Nghiên cứu ảnh hưởng của phương pháp trộn nhựa tái chế bằng bức xạ vi sóng tới chất lượng của bê tông nhựa nóng

ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
-------- 80 -ộ- 08 ------------

NGUYỄN QUANG DU

NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA PHƯƠNG PHÁP TRỘN
NHỰA TÁI CHẾ BẰNG BỨC XẠ VI SÓNG TỚI
CHẤT LƯỢNG CỦA BÊ TÔNG NHỰA NÓNG

Chuyên ngành: KỸ THUẬT XÂY DỰNG CÔNG TRÌNH GIAO THÔNG
Mã số ngành: 60 58 02 05

LUẬN VĂN THẠC SĨ

TP. HỒ CHÍ MINH, tháng 08 năm 2019


ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
-------- 80 -ộ- 08 ----------

NGUYỄN QUANG DU

NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA PHƯƠNG PHÁP TRỘN
NHỰA TÁI CHẾ BẰNG BỨC XẠ VI SÓNG TỚI
CHẤT LƯỢNG CỦA BÊ TÔNG NHỰA NÓNG

Chuyên ngành: KỸ THUẬT XÂY DỤNG CÔNG TRÌNH GIAO THÔNG
Mã số ngành: 60 58 02 05

LUẬN VĂN THẠC SĨ

TP. HỒ CHÍ MINH, tháng 08 năm 2019


CÔNG TRÌNH ĐƯỢC HOÀN THÀNH TẠI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA - ĐHQG-HCM
Cán bộ hướng dẫn khoa học: TS. NGUYỄN MẠNH TUẤN
Cán bộ chấm nhận xét 1: TS. LÊ ANH THẮNG Cán bộ
chấm nhận xét 2: TS. LÊ VĂN PHỦC
Luận văn thạc sĩ được bảo vệ tại Trường Đại học Bách Khoa, ĐHQG Tp. HCM ngày
24 tháng 08 năm 2019
Thành phần Hội đồng đánh giá luận văn thạc sĩ bao gồm:
1. TS. LÊ BÁ KHÁNH_Chủ tịch Hội đồng
2. TS. HUỲNH NGỌC THI_Thư ký Hội đồng
3. TS. LÊ ANH THẮNG_Phản biện 1
4. TS. LÊ VĂN PHÚC_Phản biện 2
5. TS. NGUYỄN MẠNH TUẤN_ủy viên
Xác nhận của Chủ tịch Hội đồng đánh giá LV và Trưởng Khoa quản lý chuyên ngành
sau khi luận văn đã được sửa chữa (nếu có).
CHỦ TỊCH HỘI ĐÒNG

TS. LÊ BÁ KHÁNH

TRƯỞNG KHOA KỸ THUẬT XÂY DỰNG

TS. LÊ ANH TUẤN


ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HCM

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
Độc lập - Tự do - Hạnh phúc

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ
••••

Họ tên học viên: NGUYỄN QUANG DU................................... MSHV: 1570002 .....
Ngày, tháng, năm sinh: 19/05/1992 ............................................ Nơi sinh: Bình Định
Chuyên ngành: Kỹ Thuật Xây Dựng Công Trình Giao Thông.. Mã số : 60 58 02 05
I. TÊN ĐỀ TÀI: ...............................................................................................................
NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA PHƯƠNG PHÁP TRỘN NHỰA TÁI CHẾ BẰNG
BỨC XẠ VI SÓNG TỚI CHẤT LƯỢNG CỦA BÊ TÔNG NHỰA NÓNG ......................
II. NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG: ....................................................................................
- Nghiên cứu tổng quan về ứng dụng nhựa tái chế PET trong việc cải tiến chất lượng nhựa
đường và bê tông nhựa trên thế giới và ở Việt Nam.
- Đề xuất phương pháp trộn nhựa tái chế PET với nhựa đường sử dụng bức xạ vi sóng để tạo
ra nhựa đường cải tiến.
- Thực hiện các thí nghiệm trong phòng để xác định các tính chất của hỗn hợp nhựa đường
cải tiến và bê tông nhựa nóng sử dụng nhựa đường cải tiến, số liệu thu thập được phân tích
và so sánh nhằm chứng minh hiệu quả của phương pháp trộn mới.
- Đề xuất hàm lượng PET tối ưu để cho hiệu quả phối trộn tốt nhất.
III. NGÀY GIAO NHIỆM vụ : 11/02/2019 ....................................................................
IV. NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: 08/12/2019 ...................................................
V.

CÁN Bộ HƯỚNG DẪN: TS. NGUYỄN MẠNH TUẤN ..........................................
Tp. HCM, ngày . . . . tháng . . . . năm 20....
CÁN Bộ HƯỚNG DẪN

CHỦ NHIỆM BỘ MÔN ĐÀO TẠO

(Họ tên và chữ ký)

(Họ tên và chữ ký)

TS. NGUYỄN MẠNH TUẤN

TS. NGUYỄN MẠNH TUẤN

TRƯỞNG KHOA KỸ THUẬT XÂY DựNG

(Họ tên và chữ ký)

TS. LÊ ANH TUẤN

Ghi chú: Học viên phải đóng tờ nhiệm vụ này vào trang đầu tiên của tập thuyết minh LV


