Đang tải... (xem toàn văn)
Bài báo trình bày kết quả nghiên cứu sự ảnh hưởng của quá trình kết tinh lưu huỳnh trong cấu trúc bê tông asphalt (BTA) đến các chỉ tiêu Marshall. Sau quá trình trộn, đầm chặt, hiện tượng kết tinh chuyển dạng thù hình của lưu huỳnh làm thay đổi khả năng chịu lực của bê tông asphalt lưu huỳnh (BTAS). Sau 14 ngày bảo dưỡng, độ ổn định Marshall của BTAS tăng đáng kể (tăng từ 20% đến 33% tùy theo lượng lưu huỳnh sử dụng)so với BTA đồng thời độ ổn định 24 giờ của mẫu BTAS cũng được cải thiện. Kết quả nghiên cứu cũng cho thấy BTAS có nhiệt độ trộn (135 oC) và nhiệt độ đầm nén (125 oC) thấp hơn so với BTA thông thường mà vẫn đảm bảo các yêu cầu kỹ thuật của BTA.
Transport and Communications Science Journal, Vol 71, Issue 05 (06/2020), 526-540 Transport and Communications Science Journal STUDY THE EFFECT OF SULFUR CRYTALLIZATION BY THE TIME IN ASPHALT CONCRETE STRUCTURE ON MARSHALL INDICATORS Nguyen Thu Trang1*, Tran Ngoc Hung1, Pham Huy Khang2, Bui Xuan Cay2 University of Transport Technology, No 54 Trieu Khuc Street, Thanh Xuan, Hanoi, Vietnam University of Transport and Communications, No Cau Giay Street, Hanoi, Vietnam ARTICLE INFO TYPE: Research Article Received: 20/4/2020 Revised: 14/5/2020 Accepted: 15/5/2020 Published online: 28/6/2020 https://doi.org/10.25073/tcsj.71.5.6 * Corresponding author Email: trangnt@utt.edu.vn Abstract The paper presents the research results of the effect of sulfur crystallization in asphalt concrete structure (BTA) on Marshall indicators After mixing, compaction, the crystallization phenomenon changes the allotrope of sulfur to change the strength characteristics of sulfur asphalt concrete (BTAS) After 14 days of maintenance, the Marshall stability of BTAS increased significantly (from 20% to 33% depending on the amount of sulfur used) compared to BTA and 24 hours stability of BTAS samples also improved The study results also showed that BTAS has a mixing temperature (135 oC) and compaction temperature (125 oC) lower than conventional BTA while ensuring the technical requirements of asphalt concrete Keywords: Bitum, sulfur, bitum-sulfur binder (SBB), hot mix asphalt – sulfur, sulfur crystallization © 2020 University of Transport and Communications 526 Tạp chí Khoa học Giao thơng vận tải, Tập 71, Số 05 (06/2020), 526-540 Tạp chí Khoa học Giao thơng vận tải NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA QUÁ TRÌNH KẾT TINH LƯU HUỲNH TRONG CẤU TRÚC BÊ TÔNG ASPHALT ĐẾN CÁC CHỈ TIÊU MARSHALL Nguyễn Thu Trang1*, Trần Ngọc Hưng1, Phạm Huy Khang2, Bùi Xuân Cậy2 Trường Đại học Công nghệ Giao thông vận tải, Số 54 Triều Khúc, Thanh Xuân, Hà Nội, Việt Nam Trường Đại học Giao thông vận tải, Số Cầu Giấy, Hà Nội, Việt Nam THƠNG TIN BÀI BÁO CHUN MỤC: Cơng trình khoa học Ngày nhận bài: 20/4/2020 Ngày nhận sửa: 14/5/2020 Ngày chấp nhận đăng: 15/5/2020 Ngày xuất Online: 28/6/2020 https://doi.org/10.25073/tcsj.71.5.6 * Tác giả liên hệ Email: trangnt@utt.edu.vn Tóm tắt Bài báo trình bày kết nghiên cứu ảnh hưởng trình kết tinh lưu huỳnh cấu trúc bê tông asphalt (BTA) đến tiêu Marshall Sau trình trộn, đầm chặt, tượng kết tinh chuyển dạng thù hình lưu huỳnh làm thay đổi khả chịu lực bê tông asphalt lưu huỳnh (BTAS) Sau 14 ngày bảo dưỡng, độ ổn định Marshall BTAS tăng đáng kể (tăng từ 20% đến 33% tùy theo lượng lưu huỳnh sử dụng)so với BTA đồng thời độ ổn định 24 mẫu BTAS cải thiện Kết