Nghiên cứu ứng dụng công nghệ tái chế nguội tại chỗ sử dụng nhũ tương nhựa đường và xi măng trong sửa chữa và nâng cấp kết cấu áo đường

Cào bóc tái chế mặt đường cũ có cấu tạo từ bê tông nhựa hoặc mặt đường nhựa nói chung là công nghệ mới và hiện đại, dựa trên nguyên tắc cào xới một phần chiều sâu của kết cấu mặt đường cũ, vốn đã bị hư hỏng và nứt nẻ, để rồi dùng máy chuyên dụng phay cắt và nghiền ra rồi gia cố với một số chất kết dính như nhự bọt hoặc nhũ tương nhựa đường, xi măng, vôi, … sau đó san rải và đầm chặt lại, tạo thành một lớp vật liệu mới đồng nhất, tạo nên một lớp móng mới hay mặt đường mới, được áp dụng chủ yếu trong công tác sửa chữa, bảo trì mặt đường Ôtô đang khai thác. Hiệu quả của việc sử dụng lại vật liệu phế thải công nghiệp như vật liệu cào bóc tái chế mặt đường sẽ có thể giảm bớt được đáng kể khối lượng vật liệu mới mà lẽ ra phải bổ sung, đồng thời giảm được giá thành sửa chữa mặt đường và tiết kiệm được nguồn vật liệu xây dựng tự nhiên.

Tên đề tài : Nghiên cứu ứng dụng công nghệ tái chế nguội tại chỗ sử dụng

nhũ tương nhựa đường và xi măng trong sửa chữa và nâng cấp kết cấu áo đường

Học viên thực hiện : Tạ Văn Thắng

Cán bộ hướng dẫn khoa học : TS Đào Phúc Lâm

Hà Nội - 2018

i

BỘ GIAO THÔNG VẬN TẢI TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ GIAO THÔNG VẬN TẢI

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

Chuyên ngành : Công nghệ kỹ thuật xây dựng đường ô tô

Mã số : 6580205

Ngày giao luận văn : 15/05/2018

Ngày nộp luận văn :

Tên đề tài: Nghiên cứu ứng dụng công nghệ tái chế nguội tại chỗ sử dụng nhũ tương nhựa đường và xi măng trong sửa chữa và nâng cấp kết cấu áo đường

Học viên thực hiện : Tạ Văn Thắng

Lớp : Cao học đường ô tô K2CH2DC2.1

Cán bộ hướng dẫn khoa học : TS Đào Phúc Lâm

Đơn vị : Bộ môn Kết cấu – Vật liệu, Đại học Công nghệ GTVT

Hà Nội – 2018

ii

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi

Các số liệu, kết quả nêu trong luận văn là trung thực, đáng tin cậy và chưa từng được ai công bố trong bất kỳ công trình nào khác

Tác giả

Tạ Văn Thắng

iii

LỜI CẢM ƠN

Trong quá trình học tập, nghiên cứu và thực hiện Luận văn Thạc sỹ, tôi đã nhận được sự giúp đỡ, tạo điều kiện nhiệt tình và quý báu của nhiều cá nhân và tập thể

Lời đầu tiên tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới thầy giáo TS Đào Phúc Lâm đã tận tình hướng dẫn trong suốt quá trình nghiên cứu và thực hiện đề tài Tôi xin chân thành cảm ơn Quý thầy cô Khoa đào tạo sau đại học, Bộ môn Đường Trường ĐH Công nghệ giao thông vận tải đã tận tình hướng dẫn, truyền đạt kiến thức, tạo điều kiện giúp đỡ cho tôi trong suốt thời gian theo học và thực hiện luận văn

Tôi xin chân thành cảm ơn lãnh đạo phòng Quản lý đô thị - UBND huyện Ba

Vì, thành phố Hà Nội và các anh (chị) đồng nghiệp đã tạo mọi điều kiện giúp đỡ tôi trong suốt thời gian học, thực hiện và hoàn thành Luận văn Ngoài ra, tôi xin gửi lời cảm ơn toàn thể các anh (chị) trong lớp Cao học đã tận tình giúp đỡ tôi trong suốt quá trình học tập, hoàn thành luận văn và các đơn vị đã hỗ trợ giúp đỡ tôi trong quá trình thu thập số liệu cho luận văn

Cuối cùng, tôi xin gửi lời cảm ơn đến gia đình tôi, những người thân đã luôn tin tưởng, động viên, khuyến khích tôi trong suốt quá trình học tập

Tôi đã hoàn thiện luận văn bằng tất cả sự nhiệt tình và năng lực của mình, tuy nhiên không thể tránh khỏi những thiếu sót hoặc có những phần nghiên cứu chưa còn chưa sâu Rất mong nhận được sự chỉ bảo của các Thầy

Tôi xin trân trọng cảm ơn!