-1-

LỜI CẢM ƠN
Trong quá trình học tập và nghiên cứu tại Đại học Bách khoa, tôi đã được tập thể thầy
cô của Bộ môn cầu đường, Khoa Kỹ thuật Xây dựng giảng dạy và hướng dẫn rất nhiệt tình.
Tôi xin chân thành cảm ơn sự giúp đỡ của các thầy cô. Bên cạnh đó, xin gửi lời cảm on đến
Phòng Đào tạo Sau đại học đã tạo điều kiện thuận lợi để tôi có thể hoàn thành luận văn và
bảo vệ đúng thời hạn.
Đặc biệt, tôi xin cảm on đến Thầy Nguyễn Mạnh Tuấn, Chủ nhiệm Bộ môn cầu đường.
Những kinh nghiệm và kiến thức được chia sẻ từ Thầy trong quá trĩnh hướng dẫn luận văn

sẽ là hành trang quý giá cho tôi trên con đường nghiên cứu sắp tới.
Xin cám on đến vợ và những người thân trong gia đĩnh. Sự động viên, chia sẻ và giúp
đỡ của mọi người là niềm động lực lớn lao đối với tôi trong suốt thời gian học tập và nghiên
cứu.
Quá trình làm nghiên cứu, tôi tiếp thu được nhiều kiến thức mới. Bên cạnh đó, tôi cũng
không thể tránh khỏi những sai sót trong quá trình thực hiện đề tài mà bản thân chưa nhận
ra được. Do vậy, những ý kiến đóng góp của Quý thầy cô, đồng nghiệp sẽ giúp cho luận
văn của tôi được hoàn chỉnh hon.
Cuối cùng, xin kính chúc toàn thể Quý thầy cô, gia đĩnh, bạn bè và đồng nghiệp thật
nhiều sức khỏe.
Trân trọng!

Tp. Hồ Chí Minh, ngày ...... tháng.. ..năm 2019
Học viên

Nguyễn Quang Du


-11TÓM TẮT
Trên thế giới, nhựa đường polyme đã được nghiên cứu và sử dụng nhằm giảm hư hỏng
và tăng hiệu quả làm việc của bê tông nhựa. Tại Việt Nam, loại nhựa mới này cũng được
áp dụng ở một số dự án do sự tăng nhanh về lưu lượng và tải trọng, kết hợp với đó là điều
kiện nhiệt độ cao, gây ra nhiều hư hỏng cho mặt đường bê tông nhựa. Giá thành cao là một
rào cản lớn khiến nhựa đường polyme ít được sử dụng. Gần đây, nhiều nghiên cứu cải tiến
chất lượng được công bố, tập trung vào việc sử dụng nguồn polyme tái chế với giá thành rẻ
hon nhưng vẫn đạt được hiệu quả mong muốn. Trong số đó, nhựa tái chế (PET) được một
số nghiên cứu chứng minh là có thể cải tiến chất lượng của nhựa đường và hỗn hợp bê tông
nhựa (BTN). Trong bối cảnh lượng nhựa tái chế thải ra môi trường ngày càng tăng, việc sử
dụng PET trong bê tông nhựa là một giải pháp tốt, vừa mang lại hiệu quả về mặt kỹ thuật,
vừa góp phần bảo vệ môi trường.

Tại Việt Nam, các nghiên cứu về việc sử dụng PET làm chất cải tiến nhựa đường còn rất
ít. Để có thể tiến tới áp dụng đại trà, cần có những nghiên cứu cụ thể và đầy đủ hon nhằm
nâng cao hiệu quả trộn nhựa đường với PET. Nghiên cứu này nhằm mục đích đề xuất
phưong pháp trộn nhựa đường với PET, sử dụng bức xạ vi sóng để tăng hiệu quả phối trộn
và đưa ra hàm lượng PET tối ưu. PET được cắt nhỏ với kích thước 1.5 mm

X

1.5 mm từ

chai nhựa và trộn với nhựa đường theo các tỷ lệ 2%, 4%, 6%, 8% và 10% trên tổng khối
lượng hỗn hợp nhựa đường cải tiến. Các tính chất cơ lý của nhựa đường cải tiến và hỗn hợp
bê tông nhựa chặt 12.5 (BTNC 12.5) được đánh giá thông qua các thí nghiệm trong phòng.
Ket quả bước đầu cho thấy, phương pháp ướt, trộn nhựa đường với PET sử dụng bức xạ
vi sóng cho hiệu quả cao hơn so với kết quả đạt được khi sử dụng phương pháp khô, gia
nhiệt thông thường. Nhựa đường cải tiến “cứng” hơn và on định hơn ở nhiệt độ cao. Khả
năng làm việc của hỗn hợp BTNC 12.5 trong điều kiện nhiệt độ và độ ấm cao được cải
thiện. Khả năng kháng nứt khi nhiệt độ giảm và khả năng kháng lún tốt hơn. Mô đun


-111phức động của mẫu bê tông nhựa có PET tăng đáng kể so với mẫu bê tông nhựa thông
thường. Hàm lượng PET kiến nghị để đạt hiệu quả cao nằm trong khoảng từ 6% đến 8%.


