Xác định nhiệt độ hóa mềm của nhựa đường từ thí nghiệm cắt động lưu biến

Biến dạng góc và ứng suất cắt hình sin

Hiện nay, phân loại nhựa đường theo độ kim lún vẫn được sử dụng phổ biến ở nhiều nước trên thế giới, trong đó có Việt Nam. Trong cách phân loại nhựa đường dựa trên độ kim lún, điểm hóa mềm hay nhiệt độ hóa mềm là một trong những thông số cơ bản nhất [1,2]. Nhiệt độ hóa mềm được coi là một thông số hiệu suất dùng để hiệu chỉnh hiệu suất khai thác của nhựa đường ở nhiệt độ cao. Nhiệt độ hóa mềm được đo bằng phương pháp vòng và bi. Tuy nhiên, các vật liệu trong kết cấu áo đường chịu tải trọng có tính động, nghĩa là có sự thay đổi về độ lớn và phương chính tác dụng theo thời gian xe chạy qua. Do đó, hướng tới các thông số kỹ thuật liên quan đến hiệu suất của nhựa đường, thiết bị đo cắt động lưu biến DSR ngày càng được sử dụng rộng rãi. Hai thông số đo được từ thí nghiệm cắt động lưu biến là mô-đun cắt phức G* và góc lệch pha δ, là những thông số rất quan trọng để phân loại và đánh giá nhựa đường theo chuẩn PG [3]. Sự chuyển đổi dần từ việc phân loại đánh giá nhựa đường theo độ kim lún sang các chỉ tiêu kỹ thuật mới sử dụng máy phân tích DSR là tất yếu. Trong quá trình chuyển đổi này, việc hiểu rõ mối quan hệ giữa các thông số kỹ thuật cũ và mới là rất cần thiết. Điều này có thể cho phép ước tính các thông số cũ từ các kết quả phân tích cơ bản bằng DSR nhằm tiết kiệm thời gian và chi phí.

Một số nghiên cứu đã cố gắng xác định nhiệt độ hóa mềm tương đương của nhựa đường dựa trên các kết quả từ phân tích DSR. Nigen-Chaidron [4] đã giới thiệu khái niệm nhiệt độ độ nhớt tương đương là nhiệt độ mà tại đó độ nhớt cắt phức bằng 2 kPa.s. Zoorob và các cộng sự [5] đã sử dụng phương pháp này cho nghiên cứu của mình và kết luận rằng phương pháp độ nhớt tương đương chỉ phù hợp với nhựa đường nguyên gốc mà không phù hợp với nhựa đường cải tiến. Fan và các cộng sự [6] năm 2014 đề xuất khái niệm nhiệt độ mô-đun tương đương là nhiệt độ tại tần số 10 rad/s tương ứng với giá trị mô-đun cắt động 13 kPa. Dựa trên nghiên cứu này, Alisov và các cộng sự [7] đã phát triển phương pháp xác định nhiệt độ hóa mềm tương đương TV được xác định tại giá trị mô-đun cắt động 15 kPa và tần số 10 rad/s. Tuy nhiên, những đề xuất trên cũng chỉ phù hợp với nhựa đường nguyên gốc. Có thể nhận thấy rằng cả hai phương pháp trên đều không đề cập đến vai trò của góc lệch pha δ. Lu và Isacsson [8,9] đã tìm ra sự tương quan tốt giữa điểm hóa mềm và nhiệt độ mà tại đó góc pha bằng 750 và tần số 1 rad/s của cả nhựa đường nguyên gốc và nhựa đường cải tiến. Sự tương thích này chỉ ra rằng thông số góc pha đóng vai trò rất quan trọng trong mối quan hệ giữa tính chất lưu biến và điểm hóa mềm của các loại nhựa đường.

Từ các phân tích ở trên, bài báo đã nghiên cứu mối quan hệ giữa các kết quả cơ bản từ thí nghiệm cắt động lưu biến DSR (G* và δ) với điểm hóa mềm của nhựa đường nguyên gốc và nhựa đường cải tiến. Bài báo đã đề xuất một thông số lưu biến phù hợp để xác định được nhiệt độ hóa mềm tương đương gần sát với nhiệt độ hóa mềm xác định bằng phương pháp truyền thống.

Công trình nghiên cứu của nhóm tác giả: Ts.Nguyễn Quang Tuấn; Ths. Bùi Văn Phú; Ts. Trần Thị Cẩm Hà, Trường ĐH GTVT.

Mời độc giả xem nội dung đầy đủ bài khoa học tại đây