Hà Nội, ngày 21 tháng 12 năm 2018

Học viên

Tạ Văn Thắng

4

MỤC LỤC

LỜI CAM ĐOAN ii

LỜI CẢM ƠN iii

EXTRACT THE MASTER OF THE DOCTRINE 7

TRÍCH YẾU LUẬN VĂN THẠC SĨ 8

MỞ ĐẦU 9

1 Đặt vấn đề 9

2 Mục đích nghiên cứu của đề tài 9

3 Phương pháp nghiên cứu 10

4 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu 10

5 Bố cục của luận văn 10

Chương 1 Nghiên cứu tổng quan công nghệ tái chế trong bảo trì và nâng cấp mặt đường mềm 10

Chương 2 Công nghệ tái chế nguội tại chỗ sử dụng nhũ tương nhựa đường và xi măng (AEFDR) 10

Chương 3 Nghiên cứu thực nghiệm ứng dụng công nghệ tái chế nguội tại chỗ sử dụng nhũ tương nhựa đường và xi măng trong sửa chữa và nâng cấp kết cấu áo đường trên địa bàn thành phố Hà Nội 10

CHƯƠNG 1 NGHIÊN CỨU TỔNG QUAN CÔNG NGHỆ TÁI CHẾ TRONG BẢO TRÌ VÀ NÂNG CẤP MẶT ĐƯỜNG MỀM 12

1.1 Quá trình hình thành và phát triển công nghệ tái chế mặt đường 12

1.2 Phân loại các phương pháp tái chế mặt đường 18

1.2.1 Phương pháp tái chế nóng tại trạm trộn 18

1.2.2 Phương pháp tái chế nóng tại chỗ (HIR) 20

1.2.3 Phương pháp tái chế nguội tại trạm trộn (Cold Central Plant Recycling-CCPR) 22

1.2.4 Phương pháp cào bóc tái chế nguội tại chỗ lớp mỏng (CIR) 23

1.2.5 Phương pháp cào bóc tái chế nguội tại chỗ toàn chiều sâu (FDR) 23

1.3 Phân loại công nghệ cào bóc tái chế nguội tại chỗ 25

1.3.1 Phương pháp cào bóc tái chế nguội tại chỗ lớp mỏng (Cold-in Place Recycling) 26

4 Kết luận 37

CHƯƠNG 2 CÔNG NGHỆ TÁI CHẾ NGUỘI TẠI CHỖ TOÀN CHIỀU SÂU SỬ DỤNG NHŨ TƯƠNG NHỰA ĐƯỜNG VÀ XI MĂNG (AEFDR) 27

2.1 Hỗn hợp vật liệu cào bóc tái chế nguội tại chỗ 27

2.2 Vật liệu thành phần của hỗn hợp vật liệu tái chế 28

2.2.1 Vai trò của các vật liệu thành phần trong hỗn hợp 28

2.2.1.1 Cốt liệu: 28

2.2.1.2 Nhũ tương nhựa đường: 28

2.2.1.3 Xi măng: 28

2.2.1.4 Nước: 30

2.2.2 Yêu cầu chất lượng của vật liệu dùng cho hỗn hợp tái chế [4] 30

2.2.2.1 Cốt liệu: 30

5

2.2.2.2 Nhũ tương: Có thể sử dụng một trong các loại nhũ tương nhựa

đường sau: 31

2.2.2.3 Xi măng 32

2.2.2.4 Nước 32

2.3 Thiết kế hỗn hợp vật liệu cào bóc tái chế ở trong phòng 32

2.3.1 Mục đích của việc thiết kế 32

2.3.2 Quy trình thiết kế [4] 33

2.3.2.1- Lấy mẫu 33

2.3.2.2 Chuẩn bị mẫu thử 34

2.3.2.3 Tính tỷ lệ phối trộn vật liệu 34

2.3.2.4 Chọn hàm lượng chất gia cố (nhũ tương và xi măng) 35

2.3.2.5 Xác định các chỉ tiêu kỹ thuật của mẫu thiết kế 40

2.4 Thi công và nghiệm thu 41

2.4.1 Thiết bị thi công 41

2.4.1.1 Máy cào bóc tái chế chuyên dụng [5] 41

2.4.1.2 Xe chở nhũ tương: 42

2.4.1.3 Máy rải xi măng chuyên dụng 43

2.4.1.4 Xe chở bồn nước: Phải chở được ít nhất 10 T nước Xe phải có khả năng điều chỉnh được lưu lượng nước phun 43

2.4.1.5 Thiết bị san: Loại máy san tự hành, có chiều rộng lưỡi san lớn hơn 3 m, có gắn dụng cụ đo được độ dốc ngang 43

2.4.1.6 Máy lu: Là loại máy lu tự hành, tổ máy lu bao gồm các loại sau: 44

2.4.6.1.Trường hợp thi công lớp tái sinh với chiều dầy không quá 20cm: 44

2.4.6.2 Trường hợp thi công lớp tái sinh có chiều dầy lớn hơn 20cm cho đến 30cm 44

2.4.2 Quy trình thi công [4] 44

2.5 Thiết bị khảo sát, kiểm tra, đánh giá chất lượng mặt đường sử dụng cho công nghệ tái chế nguội tại chỗ toàn chiều sâu 49

2.5.1 Đo mô đun đàn hồi kết cấu áo đường bằng thiết bị FWD (Falling Weight Deflectometer) 50