-IV-

ABSTRACT
Polymer modified asphalts have been studied and used around the world for a long time
in order to reduce the distress and to increase the performance of asphalt pavement. This
new type has been recently used in some projects in Vietnam due to the decrease of service

life of asphalts mixture which is caused by the increasing of the number and weight of
vehicles and high temperature. Furthermore, high cost also impacts on the use of polymer
modified asphalts. Recently, many investigations have been conducted on improving
qualities of bitumen, focusing on utilization of recycled polymer, which is cheaper but still
bring some effectiveness as expected. It has been studied that waste PET can improve the
engineering properties of bitumen and asphalt mixture. When the amount of recycled plastic
released to the environment has been increasing, using PET in asphalt mixture is the good
solution in terms of technician efficiency and environmental protection.
In Vietnam, there are less researches on utilization of PET as an additive in asphalt. In
order to be used widely, it is essential to do specific and completed studies on improving
the efficiency of mixing PET and asphalt binder. The purpose of this study is to propose the
solution of mixing PET and bitumen by using microwave irradiation and find out the
optimum content of PET. PET is cut into tiny pieces with size of 1.5mm

X 1.5mm,

mixed

with bitumen in the proportion of 2%, 4%, 6%, 8% and 10% (by the total weight of modified
bitumen mixture). The properties of modified bitumen and hot mix asphalt are assessed
through laboratory tests.
The initial results show that by wet process, mixing bitumen with PET, using microwave
irradiation, give higher efficiency than that, using conventional heating. Modified bitumen
is “harder” and more stable at high temperature. Efficiency of asphalt mixture at high
temperature and humidity is improved. The cracking resistance at low temperature and the
resistance against permanent deformation are also significantly enhanced. At high
temperature, PET improved its resistance against dynamic load.


-V-

Dynamic modulus of modified asphalt mixture increases considerably compared to control
mixture. The proportion of PET is recommended from 6% to 8% for the best effectiveness.


LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan luận văn thạc sĩ kỹ thuật: “NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA
PHƯƠNG PHÁP TRỘN NHỰA TÁI CHẾ BẰNG BỨC XẠ VI SÓNG TỚI CHẤT
LƯỢNG CỦA BÊ TÔNG NHỰA NÓNG” là kết quả nghiên cứu của cá nhân tôi và đuợc
huớng dẫn bởi thầy TS. Nguyễn Mạnh Tuấn. Các số liệu thu đuợc là trung thực, khách
quan. Việc tham khảo tài liệu (nếu có) đều đuợc trích dẫn phù hợp.
Tôi hoàn toàn chịu trách nhiệm về nội dung đuợc thể thiện trong luận văn này.

Tp. Hồ Chí Minh, ngày ..... tháng ....... năm 2019

Nguyễn Quang Du


-vii-

MUC LUC
• •

CHƯƠNG 1. GIỚI THIỆU CHUNG ......................................................................... 1
1.1 Tính cấp thiết của đề tài ...................................................................................... 1
1.2 Mục tiêu nghiên cứu ............................................................................................ 3
1.3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu ...................................................................... 4
1.3.1 Đối tượng nghiên cứu ..................................................................................... 4
1.3.2 Phạm vi nghiên cứu ........................................................................................ 4
1.4 Nội dung nghiên cứu ............................................................................................ 4

1.5 Phương pháp nghiên cứu .................................................................................... 5
1.6 Ý nghĩa khoa học và ỷ nghĩa thực tiễn của đề tài ............................................. 5
1.6.1 Ý nghĩa khoa học ............................................................................................ 5
1.6.2 Ý nghĩa thực tiễn ............................................................................................ 5
CHƯƠNG 2. TỔNG QUAN ........................................................................................ 6
2.1 Lịch sử sử dụng polyme trong nhựa đường và BTN ........................................ 6
2.2 Một số loại polyme được sử dụng trong bê tông nhựa ..................................... 6
2.2.1 Cao su ............................................................................................................. 6
2.2.2 Styrene - butadiene - Styrene (SBS)............................................................... 7
2.2.3 Styrene - butadiene - rubber (SBR) ................................................................ 8
2.2.4 Nhựa tái chế (Polyethylene Terephthalate_PET) ........................................... 8
2.3 Tổng quan về Polyethylene Terephathalate (PET)........................................... 8
2.4 Tổng quan về nhiệt phân nhựa tái chế sử dụng bức xạ vi sóng ..................... 10


-Vlll-

2.5 Tổng quan về nghiên cứu ứng dụng nhựa tái chế PET trong nhựa đường và
BTN 12
2.5.1 Nghiên cứu ứng dụng nhựa tái chế PET trên thế giới .................................. 12
2.5.2 Nghiên cứu ứng dụng nhụa tái chế PET ở Việt Nam ................................... 15
2.5.3 Phuơng pháp trộn PET với nhụa đuờng và BTN ......................................... 17
2.6 Một số nhận xét từ kết quả của việc nghiên cứu tổng quan........................... 18
CHƯƠNG 3. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN cửu ........................................................ 20
3.1 Lựa chọn vật liệu................................................................................................ 20
3.1.1 Cốt liệu ......................................................................................................... 20
3.1.2 Nhụa đuờng .................................................................................................. 22
3.1.3 Nhụa tái chế (PET) ....................................................................................... 23
3.2 Phương pháp trộn nhựa đường với PET ......................................................... 23
3.3 Kiểm tra các tính chất cơ lý của hỗn hợp nhựa đường hiệu chỉnh ............... 25

3.3.1 Thí nghiệm đo độ kim lún ............................................................................ 25
3.3.2 Thí nghiệm đo nhiệt độ hóa mềm ................................................................ 26
3.4 Kiểm tra các tính chất của hỗn họp BTNC 12.5 ............................................. 27
3.4.1 Thí nghiệm đo độ ổn định, độ dẻo Marshall ................................................ 27
3.4.2 Thí nghiệm xác định cường độ chịu kéo khi ép chẻ .................................... 30
3.4.3 Thí nghiệm đo mô đun đàn hồi .................................................................... 32
3.4.4 Thí nghiệm xác định mô đun đàn hồi động (mô đun phức động) ................ 35
CHƯƠNG 4. KẾT QUẢ NGHIÊN cửu ................................................................... 39
4.1 Ảnh hưởng của PET đến các tính chất của nhựa đường ............................... 39
4.1.1 Độ kim lún.................................................................................................... 39


