Nghiên cứu sản xuất Mastic ĐMT-03 chèn khe mặt đường bê tông xi măng

Từ kết quả thí nghiệm cho thấy, ĐMT-03 có những tính chất hoàn toàn đáp ứng các yêu cầu kỹ thuật cơ bản và phù hợp với điều kiện khí hậu Việt Nam.

Từ khóa: Phụ gia, sản xuất, loại Mastic, khí hậu Việt Nam.

Abstract: This article presents the research results of the successfully production of Mastic DMT-03 sealing cement concrete pavement from material derives from cellulose powder as a substitute for asbestos powder. Mastic new type (DMT-03) used powder Genicel (originally the cellulose powder) instead of asbestos powder. From the experimental results, DMT-03 has properties completely meet the basic technical requirements and suitable for the climatic conditions in Vietnam.

Keywords: Material, production, Mastic DMT-03, Vietnam climate

1. Đặt vấn đề
Việc sản xuất Mastic chèn khe mặt đường BTXM sân bay đòi hỏi phải đảm bảo những yêu cầu kỹ thuật cơ bản và phù hợp với điều kiện khí hậu Việt Nam. Loại Mastic TK-01 được sản xuất vào những năm 1990 đảm bảo được những chỉ tiêu kỹ thuật cơ bản nhưng trong thành phần có sử dụng một loại nguyên liệu là bột amiang nên sau này không tiếp tục sản xuất nữa. Nay, nhóm cán bộ kỹ thuật của Học viện Kỹ thuật Quân sự (KTQS) đã tiếp tục nghiên cứu, cải tiến, sử dụng loại nguyên liệu có gốc từ bột xenlulô để thay thế cho bột amiăng và chế tạo thành công Mastic ĐMT-03. Loại Mastic mới (ĐMT-03) khi sử dụng bột Genicel (có gốc từ bột xenlulô) thay cho bột amiang có những tính chất hoàn toàn đáp ứng các yêu cầu kỹ thuật cơ bản và phù hợp với điều kiện khí hậu Việt Nam.
2. Vật liệu chèn khe mặt đường BTXM
Khi xây dựng mặt đường BTXM người ta luôn phải bố trí các loại khe. Thực tế cho thấy, khe trong mặt đường BTXM có nhiều dạng, nhưng về mặt cơ bản khe gồm có: Khe co, khe dãn và khe thi công. Sơ bộ cấu tạo của một số loại khe cơ bản được thể hiện như trên các Hình 2.1. Khe dãn thường bố trí theo kiểu khe có thanh truyền lực (Hình 2.1-a). Khe co thường bố trí gồm: Khe co giả có thanh truyền lực (Hình 2.1-b) và khe co dọc kiểu mộng ngàm (Hình 2.1-c). Khe thi công thường bố trí là khe co suốt có thép truyền lực (Hình 2.1-d). Khe dãn có thép truyền lực; b) Khe co giả có thép truyền lực; c) Khe co dọc kiểu mộng ngàm; d) Khe thi công (khe co suốt có thép truyền lực)

