Nghiên cứu sử dụng nano SiO2 làm phụ gia nhằm giảm thiểu hằn lún vệt bánh xe cho mặt đường bê tông nhựa

26 
Journal of Transportation Science and Technology, Vol 26, Feb 2018 
NGHIÊN CỨU SỬ DỤNG NANO SIO2 LÀM PHỤ GIA 
NHẰM GIẢM THIỂU HẰN LÚN VỆT BÁNH XE 
CHO MẶT ĐƯỜNG BÊ TÔNG NHỰA 
THE INITIAL OF USING SIO2 NANO PRODUCT MADE 
OF FROM RICE HUSK ASH AS AN ADDITIVE TO ASPHALT CONCRETE 
Lê Văn Bách 
Bộ môn Đường bộ - Đường sắt, 
Phân hiệu Trường Đại học Giao thông vận tải tại Thành phố Hồ Chí Minh 
Tóm tắt: Nguồn tro trấu của khu vực miền Tây Nam bộ nước ta hiện nay đang thải ra môi trường 
rất nhiều, nếu tận dụng được loại vật liệu này không những giải quyết vấn đề về kinh tế mà còn giải 
quyết vấn đề về môi trường. Bài báo giới thiệu kết quả bước đầu sử dụng vật liệu nano SiO2 được điều 
chế từ tro trấu để làm phụ gia nhằm giảm hằn lún vệt bánh xe cho bê tông nhựa. 
Từ khóa: Tro trấu, hằn lún vệt bánh xe, nano. 
Chỉ số phân loại: 2.3 
Abstract: Currently, after rice production in our country Southern West provinces, a huge 
amount of rice husk ash is released to the environment. If this material can be utilized, it can solve not 
only the economic problems but also the environmental issues sustainably. This paper presents the 
initial result of using SiO2 nano product made of from rice husk ash as an additive to asphalt concrete. 
Keywords: Ash husk; dullness of the wheel; nano. 
Classification number: 2.3 
1. Giới thiệu 
Định nghĩa về “công nghệ nano” phụ 
thuộc vào lĩnh vực được nói đến. Tuy nhiên, 
về cơ bản nano được định nghĩa là sự hiểu 
biết, kiểm soát, và tái cấu trúc của vật chất 
theo thứ tự nano mét (tức là dưới 100nm) để 
tạo ra vật liệu có tính cơ bản và thuộc tính 
mới. Công nghệ nano và vật liệu nano với 
kích thước hạt ở quy mô nanomét (10 - 9m) 
[5]. 
Điôxít silic là một hợp chất hóa học còn 
có tên gọi khác là silica (từ tiếng Latin silex), 
là một ôxít của silic có công thức hóa học là 
SiO2 và nó có độ cứng cao được biết đến từ 
thời cổ đại. Phân tử SiO2 không tồn tại ở 
dạng đơn lẻ mà liên kết lại với nhau thành 
phân tử rất lớn. Silica có hai dạng cấu trúc là 
dạng tinh thể và vô định hình. Trong tự nhiên 
silica tồn tại chủ yếu ở dạng tinh thể hoặc vi 
tinh thể (thạch anh, triđimit, cristobalit, 
cancedoan) đa số silica tổng hợp nhân tạo 
đều được tạo ra ở dạng bột hoặc dạng keo và 
có cấu trúc vô định hình (silica colloidal). 
Silica được tìm thấy phổ biến trong tự 
nhiên ở dạng cát hay thạch anh, cũng như 
trong cấu tạo thành tế bào của tảo cát. Ngành 
công nghiệp xây dựng là đối tượng tiêu thụ 
chính nguồn nguyên liệu và năng lượng trên 
thế giới. Trong số các vật liệu được sử dụng 
trong xây dựng đường ô tô, bê tông nhựa 
được sử dụng rộng rãi nhất. Trong khi đó, 
công nghệ nano là một trong những công 
nghệ có ảnh hưởng lớn trong thế kỷ này và 
nó đã ảnh hưởng rất lớn đối với ngành xây 
dựng [6]. 
Hình 1. Giản đồ XRD của mẫu SiO2. 
