (IP)
Độ ổn
đònh
Độ
chảy
Tỷ số
dmm oC kN mm kN/mm mm/h
70pen 68 49,0 6,3 3,3 1,9 4,4
70pen+5%EVA 150/19 50 65,5 7,6 3,2 2,4 0,8
70pen+5%EVA 45/33 57 58,0 8,0 2,7 3,0 1,0
EVA phần lớn được sử dụng để “chống chòu thời tiết lạnh”. EVA có xu hướng nâng
cao tính dễ thi công của asphalt vì tính mẫn cảm với lực cắt và bởi vì được sử dụng
với loại bitum hơi mềm hơn.Tuy vậy, cần cẩn trọng khi sử dụng EVA khi rải asphalt
lu nóng làm mặt đường trong điều kiện nhiệt độ môi trường thấp, đặc biệt khi công
trường để hở cho gió thổi ngang. Bitum cải tiến bằng EVA bò hóa cứng nhanh chóng
do EVA là polyme tinh thể (quá trình này xảy ra khi nhiệt độ thấp hơn nhiệt độ lu tối
thiểu). Cần lưu ý với điều này vì tính dễ thi công của asphalt giảm sút nhanh chóng
cùng với quá trình giảm nhiệt. Chính vì thế cần phải sử dụng hàm lượng EVA thật
hợp lý thì sẽ phát huy được các tính năng kỹ thuật.
I.1.1.4. Cải tiến bằng cách cho thêm cao su dẻo nhiệt
Trong 4 nhóm chất đàn hồi dẻo nóng chính polyurethane, chất đồng trùng hợp
polyether-polyester, các chất alken (olefinic) đồng trùng hợp và chất đồng trùng hợp
có đoạn styren, các chất đồng trùng hợp có đoạn styren đã được chứng minh là 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 tục styren-butadien-styren (SBS) hoặc ctyren-isopren-styren (SIS).
Cao su dẻo nhiệt có sức bền cao và tính đàn hồi đặc biệt do liên kết ngang vật
lý của phân tử trong mạng không gian ba chiều.
Việc sản xuất các hỗn hợp bitum và cao su dẻo nhiệt: Chất lượng của sự phân
tán polyme đạt được bò ảnh hưởng bởi các yếu tố, nhưng cơ bản là phụ thuộc vào
cường độ xé tác động bởi máy trộn. Khi polyme được cho thêm vào bitum nóng,
bitum sẽ lập tức bắt đầu thâm nhập vào các hạt polyme làm cho các chuỗi styren của
polyme phồng trương lên và dễ hòa tan hơn. Một khi điều đó xảy ra, lực xé đủ lớn sẽ
tác động vào các hạt trương là yếu tố quyết đònh có thể đạt được để sự phân tán hoàn
toàn của các hạt phần 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
vào bitum.
Nghiên cứu, Chế tạo Bê Tông Nhựa Nóng sử dụng bột Cao su phế thải 8
Luận án Thạc Sỹ KHKT
Loại bitum cải tiến này có các tính chất cơ lý rất tốt. Mức độ cải thiện khả năng
chống biến dạng, mõi .v.v được kiểm tra bằng các thí nghiệm do TRRL và Sheel
thực hiện cho kết quả rất tốt.
(*) So sánh mức độ vệt bánh xe của mặt đường được rải bằng asphalt lu
nóng làm từ bitum 50pen, HD40 và CARIPHALTE DM. (Bảng I.2)
Chất liên kết Các đặc tính của chất liên kết Độ lún vệt bánh xe ở
45
o
C (mm/h)
Kim lún ở 25
o
C
(dmm)
Điểm mềm (IP);
o

C
50 pen 56 52 3,2
HD40 42 68 0,7
Cariphalte DM 84 90 0,7
(CARIPHALTE DM là sản phẩm từ Bitum và polyme SBS; HD40 là loại bitum
chòu tải nặng)
Như vậy, vật liệu này phù hợp với những vò trí mặt đường phải chòu tác động
của một sức căng cao được lặp đi lặp lại. [11]
I.2. BITUM CẢI TIẾN BẰNG CÁCH CHO THÊM BỘT CAO SU
Polybutadien, polyisopren, cao su thiên nhiên, cao su butyl, chloropren,
styrene-butadien-cao su …. Tất cả đã được sử dụng cùng với bitum nhưng tác dụng của
chúng chủ yếu là làm tăng độ nhớt của bitum. Trong một số trường hợp cao su được
sử dụng ở dạng lưu hóa, ví dụ như những mảnh lốp tái chế, nhưng dạng này khó phân
tán trong bitum, cần một nhiệt độ cao và thời gian biến đổi chuyển hóa dài và có thể
tạo ra chất liên kết không đồng nhất, trong đó cao su hoạt động chủ yếu như một chất
dẻo.
Như chúng ta đã biết, tính năng điển hình của cao su là: độ bền, khả năng đàn
hồi, độ dai .v.v… ta tận dụng các tính năng đó và kết hợp vào vấn đề kỹ thuật trong
ngành vật liệu rải mặt đường bộ thì chúng ta sẽ có một vật liệu mới có khả năng đàn
hồi tốt, giảm được biến dạng dư, tăng khả năng chòu lực, tăng sức dai về chòu lực
.v.v…. Hiện nay, giá thành của cao su nguyên chất rất là đắt, nếu ta đưa cao su nguyên
chất để cải thiện vật liệu làm lớp rải mặt đường trong ngành giao thông không phải là
thích hợp. Nhưng nếu chúng ta sử dụng bột cao su phế thải thì đó là vấn đề cần quan
tâm, vì bột cao su phế thải có giá thành rẻ mà chúng ta còn giải quyết đượcmôi
trường. Chúng ta thấy rất rõ, hiện nay nước ta đang hòa mình vào xu hướng phát triển
về mọi mặt của thế giới, mạng lưới giao thông đường bộ ở nước ta đang phát triển
mạnh, lưu lượng xe tăng, nhiều thành phần xe trong đó có không ít là xe có tải trọng
nặng. Chúng ta thử hình dung, một năm số lốp xe phế thải sẽ là bao nhiêu khi lưu
lượng xe ngày càng tăng, có lẽ là rất nhiều. Thế thì chúng ta cần phải sử dụng chúng
vào mục đích nào chứ! Ban đầu người ta dùng chúng để làm các công việc đơn giản

như: lóc phần cao su để lấy phần bố tốt sử dụng lại; mài lấy bột cao su đem trộn với
các sản phẩm cao su để làm các vật dụng; một phần đem đốt để nấu nhựa gây ô
nhiểm môi trường. Chính vì lẽ đó mà tôi đã cố gắng nghiên cứu vấn đề sử dụng bột
Nghiên cứu, Chế tạo Bê Tông Nhựa Nóng sử dụng bột Cao su phế thải 9
Luận án Thạc Sỹ KHKT
cao su phế thải vào trong bêtông asphalt để cải thiện tính chất phục hồi nhanh, tăng
sức dai và sức chòu lực.
[4] Thật ra, việc sử dụng bột cao su trong bêtông asphalt có lòch sử lâu đời và đã được
các nước phương tây áp dụng. Đầu tiên phụ gia cao su được sử dụng ở mức độ nhỏ
dưới dạng Latex, gần đây nó ngày càng được sử dụng rộng rãi hơn. Latex làm tăng
tính dẻo cho bitum, nhưng làm tăng giá thành của bêtông ásphalt. Bột cao su phế liệu
có giá thành hạ, được nghiên cứu sử dụng rộng rãi nhất trong bêtông asphalt nóng và
lớp phủ bên trên của đường. Ở Việt Nam, vào những năm 1992 – 1994 đã thử nghiệm
bột cao su trong bêtông ásphalt; tuy mới dừng lại ở thí nghiệm đònh hướng nhưng đã
nhận được các kết quả khả quan [4]. Để có thể thấy rõ các tính ưu việt của bêtông
asphalt sử dụng bột cao su và đáp ứng được nhu cầu lưu lượng giao thông ngày càng
cao và tải trọng xe lớn trong điều kiện riêng của Việt Nam đồng thời phát huy hiệu
quả về mặt kinh tế thì chúng ta cần phải nghiên cứu thêm để có nhiều số liệu hữu ích
cho việc đặt nền móng của sự phát triển loại vật liệu này trong tương lai.
I.3. BÊTÔNG NHỰA SỬ DỤNG BITUM CẢI TIẾN – BÊTÔNG NHỰA SỬ
DỤNG BITUM CẢI TIẾN BẰNG BỘT CAO SU PHẾ THẢI
I.1.1/ KHÁI NIỆM BÊTÔNG NHỰA
I.3.1.1. Vai trò của BTN trong kết cấu áo đường.
Bêtông nhựa là một thành phần cơ bản trong kết cấu áo đường, nhất là các
tuyến đường cấp cao, đường cao tốc, đường chính nối các tỉnh thành, đường trong khu
công nghiệp và trong thành phố. BTN chủ yếu dùng làm lớp mặt trong kết cấu áo
đường. Do vậy, bêtông nhựa là lớp kết cấu chòu tác dụng trực tiếp của các yếu tố môi
trường (VD như : nhiệt độ, gió . v.v. ) và tải trọng (VD như: lực thẳng đứng, lực trượt
ngang, lực mài mòn .v.v ) và là lớp ngăn chặn nước mặt thâm nhập xuống các lớp
móng, nền đường. Chính vì thế, bêtông nhựa cần phải có các đặc điểm ưu việt mới