nghiên cứu cho thấy BTAS có nhiệt độ trộn (135 oC) nhiệt độ đầm nén (125 oC) thấp so với BTA thông thường mà đảm bảo yêu cầu kỹ thuật BTA Từ khóa: Bitum, chất kết dính bitum - lưu huỳnh, bê tông asphalt – lưu huỳnh (BTAS), lưu huỳnh kết tinh © 2020 Trường Đại học Giao thơng vận tải ĐẶT VẤN ĐỀ Lưu huỳnh (S) sử dụng cho bê tông aphalt (BTA) nghiên cứu từ năm 1930, tiếp tục xu hướng nghiên cứu năm gần cho BTA rải nóng BTA rải ấm [4, 10] Kết nghiên cứu từ thử nghiệm toàn diện giai đoạn từ năm 2004 đến 2008 số quốc gia Hoa Kỳ, Canada, Trung Quốc, Qatar, Ả rập Saudi, cho thấy lưu huỳnh cải thiện độ ổn định Marshall, tăng độ cứng, tăng 527 Transport and Communications Science Journal, Vol 71, Issue 05 (06/2020), 526-540 khả chống biến dạng kháng mỏi BTA [1, 4] Tại Liên bang Nga, bê tông asphalt cải tiến lưu huỳnh nghiên cứu ứng dụng Các kết nghiên cứu ứng dụng BTAS Nga cho thấy ưu điểm vượt trội BTAS Thứ nhất, kết hợp lưu huỳnh BTA số lượng lớn góp phần làm giảm nhiễm mơi trường Liên bang Nga, nơi tích lũy lượng lớn lưu huỳnh Thứ hai, thay phần nhựa đường lưu huỳnh cắt giảm chi phí xây dựng đường, tăng hiệu kinh tế lượng lưu huỳnh sẵn có chi phí thấp mặt khác sản xuất, thi công BTAS thực với thiết bị có khơng làm phát sinh chi phí cần thiết để điều chỉnh chu trình sản xuất công nghệ thi công Thứ ba, BTAS cải thiện đáng kể hiệu suất làm việc mặt đường tăng khả kháng lún vệt bánh xe, tăng độ bền kéo, cường độ chịu nén… , đặc biệt khu vực có thay đổi nhiệt độ lớn [12] Tổng quan nghiên cứu giới cho thấy lưu huỳnh vật liệu phù hợp thay phần nhựa đường BTA sử dụng cho mặt đường cấp cao, mặt đường chịu áp lực lớn mặt đường tải trọng giao thông nặng, nút giao thơng lưu lượng cao, nhà ga hàng hóa sân bay mặt đường toàn chiều sâu [4] Bê tơng asphalt lưu huỳnh (BTAS) sản xuất với quy trình công nghệ phù hợp (giới hạn nhiệt độ) không gây độc hại cho môi trường người, giảm chi phí nhựa đường tiết kiệm lượng, giảm phát thải [3,10,12] Tại Việt Nam, PGS.TS Nguyễn Văn Hùng cộng thực số nghiên cứu BTAS [16] Với tiềm nguyên liệu lưu huỳnh Việt Nam, nhóm tác giả sử dụng lưu huỳnh – sản phẩm nhà máy lọc dầu Dung Quất, thực nghiên cứu đặc tính chất kết dính bitum – lưu huỳnh [15] Trong phạm vi báo tác giả lựa chọn số thí nghiệm điển hình đánh giá khả làm việc BTAS nhiệt độ cao theo ngày tuổi mẫu Kết nghiên cứu cụ thể hóa (lượng hóa) thay đổi đặc tính bê tơng asphalt – lưu huỳnh (BTAS) theo thời gian, theo trình kết tinh lưu huỳnh VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP THÍ NGHIỆM 2.1 Vật liệu sử dụng nghiên cứu Cốt liệu thô cốt liệu mịn sử dụng nghiền từ đá bazal mỏ đá Phú Mãn (Thanh Oai – Hà Nội), bột khống đá vơi Kiện Khê (Hà Nam) Các tiêu kỹ thuật cốt liệu bột khống sau thí nghiệm cho thấy đáp ứng yêu cầu sử dụng cho BTA theo TCVN 8819:2011 Quyết định số 858/QĐ-BGTVT năm 2014 Bitum 60/70 công ty TNHH Pertrolimex cung cấp, lấy mẫu thử nghiệm kiểm tra chất lượng cho thấy đáp ứng yêu cầu kỹ thuật TCVN 7493:2005 Thông tư 27/TT-BGTVT năm 2014 Lưu huỳnh sử dụng sản phẩm nhà máy lọc dầu Dung Quất, lấy mẫu công ty TNHH thành viên lọc hóa dầu Bình Sơn Ở nhiệt độ môi trường, lưu huỳnh dạng hạt rắn, màu vàng, đường kính 1-2mm, khối lượng riêng theo phân tích X-ray 2,067g/cm3 [13] 528 Tạp chí Khoa học Giao thông vận tải, Tập 71, Số 05 (06/2020), 526-540 2.2 Phương pháp nghiên cứu Hỗn hợp BTAS BTA (đối chứng) thiết kế thành phần theo phương