Hình 2.1:  Các loại khe trong mặt đường BTXM
Như vậy, để đảm bảo cho quá trình xây dựng, khai thác, sử dụng mặt đường BTXM sân bay được thuận lợi thì nhất thiết và cần phải có các loại Mastic chất lượng tốt. Đây là loại mặt đường được dùng phổ biến (đối với sân đỗ máy bay, loại mặt đường này được sử dụng mang tính chất bắt buộc và hiển nhiên) trong công tác xây dựng sân bay.
Hiện nay, thực tế ở Việt Nam đã và đang sử dụng nhiều loại Mastic khác nhau. Vì tính chất đặc thù chuyên ngành nên Mastic chèn khe mặt đường BTXM thường được sử dụng cả của nước ngoài cũng như của các cơ sở sản xuất ở trong nước. Khi chủ đầu tư mua của nước ngoài thường phải chấp nhận giá cao mà đôi khi Mastic mua về lại chưa phù hợp với thời tiết khí hậu Việt Nam. Còn, khi sử dụng đồ “nội” thì chúng ta thường bị tâm lý: “Bụt chùa nhà không thiêng”, nên rất cần có những quy định nhằm  đảm bảo các yêu cầu kỹ thuật của loại vật liệu quan trọng này.
3. Thành công và hạn chế của việc sản xuất loại Mastic TK-01
3.1. Lịch sử và tác dụng của amiang đối với thực tế những năm trước 2000
Sợi amiăng được sử dụng từ thời xa xưa, hơn 2000 năm trước. Những ưu điểm của sợi amiăng như: Bền, dai, mềm dẻo, chịu nhiệt tốt đã được người La Mã cổ đại biết đến và ứng dụng trong làm quần áo và chế tạo bấc đèn. Cuối thế kỷ 19, sợi amiăng được khai thác phục vụ cho mục đích kinh doanh. Ở Canada, khu mỏ amiăng đầu tiên đã được đưa vào khai thác vào năm 1879 tại Theford. Một thời gian ngắn sau đó, mỏ amiăng cũng được đưa vào khai thác ở Nga. Trong chiến tranh thế giới thứ 2, amiăng được sử dụng nhiều và đóng một vai trò rất quan trọng.
Các sử gia đã thống kê được hơn 3.000 sản phẩm sử dụng sợi amiăng. Bên cạnh các ngành như công nghiệp, hàng hải, xây dựng…, còn có nhiều loại hàng tiêu dùng khác. Giai đoạn cuối của thế kỷ 20 là khoảng thời gian sợi amiăng được đưa vào sử dụng nhiều và trở nên rất thông dụng.
3.2. Amiang đối với thực tế sản xuất Mastic, đặc biệt là Mastic TK-01
Thực tế cho thấy, công tác sản xuất Mastic chèn khe mặt đường BTXM rất cần được nghiên cứu và thực hiện tại Việt Nam. Nếu chỉ trông chờ vào việc nhập ngoại thì sản phẩm Mastic thường không được chủ động cho việc thi công. Đồng thời, đôi khi sản phẩm được nhập ngoại lại chưa được phù hợp với điều kiện khí hậu Việt Nam.
Cùng với một số cơ sở trong nước, những năm 90 cho đến trước năm 2000, nhóm cán bộ kỹ thuật của Xí nghiệp Vật liệu Xây dựng thuộc Học viện Kỹ thuật Quân sự đã nghiên cứu sử dụng thêm phụ gia amiang vào công việc sản xuất loại Mastic TK-01.
Trong các năm 90, loại Mastic TK-01 đã được sử dụng nhiều cho công tác xây dựng, cải tạo và sửa chữa mặt đường BTXM sân bay. Mastic TK-01 đã được dùng cho công tác chèn khe đối với mặt đường BTXM tại Cảng Hàng không Quốc tế Nội Bài cũng như một số sân bay khác tại Việt Nam. Các chỉ tiêu kỹ thuật cơ bản của Mastic TK-01 được thể hiện như Bảng 3.1.
Bảng 3.1. Kết quả thí nghiệm các chỉ tiêu cơ lý của Mastic TK-01

Kết quả trình bày trong Bảng 3.1 được lấy theo “Báo cáo kết quả thí nghiệm” số 149, ngày 20/12/1992 của Trung tâm Kiểm định Chất lượng Công trình GTVT thuộc Viện Khoa học Công nghệ GTVT (Hình 3.1). Các chỉ tiêu cơ lý của sản phẩm Mastic TK-01 như trình bày tại Bảng 3.1 phù hợp với Quyết định số 108/HKVN ngày 18/01/1991 của Tổng giám đốc Tổng công ty Hàng không Việt Nam (HKVN) về việc ban hành tiêu chuẩn tạm thời của mát tít được dùng trong xây dựng sân bay. Quyết định số 108/HKVN cũng đã chỉ rõ: “Viện trưởng Viện khoa học Hàng không, Viện Thiết kế CTHK, Giám đốc các sân bay Nội bài, Tân Sơn Nhất, Đà Nẵng, Ban Kế hoạch Xây dựng cơ bản và các đơn vị đang thi công đường sân bay trong Tổng công ty HKVN có trách nhiệm thi hành quyết định này”, tham khảo các Tiêu chuẩn “Mát tít” dùng trong việc xây dựng mặt đường sân bay như Hình 3.1. Đây chính là sự thành công của loại Mastic TK-01 trong những năm 90 tại Việt Nam.