đáp ứng được các yêu cầu kỹ thuật.
Đặc điểm ưu việt: Chòu đựng được tải trọng, ít bò bào mòn, ít bụi, ít gây tiếng
ồn trong quá trình khai thác, chòu lực ma sát và có độ bám với bánh xe chạy để đảm
bảo xe chạy với tốc độ cao, dễ bảo dưỡng sữa chữa v.v… trong quá trình khai thác.
Ngoài ra, bêtông còn có nhược điểm mà hiện nay ở nước ta chưa quan tâm đúng mức
và trên thế giới đang tiếp tục nghiên cứu đó là: Khả năng làm việc tốt trong mọi điều
kiện nhiệt (VD: ở nhiệt độ thấp, bêtông nhựa có tính giòn nên rất dễ bò nứt nẻ. Còn ở
nhiệt độ cao thì bêtông nhiệt có tính mềm, dẻo nên rất dễ bò hằn vệt bánh xe mà
không phục hồi lại được và bò trồi, đùn mặt đường). Đây cũng là vấn đề được đề cập
và phần nào được giải quyết chủ yếu trong luận án này.
I.3.1.2. Cấu trúc và nguyên lý hình thành cường độ của bêtông nhựa
Bêtông asphalt dùng trong xây dựng đường ôtô gồm có các thành phần là Đá,
cát, bột khoáng, nhựa và một lượng phụ gia khi cần thiết theo yêu cầu sử dụng.
Bêtông nhựa thành phẩm khi đã được lu lèn gồm 03 pha chính
Nghiên cứu, Chế tạo Bê Tông Nhựa Nóng sử dụng bột Cao su phế thải 10
Luận án Thạc Sỹ KHKT
Không khí
Chất dính kết
Cốt liệu
Cốt liệu gồm: đá, cát, bột khoáng (pha rắn), chất dính kết gồm bitum và phụ
gia nếu có (có thể xem là pha lỏng), các lỗ rỗng (pha khí). Tính chất của Bêtông nhựa
phụ thuộc rất lớn vào thành phần, tỷ lệ của các pha trong hỗn hợp và đặc tính vật liệu
của các pha đó.
Về mặt cấu trúc bêtông nhựa là vật liệu được hình thành bởi một bộ khung
sườn mà trong đó các cốt liệu (pha rắn) được sắp xếp với nhau sao cho có độ rỗng
(pha khí) là nhỏ nhất và chúng được liên kết với nhau chủ yếu là nhờ chất liên kết
nhựa đường (đi sâu hơn thì ta sẽ biết được bột khoáng không những có tác dụng lấp
các lỗ rỗng rất nhỏ mà còn là chất phụ gia tác dụng trực tiếp lên nhựa để hình thành
một chất liên kết mới có tính chất ưu việt hơn khi nhựa đường không có bột khoáng.
Vì bột khoáng có tỷ diện bề mặt rất cao (khoảng 250 ÷ 300 m

2
/kg), nó có ái lực mạnh
với nhựa, biến nhựa vốn ở trạng thái khối, giọt thành màng mỏng bao bọc dễ dàng
các khoáng vật. Có bột khoáng, nhựa sẽ tăng thêm khả năng dính kết, tăng cường độ
và tăng ổn đònh nhiệt).
Như vậy, trên cơ sở là bộ khung cốt liệu được sắp xếp theo dạng cấp phối và
được dính kết với nhau bằng chất dính kết nhựa đường được lèn ép dưới một tải trọng
nào đó để các cốt liệu sát vào nhau và dính kết lại sẽ tạo thành sản phẩm bêtông
asphalt có những đặc tính kỹ thuật như đã nêu trên. Việc phát huy được đặc tính này
hay đặc tính khác thì bêtông asphalt phụ thuộc rất nhiều vào sự chọn cấp phối hạt;
hàm lượng nhựa; tính chất các vật liệu sử dụng; và nhất là vật liệu bitum. Nếu ta dùng
một số loại bitum cải tiến thì ta sẽ thấy tính chất của bêtông nhựa sẽ phát huy rất tốt
(tuỳ theo từng loại bitum cải tiến mà chỉ có một số tính chất của bêtông asphalt phát
huy tác dụng. Do vậy, tùy theo yêu cầu sử dụng, mục đích sử dụng, tình hình thực tế
mà ta chọn loại hình bitum cải tiến cho phù hợp)
I.3.1.3. Các đặc trưng cơ bản của bêtông asphalt
Bêtông asphalt có hai đặc trưng cơ học cơ bản mà ta cần phải quan tâm:
1/ Độ cứng vật liệu (là mối quan hệ giữa ứng suất và biến dạng)
2/ Cường độ bản thân vật liệu bêtông asphalt (xác đònh dạng phá hoại của
chúng: mỏi và biến dạng không phục hồi)
Độ cứng của vật liệu là đại lượng biểu thò mối quan hệ giữa ứng suất và biến
dạng tương ứng trong một trạng thái làm việc nhất đònh.
Nghiên cứu, Chế tạo Bê Tông Nhựa Nóng sử dụng bột Cao su phế thải 11
Luận án Thạc Sỹ KHKT
σ
S
mix
=
ε
Vật liệu bêtông asphalt có hai loại độ cứng:

+ Độ cứng đàn hồi trong điều kiện nhiệt độ thấp và thời gian tác dụng của tải
trọng ngắn: Độ cứng đàn hồi của vật liệu bêtông asphalt phụ thuộc nhiều vào độ cứng
của chất kết dính, độ rỗng cốt liệu (độ rỗng cốt liệu phụ thuộc vào tính chất cốt liệu
và mức độ đầm nén của hổn hợp) và điều kiện chòu lực. Độ cứng đàn hồi được dùng
để tính biến dạng trong thiết kế mặt đường bêtông ásphalt.
+ Độ cứng chảy dẻo trong điều kiện nhiệt độ cao và thời gian tác dụng của tải
trọng lâu dài: Độ cứng chảy dẻo của hỗn hợp không chỉ phụ thuộc vào độ cứng của
bitum, thể tích cốt liệu và hàm lượng bitum trong hỗn hợp, mà còn phụ thuộc nhiều
vào các yếu tố khác như: cấp phối cốt liệu, hình dạng, tính chất bề mặt hạt cốt liệu,
khả năng gắn kết của cốt liệu với chất liên kết, phương pháp đầm nén, mức độ đầm
nén.
I.3.1.4. Khả năng chống lại biến dạng không hồi phục của vật liệu Bêtông asphalt
Muốn xác đònh đặc trưng này, ta cần phải xác đònh độ cứng chảy dẻo (lúc này
bêtông asphalt có độ cứng thấp nhất, ví dụ như tại nhiệt độ cao và thời gian tác dụng
của tải trọng lâu). Sự thay đổi độ cứng của bêtông ásphalt trong giai đoạn này phụ
thuộc các yếu tố ảnh hưởng như sau:
- Nhiệt độ càng cao, thời gian tải trọng tác dụng càng lâu thì biến dạng càng
cao (lúc này bêtông ásphalt làm việc ở trạng thái Đàn hồi – Dẻo, sức chống biến
dạng càng kém đi).
- Độ cứng của bitum càng lớn thì độ cứng của bêtông asphalt càng lớn và lúc
này khả năng chống biến dạng càng tăng nhưng lại tăng tính giòn.
- Hàm lượng bitum trong hỗn hợp càng lớn thì độ cứng của hỗn hợp bêtông
ásphalt càng giảm và giảm nhanh khi độ cứng của bitum giảm (khi ở nhiệt độ cao).
- Với cùng một độ rỗng còn lại trong hỗn hợp bêtông asphalt như nhau, hỗn hợp
nào sử dụng hạt có hình sắc cạnh và độ nhám bề mặt cao sẽ cho độ cứng tăng (sức
chống lại biến dạng tăng lên)

I.3.1.5. Đặc tính mỏi của vật liệu Bêtông asphalt
Hiện tượng nứt gãy dưới tác dụng của tải trọng lặp có giá trò nhỏ hơn độ bền
kéo uốn của vật liệu gọi là hiện tượng mỏi của vật liệu.

Để nghiên cứu về đặc tính mỏi, người ta thường sử dụng thí nghiệm uốn động
hay thí nghiệm Kéo – Uốn. Các thí nghiệm về mỏi có thể sử dụng ứng suất không đổi
hay một biến dạng không đổi. Các kết quả nghiên cứu thực nghiệm sử dụng ứng suất
điều khiển không đổi cho thấy tuổi thọ mỏi của bêtông asphalt phụ thuộc vào nhiệt
độ thí nghiệm và tần suất của tải trọng tác dụng. Nếu nhiệt độ càng thấp hoặc tần
suất tải trọng tác dụng càng thấp thì tuổi thọ của vật liệu bêtông ásphalt càng lớn.
Nghiên cứu, Chế tạo Bê Tông Nhựa Nóng sử dụng bột Cao su phế thải 12
Luận án Thạc Sỹ KHKT
I.3.1.6. Tính chất lưu biến và mô hình lưu biến của bêtông asphalt [5]
Một trong những đặc trưng chủ yếu của hỗn hợp có dùng bitum làm chất kết
dính là tính lưu biến. Như ta đã biến và thấy, loại hỗn hợp này có các quá trình biến
dạng liên hệ rất chặt chẽ với thời gian tác dụng của tải trọng, tốc độ đặt tải trọng.
Còn trò số ứng suất thì phụ thuộc vào tốc độ biến dạng và trò số biến dạng (vấn đề này
dễ thấy nhất là hỗn hợp bêtông asphalt).
Trên thực tế khi sử dụng mặt đường làm bằng bêtông asphalt cho thấy tính
chất biến dạng của nó còn phức tạp hơn nhiều, bao gồm cả biến dạng đàn hồi, biến
dạng nhớt, biến dạng đàn hồi chậm, biến dạng dẻo tùy theo điều kiện thời tiết, nhất
là nhiệt độ và loại bêtông asphalt.
Có nhiều mô hình mô tả tính lưu biến của hỗn hợp có dùng bitum làm chất kết
dính (cụ thể là bêtông ásphalt) như là: Mô hình Maxvel; Mô hình Kelvin; Mô hình
Burger .v.v… (mô tả các mô hình xin xem [5])
I.1.2/ BÊTÔNG ASPHALT CẢI TIẾN
Nhìn chung, việc sử dụng các loại bitum cải tiến dùng làm chất kết dính cho
các cốt liệu đá, cát, bột khoáng sẽ tạo nên một bêtông asphalt có các ưu điểm sau:
+ Tăng độ bám mặt đường.
+ Tăng tính phục hồi biến dạng (giảm hiện tượng tích lũy biến dạng).
+ Tăng khả năng chòu lực.
+ Tăng độ cứng để ở nhiệt độ cao sẽ giảm được vệt lún bánh xe.
+ Giảm độ cứng để ở nhiệt độ thấp giảm nứt nẻ mặt đường do chòu tải trọng
nặng và do thay đổi nhiệt độ.

+ Tăng cường độ chòu mỏi.
+ Tăng độ dính bám giữa cốt liệu và bitum nhằm làm giảm sự thấm nhập của
nước và giảm bong bật khi chòu các tác động bên ngoài.
+ Tăng tính bền vững của bitum và bêtông asphalt (làm chậm quá trình lão
hóa)
+ Giảm hiện tượng chảy nhựa và hiện tượng đùn trên mặt bêtông átphalt khi
ở nhiệt độ cao.
+ Tăng tính dễ thi công .v.v….
Không phải lúc nào sử dụng chất phụ gia đều cho ra sản phẩm bêtông nhựa đạt
được tất cả các ưu việt trên mà mỗi loại phụ gia đều có các ưu điểm riêng để cải
thiện một hoặc một vài đặc tính kỹ thuật nào đó của bêtông asphalt hoặc cũng có thể
sẽ làm mất đi một vài ưu điểm của hỗn hợp. Ngoài ra, hàm lượng chất phụ gia cũng
đóng một vai trò rất quan trọng trong việc cải thiện đặc tính kỹ thuật và kinh tế của
hỗn hợp. Vì vậy, tuỳ thuộc vào từng trường hợp cụ thể, từng mục đích khai thác sử
dụng mà ta chọn loại phụ gia nào cho thích hợp, với hàm lượng thích hợp để vừa có
lợi về kinh tế vừa cải thiện được đặc tính kỹ thuật của hỗn hợp.
I.1.3/ BÊTÔNG ASPHALT CẢI TIẾN SỬ DỤNG BỘT CAO SU PHẾ THẢI
Đặc tính chung của vật liệu bêtông asphalt thể hiện chủ yếu là vật liệu Đàn hồi
– Nhớt – Dẻo. VD như: Khi lực tác dụng nhanh và giá trò ứng suất nhỏ thì vật liệu
Nghiên cứu, Chế tạo Bê Tông Nhựa Nóng sử dụng bột Cao su phế thải 13
Luận án Thạc Sỹ KHKT
BTN có tính Đàn hồi – Nhớt. Nếu ứng suất lớn và thời gian tác dụng của tải trọng lâu
thì vật liệu BTN có tính chất Đàn hồi - Dẻo. Cho nên, tuỳ theo điều kiện tác động bên
ngoài trực tiếp vào mà ta cải thiện tính chất nào nổi trội để đáp ứng được yêu cầu.
Các đặc tính của Bêtông asphalt phụ thuộc tính chất và tỷ lệ của các thành
phần cấu thành nó. Các đặc trưng về cường độ, độ dẻo của BTN phụ thuộc vào tính
chất chất kết dính asphalt, lực dính bám của cốt liệu và chất liên kết, độ rỗng của hỗn
hợp. Giáo sư Ivanốp cho rằng cường độ của hổn hợp Đá – Nhựa phụ thuộc vào hai
yếu tố: Lực ma sát do cốt liệu khoáng vật (tức là làm sao các bề mặt tiếp xúc của cốt
liệu càng lớn càng tốt) và lực dính do chất liên kết (chất liên kết càng thể hiện tính