pháp Marshall Thử nghiệm Marshall theo ASTM D6927 với thiết bị tự động Daiwa (Hình 1a) cho phép xây dựng biểu đồ lực - biến dạng xác định độ ổn định độ dẻo Marshall Chất kết dính bitum-lưu huỳnh (SBB) trộn nhiệt độ 135 oC với máy khuấy đũa dạng cánh kép thời gian phút trước sử dụng trộn BTAS Cấu trúc vi mô BTAS, mức độ hình thành tinh thể lưu huỳnh theo thời gian đánh giá thiết bị chụp hiển vi điện tử (Scanning Electron Microscope – SEM) Thiết bị SEM model Quanta 450 hãng FEI (Mỹ) sản xuất ghi nhận hình ảnh BTAS với độ phân giải cao quét chùm electron bề mặt (Hình 1b) Hình ảnh xây dựng thơng qua ghi nhận phân tích xạ phát sau tương tác chùm electron với mẫu Ghi nhận phân tích phổ tia X phát cho thơng tin nguyên tố hóa học có mẫu a) b) Hình Thiết bị thí nghiệm Marshall tự động (a) thiết bị chụp SEM (b) 2.3 Lựa chọn thông số chế tạo mẫu BTAS Hàm lượng lưu huỳnh SBB tùy thuộc vào nhiều yếu tố có đặc điểm vật liệu mục tiêu sử dụng Tỷ lệ lưu huỳnh/bitum (S/B) 4:6 SBB coi tỷ lệ phù hợp sử dụng lưu huỳnh dạng phụ gia Thiopave [4] Theo kết nghiên cứu của Cục quản lý đường liên bang Mỹ (FHWA) Trung tâm NCAT (Đại học Auburn – Hoa Kỳ), tỷ lệ S/B thường sử dụng cho hiệu tốt dao động từ 30/70 đến 40/60 Với khoảng tỷ lệ này, BTAS sử dụng SBB nâng cao độ ổn định, tăng độ cứng tăng khả kháng mỏi [5] Nghiên cứu Strickland cộng năm 2007 cho thấy sau chế tạo mẫu BTAS cần có khoảng thời gian bảo dưỡng trước thử nghiệm đặc tính học [11] Nghiên cứu cho thấy, BTAS thường phát triển cường độ sau khoảng 10 đến 14 ngày bảo dưỡng Theo kết nghiên cứu [14,15], với tỷ lệ S/B khác nhau, tính chất lý 529 Transport and Communications Science Journal, Vol 71, Issue 05 (06/2020), 526-540 SBB (nhiệt độ hóa mềm, độ kim lún, đặc tính lưu biến) thay đổi theo chiều hướng tăng tỉ lệ lưu huỳnh tăng, đồng thời, với tỷ lệ S/B, thông số tăng theo ngày bảo dưỡng kết tinh lưu huỳnh Các đặc tính lý SBB tăng cao sau 14 ngày bảo dưỡng với hàm lượng S/B = 40/60 [15] Các đặc tính SBB cải thiện dẫn đến cải thiện tiêu Marshall khả kháng vệt hằn bánh xe BTAS Trong phạm vi nghiên cứu nhóm tác giả lựa chọn 02 tỷ lệ S/B cho nghiên cứu 30/70 40/60 Các hỗn hợp BTA sử dụng nghiên cứu ký hiệu BTA, BTAS_30/70 BTAS_40/60 tương đương với BTA sử dụng nhựa đường 60/70, SBB với S/B=30/70 SBB với S/B=40/60 Cỡ hạt danh định lớn loại BTA 12,5 mm Lựa chọn khoảng thời gian nghiên cứu thay thay đổi đặc tính Marshall là: 1, 7, 14, 21 28 ngày Các kết nghiên cứu cơng bố cơng trình [4, 5, 9, 15] cho thấy, nhiệt độ trộn hỗn hợp BTAS thường nằm khoảng 130oC – 140 oC độ nhớt bitum - lưu huỳnh (SSB) thấp so với nhựa đường ban đầu Kết thử nghiệm độ nhớt quay Brookfield nghiên cứu [15], đối chiếu với nghiên cứu tác giả giới, lựa chọn nhiệt độ trộn hỗn hợp BTAS 135 oC, nhiệt độ đầm nén mẫu BTAS 125 o C Hỗn hợp BTA đối chứng trộn 155 oC đầm mẫu 145 oC Theo kết nghiên cứu [4,5], trình thiết kế thành phần hỗn hợp BTAS, để có sở lựa chọn hàm lượng SBB, tiến hành quy đổi tương đương thể tích SBB bitum thơng thường theo cơng thức sau: SBB(%) = 100 AR 100 R − Ps ( R − Ga ) (1) Trong đó: A: hàm lượng chất kết dính bitum thơng thường, %; R: Tỉ lệ khối lượng riêng lưu huỳnh bitum (R~2); Ps: hàm lượng lưu huỳnh chất kết dính SBB, %; Gs: Khối lượng riêng lưu huỳnh nhiệt độ 25 oC, 2,067g/cm3; Ga: Khối lượng riêng bitum nhiệt độ 25 oC, 1,035g/cm3 Để chế tạo hỗn hợp BTAS, tiến hành tính tốn hàm lượng cốt liệu đáp ứng đường