Hình 2. Ảnh TEM của mẫu SiO2
 TẠP CHÍ KHOA HỌC CÔNG NGHỆ GIAO THÔNG VẬN TẢI, SỐ 26-02/2018 
27 
Hiện nay, tình trạng hằn lún vệt bánh xe 
đã xảy ra trên rất nhiều tuyến quốc lộ có lưu 
lượng xe lớn, trên địa bàn rộng khắp từ Bắc 
đến Nam. Điều này đã ảnh hưởng rất lớn đến 
hiệu quả khai thác và an toàn giao thông. 
Hình 3. Hằn lún vệt bánh xe trên tuyến Tỉnh lộ 25B, Thành phố Hồ Chí Minh. 
Có nhiều giải pháp đã và đang được các 
nhà khoa học nghiên cứu để giảm thiểu hằn 
lún vệt bánh xe cho mặt đường bê tông nhựa. 
Tuy nhiên việc nghiên cứu sử dụng vật liệu 
nano SiO2 làm phụ gia để giảm thiểu hằn lún 
vệt bánh xe cho mặt đường bê tông nhựa thì 
chưa được quan tâm nghiên cứu. 
2. Kết quả sử dụng vật lıệu nano SiO2 
làm phụ gıa để gıảm thıểu hằn lún vệt 
bánh xe cho mặt đường bê tông nhựa 
2.1. Kiểm tra, đánh giá kết quả vật 
liệu đầu vào 
- Cốt liệu lớn: Đá dùng để chế tạo bê 
tông nhựa C12.5 gồm 3 loại đá: đá 5x13, đá 
5x10 và đá mạt. 
- Bột khoáng: Có nguồn gốc sản xuất tại 
Đà Nẵng. Bột khoáng có tỷ diện rất lớn, vào 
khoảng 250-300m2/kg, nó có ái lực mạnh với 
nhựa, biến nhựa vốn ở trạng thái khối, giọt 
thành trạng thái màng mỏng, bao bọc các hạt 
khoáng vật. Bột khoáng có một tác dụng như 
một chất phụ gia làm cho nhựa tăng thêm độ 
nhớt, thêm khả năng dính kết, tăng tính ổn 
định nhiệt [2]. 
- Nhựa đường: Loại nhựa đường đặc 
nóng 60/70 của Petrolimex. 
- Nano SiO2 có các đặc tính [1]: 
+ Thành phần nguyên tử chủ yếu là Si 
(28,78%) và O (57,92%), tỷ lệ % nguyên tử 
Si/O xấp xỉ 1/2; 
+ Kích thước hạt 15-20 nm; 
+ Diện tích bề mặt riêng xấp xỉ 258,3 
m2/gam; 
+ Mẫu SiO2 ở dạng vi tinh thể gồm 
nhiều hạt nhỏ kết tụ lại với nhau tạo nên các 
khối SiO2 có cấu trúc xốp. 
2.2. Thí nghiệm độ ổn định Marshall 
Vật liệu và các thí nghiệm được thực 
hiện tại Công ty Cổ phần UTC2 [2]. 
Sau khi có kết quả kiểm tra vật liệu đầu 
vào, tiến hành công tác thiết kế cấp phối bê 
tông nhựa theo phương pháp Marshall (Theo 
TCVN 8860-1:2011). 
Thiết kế hỗn hợp bê tông nhựa có sử 
dụng phụ gia Nano SiO2 là lựa chọn được 
cấp phối cốt liệu hợp lý và hàm lượng bitum 
tối ưu về mặt kinh tế mà vẫn thỏa mãn các 
yêu cầu kỹ thuật. Hỗn hợp bê tông nhựa có 
sử dụng phụ gia Nano SiO2 được lựa chọn 
nhằm thỏa mãn những tính năng sau [2]: 
- Đủ cường độ nhằm thỏa mãn các yêu 
cầu giao thông mà không bị biến dạng; 
- Đủ độ rỗng dư của hỗn hợp sau khi lu 
lèn và cho phép mặt đường được đầm nén 
thêm nhờ tải trọng của các phương tiện giao 
thông chạy trên đường, nhờ sự giãn nở của 
bitum do nhiệt độ gia tăng nhưng mặt đường 
không bị chảy bitum hay mất mát độ bền; 
- Đủ độ công tác để việc rải hỗn hợp có 
hiệu quả mà không làm phân tầng vật liệu 
cũng như không làm giảm độ bền và khả 
năng làm việc của kết cấu. 