dính bám, đàn hồi càng tốt).
Lực ma sát hầu như không thay đổi theo nhiệt độ và tốc độ biến dạng. Lực dính
phụ thuộc vào độ nhớt của nhựa, độ dính kết giữa cốt liệu và chất liên kết, tỷ diện bề
mặt của cốt liệu. Lực này chòu ảnh hưởng rất nhiều theo nhiệt độ và tốc độ biến dạng.
Ngoài ra, trong quá trình sử dụng, sự bốc hơi dầu gây ra việc lão hoá (sự biến cứng,
mất đi tính dẻo dính) của nhựa cũng làm ảnh hưởng tiêu cực đến lực dính. Do đó, ta
cần phải cải thiện chất dính kết tăng về: độ dính kết, ổn đònh nhiệt, đàn hồi tốt .vv…
Ngoài ra, một đặc tính rất quan trọng có ảnh hưởng đến độ bền của bêtông Asphalt mà
hiện nay chúng ta chưa đề cập đúng mức đó là tính đàn hồi chậm, tính dai khi chòu lực.
Hiện tượng này, chúng ta nhìn nhận từ cơ chế làm việc: khi bêtông asphalt chòu một tải
trọnhg đủ lớn đi qua thì sẽ làm cho bêtông asphalt biến dạng và xuất hiện ứng suất tại
đáy bêtông asphalt. Khi tải trọng đã đi qua, bêtông asphalt sẽ phục hồi lại trạng thái
ban đầu, nhưng do có tính đàn hồi chậm nên khi chưa kòp phục hồi biến dạng thì lại có
tải trọng khác tác dụng lên và lại phát sinh biến dạng và ứng suất. Quá trình này cứ
được lặp đi lặp lại liên tục sẽ xuất hiện hiện tượng tích luỹ biến dạng và ứng suất. Đến
một lúc nào đó, khi ứng suất tại đáy lớp bêtông asphalt vượt quá ứng suất cho phép thì
sẽ làm cho bêtông asphalt đùn lên (trong trường hợp ở nhiệt độ cao) và nứt nẻ (trong
trường hợp ở nhiệt độ thấp). Để cải thiện được tính chất này, ta cần chế tạo ra loại
BTN có tính đàn hồi nhanh hơn, sức chòu tải dai hơn, ít chòu ảnh hưởng của nhiệt độ và
có cường độ cao hơn BTN thông thường. Muốn thế, ngoài việc phải chọn lựa cấp phối
hạt thật tốt ta cần phải dùng loại chất dính kết (bitum) có các đặc tính tốt hơn bitum
thông thường đó là Bitum cải tiến sử dụng bột cao su. Việc sử dụng bitum cải tiến này
để chế tạo bêtông có các đặc tính cơ học và chất lượng tốt là cần thiết và có ý nghóa
thực tiễn trong xây dựng mặt đường ở những nước có khí hậu nhiệt đới, nóng ẩm mưa
nhiều. Nước ta là một trong những nước có khí hậu này.
Việc sử dụng loại bột cao su nào để cải thiện tính chất nào của bêtông asphalt
cũng là vấn đề rất quan trọng.
+ Nếu để cải thiện tính bám đường thì sử dụng loại bột Cao su gốc SBR (loại
này chủ yếu ở xe con du lòch và có tên thương mại là: Radiad)
+ Nếu để cải thiện tính mài mòn và tính đàn hồi thì sử dụng loại bột Cao su gốc

(NR + BR) (loại này chủ yếu ở xe tải và có tên thương mại là Bvas) vì Reboand (BR) và
Relisinec (NR) có tính đàn hồi lớn hơn rất nhiều so với SBR.(Cao su Styrene –
Butadiene)
Nghiên cứu, Chế tạo Bê Tông Nhựa Nóng sử dụng bột Cao su phế thải 14
Luận án Thạc Sỹ KHKT
Nói chung, cao su có rất nhiều loại, do đó muốn BTN cải thiện tính năng gì thì
phải tìm hiểu tính năng của các loại cao su mà chọn lựa.
CHƯƠNG II: ĐỀ CƯƠNG VÀ PHƯƠNG PHÁP THÍ NGHIỆM
II.1. ĐỀ CƯƠNG THÍ NGHIỆM
I.1.4/ Thí nghiệm các chỉ tiêu cơ lý vật liệu: Cát; Đá; Bột khoáng; Nhựa
đường; Bột cao su phế phẩm
Chuẩn bò vật liệu: Cát; Đá; Bột khoáng; Nhựa shell; Nhựa shell có bột Cao su
- Pha chế Nhựa shell 60/70 với Cao su với các hàm lượng Cao su sau: 2,5%;
5%; 7,5%; 10%; 12,5%; 15% CS
- Thí nghiệm các chỉ tiêu cơ lý của nhựa có sử dụng bột Cao Su: Độ dãn dài;
Độ kim lún; Nhiệt hóa mềm; Độ dính bám với đá.
I.1.5/ Thiết kế Bêtông asphalt theo phương pháp Marshall (xác đònh hàm
lượng nhựa tối ưu)
II.1.1.1. Thiết kế Bêtông nhựa thông thường. Tìm hàm lượng nhựa tối ưu.
Các tỷ lệ thực hiện: 4,9%; 5,2%; 5,5%; 5,8%; 6,1%
Số lượng mẫu: 15mẫu. (Giả sử hàm lượng tối ưu tìm được là T%)
II.1.1.2. Thiết kế Bêtông nhựa sử dụng bitum có trộn bột cao su phế thải với các
hàm lượng bột cao su khác nhau . Tìm các hàm lượng “nhựa + Cao su” tối ưu
a/ Thiết kế Bêtông nhựa với Nhựa Shell chứa 2,5% bột cao su phế thải. Tìm
hàm lượng nhựa chứa 2,5% CS tối ưu.
Các tỷ lệ thực hiện: 4,9%; 5,2%; 5,5%; 5,8%; 6,1%;
Số lượng mẫu: 15mẫu. (Giả sử hàm lượng tối ưu tìm được là A%)
b/ Thiết kế Bêtông nhựa với Nhựa Shell chứa 5% bột cao su phế thải. Tìm hàm
lượng nhựa chứa 5% CS tối ưu.
Các tỷ lệ thực hiện: 4,9%; 5,2%; 5,5%; 5,8%; 6,1%;

Số lượng mẫu: 15mẫu. (Giả sử hàm lượng tối ưu tìm được là B%)
c/ Thiết kế Bêtông nhựa với Nhựa Shell chứa 7,5% bột cao su phế thải. Tìm
hàm lượng nhựa chứa 7,5% CS tối ưu.
Nghiên cứu, Chế tạo Bê Tông Nhựa Nóng sử dụng bột Cao su phế thải 15
Luận án Thạc Sỹ KHKT
Các tỷ lệ thực hiện: sẽ tùy thuộc vào các kết quả thí nghiệm phía trước
mà quyết đònh.
Số lượng mẫu: 15mẫu. (Giả sử hàm lượng tối ưu tìm được là C%)
d/ Thiết kế Bêtông nhựa với Nhựa Shell chứa 10% bột cao su phế thải. Tìm
hàm lượng nhựa chứa 10% CS tối ưu.
Các tỷ lệ thực hiện: sẽ tùy thuộc vào các kết quả thí nghiệm phía trước
mà quyết đònh.
Số lượng mẫu: 15mẫu. (Giả sử hàm lượng tối ưu tìm được là D%)
e/ Thiết kế Bêtông nhựa với Nhựa Shell chứa 12,5% bột cao su phế thải. Tìm
hàm lượng nhựa chứa 12,5% CS tối ưu.
Các tỷ lệ thực hiện: sẽ tùy thuộc vào các kết quả thí nghiệm phía trước mà
quyết đònh.
Số lượng mẫu: 15mẫu. (Giả sử hàm lượng tối ưu tìm được là E%)
f/ Thiết kế Bêtông nhựa với Nhựa Shell chứa 15% bột cao su phế thải. Tìm hàm
lượng nhựa chứa 15% CS tối ưu.
Các tỷ lệ thực hiện: sẽ tùy thuộc vào các kết quả thí nghiệm phía trước mà
quyết đònh.
Số lượng mẫu: 15mẫu. (Giả sử hàm lượng tối ưu tìm được là F%)
Sau khi tìm ra các giá trò: T;A; B; C; D; E; F , ta tiếp tục đúc các tổ hợp mẫu
(03mẫu/01 tổ hợp) với các hàm lượng hỗn hợp “nhựa + x% Cao su” tối ưu vừa tìm ra
ứng với từng hàm lượng cao su gia cố tương ứng. Từ đó ta sẽ có Miền lựa chọn chất
lượng BTN ứng với các hàm lượng sử dụng bột Cao su phế thải tương ứng. Từ miền lựa
chọn này, ta sẽ chọn ra hàm lượng cao su sử dụng tối ưu nhất (giả sử là TU%) để chế
tạo BTN và đem so sánh với BTN thông thường.
I.1.6/ Chế bò mẫu tiến hành thí nghiệm