cong cấp phối Cốt liệu gia nhiệt nhiệt độ 135 oC 12 Song song với trình gia nhiệt cốt liệu, tiến hành trộn hỗn hợp SBB với tỷ lệ S/B nghiên cứu theo quy trình thể nghiên cứu [15] Khi cốt liệu đảm bảo nhiệt độ, tiến hành trình "trộn khơ" cốt liệu với bột khống thời gian 30s thùng trộn gia nhiệt đến 135 oC Q trình "trộn ướt" với chất kết dính SBB tiến hành sau khoảng thời gian 60s, đảm bảo hỗn hợp đồng Hỗn hợp BTAS bảo dưỡng trì nhiệt độ 125 o C trước tiến hành đầm chế bị mẫu 530 Tạp chí Khoa học Giao thơng vận tải, Tập 71, Số 05 (06/2020), 526-540 KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN 3.1 Kết thí nghiệm 3.1.1 Kết phân tích cấu trúc BTAS a) Kết chụp SEM mẫu BTAS 14 ngày b) Kết chụp SEM phân tích EDS mẫu BTAS mẫu 14 ngày c) Phân tích phổ tán xạ lượng tia X (EDS Spot – khoảng mầu trắng hình b) BTAS d) Phân tích phổ tán xạ lượng tia X (EDS Spot – khoảng mầu đen hình b) BTAS Hình Kết chụp SEM (a,b) phân tích phổ tán xạ lượng tia X (c, d) mẫu BTAS sau 14 ngày 531 Transport and Communications Science Journal, Vol 71, Issue 05 (06/2020), 526-540 Kết chụp cấu trúc mẫu kính hiển vi điện tử quét (SEM) cho thấy mẫu BTAS tồn hai vùng có màu trắng màu đen (hình 2a) Để chứng minh có mặt nguyên tố mẫu vật nhóm tác giả thực phân tích phổ tán xạ lượng tia X (EDS) mẫu BTAS (Hình 2b, 2c, 2d) Hình 2c cho thấy vùng màu trắng mẫu BTAS có thành phần nguyên tố lưu huỳnh (S) Như vậy, sau 14 ngày bảo dưỡng lưu huỳnh tinh thể kết tinh rời rạc cấu trúc mẫu BTAS Kết phân tích EDS vùng mầu đen mẫu BTAS (hình 2d) tồn nhiều nguyên tố (Mg, Ca, Si, S, Al) thành phần nguyên tố có cốt liệu bê tơng asphalt Hình ảnh SEM phân tích EDS cho thấy sau 14 ngày bảo dưỡng, tinh thể lưu huỳnh kết tinh (màu trắng) thiết lập mạng tinh thể lỗ rỗng chất kết dính, gia cường rời rạc cấu trúc, làm tăng độ cứng mẫu BTAS Các tinh thể lưu huỳnh có nhiều lỗ rỗng chất kết dính, đó, cấu trúc BTAS cần có đủ độ rỗng dư (khoảng trống) tạo điều kiện cho tinh thể lưu huỳnh phát triển phân bố [7] Hình ảnh SEM cấu trúc mẫu BTAS cho thấy tinh thể lưu huỳnh có hình dạng tấm, với kích thước micron tinh thể lưu huỳnh đơn xiên dạng beta (Sβ) [2] Cấu trúc vi mơ cho thấy vai trị bitum làm ức chế hình thành lưu huỳnh dạng trực giao (Sα), tương tác bitum lưu huỳnh tạo hỗn hợp lưu huỳnh monoclinic Sự lấp đầy lỗ rỗng vi mô cấu trúc BTAS làm tăng khả chống nứt giãn nở nhiệt BTAS Mặt khác lưu huỳnh biến đổi không trải qua trình biến đổi đẳng hướng (hình thành lưu huỳnh trực giao) hóa rắn có độ co rút đó, phát triển ứng suất dư giảm nhiệt độ, giảm khả nứt nhiệt BTAS vùng có biên độ thay đổi nhiệt độ lớn [2] 3.1.2 Đặc tính thể tích loại BTA BTAS Kết thí nghiệm xác định hàm lượng chất kết dính (CKD) tối ưu cho hỗn hợp BTA BTAS thể Bảng Độ rỗng dư mẫu nằm khoảng 4,5-:-5% (khuyến nghị Quyết định 858/QĐ-BGTVT) Kết cho thấy hàm lượng CKD tối ưu BTAS lớn BTA thông thường Hàm lượng bitum sử dụng hai loại BTAS_30/70 BTAS_40/60 3,94% 3,65%, thấp hàm lượng bitum sử dụng BTA thông thường (4,5%) Bảng Hàm lượng CKD tối ưu mẫu BTA BTAS Loại bê tông asphalt BTA BTAS_30/70 BTAS_40/60 Hàm lượng CKD tối ưu, % Bitum Lưu huỳnh 4,5 4,5 5,62 3,94 1,68 6,08 3,65 2,43 Kết thử nghiệm xác định đặc tính thể tích mẫu BTA, BTAS_30/70 BTAS_40/60 trình bày Bảng Số lượng mẫu loại mẫu/loại Với hàm lượng CKD tối ưu Bảng 1, khối lượng thể tích độ rỗng dư mẫu BTA, BTAS_30/70 BTAS_40/60 tương đương Phân tích phương sai