-IX-

4.1.2 Nhiệt độ hóa mềm ........................................................................................ 40
4.1.3 So sánh hiệu quả trộn PET vói nhựa đường của 2 phưongpháp gia nhiệt.40
4.2 Ảnh hưởng của PET đến các tính chất của hỗn hợp BTNC 12.5 ................. 41
4.2.1 Độ ổn định, độ dẻo Marshall ........................................................................ 41
4.2.2 Cường độ chịu kéo khi ép chẻ ...................................................................... 44
4.2.3 Mô đun đàn hồi ............................................................................................ 45
4.2.4 Mô đun phức động (dynamic modulus) ....................................................... 48
CHƯƠNG 5. KẾT LUÂN, KIẾN NGHI ................................................................. 52
■7

■


-X-

DANH MỤC HÌNH

Hình 2.1: Ký hiệu nhựa tái chế và công thức phân tử của PET. [18] ................................ 9
Hình 2.2: PET ở dạng bán tinh thể. ................................................................................. 10
Hình 2.3: Cơ chế truyền nhiệt của phương pháp gia nhiệt thông thường và gia nhiệt
bằng bức xạ vi sóng .......................................................................................................... 11
Hình 3.1: Các bước thực hiện trong nghiên cứu .............................................................. 20
Hình 3.2: Đường cong cấp phối BTNC 12.5 .................................................................... 21
Hình 3.3: PET được cắt với kích thước 1.5mm X 1.5mm từ chai nước suối ..................... 23
Hình 3.4: Các tổ hợp mẫu BTNC 12.5 sử dụng cho các thí nghiệm ................................ 24
Hình 3.5: Tổ hợp mẫu sử dụng cho thí nghiệm đo độ ổn định, độ dẻo Marshall............. 28
Hình 3.6: Ngâm mẫu trong bể ổn định nhiệt ở 60PC....................................................... 29
Hình 3.7: Thí nghiệm đo độ ổn định và độ dẻo Marshall ................................................ 29
Hình 3.8: Tổ hợp mẫu sử dụng cho thí nghiệm xác định cường độ chịu kéo khi ép chẻ.
.......................................................................................................................................... 31
Hình 3.9: Bão dưỡng mẫu và bổ trí thí nghiệm xác định cường độ chịu kéo khỉ ép chẻ.
........................................................................................................................................... 32
Hình 3.10: Chế bị mẫu thí nghiệm xác

định mô đunđàn hồi ........................................ 33

Hình 3.11: Thí nghiệm đo mô đun đàn

hoi ................................................................... 34

Hình 3.12: Thí nghiệm môđun phức động [42] ................................................................ 36
Hình 3.13: Dạng của xung lực thể hiện qua thời gian tăng tải và tải trọng lớn nhất....37
Hình 3.14: Biên độ biếndạng ngang ............................................................................ 37


-XI-

DANH MỤC BIÊU ĐỒ
Biểu đo 4.1: Ảnh hưởng của PET đến độ kim lún .............................................................39
Biểu đo 4.2: Ảnh hưởng của PET đến nhiệt độ hóa mềm..................................................40
Biểu đồ 4.3: So sánh độ kim lún và nhiệt độ hóa mềm của mẫu nhựa đường cải tiến 8%
PET sử dụng 2 phương pháp gia nhiệt. ............................................................................ 41
Biểu đồ 4.4: Ảnh hưởng của hàm lượng PET với đọ ổn định và độ dẻo Marshall .......... 42
Biểu đồ 4.5: So sánh độ ổn định Marshall của mẫu khỉ sử dụng 2 phương pháp trộn..43
Biểu đồ 4.6: Ảnh hưởng của hàm lượng PET và cường độ chịu kéo khi ép chẻ .............. 44
Biểu đồ 4.7: So sảnh cường độ chịu kéo khỉ ép chẻ của mẫu khỉ sử dụng 2 phương pháp
trộn ................................................................................................................................... 45
Biểu đo 4.8: Ảnh hưởng của hàm lượng PET và mô đun đàn hồi ..................................46
Biểu đồ 4.9: So sảnh mô đun đàn hồi của mẫu khỉ sử dụng 2 phương pháp trộn ..........47
Biểu đồ 4.10: Đường cong Master Curve của mẫu BTNC 12.5 thông thường ...............49
Biểu đồ 4.11: Đường cong Master Curve của mẫu BTNC 12.5 với 8% PET. ................49
Biểu đồ 4.12: Tương quan về mô đun phức động của hai loại mẫu BTNC 12.5 ............50
Biểu đồ 4.13: Hệ so shift factor (ar) ứng với nhiệt đọ tham khảo 20°c. .......................... 50


-Xll-

DANH MỤC BẢNG
Bảng 2.1: Một số tính chất vật lý của PET [20] ............................................................... 9
Bảng 2.2: So sánh phương pháp gia nhiệt thông thường và phương pháp gia nhiệt sử
dụng bức xạ vi sóng........................................................................................................... 11
Bảng 2.3: Các to hợp hàm lượng nhựa và PET tối ưu ..................................................... 16
Bảng 3.1: Ket quả thiết kế thành phần cấp phoi BTNC 12.5 ............................................ 20
Bảng 3.2: Các chỉ tiêu của bột khoáng xi mãng Holcim .................................................. 22
Bảng 3.3: Các chỉ tiêu cơ lý của nhựa đường 60/70 ........................................................ 22
Bảng 4.1: Ket quả đo độ kim lún....................................................................................... 39
Bảng 4.2: Ket quả đo nhiệt độ hóa mềm ........................................................................... 40

