Asphalt là tên gọi của nhựa đường có cấu tạo từ hỗn hợp bê tông asphalt được sử dụng phổ biến trong ngành xây dựng hạ tầng giao thông trong bài viết này MRA Group sẽ cùng nhau tìm hiểu chuyên sâu về loại nhựa đường – asphalt từ định nghĩa bản chất hóa học phân loại cho đến quy trình sản xuất và thi công chi tiết.
Nội dung chính
Asphalt là gì?
Trước khi tìm hiểu về khái niệm asphalt là gì thì chúng ta từng nghe khái niệm nhựa đường. Asphalt chính là nhựa nhựa đường, một trong những vật liệu xây dựng phổ biến và quan trọng trong ngành xây dựng hạ tầng giao thông. Hàng ngày chúng ta di chuyển trên những con đường thẳng tắp và bền vững nhờ vào chất kết dính đơn thuần asphalt, thành phần cốt lõi trong hệ thống vật liệu này.
Asphalt (nhựa đường) là một chất kết dính màu đen có nguồn gốc từ dầu mỏ, có độ nhớt cao tồn tại ở dạng lỏng hoặc bán rắn. Người ta sử dụng nhựa đường – asphalt để làm vật liệu kết dính tạo ra bê tông asphalt hay bê tông nhựa. Đó là một loại vật liệu tổng hợp để sửa chữa xây dựng đường xá, sân bay và các bãi đỗ xe.
Asphalt không phải là bê tông asphalt mà nó chỉ là chất keo dính chiếm từ 5 đến 7% hỗn hợp trong sản phẩm bê tông asphalt. Người ta sản xuất bê tông asphalt bằng cách trộn asphalt và cốt liệu như cát, đá, sỏi …
Các thành phần hóa học của asphalt
Xét về mặt hóa học, asphalt chứa nhiều thành phần hỗn hợp phức tạp của các hydrocacbon. Cấu trúc phân tử của nhựa đường bao gồm 4 thành phần:
- Asphaltenes: là các phân tử hidrocacbon có khối lượng lớn có màu đen ở dạng rắn hoặc bán rắn. Các hydrocacbon này tạo nên độ cứng và độ nhớt cho nhựa đường.
- Nhựa (resin): là những phân tử có khối lượng trung bình hỗ trợ cho các asphaltenes tạo nên độ bám dính của asphalt.
- Dầu thơm (aromatic oils): là các phân tử hidrocacbon nhẹ hơn được dùng để làm dung môi hòa tan cho nhựa resin và asphaltene duy trì độ dẻo và linh hoạt của nhựa đường.
- Dầu bão hòa (Saturated oil): là các phân tử nhẹ nhất tồn tại ở dạng dầu làm giảm độ nhớt tổng thể của hỗn hợp.
→ Sự cân bằng của các thành phần hóa học này quyết định tính chất vật lý của asphalt về đội nhớt, độ cứng, độ dẻo và khả năng chống chịu nhiệt độ.
Phân loại asphalt theo nguồn gốc và ứng dụng
Dựa trên nhiều tiêu chí khác nhau mà người ta phân loại asphalt theo nguồn gốc và quy trình sản xuất cũng như các đặc tính kỹ thuật.
Theo nguồn gốc
Asphalt thiên nhiên: được tìm thấy trong tự nhiên hình thành từ dầu thô bị biến chất do bay hơi và oxi hóa qua hàng triệu năm. Chẳng hạn như mỏ asphalt nổi tiếng ở Trinidad và Tobago được sử dụng cho các ứng dụng đặc biệt không phổ biến bằng asphalt dầu mỏ.
Asphalt dầu mỏ (asphalt petroleum): được sử dụng phổ biến nhất hiện nay chiếm lĩnh 100% thị trường. Asphalt dầu mỏ chính là sản phẩm cuối cùng trong quá trình chưng cất dầu thô tại các nhà máy lọc dầu.
