Tin tức

Công nghệ nhựa đường cao su hóa

01/02/2016

 Vài khuyết điểm của nhựa đường
Nhựa đường (dầu hắc) là một hydrocarbon được coi như sản phẩm cuối hoặc phụ phẩm của quá trình chưng cất dầu thô, không kể những trường hợp hydrocarbon này được tích tụ sẵn trong thiên nhiên. 


 Nhựa đường là một vật liệu có cấu tạo vô định hình, có tính kết dính và tính chống thấm cao. Nhựa đường có nhiều công dụng, nhưng làm đường là công dụng phổ biến nhất, vì thế mới có tên gọi “nhựa đường”. Mặt đường bê tông nhựa được cấu tạo bởi lớp bê tông nhựa gồm nhựa đường và các loại hạt cấp phối (cát, đá dăm, v.v.). Đây là lớp trên cùng của đường bê tông nhựa nóng ta thường thấy ở các xa lộ.

Sau mỗi ba năm đến năm năm sử dụng, mặt đường bê tông nhựa cần phải được sửa chữa vì những hư hỏng xảy ra trong quá trình sử dụng, trong số những hư hỏng, có nguyên nhân từ nhựa đường, những hư hỏng thường gặp như sau:
Lún - Mặt đường xuất hiện các chỗ lún sâu kéo dài theo vệt bánh xe do ảnh hưởng của tải trọng lớn. Bên cạnh các chỗ lún, mặt đường có thể trồi lên. Các chỗ lún trông thấy rõ khi có nước mưa đọng lại.
Nứt nẻ - Mặt đường xuất hiện các vết nứt dưới ảnh hưởng của tải trọng lập lại nhiều lần. Các vết nứt có thể kéo dài theo trục đường hoặc có dạng chân chim. Về lâu dài, dưới tác dụng của nước mưa và tải trọng lập lại, các vết nứt phát triển thành “ổ gà”.
Chảy nhão - Nhựa đường trồi lên mặt đường, tạo thành lớp mỏng, dính và chiếu lấp lánh. Sự chảy nhão xuất hiện khi nhựa đường gặp thời tiết nóng, nhiệt độ cao, chảy ra, lắp đầy các chỗ trống trong lớp hạt cấp phối và trào lên bề mặt. Khi trời lạnh, nhựa đường không trở về chỗ cũ và cứ thế tích tụ dần trên mặt đường.
Nhựa đường polymer hóa
Những khuyết điểm chính của nhựa đường trong quá trình sử dụng bê tông nhựa bắt nguồn từ bản chất cơ lý của vật liệu này. Nhựa đường có nhiệt độ hóa dẻo quá thấp và nhiệt độ hóa thủy tinh quá cao. Độ nhớt và tính đàn hồi của nhựa đường cũng thấp.
Cho thêm vào nhựa đường một polymer, thường là một polymer nhiệt dẻo, có thể cải thiện tính chất cơ lý của nó và do đó góp phần cấu tạo mặt đường tốt hơn. Những cải thiện này gồm có (1) nâng cao nhiệt độ hóa dẻo, (2) hạ thấp nhiệt độ hóa thủy tinh, (3) nâng cao độ nhớt và (4) nâng cao tính đàn hồi, từ đó góp phần làm tăng sức bền nhiệt và sức bền cơ học cho nhựa đường. Polymer cho vào nhựa đường sẽ không tạo liên kết về mặt hóa học, nhưng sẽ tạo thành mạng các chuỗi phân tử polymer phân bố trong nhựa đường.
Polymer thường được dùng nhất để trộn với nhựa đường là poly (styrene-butadiene-styrene) (SBS). SBS là một block copolymer gốc dầu mỏ, có thể được cho vào nhựa đường với tỷ lệ khoảng 3-5%. Bên cạnh đó, styrene-butadiene (SB) và ethylene vinyl acetate (EVA) cũng là các polymer được dùng để biến tính nhựa đường. Hiện nay các loại nhựa đường polymer hóa cũng đang có mặt trên thị trường Việt Nam.
Gần đây đã xuất hiện các nghiên cứu thành công trong sử dụng các polymer sinh học để biến tính nhựa đường, chẳng hạn PAESO (polymerized acrylated epoxidized soybean oil), được tổng hợp từ dầu đậu nành. Tuy nhiên, kết quả từ các nghiên cứu này chưa phổ biến ở mức công nghiệp.
Nhựa đường cao su hóa bằng cao su tái chế