Thiết kế bê tông nhựa có sử dụng phụ 
gia nano SiO2 là quá trình thí nghiệm để lựa 
chọn ra hàm lượng nhựa tối ưu trong hỗn hợp 
bê tông nhựa có sử dụng phụ gia nano SiO2 
nhằm thỏa mãn hai yếu tố: tính chất liên quan 
đến đặc tính thể tích và tính chất cơ học theo 
quy định của phương pháp thiết kế. 
28 
Journal of Transportation Science and Technology, Vol 26, Feb 2018 
Hình 4. Đường cong cấp phối hỗn hợp 
 sau khi phối trộn. 
Việc chế tạo mẫu bê tông nhựa C12.5 ở 
đây là thay thế một phần bột khoáng bằng 
phụ gia nano SiO2 với tỉ lệ thay thế lần lượt 
là: 0,3%; 0,6%; 0,9%; 1,2% và 1,5% về mặt 
khối lượng. 
Chế tạo mẫu bê tông nhựa như sau: Lau 
chùi sạch bề mặt búa đầm, khuôn đúc mẫu. 
Gia nhiệt trong tủ sấy cho búa đầm và bộ 
khuôn đúc mẫu tới nhiệt độ 1050C± 50C. Đặt 
một miếng giấy lọc hình tròn đường kính 10 
cm vào trong lòng khuôn đúc phía trên đáy 
khuôn, lắp khuôn dẫn và trút toàn bộ bê tông 
nhựa vào khuôn. Xọc mạnh bay đã nung 
nóng 15 lần xung quanh chu vi và 10 lần ở 
khu vực giữa khuôn chứa bê tông nhựa. 
Dùng bay vun bề mặt hỗn hợp hơi vồng lên ở 
tâm khuôn. Nhiệt độ của hỗn hợp ngay trước 
khi đầm nén phải nằm trong giới hạn nhiệt độ 
đầm tạo mẫu. Đặt một miếng giấy hình tròn 
đường kính 10cm vào trong lòng khuôn trên 
đỉnh bê tông nhựa. 
Hình 5. Chế bị mẫu với các tỷ lệ: 0%; 0,3%; 0,6%;, 
0,9%; 1,2% và 1,5% vật liệu nano SiO2 thay thế bột 
khoáng trong bê tông nhựa. 
Từ kết quả thí nghiệm lựa chọn được 
hàm lượng nhựa tối ưu của hỗn hợp là 5,33%. 
Kết quả thí nghiệm được thống kê như 
bảng 1. 
Như vậy kết quả thí nghiệm các chỉ tiêu 
kỹ thuật ở trên thỏa mãn các chỉ tiêu kỹ thuật 
yêu cầu tại TCVN 8819:2011. 
Kết quả thí nghiệm trên cho ta thấy bê 
tông nhựa sử dụng các tỷ lệ phụ gia nano 
SiO2 khác nhau có các chỉ tiêu kỹ thuật khá 
ổn định và không sai khác nhiều so với bê 
tông nhựa không sử dụng phụ gia nano SiO2. 
Bảng 1. Kết quả thí nghiệm các chỉ tiêu kỹ thuật BTNC12.5 có sử dụng phụ gia nano SiO2 . 
STT 
Tỷ lệ 
Nano 
SiO2, 
% 
Khối lượng 
thể tích 
(g/cm3) 
Độ rỗng 
dư, (%) 
Độ rỗng 
cốt 
liệu, (%) 
Khối lượng 
riêng trung 
bình (g/cm3) 
Độ dẻo 
Marshall 
(mm) 
Độ ổn định 
Marshall 
(KN) 
1 0 2,391 4,09 15,44 2,493 3,84 12,89 
2 0,3 2,378 4,92 16,02 2,501 4,01 10,68 
3 0,6 2,385 4,09 16,10 2,487 4,10 10,79 
4 0,9 2,381 4,55 16,39 2,494 3,90 10,36 
5 1,2 2,389 4,06 16,84 2,491 3,92 10,49 
6 1,5 2,392 4,22 17,56 2,497 3,36 10,65 
2.3. Thí nghiệm hằn lún vệt bánh xe: 
Việc chế tạo mẫu bê tông nhựa C12.5 ở 
đây là thay thế một phần bột khoáng bằng 
phụ gia nano SiO2 với tỉ lệ thay thế lần lượt 
là: 0,5%; 1,0% và 1,5% về mặt khối lượng 
[3]. Mẫu thí nghiệm có kích thước 320 x 260 
x 50mm [5]. 