Theo ứng dụng và quy trình sản xuất
- Asphalt nóng (hot mình asphalt – HMA)
Loại phổ biến nhất được sử dụng trong các dự án xây dựng là duy tu đường bộ quy mô lớn. Asphalt nóng được sản xuất bằng cách gia nhiệt cốt liệu lên đến 180 độ C và nhựa đường lên đến 160 độ C sau đó thì trộn lại với nhau. Hỗn hợp này được vận chuyển và phải thẳng khi còn nóng ở nhiệt độ cao để đảm bảo hỗn hợp có độ dẻo cao để dễ dàng rải và lu lèn. Đảm bảo mặt đường đồng nhất và bền chắc.
- Asphalt ấm (warm mix asphalt – WMA)
Sử dụng công nghệ mới để giảm nhiệt độ sản xuất xuống còn 140 độ C. Điều này giúp cho nhiên liệu thiên nhiên tiêu thụ và khí thải CO2 giảm đáng kể. Mặc dù nhiệt độ thấp hơn, WMA vẫn duy trì hiệu suất và độ bền tương đương HMA nhưng cải thiện điều kiện làm việc cho công nhân tối ưu.
- Asphalt nguội (cold mix asphalt – CMA)
Sản xuất ở nhiệt độ môi trường với nguyên liệu chính là nhựa đường nhũ tương (emulsified asphalt) hoặc nhựa đường pha dầu hỏa (cutback asphalt) để làm chất kết dính. CMA họ được sử dụng để sửa chữa tạm thời các ổ gà hoặc làm mặt đường cho các con đường có lưu lượng giao thông thấp.
- Asphalt cải tiến polymer (polymer modified asphalt – PMA)
Tăng cường cách đặt tính của nhựa đường người ta đã thêm các loại polime như SBS (styrene butadiene styrene) vào trong hỗn hợp để tăng khả năng chống biến dạng (chống lún vệt bánh xe) tốt hơn ở nhiệt độ cao. Đồng thời, PMA còn có khả năng chống nứt nẻ tốt hơn ở nhiệt độ thấp đặc biệt là ở các khu vực có điều kiện thời tiết khắc nghiệt.
Xem thêm: Khối lượng riêng bê tông và khối lượng riêng của bê tông
Thành phần cấu tạo của bê tông asphalt
Bê tông asphalt (asphalt concrete) là hỗn hợp của hai thành phần chính chất kết dính (asphalt) và cốt liệu (aggregates) đảm bảo tỷ lệ pha trộn chính xác để đạt được các yêu cầu về độ bền độ ổn định và khả năng chống thấm.
Chất kết dính – asphalt binder
Chiếm khoảng 5 đến 7% tổng khối lượng hỗn hợp đóng vai trò là một chất keo bao bọc các hạt cốt liệu vào gắn Kết chúng lại với nhau. Chất kết dính có vai trò tạo nên một khối vật liệu đồng nhất và khả năng chống thấm nước.
Cốt liệu – aggregates
Chiếm từ 93 đến 95% khối lượng hỗn hợp là thành phần chịu lực chính bao gồm có ba loại:
- Cốt liệu thô (coarse aggregate): là đá dăm, sỏi có kích thước > 2.36mm tạo nên bộ khung chịu được chính của hỗn hợp.
- Cốt liệu mịn (fine aggregate): cát, đá mạt có kích thước < 2.36mm được dùng để lấp đầy các khoảng trống giữa các hạt thô.
- Bột khoáng (mineral filler): là các hạt mịn (thường là các hạt đá vôi) có kích thước < 0.075mm lấp đầy các bạn trống nhỏ nhất làm tăng độ chắc, ổn định và cường độ của hỗn hợp.
→ Tỷ lệ phân bố kích thước của các loại cốt liệu này gọi là cấp phối hạt (gradation) có vai trò quan trọng quyết định tính ổn định và khả năng chịu tải của mặt đường.