2.5.1.1Thiết bị thí nghiệm [1] 50

2.5.2.2 Bố trí điểm đo 57

2.5.2.3 Trình tự đo võng 57

2.5.2.4 Cơ sở tính toán 57

2.6 Kết luận 57

CHƯƠNG 3 NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM CÔNG NGHỆ TÁI CHẾ NGUỘI TẠI CHỖ TOÀN CHIỀU SÂU SỬ DỤNG NHŨ TƯƠNG NHỰA ĐƯỜNG (AEFDR) TRONG CÔNG TÁC BẢO TRÌ, SỬA CHỮA, NÂNG CẤP MẶT ĐƯỜNG MỀM TRÊN ĐỊA BÀN THÀNH PHỐ HÀ NỘI 59

3.1 Giới thiệu đoạn đường thực nghiệm [7] 59

3.1.1 Vị trí công trình 59

3.1.2 Điều kiện tự nhiên khu vực khảo sát 59

3.1.3 Hiện trạng mặt đường trước khi thi công thí điểm 60

6

3.2 Công tác khảo sát, thiết kế đoạn tiến trước khi thi công thử nghiệm [8] 60

3.2.1 Nội dung khảo sát 60

3.2.2 Kết quả khảo sát 63

3.2.2.1 Kết cấu áo đường 63

3.2.2.2 Kết quả khảo sát dòng xe 63

3.2.2.3 Kết quả độ bằng phẳng bằng thước dài 3m 64

3.2.2.4 Kết quả mô đun đàn hồi nền đường xác định bằng thiết bị LWD [9] 65

3.2.2.5 Kết quả đo mô đun đàn hồi của kết cấu áo đường Ep và chỉ số kết cấu SNeff [10] 66

3.2.2.6 Thống kê hư hỏng mặt đường 68

3.2.2.7 Kết luận 68

3.3 Thi công thực nghiệm tại hiện trường 69

3.3.1 Sơ đồ thi công cào bóc tái chế 69

3.3.2 Biện pháp thi công [11] 72

3.3.2.1 Kết cấu mặt đường sau thi công 72

3.3.2.2 Máy móc thiết bị thi công huy động 72

3.3.3.3 Công nghệ thi công: 73

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 87

Tài liệu tham khảo 89

7

EXTRACT THE MASTER OF THE DOCTRINE Title of the project: Research and application of cold recycling technology in place

using asphalt and cement emulsion in repairing and upgrading pavement structure

Student: Ta Van Thang Course: 2 (2016-2018)

Instructor: TS Dao Phuc Lam

Keywords: road maintenance, cold recycling in-place, asphalt emulsion, mix

design, FDR

Abstract:

Full Depth Reclamation (FDR) is an in-place recycling method for reconstruction of existing flexible pavements using the existing pavement section material as the base for the new roadway-wearing surface This process can include adding chemicals to the base layer in order to increase its strength capacity The treatment of the base layer and recycled asphalt provides a homogeneous and stronger foundation This process effectively produces a cost-effective solution that maximizes limited budgets

In favor of modernizing the pavement maintenance actually taken place in VietNam, the dissertation introduces the FDR technology using asphalt emulsion and cement, which includes: FDR materials; mix design; physical and mecanical properties for evalutating the FDRmixture, construction and acceptance procedure; equipments and specially, the exprimental field trial in Ba Vi- HaNoi road The datas collected from laboratory and this field trial road section primarily show that this technology is technical efficient and apporiate to the Vietnam road network

8

TRÍCH YẾU LUẬN VĂN THẠC SĨ Tên đề tài: Nghiên cứu ứng dụng công nghệ tái chế nguội tại chỗ sử dụng nhũ tương nhựa đường và xi măng trong sửa chữa và nâng cấp kết cấu áo đường

Học viên: Tạ Văn Thắng Khóa: 2(2016-2018)

Người hướng dẫn: TS Đào Phúc Lâm

Từ khóa: Bảo trì đường bộ, công nghệ tái chế nguội tại chỗ, bitum bọt, thiết kế hỗn

hợp

Nội dung tóm tắt:

Công nghệ cào bóc toàn chiều sâu là một phương pháp tái chế tại chỗ mặt đường bị hư hỏng bằng cách phay cắt, cào xới và trộn đều vật liệu của kết áo đường hiện hữu làm thành lớp móng cho mặt đường mới Quá trình này có thể bao gồm thêm các phụ gia hóa học vào lớp móng để tăng khả năng chịu lực Việc xử lý lớp móng và lớp mặt đường nhựa bị lão hóa sẽ tạo ra lớp móng mới liền khối, đồng nhất

có cường độ tốt hơn Công nghệ này tạo ra một giải pháp sửa chữa bảo trì hiệu quả

về chi phí nhằm tối đa hóa chi ngân sách có hạn

Đáp ứng nhu cầu hiện đại hóa công nghệ bảo trì đường bộ hiện nay tại Việt Nam, luận văn giới thiệu công nghệ cào bóc tái chế toàn chiều sâu sử dụng nhũ tương nhựa đường và xi măng Luận văn đã trình bày các nội dung tương đối hoàn chỉnh về công nghệ này, bao gồm: hỗn hợp vật liệu cào bóc; quy trình thiết kế hỗn hợp vật liệu; các chỉ tiêu cơ lý được sử dụng để đánh giá chất lượng hỗn hợp vật liệu; quy trình thi công và nghiệm thu; thiết bị thi công; đặc biệt luận văn không chỉ trình bày lý thuyết mà còn có các số liệu thực nghiệm trong phòng và hiện trường Các số liệu thí nghiệm hiện trường tại Ba Vì- Hà Nội bước đầu cho thấy công nghệ bảo trì này có hiệu quả về mặt kỹ thuật và có tiềm năng áp dụng phù hợp với hệ thống đường bộ áo đường mềm tại Việt Nam