đánh giá khác biệt độ rỗng dư loại BTA (mỗi loại mẫu) với mức ý nghĩa α=0.05, phân tích hậu định (post-hoc analysis) theo phương pháp Tukey's HSD với sai số toàn cặp so sánh 5% Kết phân tích cho thấy khơng có khác biệt ý nghĩa thống kê độ rỗng dư loại BTA, xác suất xảy giả thuyết đảo p=0,686 (p> α) với giá trị kiểm định F-value =0,39 Độ rỗng dư so sánh cặp khơng phát khác biệt (Hình 3) Thực phân tích 532 Tạp chí Khoa học Giao thông vận tải, Tập 71, Số 05 (06/2020), 526-540 phương sai với độ rỗng cốt liệu (VMA) độ rỗng lấp đầy nhựa (VFA) có khác biệt loại BTA Thông số p F thể Bảng 3, giá trị p-value nhỏ, nhỏ mức có nghĩa α=0.05, đó, loại bỏ giả thuyết đảo giả định khơng có khác biệt VMA VFA loại BTA Bảng Các đặc trưng thể tích loại BTA Loại bê tơng asphalt BTA BTAS_30/70 BTAS_40/60 Giá trị trung bình đặc trưng thể tích Khối Độ rỗng Độ rỗng Độ rỗng lượng thể cốt liệu lấp đầy dư, (Va) tích, (VMA), nhựa % g/cm3 % (VFA), % 2,525 4,53 14,74 69,28 2,529 4,57 15,59 70,68 2,539 4,55 16,46 72,34 Phân tích thống kê số liệu thử nghiệm đặc tính thể tích cho thấy, với độ rỗng dư tương đương (do mục tiêu lựa chọn hàm lượng CKD tối ưu), BTAS có độ rỗng cốt liệu (VMA) độ rỗng lấp đầy nhựa (VFA) cao so với BTA thông thường Theo quan điểm nhóm tác giả, nguyên nhân nhiệt độ đầm nén BTAS (125 oC) giảm so với thông thường (145 oC) nên hiệu đầm nén BTAS không tương đương với BTA nhiệt độ đầm nén chọn tương ứng với độ nhớt chất kết dính Chỉ số VFA cao chứng tỏ thể tích SBB với hàm lượng tối ưu tính tốn, cao so với bitum thơng thường Bảng Thơng số phân tích phương sai với Va, VMA VFA Phân tích phương sai thơng số thể tích Độ rỗng dư, Va (%) Tín hiệu, F-value Xác xuất Ho, p-value 0,39 0,686 Độ rỗng cốt liệu (VMA), % 576,39 0,000 Độ rỗng lấp đầy nhựa (VFA), % 62,4 0,000 Hình Phân tích hậu định khác biệt độ rỗng dư loại BTA 533 Transport and Communications Science Journal, Vol 71, Issue 05 (06/2020), 526-540 Hình Phân tích hậu định khác biệt độ rỗng cốt liệu loại BTA 3.2.3 Đặc tính Marshall loại BTA BTAS Các mẫu BTA BTAS sau chế bị đồng loạt, tiến hành bảo dưỡng nhiệt độ phòng thử nghiệm mẫu BTAS sau khoảng thời gian bảo dưỡng: 1,7,14,21 28 ngày Kết thử nghiệm thông số Marshall loại BTA theo ngày bảo trình bày Bảng Bảng Tương quan giá trị độ ổn định Marshall theo ngày bảo dưỡng thể Hình Hình Biểu đồ thể thay đổi độ ổn định Marshall mẫu BTA theo thời gian Kết cho thấy, độ ổn định Marshall BTAS_30/70 BTAS_40/60 thử nghiệm sau ngày bảo dưỡng có giá trị trung bình thấp so với BTA thơng thường, nhiên, phân tích ANOVA khác biệt khơng có ý nghĩa thống kê (F=1,44; p=0,269 > α=0,05) Độ dẻo Marshall mẫu BTA, BTAS_30/70 BTAS_40/60 sau ngày tuổi khác biệt có ý nghĩa thống kê Phân tích phương sai ra, sử dụng SBB làm tăng độ dẻo BTAS từ 12% đến 14%, BTAS với SBB có tỷ lệ S/B=30/70 S/B=40/60 sau ngày khơng có khác biệt độ dẻo Marshall 534 Tạp chí Khoa học Giao thông vận tải, Tập 71, Số 05 (06/2020), 526-540 Bảng Kết thử nghiệm độ ổn định Marshall BTA thông thường Độ ổn định Marhall BTAS_30/70, kN Độ ổn định Marhall BTAS_40/60, kN 14 ngày 21 ngày 28 ngày 14 ngày 21 ngày 28 ngày Mẫu 11,13 9,89 12,10 11,64 13,48 13,8 9,53 12,88 13,23 14,97 15,53 Mẫu 9,94 9,65 11,29 11,96 13,71 12,86 9,99 11,63 12,49 13,98 14,01 Mẫu 10,91 10,28 11,57 12,30 12,4 13,57 9,61 12,04 13,27 13,87 13,72 Mẫu 10,55 10,51 12,00 13,50 13,24 12,29 10,63 11,19 13,98 13,6 14,57 Mẫu 11,05 9,80 11,29 