Thí nghiệm trong phòng về độ lún vệt 
bánh xe bằng thiết bị HWTD (Hamburg 
Wheel Tracking Device) [5]. 
*Mô tả thí nghiệm: 
- Đơn vị thí nghiệm: Công ty cổ phần 
UTC2, Phân hiệu Trường Đại học Giao 
thông vận tải tại Thành phố Hồ Chí Minh.
 TẠP CHÍ KHOA HỌC CÔNG NGHỆ GIAO THÔNG VẬN TẢI, SỐ 26-02/2018 
29 
- Thiết bị thí nghiệm (hình 6). 
- Chuẩn bị mẫu trước khi thử nghiệm: 
Đặt các mẫu thử vào các khuôn thép có tấm 
đáy, khoảng hở của khuôn với mẫu phải nhỏ 
hơn 0,5mm. Nếu khoảng hở lớn hơn 
0,5 mm thì phải được chèn bằng thạch cao 
hoặc chất chèn chặt khác đảm bảo mẫu chắc 
chắn không dịch chuyển trong khuôn trong 
quá trình thử nghiệm. Khuôn phải được cố 
định chắc chắn trên bàn đỡ mẫu; 
- Thử nghiệm sẽ dừng lại sau 10.000 chu 
kỳ (20.000 lần) tác dụng của bánh xe. 
- Điều kiện thí nghiệm: Theo phương 
pháp B của Quyết định số 1617/QĐ-BGTVT 
[5]: 
+ Thử nghiệm trong môi trường không 
khí; 
+ Nhiệt độ thí nghiệm là 600C; 
+ Sử dụng bánh xe bọc cao su; 
+ Tần số tác dụng tải (26,5±1) chu kỳ/1 
phút. 
- Sau khi kết thúc thí nghiệm lấy mẫu ra 
khỏi máy, in kết quả (hình 7 và 8). 
Kết quả thí nghiệm được thống kê ở 
bảng 2. 
Hình 5. Mẫu thí nghiệm sau chế bị. 
Hình 6. Máy đo lún vệt bánh xe Hamburg Wheel 
tracking Device. 
Hình 7. Quá trình lấy mẫu thí nghiệm sau khi chạy. 
Hình 8. Kết quả mẫu sau khi chạy thí nghiệm. 
Bảng 2. Chiều sâu vệt lún ứng với các tỉ lệ nano 
SiO2 và số chu kỳ tác dụng của tải trọng. 
STT 
Số chu 
kỳ tác 
dụng, 
lần 
Chiều sâu vệt lún (mm) với các 
tỉ lệ nano SiO2 
0% 0,5% 1% 1,5% 
1 0.00 0,00 0,00 0,00 0,00 
2 2.000 2,55 2,08 1,84 1,35 
3 4.000 3,59 2,87 2,62 1,89 
4 6.000 4,36 3,46 3,22 2,43 
5 8.000 5,10 3,97 3,70 3,08 
6 10.000 5,96 4,42 4,13 3,77 
7 12.000 6,64 4,81 4,57 4,58 
8 14.000 7,28 5,16 5,08 5,16 
9 15.000 7,64 5,35 5,29 5,45 
- Ở 15.000 chu kỳ tác dụng của tải trọng, 
chiều sâu hằn lún vệt bánh xe của mẫu thử có 
từ 0,5 và 1% nano SiO2 lần lượt là 5,35mm 
và 5,29mm (giảm từ 30% và 31% so với mẫu 
thử không có nano SiO2). 
- Khi tăng hàm lượng nano SiO2 lên 
1,5% thì chiều sâu hằn lún vệt bánh xe của 
mẫu thử là 5,45mm (nhưng vẫn giảm 29% so 
với mẫu thử không có nano SiO2). 