Người hướng dẫn khoa học

(Ký, ghi rõ họ tên, học hàm, học vị) (Ký, ghi rõ họ tên) Tác giả

mà lẽ ra phải bổ sung, đồng thời giảm được giá thành sửa chữa mặt đường và tiết kiệm được nguồn vật liệu xây dựng tự nhiên

Hà Nội là địa phương có tỉ trọng mặt đường nhựa lớn và nhu cầu sửa chữa, bảo trì, nâng cấp các tuyến đường trong và ngoài đô thị không ngừng tăng cao trong những năm gần đây đã đặt ra yêu cầu cần thiết phải tìm kiếm các công nghệ mới, vật liệu mới, hiện đại, hiệu quả, năng suất cao và bảo vệ môi trường trong việc duy

tu, sửa chữa mạng lưới đường của Hà Nội Vì vậy, đề tài “Nghiên cứu ứng dụng công nghệ tái chế nguội tại chỗ sử dụng nhũ tương nhựa đường và xi măng trong sửa chữa và nâng cấp kết cấu áo đường” là cấp thiết, có ý nghĩa khoa học

và thực tiễn

2 Mục đích nghiên cứu của đề tài

Nghiên cứu ứng dụng công nghệ tái chế nguội tại chỗ toàn chiều sâu sử dụng nhũ tương nhựa đường và xi măng (Asphalt Emulsion Full Depth Reclamation- AEFDR) vào thực tế ở Hà Nội

Việc nghiên cứu đề tài là cơ sở khoa học và tạo tiền đề cho việc áp dụng rộng rãi công nghệ nêu trên trong công công tác bảo trì, sửa chữa và nâng cấp mặt đường mềm phù hợp với các điều kiện của Hà Nội

10

3 Phương pháp nghiên cứu

Phương pháp nghiên cứu sử dụng là nghiên cứu lý thuyết kết hợp với thực nghiệm, sau đó tổng hợp và phân tích số liệu để có kết luận cho mục tiêu nghiên cứu

4 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

- Công nghệ tái chế nguội tại chỗ toàn chiều sâu sử dụng nhũ tương nhựa đường

- Ưu nhược điểm của công nghệ nêu trên và khả năng ứng dụng của công nghệ này trong thực tiễn giao thông đường bộ tại Việt Nam thông qua dự án cụ thể đã được thực hiện và những vấn đề còn tồn tại

5 Bố cục của luận văn

Cấu trúc của luận văn gồm có phần mở đầu và 03 chương được tóm lược dưới đây

Chương 1 Nghiên cứu tổng quan công nghệ tái chế trong bảo trì và nâng cấp mặt đường mềm

1 Quá trình hình thành và phát triển của công nghệ tái chế mặt đường

2 Phân loại các phương pháp tái chế mặt đường

3 Phân loại công nghệ tái chế nguội tại chỗ

4 Thiết bị và quy trình thi công

5 Thiết bị khảo sát, kiểm tra, đánh giá chất lượng mặt đường sử dụng cho công nghệ tái chế nguội tại chỗ toàn chiều sâu

6 Kết luận

Chương 3 Nghiên cứu thực nghiệm ứng dụng công nghệ tái chế nguội tại chỗ

sử dụng nhũ tương nhựa đường và xi măng trong sửa chữa và nâng cấp kết cấu áo đường trên địa bàn thành phố Hà Nội

1 Giới thiệu đoạn đường thực nghiệm

2 Công tác khảo sát, thiết kế đoạn tiến trước khi thi công thử nghiệm

11

3 Thi công thực nghiệm tại hiện trường

4 Đánh giá chất lượng mặt đường sau khi thi công thử nghiệm

5 Kết luận và kiến nghị

12

CHƯƠNG 1 NGHIÊN CỨU TỔNG QUAN CÔNG NGHỆ TÁI CHẾ

TRONG BẢO TRÌ VÀ NÂNG CẤP MẶT ĐƯỜNG MỀM

1.1 Quá trình hình thành và phát triển công nghệ tái chế mặt đường

Tham khảo báo cáo của Hội tái chế mặt đường Asphalt của Mỹ (ARRA) [1], khởi nguồn công nghệ tái chế mặt đường nhựa có nguồn gốc từ nước Pháp xuất hiện từ những năm 1915 – 1916 của thế kỷ trước (Hình 1.1) Tuy nhiên, cho đến năm 1936 công nghệ tái chế mặt đường vẫn chỉ ở mức thô sơ và chưa được chú trọng phát triển

Hình 1 1 Thiết bị thi công tái chế mặt đường từ năm 1916 và 1936 [1]

Đến những năm 1970 - 1973, do giá dầu thế giới trở nên đắt đỏ, dẫn đến giá nhựa đường dùng trong xây dựng các công trình đường bộ cũng rất cao, cho nên công nghệ tái chế mặt đường đã có cơ hội được quan tâm để phát triển