Bảng 4.3: Ket quả đo độ ổn định và độ dẻo Marshall ...................................................... 42
Bảng 4.4: Ket quả xác định cường độ chịu kéo khi ép chẻ ............................................... 44
Bảng 4.5: Tong hợp kết quả xác định mô đun đàn hồi ..................................................... 46
Bảng 4.6: Giá trị mô đun phức động (E*) của mẫu BTNC 12.5 thông thường, tương
ứng với năm tần số ở bổn nhiệt độ .................................................................................... 48
Bảng 4.7: Giá trị mô đun phức động (E*) của mẫu BTNC 12.5 với 8% PET, tương ứng
với năm tần số ở bổn nhiệt độ ................................................................................... 48


-1-

CHƯƠNG 1. GIỚI THIÊU CHUNG
1.1 Tính cấp thiết của đề tài
Mặt đường BTN là sự lựa chọn hàng đầu của các kỹ sư khi thiết kế các công trình đường
cấp cao và đường cao tốc hiện nay. Kinh tế tăng trưởng nhanh đòi hỏi sự hoàn thiện của hạ
tầng kỹ thuật, ở một mức độ cao hơn. Tuy nhiên, lưu lượng giao thông và tải trọng tăng
nhanh gây nhiều hư hỏng cho mặt đường BTN. Hậu quả là, việc lưu thông của xe cộ ngày
càng khó khăn và chi phí duy tu, bảo dưỡng đường bộ tăng cao.
Tại Việt Nam, mặt đường BTN sau một thời gian ngắn sử dụng đã xuất hiện nhiều hư
hỏng như: xô dồn, nứt trượt lớp mặt BTN, vệt hằng bánh xe, nứt do mỏi hay lún cao su [1].
Hiện tượng xô dồn, nứt trượt xảy ra khi các lớp BTN hoặc giữa lớp BTN và lóp móng
dính bám không đạt yêu cầu. ứng suất trượt gây ra do bánh xe lớn hơn khả năng kháng trượt
tại đáy các lóp vật liệu dẫn đến việc hình thành các gợn sóng nhỏ vuông góc với phương di
chuyển.
Khả năng kháng mỏi của BTN kém là nguyên nhân dẫn đến các phá hoại do mỏi, cụ thể
là hiện tượng rạn nứt, bong bật. Chiều dày lóp BTN nhỏ hơn thiết kế, thi công gặp một số
điều kiện mưa nắng thất thường, việc lu lèn không đạt độ chặt là những nguyên nhân chính
làm cho BTN kháng mỏi kém.
Đối với hiện tượng lún nứt cao su, nguyên nhân chính là do thoát nước mặt đường không
tốt, kết họp với các hư hỏng rạn nứt của lóp mặt làm cho nước thấm xuống nền đường, lâu

ngày hình thành hiện tượng cao su.
Những năm gần đây, hằng lún vệt bánh xe xuất hiện khá phổ biến trên các trục đường
chính ở Việt Nam. Nguyên nhân có thể do lóp mặt BTN chịu tải trùng phục, tải trọng nặng
yếu; do nền đường yếu trong khi lóp mặt vẫn chịu lực tốt hoặc do cả nền đường và mặt
đường yếu.


-2Tải trọng tác dụng (lưu lượng xe, thời gian tác dụng tải, loại tải trọng) và nhiệt độ mặt
đường là hai nguyên nhân chính gây hư hỏng mặt đường BTN [2]. Khi lưu lượng xe và tình
trạng vượt tải tăng nhanh, biến dạng cũng như ứng suất của mặt đường ở trạng thái bất lợi
dẫn đến các hư hỏng được đề cập ở trên. Ở nhiệt độ thấp, BTN làm việc đàn hồi, nhưng ở
nhiệt độ cao, BTN chịu chi phối rất lớn bởi tính nhớt của nhựa đường. Độ ổn định của nhựa
đường ảnh hưởng lớn đến sức kháng lún trồi và xô dồn của mặt đường BTN.
Từ những nguyên nhân trên, các nhóm giải pháp góp phần hạn chế hư hỏng bao gồm:
(1) tuân thủ các yêu cầu về thiết kế và thi công, (2) kiểm soát nguồn nguyên liệu đầu vào
đạt chất lượng, (3) kiểm soát tải trọng và (4) cải tiến chất lượng nhựa đường. Mặc dù ba
nhóm giải pháp đầu đều đã được thực hiện tốt nhưng tĩnh trạng hư hỏng mặt đường BTN,
đặc biệt là hằng lún vệt bánh xe vẫn xảy ra trên nhiều tuyến đường như quốc lộ 5, đại lộ
Đông - Tây và cả quốc lộ 1A.
Nhựa đường là chất kết dính quyết định đến hiệu năng làm việc của BTN. Do vậy, việc
cải tiến chất lượng của nhựa đường và hỗn họp BTN được quan tâm đặc biệt. Một số giải
pháp được đề cập đến như: (1) Kiểm soát nguyên liệu và quá trình lọc dầu để tạo ra nhựa
đường có những tính chất như mong muốn; (2) cải tiến nhựa đường thành phẩm bằng cách
thổi khí để làm nhựa đường cứng hon, pha loãng hoặc hòa tan để mềm hóa nhựa; (3) thêm
phụ gia polyme để cải tiến nhựa đường. Giải pháp (1) và (2) có thể thực hiện được nhưng
đòi hỏi kỹ thuật và chi phí cao. Giải pháp (3) được áp dụng nhiều vì giá thành họp lý hon
và cải thiện được các tính chất lưu biến của nhựa đường [2].
Mặc dù hiệu quả trong việc sử dụng nhựa đường phụ gia polyme đã được chứng minh
nhưng việc sử dụng rộng rãi ở Việt Nam hiện nay vẫn còn vướng nhiều rào cản bởi giá
thành vẫn còn cao. Giải pháp được nhắc tới là sử dụng nhựa tái chế (PET), tận dụng từ

nguồn chai nhựa phế thải, vừa góp phần nâng cao chất lượng nhựa đường vừa giải quyết
vấn đề môi trường khi mỗi năm, lượng PET phế thải tăng ngành càng nhanh.