12,50 12,39 12,7 11,25 12,48 13,71 14 14,28 Mẫu 10,98 10,89 12,00 13,80 11,85 12,2 11,43 11,87 14,49 14,39 13,94 Trung bình 10,76 10,17 11,71 12,62 12,85 12,90 10,41 12,02 13,53 14,14 14,34 Mẫu Bảng Kết thử nghiệm độ dẻo Marshall Độ dẻo Marhall BTAS_30/70, kN Độ dẻo Marhall BTAS_40/60, kN BTA thông thường 14 ngày 21 ngày 28 ngày 14 ngày 21 ngày 28 ngày Mẫu 3,0 3,6 2,80 2,90 2,7 2,6 4,00 3,1 2,50 2,3 2,2 Mẫu 3,3 3,6 3,00 2,80 2,7 2,7 3,70 2,50 2,6 2,3 Mẫu 3,2 3,5 3,20 2,70 2,7 2,7 3,70 2,5 2,40 2,3 2,4 Mẫu 3,3 3,5 2,70 2,50 2,5 2,4 3,50 2,5 2,40 2,6 2,5 Mẫu 3,2 4,0 3,10 2,80 2,7 2,7 3,30 2,7 2,40 2,7 2,7 Mẫu 2,9 3,4 3,30 2,50 2,5 2,6 3,00 3,2 2,80 2,2 2,4 Trung bình 3,15 3,60 3,02 2,70 2,63 2,62 3,53 2,83 2,50 2,45 2,42 Mẫu Khảo sát đặc tính Marshall BTAS_30/70 BTAS_40/60 28 ngày tuổi, so sánh với BTA cho thấy, BTAS_30/70 BTAS_40/60 có độ ổn định cao có ý nghĩa thống kê (Phân tích phương sai tính tín hiệu khác biệt F-value = 55,2, xác suất giả thuyết đảo p~0, nhỏ mức ý nghĩa) Phân tích hậu định (post-hoc) phương pháp Tukey's HSD sai số cặp so sánh 5% cho thấy độ ổn định 28 ngày tuổi BTAS_30/70, BTAS_40/60 BTA khác biệt cặp có ý nghĩa thống kê (Hình 6) Độ ổn định Marshall mẫu BTAS sau 28 ngày bảo dưỡng cao so với BTA thông thường từ 20% đến 33% Tương tự, độ dẻo Marshall BTAS sau 28 ngày bảo dưỡng thấp so với BTA thông thường từ 17% đến 23% Theo quan điểm tác giả, kết tinh lưu huỳnh cấu trúc BTAS cấu trúc vữa nhựa lỗ rỗng BTAS phát huy hiệu gia cường rời rạc BTAS, dẫn đến tăng khả chịu lực, tăng độ cứng giảm biến dạng tác dụng ngoại lực 535 Transport and Communications Science Journal, Vol 71, Issue 05 (06/2020), 526-540 Hình Phân tích hậu định khác biệt độ ổn định Marshall BTA 28 ngày tuổi Khảo sát thay đổi đặc tính Marshall BTAS theo thời gian cho thấy, độ ổn định Marshall mẫu BTAS tăng theo thời gian, tốc độ tăng thời gian 14 ngày sau chế bị, tăng đến ngưỡng ổn định từ 14 đến 28 ngày bảo dưỡng Quy luật giảm độ dẻo Marshall theo thời gian tương tự: giảm nhanh 14 ngày bảo dưỡng dần ổn định từ 14 đến 28 ngày bảo dưỡng (Hình 7) Phân tích phương sai với α=0.05 phân tích hậu định sử dụng phương pháp Tukey'sHSD sai số cặp 5% cho thấy có khác biệt ý nghĩa thống kê độ ổn định Marshall mẫu BTAS_30/70 sau ngày tuổi với mẫu 7, 14, 21 28 ngày; độ ổn định Marshall mẫu BTAS_30/70 sau ngày tuổi với mẫu 1, 21 28 ngày Cho thấy sau khoảng đến 14 ngày, mẫu BTAS_30/70 có thơng số Marshall phát triển đầy đủ Độ dẻo Marshall mẫu BTAS_30/70 giảm dần theo thời gian bảo dưỡng, ổn định sau mốc 14 ngày bảo dưỡng (Hình 8) Hình Biểu đồ thay đổi độ ổn định độ dẻo Marshall theo thời gian 536 Tạp chí Khoa học Giao thơng vận tải, Tập 71, Số 05 (06/2020), 526-540 Hình Phân tích phương sai hậu định thông số Marshall mẫu BTAS_30/70 theo thời gian Tương tự, phân tích phương sai phân tích hậu định (phương pháp Tukey'sHSD) so sánh khác biệt giá trị độ ổn định Marshall, số dẻo Marshall mẫu BTAS_40/60 theo thời gian bảo dưỡng Từ khác biệt có ý nghĩa thống kê cho thấy, độ ổn định Marshall mẫu mẫu BTAS_40/60 tăng theo thời gian ổn định sau 14 ngày bảo dưỡng Sau thời gian14 ngày, giá trị độ ổn định Marshall tiếp tục có ghi nhận tăng giá trị, nhiên khơng có ý nghĩa thống kê Độ dẻo Marshall mẫu BTAS_40/60 giảm theo thời gian bảo dưỡng đạt ổn định sau 7-14 ngày Sau 14 ngày, thử nghiệm cho thấy độ dẻo tiếp tục giảm mặt số học khơng có ý nghĩa thống kê (Hình 9) Theo quan