Hình 3.1. Tiêu chuẩn “Mát tít” dùng trong việc xây dựng mặt đường sân bay

3.3. Sự hạn chế của việc sản xuất Mastic TK-01
Cùng với sự phát triển của khoa học kỹ thuật nói chung, sau năm 2000, các nhà khoa học trên thế giới phát hiện thấy sự độc hại của việc sử dụng bột amiăng. Do những tác hại ảnh hưởng đến sức khoẻ mà các loại amiang thuộc nhóm amphibole đã bị cấm buôn bán, trao đổi trên toàn thế giới. Chỉ có sợi amiang trắng qua rất nhiều nghiên cứu đã chứng minh được không gây ảnh hưởng đến sức khỏe con người trong điều kiện kiểm soát. Do đó, hiện nay, amiang trắng là loại sợi amiang duy nhất được phép buôn bán, vận chuyển ở nhiều quốc gia, đặc biệt là các nước phát triển.
Trong khi đó, để đạt được các chỉ tiêu cơ lý như Bảng 3.1, đáp ứng được những yêu cầu về mặt kỹ thuật của Mastic thì việc sản xuất Mastic TK-01 lại có sử dụng một thành phần là bột amiăng. Đây cũng chính là mặt hạn chế của việc sản xuất Mastic TK-01. Điều đó cho thấy, nhóm cán bộ kỹ thuật của Học viện KTQS cần phải tiếp tục nghiên cứu, khắc phục việc sử dụng bột amiăng và thay thế bằng những nguyên liệu khác.
4. Công tác nghiên cứu và sản xuất Mastic ĐMT-03
Trên cơ sở những kinh nghiệm sản xuất Mastic từ khi còn là Xí nghiệp Sản xuất Vật liệu Xây dựng (sản xuất Mastic TK-01), nhóm nghiên cứu của Viện Kỹ thuật Công trình đặc biệt (V2) – Học viện KTQS đã tiến hành và phát triển tiếp tục công tác sản xuất loại sản phẩm này.
4.1. Xenlulo với việc sản xuất Mastic ĐMT-03
Xenlulo là chất rắn hình sợi, màu trắng, không mùi, không vị, không tan trong nước và trong dung môi hữu cơ thông thường như benzen, ete. Xenlulo là thành phần chính tạo ra lớp màng tế bào thực vật, bộ khung của cây cối. Xenlulo có nhiều trong trong cây bông (95 – 98 %), đay, gai, tre, nứa (50 – 80 %), gỗ (40 – 50 %).
Xenlulo có mạch phân tử không nhánh, không xoắn, có độ bền hóa học và cơ học cao. Xenlulo có khối lượng phân tử rất lớn và thuộc loại polime. Trong mỗi mắt xích C6H10O5 có 3 nhóm – OH tự do, công thức của xenlulo có thể được viết là [C6H7O2(OH)3]n.
Cấu trúc phân tử của Xenlulo được thể hiện như trên Hình 4.1.

Hình 4.1: Cấu trúc phân tử của Xenlulõ

Khi đun nóng xenlulo với axit vô cơ, ta có: (C6H10O5)n + nH2O     nC6H12O6
Nhận xét và những ứng dụng của Xenlulo:
Xenlulozơ có nhiều ứng dụng quan trọng trong sản xuất và đời sống như sản xuất giấy, tơ, sợi, ancol etylic… Hỗn hợp xenlulozơ mononitrat, xenlulozơ đinitrat được gọi là coloxilin. Coloxilin dùng để chế tạo chất dẻo xenluloit dùng để làm bóng bàn, đồ chơi… hay Xenlulozơ triaxetat là một loại chất dẻo, dễ kéo thành tơ sợi.
Trên cơ sở những ưu điểm của xenlulo và các sản phẩm được sản xuất từ xenlulo như đã nêu. Những năm vừa qua, nhóm nghiên cứu của V2 đã tìm cách thay thế phụ gia là bột amiăng bằng hai loại thành phần là mủ cao su và bột genicel – FT 60 (có gốc từ bột xenlulo) nhập của Đức để sản xuất Mastic. Loại vật liệu bột Genicel – FT60 được thể hiện như mẫu trên Hình 4.2 (Hình ảnh chụp tại cơ sở sản xuất Láng – Hòa Lạc thuộc Học viện KTQS).

Hình 4.2: Nguyên liệu bột genicel dùng để thay thế cho bột amiâng

Như vậy, thành phần cơ bản của Mastic ĐMT-03 bao gồm 7 loại, cụ thể được trình bày trong Bảng 4.1.
Bảng 4.1. Bảng các loại vật tư cơ bản cấu thành Mastic ĐMT-03
4.2. Công tác sản xuất Mastic ĐMT-03

Trên cơ sở lý thuyết, nhóm cán bộ nghiên cứu của V2 đã tiến hành sản xuất thử nghiệm loại Mastic ĐMT-03 tại cơ sở Láng – Hòa Lạc của Học viện KTQS.
Theo các thành phần đã được thống kê tại Bảng 4.1, nhóm nghiên cứu đã triển khai mua sắm về nguyên vật liệu và thiết bị phục vụ cho công tác sản xuất thử nghiệm. Công tác chuẩn bị vật tư, vật liệu để sản xuất thí nghiệm được thể hiện như Hình 4.3

Hình 4.3: Công tác chuẩn bị vật tư, vật liệu cho việc sản xuất thử nghiệm

Theo công nghệ sản xuất được nhóm nghiên cứu đề ra, sau khi chuẩn bị đầy đủ về vật tư, vật liệu (Hình 4.3), nhóm nghiên cứu đã tiến hành sản xuất thử nghiệm. Công tác sản xuất thử nghiệm được thực hiện tại cơ sở Láng – Hòa Lạc của Học viện KTQS, cụ thể được thể hiện như trên Hình 4.4.