- Đúc các tổ hợp mẫu với hàm lượng Nhựa tối ưu ứng với trường hợp không có
bột cao su. Gồm: 15 mẫu thí nghiệm Marshall (thí nghiệm ở các nhiệt độ : 30
o
C; 45
o
C;
60
o
C; 75
o
C; ngâm nước ở 60
o
C trong 24 giờ) ; 12 mẫu nén (trong đó: 06 mẫu thí
nghiệm cường độ chòu nén ở 20
o
C và 50
o
C, và 03 mẫu thí nghiệm muyl đàn hồi vật
liệu Tónh và Động ở nhiệt độ bình thường, 03 mẫu thí nghiệm điểm biến dạng chảy);
06 mẫu kích thước 5x5x30cm (03 mẫu thí nghiệm Kéo - uốn ở nhiệt độ: 10
o
C và 03
mẫu thí nghiệm mỏi); 03 mẫu kích thước 5x10x20cm (thí nghiệm sức kháng lăn theo
phương pháp “con lắc Anh”)
- Đúc các tổ hợp mẫu với hàm lượng “bitum + Cao su” tối ưu ứng với trường
hợp gia cố TU% bột cao su. Gồm: 15 mẫu thí nghiệm Marshall (thí nghiệm ở các
nhiệt độ : 30
o
C; 45
o

C; 60
o
C; 75
o
C; ngâm nước ở 60
o
C trong 24 giờ) ; 12 mẫu nén
(trong đó: 06 mẫu thí nghiệm cường độ chòu nén ở 20
o
C và 50
o
C; và 03 mẫu thí
nghiệm muyl đàn hồi vật liệu Tónh và Động ở nhiệt độ bình thường, 03 mẫu thí
nghiệm điểm biến dạng chảy); 06 mẫu kích thước 5x5x30cm (03 mẫu thí nghiệm Kéo
- uốn ở nhiệt độ: 10
o
C và 03 mẫu thí nghiệm mỏi); 03 mẫu kích thước 5x10x20cm (thí
nghiệm sức kháng lăn theo phương pháp “con lắc Anh”)
Nghiên cứu, Chế tạo Bê Tông Nhựa Nóng sử dụng bột Cao su phế thải 16
Luận án Thạc Sỹ KHKT
- Ngoài ra còn đúc thêm 12 mẫu nén (để thí nghiệm môđun đàn hồi tónh và
động); 12 mẫu thí nghiệm sức kháng lăn và 12 mẫu thí nghiệm điểm biến dạng chảy
ứng với các loại BTN có gia cố 2,5%; 5,0%; 7,5%; 10% Cao su (tức là 03 mẫu cho
từng loại vật liệu và từng loại thí nghiệm). Vì đây là đặc tính đặc thù của việc chế tạo
BTN gia cố bột cao su phế thải và cũng dựa vào 03 tính chất này để đònh hướng quyết
đònh chọn hàm lượng bột cao su phế thải hợp lý nhất dùng để gia cố chế tạo BTN đáp
ứng được mục đích sử dụng trong từng trường hợp của BTN. Vì việc cải thiện cường
độ BTN không phải là vấn đề khó nữa.
BẢNG TỔNG HP SỐ LƯNG MẪU THÍ NGHIỆM (Bảng II.1)
ST

T
LOẠI MẪU Đơn vò Số
lượng
1 Marshall để tìm hàm lượng hỗn hợp “Nhựa+Cao su”tối
ưu
Tổ mẫu 30
2 Marshall đối chứng ứng với các hàm lượng tối ưu vừa tìm Tổ mẫu 5
3 Marshall thí nghiệm ở các nhiệt độ Tổ mẫu 10
4 Mẫu nén thí nghiệm ở nhiệt độ: 20
o
C & 50
o
C Tổ mẫu 4
5 Mẫu nén thí nghiệm muyl đàn hồi Tónh + Động Tổ mẫu 5
6 Mẫu nén thí nghiệm xác đònh điểm chảy Tổ mẫu 5
7 Mẫu xác đònh cường độ Kéo uốn (0%CS; 5%CS; 10%CS) Tổ mẫu 3
8 Mẫu xác đònh khả năng chòu mỏi (0%CS; 5%CS; 10%CS0 Tổ mẫu 3
9 Mẫu xác đònh độ bám (BPN)- (Phương pháp Con lắc Anh) Tổ mẫu 5
Tổng cộng: 70
Ghi chú: Mỗi tổ mẫu gồm 03 mẫu (Số mẫu = 70 x 3 = 210 mẫu)
I.1.7/ So sánh BTN thông thường với BTN sử dụng bitum cải tiến bằng bột
cao su phế thải.
Tổng hợp các kết quả thí nghiệm được, tính phần trăm (%) tăng giảm, vẽ các
biểu đồ so sánh cần thiết để nổi bật lên các vấn đề đặt ra.
I.1.8/ Công nghệ sản xuất bột cao su phế thải và chế tạo bêtông asphalt có
sử dụng bột cao su phế thải - Khả năng áp dụng thực tiễn.
I.1.9/ Kết luận
Khái quát sự cần thiết sử dụng BTN, BTN cải tiến và BTN cải tiến sử dụng bitum
có bột cao su phế thải làm vật liệu lớp phủ mặt đường hiện nay. Tổng hợp các kết quả
đã thí nghiệm và nêu bật lên được các ưu điểm cần tiếp tục nghiên cứu và phát triển

Nghiên cứu, Chế tạo Bê Tông Nhựa Nóng sử dụng bột Cao su phế thải 17
Luận án Thạc Sỹ KHKT
loại BTN gia cố bột cao su phế thải đồng thời nêu các tồn tại cần phải khắc phục để
sau này hoàn thiện hơn. Nêu kiến nghò và đònh hướng.
II.2. THÍ NGHIỆM CÁC LOẠI VẬT LIỆU ĐỂ CHẾ TẠO BTN
* Tiêu chuẩn thí nghiệm: 22TCN 249-98
I.1.10/ Đá dăm
* Phương pháp thí nghiệm: TCVN 1771-87; 1772-87.
- Nguồn gốc: Mỏ Đá Tân Đông Hiệp - Tỉnh Bình Dương
+ Cường độ đá gốc (Rn) = 1457 daN/cm2
+ Độ mài mòn LosAngeles (LA) = 17.86 (%)
+ Độ nén đập ở trạng thái bão hòa = 10,12 (%)
- Các thông số kỹ thuật khác : xem chi tiết ở PHỤ LỤC VẬT LIỆU (Đá 19mm;
Đá 16mm; Đá 13mm; Đá Mi sàng)
- Nhận xét: Đối chiếu với yêu cầu kỹ thuật, loại đá này hoàn toàn đáp ứng
được yêu cầu kỹ thuật để sản xuất Bêtông nhựa chặt.
- Lý do chọn nguồn đá:
+ Các chỉ tiêu cơ lý đạt yêu cầu kỹ thuật theo qui đònh.
+ Trữ lượng mỏ đá lớn, khai thác dễ dàng.
+ Rất nhiều công trình ở khu vực phía Nam sử dụng nguồn đá này.
I.1.11/ Cát
* Phương pháp thí nghiệm: TCVN 342 343 344 345 - 86).
- Nguồn gốc: Cát vàng ở sông Đồng Nai (thuộc tỉnh Đồng nai)
+ Muyl độ lớn: 2,561
+ Hàm lượng bụi, sét, bẩn: 1,36 (%)
- Các thông số kỹ thuật: xem chi tiết ở PHỤ LỤC VẬT LIỆU (Cát vàng)
* Nhận xét: Đối chiếu với yêu cầu kỹ thuật như đã nêu trên, loại cát này hoàn
toàn đáp ứng được yêu cầu kỹ thuật để sản xuất Bêtông nhựa chặt
* Lý do chọn nguồn cát:
+ Các chỉ tiêu cơ lý đạt yêu cầu kỹ thuật theo qui đònh.