-3Theo Sulyman M. và cộng sự [3], việc sử dụng nhựa (plastic) để cải tiến chất lượng nhựa
đường đạt được những kết quả sau: giảm được nứt ở nhiệt độ thấp do hỗn hợp nhựa đường
cải tiến ‘mềm” hon; ở nhiệt độ cao, hỗn họp thu được “cứng” hon nhờ đó cải thiện khả năng
kháng lún trồi của BTN; giảm tính nhớt, tăng độ ổn định và cường độ của BTN; tăng độ
mài mòn và mỏi; hạn chế sự oxi hóa và già hóa của nhựa đường; giảm chiều dày áo đường
và giảm chi phí duy tu, bảo dưỡng công trình.
Ở Việt Nam, nhóm tác giả gồm Nguyễn Mạnh Tuấn và Nguyễn Viết Huy đã nghiên cứu
sử dụng chai nhựa phế thải vào BTN vói nhựa và cốt liệu ở thành phố Hồ Chí Minh [4].
Mục tiêu của nghiên cứu bao gồm: lựa chọn kích thước PET phù họp; đánh giá ảnh hưởng
của PET đến các chỉ tiêu cơ lý của nhựa đường 60/70; tim ra hàm lượng nhựa và PET tối
ưu, từ đó xem xét các ảnh hưởng của PET đến những đặc tính kỹ thuật của hỗn họp BTNC
12.5. Nghiên cứu đạt được những kết quả khả quan như PET làm cải thiện tính chất của
nhựa (giảm độ kim lún, tăng nhiệt độ hóa mềm), cường độ ép chẻ tăng, độ mài mòn
Cantabro của mẫu BTNC 12.5 cũng tăng.
Các phương pháp trộn PET đa phần sử dụng phương pháp gia nhiệt truyền thống. Quá
trình trộn tốn nhiều thời gian và làm giảm tính chất của nhựa đường gốc. Do vậy, nghiên
cứu này đề xuất một phương pháp trộn nhựa đường với PET bằng bức xạ vi sóng nhằm cải
thiện hiệu quả của PET, rút ngắn thòi gian trộn. Đồng thời, nghiên cứu cũng phân tích thêm
một số tính chất kỹ thuật của hỗn họp BTN có PET khi làm việc ở nhiệt độ thấp cũng như
khi chịu tải trọng động.
1.2 Mục tiêu nghiên cứu
Nghiên cứu này nhằm mục đích đánh giá ảnh hưởng của PET đến các đặc tính kỹ thuật
của nhựa đường và BTN khi trộn bằng lò vi sóng.
Thứ nhất là nghiên cứu phương pháp trộn PET và nhựa đường 60/70 gia nhiệt bằng lò vi
sóng để tạo ra hỗn họp độ đồng nhất cao; xem xét ảnh hưởng của PET đến các chỉ tiêu cơ
lý của nhựa đường 60/70.

-4Thứ hai là nghiên cứu ảnh hưởng của PET đến các tính chất kỹ thuật của hỗn họp BTNC
12.5 khi trộn PET có gia nhiệt bằng lò vi sóng.
Ảnh hưởng của phương pháp trộn mới cũng được xem xét bằng cách so sánh kết quả đạt
được với các kết quả của nghiên cứu trước đó.
1.3

Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

1.3.1 Đối tượng nghiên cứu
Phương pháp trộn PET với nhựa đường và BTN sử dụng lò vi sóng để gia nhiệt và những
đặc trưng cơ lý của nhựa đường cải tiến và BTN sử dụng PET
1.3.2 Phạm vi nghiên cứu
Nghiên cứu sử dụng PET phối trộn nhựa đường 60/70 và cấp phối BTNC 12.5 với
phương pháp gia nhiệt bằng lò vi sóng.
Việc chứng minh hiệu quả của PET khi trộn bằng lò vi sóng được thực hiện thông qua
các thí nghiệm trong phòng và các phân tích, kết quả được so sánh với nghiên cứu trước đó.
1.4

Nội dung nghiên cứu

Nội dung nghiên cứu gồm các phần chính sau :
• Nghiên cứu phương pháp trộn PET với nhựa đường khi gia nhiệt bằng lò vi sóng
• Đánh giá các chỉ tiêu cơ lý của hỗn họp nhựa và PET, với các hàm lượng 2%,
4%, 6%, 8% và 10%.
• Đánh giá các chỉ tiêu kỹ thuật của hỗn họp BTNC 12.5 có hàm lượng nhựa và
PET tương ứng.
• So sánh kết quả đạt được với kết quả của nhựa đường và BTN thông thường và
với kết quả của mẫu có PET được trộn theo phương pháp truyền thống.