Đến năm 2000, về cơ bản, công nghệ tái chế mặt đường đã hình thành đầy đủ các phương pháp tái chế mặt đường theo 2 hướng chính, đó là phương pháp tái chế nóng và phương pháp tái chế nguội Trong đó, theo từng phương pháp tái chế nóng

và nguội này lại phân ra làm 02 hình thức tái chế nữa, đó là tái chế tại trạm trộn và tái chế tại chỗ trên mặt đường cũ (Hình 1.2)

13

Hình 1 2 Sơ đồ phát triển các phương pháp tái chế của công nghệ tái chế mặt

đường [1]

Cùng phát triển đồng thời với các phương pháp tái chế nêu trên, kể từ năm

2001 đến nay, công nghệ tái chế cũng không ngừng được cải tiến nhờ các thế hệ thiết bị thi công tái chế mới, hiện đại cũng luôn được đổi mới và được chế tạo với nguyên lý cào bóc tái chế đồng bộ để phục vụ sản xuất đạt hiệu quả cao (Hình 1.3)

Hình 1 3 Tổ hợp dàn thiết bị hiện đại dùng trong thi công tái chế

mặt đường hiện nay

Theo một báo cáo nghiên cứu đã công bố [1], công nghệ cào bóc tái chế mặt đường cũ có cấu tạo từ bê tông nhựa hoặc mặt đường nhựa nói chung, được gọi tắt

là RAP (Reclaimed Asphalt Pavement), là công nghệ mới và hiện đại, dựa trên

nguyên tắc cào xới một phần chiều sâu của kết cấu mặt đường cũ, vốn đã bị hư hỏng và nứt nẻ, để phay cắt và nghiền ra rồi gia cố với một số chất kết dính như nhũ tương nhựa đường, hoặc xi măng, vôi, …rồi san rải và đầm chặt lại, tạo thành một lớp vật liệu mới đồng nhất, tạo nên một lớp móng mới hay mặt đường mới, được áp dụng chủ yếu trong công tác bảo trì và nâng cấp mặt đường Ô-tô Loại vật liệu cào bóc này có thể được sử dụng lại trong cải tạo, nâng cấp hoặc xây dựng mặt đường mới, là bởi vì thành phần hỗn hợp vật liệu tái chế gồm đá nhựa tuy đã qua sử dụng nhưng vẫn còn giá trị sử dụng Do vậy, việc sử dụng lại vật liệu tái chế trong hỗn hợp mặt đường mới sẽ có thể giảm bớt được đáng kể khối lượng vật liệu mới mà lẽ

ra phải bổ sung, đồng thời giảm được giá thành và tiết kiệm được nguồn vật liệu xây dựng tự nhiên, tái chế mặt đường Thực tế đã chứng tỏ rằng công nghệ tái chế là con đường hợp lý và thực tiễn nhất để hạn chế việc khai thác ồ ạt nguồn cung cấp vật liệu xây dựng từ thiên nhiên trong nhiều thế kỷ qua và để hỗ trợ làm giảm giá thành xây dựng mặt đường trên toàn bộ hệ thống đường bộ Theo thống kê chưa đầy

14

đủ, ngành công nghiệp chuyên về tái chế vật liệu mặt đường trên toàn thế giới mỗi năm sử dụng lại khoảng 73 triệu tấn, gấp hơn 2 lần so với ngành công nghiệp tái chế tổng hợp từ giấy, thủy tinh, đồ nhựa và kim loại nhôm Công nghệ tái chế mặt đường, ví dụ như: hỗn hợp tái chế nóng tại trạm trộn, hỗn hợp tái chế nóng tại chỗ, hỗn hợp tái chế nguội tại hiện trường, hỗn hợp tái chế nguội tại chỗ và cào bóc tái chế toàn chiều sâu (FDR),… đã được đưa vào phục vụ xây dựng và cải tạo, sửa chữa mặt đường từ hơn 35 năm nay Trong đó, công nghệ tái chế mặt đường cũ tại chỗ không những làm giảm được đáng kể nhu cầu đòi hỏi sử dụng vật liệu mới từ nguồn thiên nhiên, mà còn làm giảm thiểu được nguy cơ hủy hoại môi trường, cũng như giảm được nhu cầu về dịch vụ và năng lượng liên quan đến việc vận chuyển và chế tạo các loại vật liệu này

Theo số liệu thống kê đến năm 2010, hiện có 34/45 Bang của nước Mỹ đã có kinh nghiệm trong sử dụng công nghệ cào bóc tái chế mặt đường tại chỗ Tại Mỹ

cũng đã thành lập Hiệp hội tái chế mặt đường Asphalt (ARRA - Asphalt Recycling and Reclaiming Association) với hơn 50 thành viên chính thức bao gồm các nhà

thầu có uy tín và kinh nghiệm lâu năm trong ứng dụng công nghệ cào bóc tái chế mặt đường ở Mỹ

Từ trước đến nay, để sửa chữa và nâng cấp mặt đường bê tông nhựa, chúng ta vẫn thường sử dụng công nghệ truyền thống, đó là trên cơ sở tận dụng mặt đường