+ Trữ lượng mỏ Cát lớn, khai thác dễ dàng.
+ Hầu như các công trình ở khu vực phía Nam sử dụng nguồn Cát này.
I.1.12/ Bột khoáng
- Nguồn gốc: Nhà máy XiMăng Sài Gòn.
- Các thông số kỹ thuật: xem chi tiết ở PHỤ LỤC VẬT LIỆU (Bột khoáng)
* Nhận xét: Đối chiếu với yêu cầu kỹ thuật như đã nêu trên, loại Bột khoáng
này hoàn toàn đáp ứng được yêu cầu kỹ thuật để sản xuất Bêtông nhựa chặt.
* Lý do chọn nguồn Bột khoáng:
+ Các chỉ tiêu cơ lý đạt yêu cầu kỹ thuật theo qui đònh.
+ Trữ lượng của nhà máy lớn, mua và vận chuyển dễ dàng.
+ Hầu như các công trình ở khu vực phía Nam sử dụng loại Bột Khoáng này.
Nghiên cứu, Chế tạo Bê Tông Nhựa Nóng sử dụng bột Cao su phế thải 18
Luận án Thạc Sỹ KHKT
I.1.13/ Nhựa đường
* Phương pháp thí nghiệm: 22TCN 63-84 của Bộ GTVT
- Nguồn gốc: Nhựa đặc bán cứng gốc dầu mỏ ( loại SHELL 60/70)
- Các thông số kỹ thuật: chi tiết xem PHỤ LỤC VẬT LIỆU (Nhựa đường)
* Nhận xét: Đối chiếu với yêu cầu kỹ thuật như đã nêu trên, loại Nhựa Shell
(60/70) hoàn toàn đáp ứng được yêu cầu kỹ thuật để sản xuất Bêtông nhựa chặt
* Lý do chọn nguồn Nhựa Shell 60/70:
+ Các chỉ tiêu cơ lý đạt yêu cầu kỹ thuật theo qui đònh.
+ Nguồn Nhựa rất thông dụng trên thò trường Việt Nam.
+ Hầu như các công trình ở nước Việt Nam sử dụng loại Nhựa này.
I.1.14/ Cao su
- Nguồn gốc: Bột Cao su được xay ra từ lốp xe ôtô phế phẩm. Trong đề tài này,
với trình độ còn hạn chế, thiếu các thiết bò thí nghiệm, thời gian nghiên cứu không
nhiều nên tôi chưa thể xác đònh bột Cao su dùng trong Đề tài có nguồn gốc là gì. Đó
là nhược điểm của Đề tài.
- Các thông số kỹ thuật: ở đây tôi chỉ xác đònh thành phần hạt. Chi tiết xem
PHỤ LỤC VẬT LIỆU (Cao su)

II.3. THIẾT KẾ BÊTÔNG NHỰA THEO PHƯƠNG PHÁP MARSHALL:
I.1.15/ Yêu cầu kỹ thuật của bêtông nhựa chặt (BTNC)
Bêtông nhựa chặt rải nóng cần phải có các thông số kỹ thuật thoả mãn đạt theo
tiêu chuẩn 22TCN 249-98 như trong bảng sau:
(Bảng II.2)
TT CÁC CHỈ TIÊU YÊU CẦU ĐỐI VỚI BÊ
TÔNG NHỰA LOẠI
PHƯƠNG PHÁP
THÍ NGHIỆM
I II
A/ Thí nghiệm theo mẫu nén hình trụ (mẫu nén dưới áp lực 400 adN/cm
2
)
1 Độ rỗng cốt liệu khoáng chất,(% thể tích) 15 – 19 15 21
Qui trình thí
nghiệm bêtông
nhựa 22TCN
62-84
2 Độ rỗng còn dư, (% thể tích) 3 – 6 3 6
3 Độ ngậm nước, (% thể tích) 1,5 3,5 1,5 4,5
4 Độ nở, (% thể tích), không lớn hơn 0,5 1,0
5 Cường độ chòu nén (daN/cm
2
), ở nhiệt độ:
+ 20
o
C, không nhỏ hơn
+ 50
o
C, không nhỏ hơn

35
14
25
12
6 Hệ số ổn đònh nước, không nhỏ hơn 0,90 0,85
7 Hệ số ổn đònh nước khi cho ngậm nước
trong 15 ngày đêm, không nhỏ hơn
0,85 0,75
8 Độ nở (% thể tích), khi cho ngậm nước
trong 15 ngày đêm, không nhỏ hơn
1,5 1,8
B/ Thí nghiệm theo phương pháp Marshall (mẫu đầm 75 cú mỗi mặt)
1 Độ ổn đònh ở 60oC ( kN) không nhỏ hơn 8,0 7,5 AASHTO-T245
Nghiên cứu, Chế tạo Bê Tông Nhựa Nóng sử dụng bột Cao su phế thải 19
Luận án Thạc Sỹ KHKT
hoặc ASTM –
D1559-95
2 Chỉ số dẻo qui ước ứng với S=8kN (mm),
nhỏ hơn hay bằng
4,0 4,0
3 Thương số Marshall (kN/mm) Min= 2,0
Max= 5,0
Min= 1,8
Max= 5,0
4 Độ ổn đònh còn lại sau khi ngâm mẫu ở
60
o
C, 24h so với độ ổn đònh ban đầu,% lớn
hơn
75 75

5 Độ rỗng bê tông nhựa 3 – 6 3 6
6 Độ rỗng cốt liệu 14 – 18 14 20
C/ Chỉ tiêu khác
1 Độ dính bám vật liệu nhựa đối với đá Khá Đạt yêu
cầu
QT TN nhựa
22TCN 279-01
I.1.16/ Phương pháp Marshall là gì?
Phương pháp Marshall là một phương pháp thực nghiệm do Viện asphalt của
Mỹ đưa ra. Phương pháp này dựa trên nguyên tắc: Sau khi có đường cong cấp phối
hợp lý, chúng ta tiến hành đúc các tổ mẫu (ít nhất 03 mẫu / 01 tổ mẫu) theo các hàm
lượng nhựa khác nhau (các hàm lượng nhựa kế tiếp nhau chênh nhau khoảng 0,2 %
đến 0,3%). Tiếp theo, ta thí nghiệm tất cả các chỉ tiêu của bêtông nhựa cho từng tổ
hợp mẫu (các chỉ tiêu BTN phải thí nghiệm: Dung trọng; Cường độ Marshall; Chỉ số
dẻo; Thương số Marshall; Khối lượng riêng cốt liệu; Khối lượng riêng BTN; Độ rỗng
cốt liệu khoáng; Độ rỗng còn dư ). Khi có kết quả thí nghiệm rồi, ta vẽ lên các đường
quan hệ giữa: Hàm lượng nhựa với Dung trọng; Hàm lượng nhựa với Cường độ
Marshall; Hàm lượng nhựa với Độ rỗng còn dư của BTN; Hàm lượng nhựa với Độ
rỗng cốt liệu khoáng và dựa vào các tiêu chuẩn kỹ thuật yêu cầu ta sẽ tìm ra được
Hàm lượng nhựa tối ưu. Ứng với Hàm lượng nhựa tối ưu này ta được một hổn hợp
BTN có tính năng kỹ thuật tốt nhất đồng thời đạt theo tiêu chuẩn yêu cầu và kinh tế
nhất.
Nghiên cứu, Chế tạo Bê Tông Nhựa Nóng sử dụng bột Cao su phế thải 20
Luận án Thạc Sỹ KHKT
I.1.17/ Tính toán và thiết kế Cấp phối Bêtông nhựa (BTNC15): Cấp phối
BTNC15 được thiết kế theo 22TCN 249-98 của bộ GTVT ban hành
- Trên cơ sở đường bao cấp phối hạt trong tiêu chuẩn 22TCN 249-98 và các chỉ
tiêu kỹ thuật của các vật liệu đã thí nghiệm ở trên, ta phối hợp các hàm lượng của cốt
liệu theo một tỷ lệ nào đó để được một đường cong cấp phối liên tục, trơn và nằm
trong đường bao theo qui trình đã nêu nhằm tạo ra hỗn hợp bêtông nhựa chặt có các