Cách đặc tính kỹ thuật của asphalt – nhựa đường
Asphalt được kiểm soát chất lượng dựa vào các đặc tính kỹ thuật quan trọng như là:
- Độ nhớt (viscosity): là khả năng chống lại sự chảy của asphalt. Nếu độ nhớt quá cao sẽ gây khó khăn trong việc trộn và rải nhưng ngược lại độ nhớt quá thấp sẽ làm hỗn hợp mất ổn định.
- Độ xuyên kim (penetration): chỉ số đo độ cứng của asphalt. Độ xuyên kim được xác định bằng cách đo độ sâu (đơn vị 0.1mm) và một cây kim tiêu chuẩn xuyên vào mẫu asphalt dưới một tải trọng và nhiệt độ nhất định. Nếu độ xuyên kim càng lớn thì asphalt càng mềm.
- Điểm hóa mềm (softening point): nhiệt độ tại đó asphalt chuyển từ dạng rắn sang dạng lỏng. Điểm hóa mềm là một chỉ số rất quan trọng để đảm bảo mặt đường không bị biến dạng, lún vệt bánh xe dưới trời nắng nóng.
- Độ dẻo (ductility): là khả năng kéo dài của asphalt trước khi đứt. Độ dẻo cao thì asphalt có khả năng chống nước tốt hơn khi chịu tải trọng hay thay đổi nhiệt độ.
- Khả năng chịu nhiệt và ổn định là khả năng duy trì cách đặc tính cơ lý khi chịu tác động của nhiệt độ.
Quy trình sản xuất và thi công asphalt nóng
Hầu hết các bước trong quy trình sản xuất và thi công asphalt nóng đều được kiểm soát chặt chẽ để đảm bảo chất lượng của mặt đường.
Sản xuất tại trạm trộn – asphalt plant
– Gia nhiệt cốt liệu: bằng một trống quay lớn, sấy khô và nung nóng đến nhiệt độ khoảng 150 – 180 độ C.
– Đun nóng nhựa đường trong bồn chứa đến nhiệt độ khoảng 160 độ C để đạt được độ nhớt phù hợp.
– Trộn hỗn hợp cốt liệu đã gia nhiệt và nhựa đường nóng được định lượng chính xác theo tỉ lệ thiết kế sau đó trộn đều trong một cối trộn chuyên dụng. Quy trình này diễn ra rất nhanh để đảm bảo hỗn hợp đồng nhất.
Thi công tại công trường – paving site
– Hỗn hợp asphalt được vận chuyển bằng xe tải chuyên dụng có thùng cách nhiệt để giữ nhiệt độ.
– Hỗn hợp được đưa vào máy rải thảm (paver) để rải đều trên bề mặt nền đường đã được chuẩn bị sẵn. Máy rải thảm có khả năng tạo ra một lớp mặt đường có độ dày và độ phẳng chính xác.
– Lu lèn (compaction): Đây là một bước quan trọng nhất quyết định đến chất lượng cuối cùng của mặt đường công nhân sẽ sử dụng các máy lu khác nhau (lu bánh thép, lu bánh lốp) để lu lèn hỗn hợp Điều này giúp cho các hạt cốt liệu được ép chặt vào nhau Loại bỏ các bọt khí còn sót lại làm tăng độ chắc, cường độ và khả năng chống thấm của mặt đường. Lu lèn được thực hiện khi asphalt còn nóng để đạt được mật độ tối ưu.
Xem thêm: Quy trình đổ bê tông móng nhà và các lưu ý quan trọng
Như vậy, asphalt là gì, không chỉ là một vật liệu đơn thuần để làm đường mà đó là một loại vật liệu kỷ lục cao được nghiên cứu và phát triển liên tục để đáp ứng những yêu cầu ngày càng khắt khe của ngành xây dựng hạ tầng giao thông. Hãy thường xuyên theo dõi những bài viết của chúng tôi để hiểu rõ thêm về một số nền tảng của thế giới hiện đại, đặc biệt là ngành xây dựng và thiết kế.