Thay vì cho vào nhựa đường một polymer nào đó ở tình trạng nguyên thủy, bột cao su tái chế (crumb rubber) đã được dùng để biến tính nhựa đường từ những năm 1960. Bột cao su tái chế có kích thước hạt thông thường khoảng 40 mesh, được nghiền ra từ lốp xe phế thải, thường là sau khi các lốp xe đã được đưa vào buồng làm lạnh xuống đến mức nhiệt độ hóa thủy tinh để dễ nghiền. Bột cao su tái chế được sử dụng sau khi đã tách các thành phần thép và sợi tổng hợp có trong lốp xe. Bột cao su tái chế có bản chất là hỗn hợp cao su với chất độn đã lưu hóa, trong đó có cả cao su thiên nhiên và cao su tổng hợp. Do tái chế từ lốp xe phế thải, việc sử dụng bột cao su này trong công nghệ nhựa đường cao su hóa có ý nghĩa quan trọng về mặt bảo vệ môi trường, khá phổ biến ở nhiều nước trên thế giới.
Ở nước ta, công nghệ nhựa đường cao su hóa bằng cao su tái chế đã được đưa vào áp dụng lần đầu tiên vào tháng 4/2015 trên mặt cầu Thanh Trì (Hà Nội) dài 300 m. Mỗi năm, Hoa Kỳ sử dụng khoảng 100 ngàn tấn bột cao su tái chế trong nhựa đường cao su hóa. Bên cạnh khả năng mang lại những cải thiện cho nhựa đường về mặt cơ lý tương tự như các polymer khác, bột cao su tái chế còn được ghi nhận giúp làm giảm tiếng ồn do ma sát giữa lốp xe và mặt đường với mức độ giảm được khoảng 7-9 decibel so với mặt đường nhựa thông thường. Ngoài ra, bột cao su tái chế còn giúp tăng tính an toàn giao thông nhờ vào khả năng làm tăng độ bám giữa lốp xe với mặt đường.
Tuy vậy, cũng có một số ý kiến nghi ngờ lợi ích của việc sử dụng bột cao su tái chế trong nhựa đường cao su hóa, cho rằng khi bột cao su tái chế có mặt trong nhựa đường, do các chất phụ gia vốn đã được sử dụng trong các hỗn hợp cao su làm lốp xe có thể rò rỉ ra môi trường khi bột cao su tái chế có mặt trong nhựa đường, trong đó có những chất có khả năng gây ung thư, chẳng hạn như các hydrocarbon thơm đa vòng.
Nhựa đường cao su hóa bằng cao su thiên nhiên
Đưa cao su thiên nhiên (NR) vào nhựa đường là nghiên cứu đã được bắt đầu tại các viện nghiên cứu cao su ở Malaysia, Ấn Độ và Thái Lan từ những năm 1950. Đưa NR dưới dạng cao su tờ RSS hoặc cao su khối TSR vào nhựa đường sẽ có hiệu quả cao hơn so với bột cao su tái chế, nhờ vào sự trộn lẫn của NR (đã được cắt mạch trong máy luyện kín) với nhựa đường khá hoàn hảo, trong khi bột cao su tái chế có khuynh hướng tách ra và nổi lên trên mặt nhựa đường đang nóng chảy trong quá trình trộn. NR cũng có thể được đưa vào hỗn hợp nhựa đường dưới dạng latex cô đặc, tuy nhiên hàm lượng nước lên đến 40% trong latex cô đặc khi gặp nhiệt độ cao sẽ tạo nên áp suất hơi nước quá lớn, gây khó khăn và nguy hiểm trong kiểm soát quá trình trộn. NR lỏng (liquid natural rubber) cũng là một vật liệu lý tưởng dùng để biến tính nhựa đường.
Sản xuất thử nghiệm hỗn hợp chủ nhựa đường-NR tại Thái Lan
Các thử nghiệm của Viện Nghiên cứu Cao su Thái Lan (RRIT) gần đây đã cho phép xác lập công nghệ nhựa đường cao su hóa bằng NR ở quy mô công nghiệp. Trước hết NR dưới dạng cao su tờ RSS hoặc cao su khối TSR được trộn với nhựa đường đã nóng chảy trong máy luyện kín Banbury để tạo thành hỗn hợp chủ nhựa đường-NR tỷ lệ 1:1. Sau đó hỗn hợp chủ nhựa đường-NR được đưa vào bồn khuấy trộn với nhựa đường đã nóng chảy ở nhiệt độ 170 oC.
Theo các nhà nghiên cứu ở RRIT, chỉ cần dùng các chủng loại NR có phẩm cấp thấp như RSS 5 hoặc TSR 50 để trộn với nhựa đường, tỷ lệ tốt nhất của NR trong hỗn hợp nhựa đường cao su hóa sau cùng là 5%.
Nguyễn Ngọc Bích (Viện Nghiên cứu Cao su Việt Nam)
 


Quay về

THÔNG TIN LIÊN QUAN

Xem tất cả >>