chỉ tiêu kỹ thuật tối thiểu là đạt theo Qui trình 22TCN 249-98. (Bảng II.3)
Kích cỡ
sàng
(inch)
LƯNG LỌT QUA SÀNG (%)
Lượng nhựa tính theo
% cốt liệu (%)
Theo 22TCN 249-98 Thí nghiệm đạt được Theo 22TCN249-98
5/8 100 100
5 ÷ 6
1/2 95 100 98,77
5/16 65 75 70,07
N
o
5 43 57 45,61
N
o
10 31 44 35,11
N
o
18 22 33 27,89
N
o
35 16 24 19,68
N
o
50 12 18 14,98
N
o
100 8 13 10,29

N
o
200 6 11 7,92
(Chi tiết xem phần “PHỤ LỤC KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM”)
Nghiên cứu, Chế tạo Bê Tông Nhựa Nóng sử dụng bột Cao su phế thải 21
BIỂU ĐỒ THÀNH PHẦN HẠT
Miền cấp phối BTNC15 theo tiêu chuẩn 22-TCN-249-98
0%
10%
20%
30%
40%
50%
60%
70%
80%
90%
100%
0.010.1110100
Cỡ rây tính bằng (mm)
Phần trăm lọt rây (%)
Luận án Thạc Sỹ KHKT
I.1.18/ Tính toán và thiết kế Hàm lượng nhựa tối ưu
- Từ đònh hướng Hàm lượng nhựa tối ưu trong qui trình 22TCN 249-98 đã nêu,
kết hợp kinh nghiệm thực tế. Tôi tiến hành đúc các tổ mẫu Marshall theo các hàm
lượng nhựa như sau: 4,9%; 5,2%; 5,5%; 5,8% 6,1% cho từng loại “nhựa + x% cao su”:
“Nhựa + 0% CS; Nhựa + 2,5% CS; Nhựa + 5,0% CS; Nhựa + 7,5% CS; Nhựa +
10 %CS; Nhựa + 12,5% CS; Nhựa + 15% CS” và tiến hành thí nghiệm để tìm ra hàm
lượng hỗn hợp “nhựa + Cao su” tối ưu cho từng loại. Trong quá trình thí nghiệm, nhận
thấy khi hàm lượng cao su trong nhựa đường lớn hơn 5% thì các chỉ tiêu Độ bền

Marshall bắt đầu giảm nên tôi dừng lại ở hàm lượng cao su gia cố là 10%.
BẢNG TỔNG HP KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM CHỈ TIÊU CƠ LÝ CỦA BTN
(Chi tiết xem phần “PHỤ LỤC KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM”) (Bảng II.4)
Hàm lượng
Các loại hỗn hợp Nhựa + Cao su Các chỉ tiêu
nhựa + c.su
Nhựa + Nhựa + Nhựa + Nhựa + Nhựa +
cơ lý
thí nghiệm
0%CS 2,5% CS 5% CS 7,5%CS 10%CS
2.381 2.376 2.371 2.365 2.361
Dung trọng
13.90 16.27 17.05 16.20 15.70
Độ bền Marshall
4.90% 1.46 1.05 1.14 1.19 1.16
Chỉ số dẻo (tại 8KN)
4.22 4.08 3.79 3.98 4.14
Chỉ số dẻo (lúc p.hoại)
3.29 3.99 4.50 4.07 3.79
Thương số M.shall
16.81 16.94 17.15 17.48 17.58
Độ rỗng cốt liệu
5.48 5.64 5.88 6.23 6.35
Độ rỗng dư
2.402 2.393 2.387 2.380 2.376
Dung trọng
16.25 17.68 18.25 16.79 16.49
Độ bền Marshall
5.20% 1.55 1.19 1.37 1.31 1.20
Chỉ số dẻo (tại 8KN)

4.5 4.17 4.37 4.05 4.22
Chỉ số dẻo (lúc p.hoại)
3.61 4.24 4.18 4.15 3.91
Thương số M.shall
16.09 16.4 16.61 16.78 16.96
Độ rỗng cốt liệu
3.96 4.32 4.56 4.76 4.96
Độ rỗng dư
2.411 2.402 2.400 2.389 2.385
Dung trọng
15.48 18.05 19.44 17.45 17.15
Độ bền Marshall
5.50% 1.68 1.52 1.41 1.37 1.36
Chỉ số dẻo (tại 8KN)
4.83 4.40 4.47 4.44 4.37
Chỉ số dẻo (lúc p.hoại)
Nghiên cứu, Chế tạo Bê Tông Nhựa Nóng sử dụng bột Cao su phế thải 22
Luận án Thạc Sỹ KHKT
3.20 4.10 4.35 3.93 3.92
Thương số M.shall
16.05 16.28 16.47 16.77 16.88
Độ rỗng cốt liệu
3.17 3.46 3.65 4.02 4.14
Độ rỗng dư
2.417 2.405 2.397 2.392 2.390
Dung trọng
14.36 16.85 18.97 17.38 17.08
Độ bền Marshall
5.80% 1.76 1.57 1.47 1.53 1.67
Chỉ số dẻo (tại 8KN)

5.18 4.53 4.59 4.80 4.67
Chỉ số dẻo (lúc p.hoại)
2.77 3.72 4.13 3.62 3.66
Thương số M.shall
15.52 15.86 16.18 16.35 16.50
Độ rỗng cốt liệu
1.91 2.32 2.68 2.88 3.04
Độ rỗng dư
2.407 2.397 2.391 2.388 2.384
Dung trọng
11.04 15.50 18.13 16.85 16.32
Độ bền Marshall
6.10% 1.87 1.63 1.52 1.59 1.74
Chỉ số dẻo (tại 8KN)
5.42 4.61 4.67 4.95 4.71
Chỉ số dẻo (lúc p.hoại)
2.04 3.36 3.88 3.40 3.46
Thương số M.shall
15.81 16.08 16.45 16.51 16.57
Độ rỗng cốt liệu
1.55 1.88 2.29 2.37 2.45
Độ rỗng dư
Nhận xét:
* DUNG TRỌNG RIÊNG BTN ( γ
BTN
)
- Nếu sử dụng cùng một hàm lượng “Nhựa + % Cao su” thì ( γ
BTN
) sẽ giảm dần
khi hàm lượng Cao su tăng: đúng vậy, vì khối lượng riêng của Cao su (khoảng 0.914

g/cm
3
) nhỏ hơn khối lượng riêng của Nhựa đường (khoảng 1,03 g/cm
3
).