-51.5

Phương pháp nghiên cứu

Phương pháp nghiên cứu được sử dụng là phương pháp nghiên cứu tài liệu kết hợp với
thực nghiệm (đánh giá thông qua các thí nghiệm trong phòng).
Bằng cách tổng hợp những kết quả trong việc ứng dụng PET làm chất cải tiến nhựa
đường và BTN, tác giả tiến hành lựa chọn kích thước PET, hàm lượng PET, loại nhựa và
BTN thích hợp với điều kiện nghiên cứu ở Việt Nam.
Các chỉ tiêu cơ lý của nhựa và BTN được thí nghiệm. Kết quả được tổng họp, vẽ biểu
đồ và nhận xét sự tương quan giữa các đại lượng để tim ra hàm lượng PET tối ưu. Kết quả
thí nghiệm được so sánh với kết quả của những nghiên cứu trước đó nhằm đánh giá được
hiệu quả của PET đến các đặc tính kỹ thuật của nhựa đường và BTN cải tiến.
1.6

Ý nghĩa khoa học và ỷ nghĩa thực tiễn của đề tài

1.6.1 Ý nghĩa khoa học
Nghiên cứu đề xuất phương pháp mới để phối trộn PET với nhựa đường và BTN (gia
nhiệt bằng bức xạ vi sóng), tạo ra hỗn họp có độ đồng nhất cao hơn so với phương pháp
trộn PET truyền thống (gia nhiệt thông thường). Bằng việc sử dụng phương pháp mói, các
tính chất của nhựa đường và hỗn họp BTN được cải thiện tốt hơn.
1.6.2 Ý nghĩa thực tiễn
Nghiên cứu tạo tiền đề cho việc áp dụng nhựa tái chế vào trong BTN, mang lại những
hiệu quả tương tự như BTN sử dụng phụ gia polyme nhưng với giá thành rẻ hơn. Việc sử
dụng nhựa tái chế trong BTN cũng góp phần bảo vệ môi trường và sự phát triển bền vững
khi mỗi năm, lượng chai nhựa phế thải PET thải ra môi trường ngày càng nhiều.

-6-

CHƯƠNG 2. TỔNG QUAN
2.1

Lịch sử sử dụng polyme trong nhựa đường và BTN

Theo Zahra Niloofar Kalantar và các cộng sự, Polyme tự nhiên và nhân tạo được sử dụng
trong nhựa đường từ những năm 40 của thế kỷ XIX và đã được cấp bằng sáng chế năm
1843. Ở châu Âu, các dự án thử nghiệm được bắt đầu từ năm 1930. Tại Bắc Mỹ, những
năm 50 của thế kỷ XX, cao su Latex được sử dụng làm chất cải tiến nhựa đường [5].
Vào những năm 80 của thế kỷ XX, ngành công nghiệp nhựa đường và BTN ở Mỹ bắt
đầu áp dụng polyme thế hệ mới và các công nghệ của châu Âu. Ở úc, những chỉ dẫn và tiêu
chuẩn về chất kết dính sử dụng phụ gia polyme cũng được đưa vào tiêu chuẩn nhựa đường
quốc gia [5].
Năm 2001, Sargand và Kim [6] thực hiện một nghiên cứu so sánh đặc tính kháng mỏi và
lún của nhựa đường mác 70-22 có và không có phụ gia polyme. Kết quả chỉ ra rằng, với
cùng một mác nhựa, nhựa đường có phụ gia polyme cho kết quả kháng mỏi và lún lớn hon
nhựa đường thông thường. Nghiên cứu của Newcomb [7] cho rằng, việc tăng lượng polyme
ở dưới đáy lớp BTN làm tăng khả năng kháng mỏi của lớp áo đường.
Ngày nay, các quốc gia như Mỹ, Trung Quốc, Pháp, Ý là những nước dẫn đầu trong việc
sử dụng nhựa đường phụ gia polyme [8].
2.2

Một số loại polyme được sử dụng trong bê tông nhựa.

2.2.1 Cao su
Phụ gia vói thành phần cao su tự nhiên làm tăng khả năng kháng lún và độ bền của hỗn
hợp BTN. Tuy nhiên, hỗn hợp dạng này dễ bị oxy hóa. Cao su tự nhiên làm giảm hiện tượng

nứt phản ảnh, tăng độ bền của hỗn hợp BTN. Tuy nhiên, cao su cần nhiệt độ cao, thời gian
dài để hòa tan với nhựa đường. Bột cao su tái chế được trộn vói nhựa đường.