điểm tác giả, trình phát triển tinh thể lưu huỳnh cấu trúc bê tông asphalt chịu tác động nhiều yếu tố dẫn đến tái cấu trúc lũy tiến lưu huỳnh hỗn hợp diễn chậm, theo giai đoạn phụ thuộc vào hàm lượng lưu huỳnh sử dụng Hình Phân tích phương sai hậu định thơng số Marshall mẫu BTAS_40/60 theo thời gian Độ ổn định Marshall lại mẫu BTA, BTAS_30/70 BTAS_40/60 thực mốc ngày 14 ngày tuổi, kết thử nghiệm trình bày Bảng Độ ổn định Marshall lại mẫu BTAS cải thiện rõ rệt sau thời gian bảo dưỡng (Hình 10) Kết thí nghiệm cho thấy, ngày tuổi, độ ổn định Marshall lại mẫu BTAS_30/70 BTAS_40/60 thấp rõ rệt so với BTA đối chứng (88,35% 537 Transport and Communications Science Journal, Vol 71, Issue 05 (06/2020), 526-540 85,56% so với 88,89%) Thông số chứng tỏ khả kháng ẩm mẫu BTAS sau đầm nén thấp so với BTA Tuy nhiên, sau thời gian bảo dưỡng 14 ngày, trình kết tinh lưu huỳnh tinh thể tương đối hoàn thành, cấu trúc BTAS ổn định, độ ổn định Marshall lại mẫu BTAS cao so với BTA đối chứng (92,05% 94,12% so với 88,89%), bước đầu đến kết luận khả kháng ẩm BTAS ổn định cấu trúc Để có thêm liệu đánh giá đầy đủ khả kháng ẩm, theo quan điểm tác giả cần có thử nghiệm đối chứng, chuyên sâu để khảo sát Bảng Độ ổn định Marshall lại mẫu BTA, BTAS Loại bê tông asphalt BTA BTAS_30/70 BTAS_40/60 Độ ổn định lại, % ngày 14 ngày bảo dưỡng bảo dưỡng 88,89 88,89 83,35 92,05 85,56 94,12 Hình 10 Biểu đồ biểu diễn độ ổn định lại KẾT LUẬN Từ kết nghiên cứu lý thuyết kết hợp với nghiên cứu thí nghiệm số mẫu chế bị từ nguyên vật liệu sẵn có Việt Nam, đưa số kết luận sau: - Lưu huỳnh có nguồn gốc từ nhà máy lọc hóa dầu sử dụng kết hợp với bitum để chế tạo hỗn hợp BTA có đặc tính thể tích Marshall tương đương BTA thông thường - Bê tông asphalt lưu huỳnh có nhiệt độ trộn đầm nén thấp so với BTA thông thường từ 20 oC đến 25 oC (trộn nhiệt độ 135 oC đầm nén nhiệt độ 125 oC) mà đảm bảo yêu cầu kỹ thuật bê tông asphalt 538 Tạp chí Khoa học Giao thơng vận tải, Tập 71, Số 05 (06/2020), 526-540 - Quá trình hình thành tinh thể lưu huỳnh cấu trúc BTAS làm cải thiện đáng kể thông số Marshall BTAS BTAS ổn định cấu trúc có độ ổn định Marshall cao BTA thông thường từ 20% đến 33% (tùy theo lượng lưu huỳnh sử dụng), độ dẻo Marshall BTAS thấp so với BTA thông thường từ 17% đến 23% Các thông số Marshall thay đổi không đáng kể 21, 28 ngày tuổi cho thấy trình kết tinh lưu huỳnh diễn nhanh 14 ngày sau đầm nén ổn định TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Al-Mehthel, M., et al, Sulfur extended asphalt as a major outlet for sulfur that outperformed other asphalt mixes in the Gulf, The Sulphur Institute’s (TSI) Sulphur World Symposium, on April 12-15, 2010 in Doha, Qatar https://www.sulphurinstitute.org/pub/?id=a03b8cac-d39b-e0e4-e48e-7e6cc11e995c [2] A M O Mohamed & M M El Gamal, Sulfur concrete for the construction industry, UAE University, Al Ain, United Arab Emirates, 2010 [3].Gawel.I, Sulphur-Modified Asphalts, Asphaltenes and Asphalts, 2, 515–535, 2000 https://doi.org/10.1016/S0376-7361(09)70290-0 [4] J C Nicholls, Review of shell thiopaveTM sulfur - extended asphalt modifier, TRL Report TRL672, 2009 https://trl.co.uk/sites/default/files/TRL672.pdf [5] David Timm, Nam Tran, Adam Taylor, Mary Robbins, Buzz Powell, “Evaluation Of Mixture Performance and Structural Capacity of Pavements Using Shell Thiopave”, Report No NCAT 0905, 2009 