Nhận xét: Khi thay thế 0,5% và 1% bột 
khoáng bởi nano SiO2 trong thành phần của 
bê tông nhựa sẽ làm giảm được chiều sâu hằn 
lún vệt bánh xe là 30% và 31%, nhưng nếu 
thay thế đến 1,5% bột khoáng bởi nano SiO2 
trong thành phần của bê tông nhựa thì chiều 
sâu hằn lún vệt bánh xe sẽ tăng lên (nhưng 
30 
Journal of Transportation Science and Technology, Vol 26, Feb 2018 
vẫn giảm 29% so với mẫu thử không có nano 
SiO2). 
Giải thích: Nano là vật liệu có độ tinh 
khiết hóa học cao, tính chất phân tán tốt, có 
tính chất siêu mịn vô cơ, kích thước hạt của 
nó siêu nhỏ, diện tích bề mặt lớn, năng lượng 
bề mặt vì thế hấp thu lượng nhựa dư, nhựa 
vừa đủ bao bọc các hạt khoáng tạo thành 
màng nhựa có cấu trúc chặt chẽ, dẫn đến 
giảm được hằn lúc vệt bánh xe cho bê tông 
nhựa. Tuy nhiên, nếu thay thế đến 1,5% bột 
khoáng bởi nano SiO2 trong thành phần của 
bê tông nhựa thì chiều sâu hằn lún vệt bánh 
xe tăng lên là do lúc này lượng nano dư thừa 
không được hấp thu bởi lượng nhựa, cấu trúc 
bê tông nhựa không còn chặt chẽ. 
Hình 9. Biểu đồ quan hệ giữa số chu kỳ tác dụng của 
tải trọng và chiều sâu vệt lún bánh xe ứng với các tỉ lệ 
nano SiO2 khác nhau. 
3. Kết luận 
Kết quả nghiên cứu bước đầu cho thấy 
việc thay thế bột khoáng trong bê tông nhựa 
bởi nano SiO2 điều chế từ tro trấu với hàm 
lượng 0,5% và 1% sẽ làm tăng độ ổn định 
Marshall cũng như làm giảm được hằn lún 
vệt bánh xe cho bê tông nhựa. 
Nhưng nếu thay thế đến 1,5% bột khoáng bởi 
nano SiO2 trong thành phần của bê tông nhựa 
thì chiều sâu hằn lún vệt bánh xe sẽ tăng lên 
nhưng không đáng kể. 
Từ những kết quả trên chúng tôi cho 
rằng, vật liệu nano SiO2 điều chế từ tro trấu 
có triển vọng ứng dụng làm phụ gia cho bê 
tông nhựa và ứng dụng trong ngành vật liệu 
xây dựng  
Tàı lıệu tham khảo 
[1] Nguyễn Văn Hưng, Nguyễn Ngọc Bích, Nguyễn 
Hữu Nghị, Trần Hữu Bằng, Đặng Thị Thanh Lê, 
Tổng hợp và khảo sát khả năng hấp thụ xanh 
Methylen trên vật liệu SiO2 tinh thể nano, Tạp 
chí hóa học, Số 5A52/2014, Ngày 15/12/2014. 
[2] Nguyễn Trần Hoàng Vũ, Nghiên cứu sử dụng vật 
liệu Nano SiO2 điều chế từ tro trấu làm phụ gia 
cho bê tông nhựa, Luận văn Thạc sĩ kỹ thuật, 
2015. 
[3] Nguyễn Ngọc Minh Hoàng, Nghiên cứu sử dụng 
vật liệu Nano SiO2 điều chế từ tro trấu làm phụ 
gia nhằm giảm thiểu vệt lún bánh xe cho mặt 
đường bê tông nhựa, Luận văn Thạc sĩ kỹ thuật, 
2016. 
[4] TCVN8819-2011, Mặt đường Bê tông nhựa nóng 
– Yêu cầu thi công và nghiệm thu, Hà Nội 2011. 
[5] Quyết định số 1617/QĐ-BGTVT ngày 29/4/2014 
của Bộ trưởng Bộ Giao thông Vận tải về việc 
Ban hành Quy định kỹ thuật về phương pháp thử 
độ sâu vệt hằn bánh xe của bê tông nhựa xác 
định bằng thiết bị Wheel tracking. 
 Ngày nhận bài: 26/12/2017 
 Ngày chuyển phản biện: 29/12/2017 
 Ngày hoàn thành sửa bài: 16/1/2018 
 Ngày chấp nhận đăng: 23/1/2018