đã bị hư hỏng và nứt vỡ, tiến hành trám khe nứt bằng nhũ tương hoặc mastit nhựa đường, sau đó rải bù phụ lên mặt đường cũ một vài lớp cấp phối đá dăm hoặc đá dăm đen, sau đó phủ lên trên 1 hoặc 2 lớp bê tông nhựa mới, có chiều dày tổng cộng

từ 4 - 14 cm (tùy theo tính toán) là xong Cách làm này tuy đơn giản và dễ thực hiện, được nhiều nhà thầu tại Việt Nam ưa chuộng vì dễ làm và rẻ, song hiệu quả kinh tế - kỹ thuật lại thấp, bởi vì chỉ cần sau 3-5 năm khai thác, các vết nứt từ mặt đường cũ sẽ phát triển từ dưới lên, tạo thành các vết nứt phản ảnh xuất hiện trên bề mặt lớp bê tông nhựa mới, gây nên hư hỏng và làm xuống cấp nhanh chóng mặt đường mới rải Theo kinh nghiệm của Mỹ, tình trạng này có thể làm giảm từ 40-50% hiệu quả đầu tư sửa chữa, nâng cấp mặt đường Mặt khác, cách làm này còn dẫn đến tình trạng mặt đường bị tôn cao theo thời gian, thậm chí cao hơn cả vỉa hè hoặc mặt bằng nhà dân tại các khu dân cư, gây thảm họa về môi trường

15

Để khắc phục tình trạng này, từ những năm 1970 – 1980, tại Châu Âu và nước

Mỹ đã cho ra đời giải pháp công nghệ mới, đó là giải pháp cào bóc tái chế mặt đường cũ Trong thực tế, từ sau năm 1980 trở lại đây, nhiều nước trên thế giới đã ứng dụng thành công và phổ biến công nghệ cào bóc tái chế trong bảo trì, sửa chữa mặt đường cũ để thay thế cho công nghệ truyền thống lạc hậu tại các dự án bảo trì, sửa chữa, nâng cấp mặt đường bê-tông nhựa cấp cao Như vậy, tổng kết về mặt công nghệ tái chế mặt đường, cho đến nay có 2 phương pháp chính được áp dụng trên thế giới, đó là :

- Phương pháp tái chế nóng: bao gồm tái chế nóng tại chỗ (HIR - Hot place Recycling) và tái chế nóng tại trạm trộn;

in Phương pháp tái chế nguội tại chỗ : bao gồm tái chế nông với chiều sâu từ

5-15 cm (viết tắt là CIR – Cold in-place Recycling) và tái chế nguội tại chỗ toàn

chiều sâu với chiều sâu thông thường từ 15 - 25cm, tối đa tới 45 cm (viết tắt là FDR

- Full Depth Reclamation), sơ đồ nguyên lý cào bóc tái chế toàn chiều sâu được thể

hiện ở Hình 1.4

Hình 1 4 Sơ đồ nguyên lý cào bóc tái chế toàn chiều sâu (FDR)

Như vậy, việc ứng dụng công nghệ cào bóc tái chế nguội tại chỗ đã chính thức

mở ra kỷ nguyên mới về sửa chữa, cải tạo mặt đường cũ bằng công nghệ hiện đại và tiên tiến, vừa đảm bảo chất lượng mặt đường sau sửa chữa, cải tạo, vừa đảm bảo

16

yếu tố môi trường do tận dụng tối đa vật liệu phế thải từ mặt đường cũ Chính vì vậy, công nghệ tái chế đã và đang được phổ biến áp dụng tại các nước trên thế giới

Hình 1 5 Sơ đồ mô phỏng 2 công nghệ sửa chữa, nâng cấp mặt đường

bê tông nhựa a) Kết cấu mặt đường cũ bị hư hỏng, nứt;

b) Kết cấu mặt đường sau khi được sửa chữa bằng công nghệ truyền thống;

c) Kết cấu mặt đường sau khi được sửa chữa bằng công nghệ tái chế

Công nghệ cào bóc tái chế được sử dụng rộng rãi trong sửa chữa, cải tạo, khôi phục hoặc nâng cấp mặt đường cũ có lớp phủ bề mặt từ vật liệu BTN hoặc láng nhựa bị nứt nẻ trầm trọng hoặc bị trồi lún, hư hỏng nặng nề Tất cả các loại mặt đường BTN hoặc láng nhựa đều có thể áp dụng công nghệ cào bóc tái chế, cho dù là mặt đường cấp cao hay cấp thấp, kể cả đường lăn sân bay, đường hạ cất cánh và cả sân đỗ Đối với loại mặt đường BTN sử dụng lớp móng CPĐD, việc áp dụng công nghệ cào bóc tái chế cho thấy rất thích hợp, bởi vì lớp tái chế sẽ tạo nên một lớp móng gia cố bitum liền khối mới, có tác dụng tăng cường khả năng chịu lực và độ

ổn định chống biến dạng cho kết cấu áo đường mềm sau khi tái chế Vì vậy, để phát

huy tác dụng như một lớp ATB (Asphalt Treated Base) này, trong thiết kế tái chế xu

hướng hiện nay thường áp dụng chiều dày lớp tái chế tối thiểu là 20 cm và tối đa là

30 cm

Ưu điểm chính của công nghệ cào bóc tái chế nguội tại chỗ về môi trường,

đó là:

- Sử dụng vật liệu phế thải tại chỗ, tiết kiệm được nguồn vật liệu tự nhiên

- Tích chứa vật liệu phế thải ở dạng vật liệu làm mặt đường

17

- Tiết kiệm năng lượng do tận dụng được vật liệu tại chỗ, giảm được chuyên

chở vật liệu, giảm xăng và khói, bụi

- Có thể kiểm soát được các vết nứt phản ảnh từ lớp dưới lên

- Tạo nên lớp móng hoặc lớp trung gian ATB khi sửa chữa mặt đường BTN

- Hạn chế và khắc phục được tình trạng tôn cao mặt đường, bảo vệ duy trì

được gạch bó vỉa và các công trình thoát nước

- Góp phần làm giảm giá thành duy tu, bảo dưỡng mặt đường

Chính vì tính hiệu quả của công nghệ cào bóc tái chế, cho nên kể từ năm 2001

đến 2014, chỉ tại riêng Châu Âu, theo số liệu thống kê nêu trong Bảng 1.1 và Hình

1.6 cho thấy nhiều quốc gia đã tham gia ứng dụng và phát triển công nghệ tái chế

(Đức, Pháp, Anh,…) đã thực hiện tái chế từ 42 – 48 triệu tấn/ năm

Bảng 1 1 Tổng hợp về tình hình sử dụng công nghệ tái chế tại Châu Âu (triệu tấn)

[3]

Hình 1 6 Tình hình phát triển ứng dụng công nghệ tái chế mặt đường tại Châu Âu

[1]

18

Tại các nước khu vực, Trung Quốc hiện nay đang là Quốc gia đi đầu trong lĩnh vực sử dụng vật liệu tái chế trong xây dựng mặt đường Tại Việt Nam, lần đầu tiên công nghệ tái chế được Công ty SAKAI của Nhật giới thiệu và chuyển giao công nghệ từ năm 2000 Tiếp đó, các Công ty Hall Brothers của Mỹ và Công ty Infrasol (Tiền thân là Vietserver) chuyển giao công nghệ và thi công thí điểm vào các năm 2010 và 2011 Đến nay, công nghệ cào bóc tái chế nguội tại chỗ đã và đang

có xu hướng được áp dụng rộng rãi tại Việt Nam và các đô thị tại các dự án sửa chữa và cải tạo mặt đường BTN Đặc biệt, đây là công nghệ đặc hiệu trong việc hạn chế/xử lý hiện tượng tôn cao mặt đường trong đô thị

1.2 Phân loại các phương pháp tái chế mặt đường

Như sơ đồ nêu trên Hình 2 đã cho thấy, công nghệ cào bóc tái chế được phân

ra 2 loại chính, đó là công nghệ tái chế nguội và công nghệ tái chế nóng Trong đó, tái chế nóng lại được chia ra làm 2 phương pháp, đó là tái chế nóng tại trạm trộn và tái chế nóng tại chỗ Còn tái chế nguội cũng được chia ra làm 2 phương pháp, đó là tái chế nguội tại trạm trộn và tái chế nguội tại chỗ Dưới đây trình bày tóm tắt về 4 công nghệ này như sau

1.2.1 Phương pháp tái chế nóng tại trạm trộn

Là phương pháp thông dụng nhất để tái chế mặt đường nhựa nói chung và mặt đường Bê tông nhựa nói riêng Theo phương pháp này, người ta thường phải cào bóc mặt đường cũ lên, sau đó vận chuyển về trạm trộn và tại đó trộn thêm một lượng mới cốt liệu đá dăm, nhựa đường và chất phụ gia để tạo thành một hỗn hợp mới ở dạng tái chế Tùy theo khối lượng vật liệu cào bóc được phép nằm trong hỗn hợp tái chế và tùy theo chỉ dẫn mà từng nơi có thể sử dụng chất kết dính và phụ gia khác nhau Tại một số nơi, người ta chỉ cho phép đưa vào hỗn hợp tái chế chỉ bằng hoặc dưới 15% vật liệu cào bóc từ mặt đường cũ Cũng có nơi, tỷ lệ này có thể được phép cao hơn Trong trường hợp sử dụng tỷ lệ vật liệu cào bóc cao, khi đó người ta phải tính đến việc lựa chọn ra loại chất kết dính cho phù hợp Theo tổng kết, có thể tham khảo các loại chất kết dính được dùng cho hỗn hợp tái chế mặt đường nhựa như sau :

Chất kết dính là một sản phẩm dầu mỏ được dùng ở dạng các hạt nhựa đường xốp nằm phân tán trong hỗn hợp tái chế Đối với hỗn hợp tái chế mà có chứa tỷ lệ

19

vật liệu cào bóc cao, khi đó việc đánh giá tính chất vật liệu, thiết kế hỗn hợp, thi công và kiểm tra chất lượng đòi hởi phải rất tập trung

Hình 1 7 Công nghệ cào bóc mặt đường thuần túy

Khi nguồn vật liệu cào bóc từ rất nhiều nguồn được đổ về, người ta buộc phải chia bãi tích chứa ra thành các bãi vật liệu được phân loại như sau :

- Bãi chưa có hàm lượng vật liệu cào bóc chiếm tỷ lệ ≤ 15%, khi đó chất kết dính được lựa chọn là loại chất kết dính đã được áp dụng cho hỗn hợp mới

- Bãi chưa có hàm lượng vật liệu cào bóc chiếm tỷ lệ từ 15%- 25%, khi đó chất kết dính được lựa chọn là loại có chỉ số PG (Performance Grade Binder) thấp hơn , ví dụ PG 64-16 mà được chọn thì hợp lý hơn PG 70-10