https://www.eng.auburn.edu/research/centers/ncat/files/technical-reports/rep09-05.pdf [6] Djimаsbе R., Ivаnоv V.B., Кеmаlоv A.F., Кеmаlоv R.A., Valeev T.F., Ner- obov N, Research of the technology for the production of modified sulfur bituminous binders, 2018 https://doi.org/10.20914/2310-1202-2018-2-270-274 [7] J.P Mahoney, J.A Lary, F Balgunaim, Teh C Lee, Sulfur Extended Asphalt Laboratory Investigation - Mixture Characterization, Report No WA-RD 53.2, June 1982 https://www.wsdot.wa.gov/research/reports/fullreports/053.2.pdf [8] Love G.D.Sulfur:potential https://trid.trb.org/view/147145 pavement binder of the future,105:525, 1979 [9] McBee, W.C., Sullivan, T.A., and Fike, H.J., Sulfur construction materials, Bulletin 678 U.S Bureau of Mines 1985 https://www.sulphurinstitute.org/pub/?id=A03B9EAE-FA18-01E3-61B2-43F161CD0D03 [10] Federal Highway Administration, An Alternative Asphalt Binder, Sulfur Extended Asphalt (SEA), FHWA-HIF-12-037, May, 2012 https://www.fhwa.dot.gov/pavement/asphalt/pubs/hif12037.pdf [11] Strickland, D, J Colange, M Martin and I Deme, Performance properties of sulphur-extended asphalt mixtures with SEAM, Permanent International Association of Road Congresses (PIARC) 539 Transport and Communications Science Journal, Vol 71, Issue 05 (06/2020), 526-540 World Road Congress, Paris, France, 17–21 September, 2007 https://www.piarc.org/en/activities/World-Road-Congresses-World-Road-Association/CongressProceedings [12] V.A Gladkikh, E.V Korolev, V Smirnov, Eco–friendly high-performance pavement materials, IIOABJ, Vol 7, Suppl 1, 453–458, December, 2016 https://www.iioab.org/articles/IIOABJ_7.S1_453-458-1.pdf [13] Phạm Huy Khang, Nguyễn Thu Trang, Một số kết nghiên cứu lý thuyết ảnh hưởng phụ gia lưu huỳnh bitum bitum cải tiến polymer dùng kết cấu áo đường, tạp chí giao thơng vận tải số tháng 12 năm 2017 http://www.tapchigiaothong.vn/tap-chi-giao-thong-thang-12-2017-i84.html [14] Nguyễn Thu Trang, Trần Ngọc Hưng, Phạm Huy Khang, Nghiên cứu thành phần hóa học hình thái chất kết dính nhựa đường – Lưu huỳnh sử dụng kỹ thuật chuyển đổi hồng ngoại Fourier (FTIR) kính hiển vi điện tử quét (SEM), tạp chí giao thơng vận tải số tháng 12 năm 2018 http://www.tapchigiaothong.vn/tap-chi-giao-thong-thang-12-2018-i104.html [15] Nguyễn Thu Trang, Vũ Thế Thuần, Phạm Huy Khang, Bùi Xuân Cậy, Nghiên cứu số tiêu kỹ thuật chất kết dính bitum – lưu huỳnh (Sulfur bitum binder – SBB) sử dụng lưu huỳnh Dung Quất, tạp chí giao thơng vận tải số tháng 10 năm 2019 http://www.tapchigiaothong.vn/tapchi-giao-thong-thang-10-2019-i114.html [16] Nguyễn Văn Hùng, Lê Văn Phúc, Nguyễn Thanh Phong, “ Đánh giá hiệu sử dụng bê tông nhựa lưu huỳnh Việt Nam, tạp chí giao thơng vận tải số tháng 12 năm 2018 http://www.tapchigiaothong.vn/tap-chi-giao-thong-thang-12-2018-i104.html 540 ... Bài báo trình bày kết nghiên cứu ảnh hưởng trình kết tinh lưu huỳnh cấu trúc bê tông asphalt (BTA) đến tiêu Marshall Sau trình trộn, đầm chặt, tượng kết tinh chuyển dạng thù hình lưu huỳnh làm... 526-540 Tạp chí Khoa học Giao thơng vận tải NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA QUÁ TRÌNH KẾT TINH LƯU HUỲNH TRONG CẤU TRÚC BÊ TÔNG ASPHALT ĐẾN CÁC CHỈ TIÊU MARSHALL Nguyễn Thu Trang1*, Trần Ngọc Hưng1,... trình phát triển tinh thể lưu huỳnh cấu trúc bê tông asphalt chịu tác động nhiều yếu tố dẫn đến tái cấu trúc lũy tiến lưu huỳnh hỗn hợp diễn chậm, theo giai đoạn phụ thuộc vào hàm lượng lưu huỳnh