-7Cao su dạng này thường được cắt từ vỏ lốp xe, vừa giảm lượng chất thải rắn, vừa giảm chi
phí [8].
Từ những năm 1950, các quốc gia như Thái Lan, Ấn Độ và Malaysia đã nghiên cứu việc
đưa cao su thiên nhiên vào nhựa đường. Ở Việt Nam, công nghệ nhựa đường cao su hóa
được áp dụng cho bản mặt cầu của cầu Thanh Trì (Hà Nội) vào tháng 4/2015 [9].
Đặc tính của hỗn hợp nhựa đường cải tiến phụ thuộc vào loại cao su, thành phần của
nhựa đường, kích thước hạt cao su, thời gian và nhiệt độ cần thiết để hòa tan cao su vào
nhựa đường [10].
2.2.2 Styrene - butadiene - styrene (SBS)
SBS là mộ block copolymer gốc dầu mỏ. Trên thế giói, BTN có phụ gia SBS đã được áp
dụng từ thập niên 90 của thế kỷ XX. Một số hiệu quả của việc sử dụng SBS trong bê tông
nhựa đã được chứng minh bao gồm: cải thiện tính năng dính bám với cốt liệu, khắc phục
hiện tượng lún trồi, ổn định khi nhiệt độ thay đổi với biên độ lớn, tăng mô đun đàn hồi
[11,12,13].
Năm 2004, Bộ giao thông bang Florida và cơ quan quản lý đường cao tốc liên bang
(FHWA) đã chứng minh hiệu quả của SBS đến khả năng kháng nứt và tính tự hàn của hỗn
hợp BTN. Ket quả cho thấy, SBS làm giảm sự tích lũy các phá hoại nhỏ dẫn đến tăng khả
năng kháng nứt của BTN. Mặc dù vậy, SBS không cải thiện tính tự hàn và già hóa của hỗn
hợp [14].
Mặc dù SBS mang lại những hiệu quả tích cực trọng việc cải tiến chất lượng nhựa đường,
việc ứng dụng rộng rãi SBS còn gặp khó khăn do chi phí cao. Tại Việt Nam, nhóm nghiên
cứu gồm Nguyễn Mạnh Tuấn, Trần Phong Thái và Trần Ngọc Huấn [15] cũng đã nghiên
cứu sử dụng SBS cải tiến nhựa đường 60/70. Bốn hàm lượng SBS từ 2, 4, 6 đến 8% được
tiến hành thí nghiệm. Kết quả cho thấy, SBS làm thay đổi các tính chất của nhựa đường
theo chiều hướng có lợi. Hàm lượng SBS ở mức 4% cho kết quả tốt nhất. Tuy nhiên, trong
quá trình trộn ở nhiệt độ cao, dầu gốc bị bay hơi dẫn đến làm giảm độ

-8kim lún. Do vậy, cần bổ sung lượng dầu gốc này để phù hợp với tiêu chuẩn 22 TCN 319 04.
2.2.3 Styrene - butadiene - rubber (SBR)
SBR là một phụ gia polyme cải tiến nhựa đường dưới dạng hợp chất khuếch tán trong
nước (latex) [16]. Ở dạng latex, SBR khi được trộn với nhựa đường nhanh chóng phân tán,
liên kết với các phân tử nhựa tạo thành một kết cấu chắc chắn.
Từ thập niên 70 đến 80 của thế kỷ XX, nhựa đường cải tiến bằng SBR đã được sản xuất
ở Pháp, Tây Đức, Canada, Mỹ và nhiều nước khác [17]. Năm 1987, trang web của cục quản
lý hàng không liên bang Mỹ mô tả những lợi ích của SBR trong việc nâng cao chất lượng
nhựa đường: tăng mô đun đàn hồi, độ nhớt, độ dẻo dai ở nhiệt độ thấp đồng thời tăng độ
bám dính giữa nhựa đường vói cốt liệu trong hỗn hợp BTN. Becker Y. và các cộng sự cho
rằng, BTN sử dụng phụ gia polyme SBR có độ dẻo dai và khả năng kháng nứt ở nhiệt độ
thấp cao hon BTN thông thường [8].
2.2.4 Nhựa tái chế (Polyethylene Terephthalate_PET)
Những hiệu quả khi sử dụng các loại polyme nguyên thủy để cải tiến chất lượng nhựa
đường đã được chứng minh. Tuy nhiên, mức độ tưong thích giữa nhựa đường và chất hiệu
chỉnh và giá thành tưong đối cao là hai trở ngại lớn khi áp dụng đại trà. Do vậy, việc tận
dụng nguồn polyme tái chế (chai nhựa phế thải, được làm từ PET) đang dần được quan tâm
hon.
2.3

Tổng quan về Polyethylene Terephathalate (PET)

Polyethylene terephthalate (được gọi là PET, PETE hoặc PETP hoặc PET-P) là nhựa
nhiệt dẻo, có nhiều ứng dụng trong đời sống. PET được tìm ra vào năm 1941 bởi Calico
Printer’ Association của thành phố Manchester. Chai PET được đưa vào sản xuất vào năm
1973. Hình 2.1 thể hiện ký hiệu của PET tái chế trong đời sống và cấu trúc của phân
tử PET.

-9-

PETE
Hình 2.1: Ký hiệu nhựa tái chế và công thức phân tử của PET. [18]
PET chiếm khoảng 18% lượng nhựa trên toàn thế giới. Hon 60% lượng PET được sử
dụng làm sợi tổng họp hoặc chai lọ [19].
Các đặc trưng vật lý của PET được tổng họp trong Bảng 2.1.
Bảng 2.1: Một số tính chất vật lý của PET [20]
Công thức hóa học

(C10H804)

Khối lượng riêng (dạng vô định)

1.370 g/cm3

Khối lượng riêng (dạng tinh thể)

1.455 g/cm3

Modun đàn hồi (E)

2800-3100 Mpa

Cường độ chịu kéo

55-75 Mpa

Giới hạn đàn hồi

50-150%

Nhiệt độ nóng chảy

260°c

Độ dẫn nhiệt

0.24 W/(m/K)

Các dạng tồn tại của PET theo phân tích của Bilal DEMỈREL [21] bao gồm: vô định
hình (amorphous), tinh thể (crystalline) và bán tinh thể (semi-crystalline). Ở dạng vô định
hình, các phân tử PET sắp xếp không có trật tự. PET có màu trong suốt. Ở dạng tinh thể,
các phân tử PET sắp xếp song song hoặc dạng vòng. PET có màu đục. Dạng bán tinh thể là
dạng tồn tại mà ở đó, các phân tử của PET vừa có dạng vô định hình, vừa có dạng tinh