Hình 4.4: Cán bộ kỹ thuật đang rót Mastic ĐMT-03 vào hộp mẫu để gửi các phòng thí nghiệm

4.3. Chuẩn bị mẫu để kiểm nghiệm các chỉ tiêu cơ lý của Mastic ĐMT-03
Sau khi tiến hành sản xuất thử nghiệm tại hiện trường. Để kiểm tra chất lượng của Mastic, nhóm đã đúc mẫu gửi các phòng thí nghiệm để kiểm tra các chỉ tiêu cơ lý của sản phẩm Mastic ĐMT-03 mới.

Hình 4.5: Các mẫu dùng để kiểm tra các chỉ tiêu cơ lý của Mastic ĐMT-03

5. Công tác kiểm tra xác định các chỉ tiêu cơ lý của Mastic ĐMT-03
Sau khi sản xuất thử nghiệm, nhóm các bộ kỹ thuật đã đúc các mẫu để gửi đi kiểm tra xác định các chỉ tiêu cơ lý của loại mastic mới sản xuất. Kết quả thí nghiệm được xác định và thể hiện như trong Bảng 5.1.
Bảng 5.1. Kết quả thí nghiệm xác định các chỉ tiêu cơ lý của Mastic ĐMT-03

Kết quả trình bày trong Bảng 5.1 được lấy theo “Kết quả thí nghiệm Mastic ĐMT-03” tháng 10/2014 của Phòng Thí nghiệm và Kiểm định Chất lượng Công trình Xây dựng LAS-XD1031 thuộc Công ty Cổ phần Bến En (tham khảo trên Hình 5.1).

Hình 5.1: Kết quả thí nghiệm xác định các chỉ triêu cơ lý của Mastic ĐMT-03

6. Kết luận
Loại Mastic ĐMT-03 mới được nghiên cứu và sản xuất thử nghiệm trong thời gian vừa qua của nhóm cán bộ kỹ thuật thuộc Viện Kỹ thuật các Công trình đặc biệt, Học viện KTQS đã đạt kết quả tốt. Ưu điểm của việc sản xuất Mastic ĐMT-03 so với Mastic TK-01 là đã sử dụng bột Genicel (có gốc từ bột xenlulô) thay cho bột amiang có những tính độc hại, hiện đang được qui định là không nên dùng.
Với các kết quả thí nghiệm, kiểm tra về các chỉ tiêu cơ lý của Mastic ĐMT-03 như đã nêu ở trên (Bảng 5.1 và Hình 4.3) cho thấy loại mastic mới này hoàn toàn đáp ứng các yêu cầu kỹ thuật cơ bản và phù hợp với điều kiện khí hậu Việt Nam.
Mastic ĐMT-03 được sản xuất tại Hà Nội, sử dụng được nhiều loại vật tư, vật liệu tại chỗ và tận dụng được nguồn nhân lực hợp lý nên có giá thành phù hợp với thị trường. Khi có kế hoạch, việc sản xuất Mastic ĐMT-03 sẽ đáp ứng được về số lượng và chất lượng cho công tác thi công chèn khe mặt đường bê tông xi măng .

Tài liệu tham khảo
[1]. Quy trình thiết kế áo đường cứng 22TCN-223-95 (1995), NXB. GTVT
[2]. Dương Ngọc Hải, Hoàng Tùng (2010), Mặt đường BTXM cho đường ô tô và sân bay, NXB. Xây dựng.
[3]. Nguyễn Quang Chiêu (2010), Mặt đường BTXM, NXB. GTVT
[4]. Phạm Cao Thăng (2010), Tính toán mặt đường cứng ô tô và sân bay.
[5]. Quyết định số 108/HKVN ngày 18/01/1991 của Tổng giám đốc Tổng công ty Hàng không Việt nam đã ký về việc Ban hành tiêu chuẩn tạm thời về việc lựa chọn Mastic dùng trong xây dựng đường – sân bay.
[6]. Quy định kỹ thuật tạm thời về thi công và nghiệm thu mặt đường BTXM trong xây dựng công trình giao thông (Ban hành kèm theo Quyết định 1951/QĐ-BGTVT ngày 17/8/2012 của Bộ trưởng Bộ GTVT.
[7]. Quy định tạm thời về thiết kế mặt đường BTXM thông thường có khe nối trong xây dựng công trình giao thông (Ban hành kèm theo Quyết định số 3230/QĐ-BGTVT ngày 14/12/2012 của Bộ trưởng Bộ GTVT.
[8]. TCVN 9973: 2013, Vật liệu xảm chèn khe và vết nứt, thi công nóng, dùng cho mặt đường bê tông xi măng và mặt đường bê tông nhựa – Phương pháp thử.
[9]. TCVN 9974: 2013, Vật liệu xảm chèn khe và vết nứt, thi công nóng, dùng cho mặt đường bê tông xi măng và mặt đường bê tông nhựa – Yêu cầu kỹ thuật.