* ĐỘ BỀN MARSHALL (R
marshall
) ( Qui đònh > 8KN )
- Hầu như (R
marshall
) của các loại hỗn hợp trên đều đạt cao hơn yêu cầu kỹ thuật.
- Nếu sử dụng cùng một hàm lượng thí nghiệm (4,9%; 5,2%; 5,5%; 5,8%;6,1%)
ở các hỗn hợp nêu trên thì (R
marshall
) tăng dần khi hàm lượng cao su trong hỗn hợp
tăng. Nhưng mức tăng lớn nhất dừng ở khi dùng hỗn hợp “ Nhựa + 5% bột Cao su” và
hạ dần khi hàm lượng cao su trong hỗn hợp lớn hơn 5% (Trong đề tài này, do thời gian
có hạn nên tôi dừng lại ở hàm lượng 10%Cao su trong hỗn hợp, lúc này (R
marshall
) vẫn
còn cao hơn khi dùng 0%Cao su một ít. Tất nhiên, khi tăng thêm hàm lượng Cao su
trong hỗn hợp thì (R
marshall
) càng giảm và đến một mức nào đó nó sẽ kém hơn khi
không dùng cao su và không đạt yêu cầu kỹ thuật).
Nghiên cứu, Chế tạo Bê Tông Nhựa Nóng sử dụng bột Cao su phế thải 23
Luận án Thạc Sỹ KHKT
- Dựa vào các biểu đồ quan hệ giữa: Hàm lượng nhựa với Dung trọng; Hàm
lượng nhựa với Cường độ Marshall; Hàm lượng nhựa với Độ rỗng còn dư của BTN;

Hàm lượng nhựa với Độ rỗng cốt liệu khoáng và dựa vào các tiêu chuẩn kỹ thuật yêu
cầu. Tôi chọn ra được các hàm lượng tối ưu như sau:
+ Hàm lượng tối ưu của hổn hợp “Nhựa + 0% CS” là : 5,37 %
+ Hàm lượng tối ưu của hổn hợp “Nhựa + 2,5% CS” là : 5,49 %
+ Hàm lượng tối ưu của hổn hợp “Nhựa + 5% CS” là : 5,56 %
+ Hàm lượng tối ưu của hổn hợp “Nhựa + 7,5% CS” là : 5,63 %
+ Hàm lượng tối ưu của hổn hợp “Nhựa + 10% CS” là : 5,69 %
Lưu ý : Hàm lượng nhựa ở đây là hàm lượng nhựa tính theo hổn hợp BTN
BẢNG TÍNH LƯNG NHỰA & LƯNG CAO SU CÓ TRONG 100KG BTN SỬ
DỤNG BỘT CAO SU Ở CÁC TỶ LỆ KHÁC NHAU: (Bảng II.5)
Tt
BÊ TÔNG NHỰA
DÙNG CÁC LOẠI
HỖN HP “NHỰA +
% BỘT CAO SU PHẾ
THẢI”
Các hàm lượng hỗn hợp “Nhựa + Cao su” tối ưu (%)
5,37 5,49 5,56 5,63 5,69
Lượng nhựa & Lượng cao su có trong các hỗn hợp tối ưu (Kg)
Nh C.su Nh C.su Nh C.su Nh C.su Nh C.su
1 “Nhựa + 0,0%CS”
5,37 0,0
2 “Nhựa + 2,5%CS”
5,35 0,14
3 “Nhựa + 5,0%CS”
5,28 0,28
4 “Nhựa + 7,5%CS”
5,21 0,42
5 “Nhựa + 10%CS”
5,12 0,57

Sau khi có các hàm lượng tối ưu trên, tôi tiếp tục đúc mẫu kiểm chứng theo các
hàm lượng đó để kiểm chứng lại. Nếu cho kết quả tốt thì chứng tỏ các hàm lượng hỗn
hợp “Nhựa + %bột Cao su”đã chọn là hợp lý và lấy đó để nghiên cứu tiếp các bước
sau này. Nếu cho kết quả không tối ưu và không đạt yêu cầu kỹ thuật thì ta phải đi
chọn lại.
BẢNG TỔNG HP CÁC KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM MẪU KIỂM CHỨNG:
(Chi tiết xem phần “PHỤ LỤC KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM”) (Bảng II.6 )
TT
BÊ TÔNG NHỰA
DÙNG CÁC LOẠI
HỖN HP “NHỰA +
% BỘT CAO SU PHẾ
THẢI”
Khối lượng
thể tích
của BTN
(kG/cm
3
)
Độ bền
Marshall
của BTN
(KN)
Thương số
Marshall
của BTN
(KN/mm)
Độ rỗng
cốt liệu
của BTN

(%)
Độ rỗng
còn dư
của BTN
(%)
1 “Nhựa + 0,0%CS” 2,406 16,23 3,81 16,07 3,53
2 “Nhựa + 2,5%CS” 2,402 17,97 4,13 16,22 3,42
3 “Nhựa + 5,0%CS” 2,399 19,52 4,32 16,37 3,42
4 “Nhựa + 7,5%CS” 2,390 17,65 3,86 16,73 3,67
5 “Nhựa + 10%CS” 2,388 17,43 3,76 16,86 3,67
Nghiên cứu, Chế tạo Bê Tông Nhựa Nóng sử dụng bột Cao su phế thải 24
Luận án Thạc Sỹ KHKT
Kết luận: Qua (bảng II.6) ta thấy các hàm lượng tối ưu đã chọn thật sự tối ưu cho
từng loại hỗn hợp thí nghiệm. Vì vậy ta dùng các hàm lượng tối ưu này để chế tạo
mẫu BTN phục vụ thí nghiệm cho các chỉ tiêu cơ lý khác.
Ghi chú: Đúng ra, từ kết quả các hàm lượng “Nhựa + Cao su” tối ưu tìm được ta phải
đi tìm hàm lượng cao su tối ưu (giả sử là TU) và hàm lượng hỗn hợp “Nhựa + TU%
cao su” tối ưu để chế tạo BTN cải tiến và so sánh với BTN thông thường. Nhưng do
thời gian có hạn nên tôi dùng hỗn hợp tốt nhất trong các hỗn hợp đã thí nghiệm là hỗn
hợp “Nhựa + 5%bột Cao su” để chế bò mẫu so sánh với BTN thông thường. Ngoài ra,
vì các hỗn hợp “Nhựa + %Cao su” trên đều cho ra kết quả đều bằng hoặc tốt hơn
BTN thông thường nên một số chỉ tiêu tôi sử dụng tất cả các hỗn hợp trên để nghiên
cứu và so sánh và từ đó ta có thể chọn ra một miền hàm lượng cao su tốt đáp ứng
được tốt được các yêu cầu cụ thể nào đó cho từng công trình cụ thể và trong quá trình
khai thác sử dụng.
CHƯƠNG III: XÁC ĐỊNH CÁC CHỈ TIÊU CƠ LÝ CỦA BITUM CẢI
TIẾN BẰNG CÁCH TRỘN BỘT CAO SU PHẾ THẢI
III.1. CÁC CHỈ TIÊU CƠ LÝ THÔNG DỤNG CỦA BITUM
- Tiêu chuẩn thí nghiệm: 22TCN 279-01 của Bộ GTVT [1]
- Phương pháp thí nghiệm: 22TCN 63-84 của Bộ GTVT [1] & ASTM

- Vật liệu: Nhựa Shell 60/70. Hiện nay có rất nhiều loại nhựa, nhưng với khí
hậu nhiệt đới ở nước ta và nhất là khí hậu miền Nam bộ nóng ẩm quanh năm thì việc
sử dụng loại nhựa có độ kim lún 60/70 là thích hợp nhất. Trên thò trường cũng có
nhiều hãng cung cấp nhựa 60/70 nhưng theo cá nhân tôi thấy ở khu vực miền phía
Nam sử dụng nhiều loại nhựa Shell 60/70 và chất lượng cũng ổn đònh, khả năng cung
cấp lớn. Vì vậy tôi chọn nhựa Shell 60/70 sử dụng trong đề tài này.
KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM 09 CHỈ TIÊU KỸ THUẬT CƠ BẢN CỦA NHỰA
SHELL 60/70
(Bảng III.1)
Stt Chỉ tiêu TN Mẫu Giá trò Tiêu chuẩn Phương
Nghiên cứu, Chế tạo Bê Tông Nhựa Nóng sử dụng bột Cao su phế thải 25