- Bãi chưa có hàm lượng vật liệu cào bóc chiếm tỷ lệ > 25%, khi đó cần tiến hành thí nghiệm hàm lượng asphalt cũ của vật liệu cào bóc và hàm lượng asphalt mới của hỗn hợp như là một phần của công việc thiết kế hỗn hợp để xác định lượng asphalt cần bổ sung

Một tài liệu gần đây do Hiệp hội mặt đường Asphalt của Mỹ ban hành đã cung cấp một chỉ dẫn rất tốt về thiết kế hỗn hợp Bê tông nhựa nóng với việc sử dụng một hàm lượng vật liệu tái chế cao Và như vậy, để đáp ứng việc tận dụng vật liệu cào bóc, người ta đã phải tiến hành thu gom và chất đống vật liệu cào bóc chất thành các bãi nằm bên cạnh các trạm trộn để sử dụng dần trong tương lai Tuy nhiên, diện tích các bãi chứa vật liệu cào bóc phế thải cũng chỉ hạn chế và các đống vật liệu cào

20

bóc rồi cũng bị đổ lẫn vào nhau và trộn với nhau để trở thành như là một loại vật liệu phế thải đồng nhất Do vậy tại các trạm trộn nóng, để tạo ra hỗn hợp tái chế, người ta đã đưa vật liệu cào bóc và vật liệu mới có nguồn gốc từ thiên nhiên để trộn lẫn với nhau tạo ra hỗn hợp Bê tông nhựa nóng, được thể hiện trên sơ đồ nêu ở Hình 1.8

Trong đó :

- RAP: Vật liệu cào bóc tái chế;

- Virgin Aggregate: Cốt liệu tự nhiên;

- Exhaust – Cửa ra trạm trộn

Hình 1 8 Sơ đồ tái chế vật liệu cào bóc trộn với cốt liệu bổ sung

và nhựa đường tại trạm

Theo kinh nghiệm của những người thợ rải, cần lưu ý rằng, hỗn hợp tái chế nên được rải ở nhiệt độ thấp hơn một chút so với hỗn hợp BTN sử vật liệu gốc tự nhiên để tránh hiện tượng cháy nhựa cũ dính bám vào đá do quá lửa khi chế tạo trong trạm trộn Vì vậy, thời gian cho phép để đầm lèn hỗn hợp tái chế, cũng chính

vì thế, mà cũng cần phải được giảm đi một chút

1.2.2 Phương pháp tái chế nóng tại chỗ (HIR)

Tái chế nóng tại chỗ (Hot in-Place Recycling – HIR) là phương pháp tiến hành

đồng thời tất cả các công đoạn chính như: sấy nóng, cào bóc, phay trộn, san rải và đầm lèn lại chặt chẽ lớp bề mặt của mặt đường Asphalt cũ nhờ một hệ thống thiết bị đăc chủng tự hành thực hiện tại chỗ, ngay tại hiện trường, hay còn gọi là “toa tàu”

vì dàn thiết bị khá dài khi di chuyển làm nhiệm vụ cào bóc tái chế nóng tại chỗ Trong quá trình cào bóc tái chế nóng trên mặt đường BTN cũ, người ta có thể

bổ sung cốt liệu đá dăm mới, nhựa đường và cả chất phụ gia vào hỗn hợp cào bóc trên mặt đường cũ để cải thiện tính chất cơ – lý và khả năng làm việc của hỗn hợp

21

sau tái chế nếu thấy cần thiết Trong đa số các trường hợp, khối lượng vật liệu cào bóc tái chế từ vật liệu cũ tại chỗ chiếm từ 70-100% của hỗn hợp tái chế Sơ đồ thiết

bị đặc chủng tái chế nóng được nêu ở Hình 1.9

Hình 1 9 Thiết bị và sơ đồ cào bóc tái chế nóng tại chỗ

diễn ra trên “toa tàu” tự hành

Phương pháp này đòi hỏi công nghệ cao với một dàn thiết bị đầy đủ bao gồm các bộ phận như: thiết bị sấy nóng sơ bộ mặt đường cũ; thiết bị sấy nóng chủ yếu làm nóng và mềm hóa lớp mặt đường BTN cũ; thiết bị quả lô gắn các vấu (răng) để cào bóc mặt đường cũ; thiết bị phay trộn; thiết bị san rải và thiết bị đầm sơ bộ Tất

cả các thiết bị này được bố trí trên cùng một máy lớn, dài như một “toa tàu” tự hành trên mặt đường Chiều sâu hấp nóng làm chảy nhựa đường cũ và xử lý mặt đường

cũ mà máy tự hành tái chế nóng có thể đạt được, thông thường từ ¾ đến 3 inches (tức là từ 2 – 8 cm), tùy thuộc vào yêu cầu thiết kế kết cấu mặt đường áp dụng công nghệ tái chế nóng tại chỗ Trong thực tế, ngoài các thiết bị đồng bộ được gắn trên máy tái chế nóng tự hành, còn cần đến các thiết bị san rải và các máy lu nặng bánh lốp và bánh thép đi theo để hỗ trợ trong quá trình thi công Trong đó, các quá trình

22

thông dụng, hay được dùng nhiều nhất trong công nghệ tái chế nóng tại chỗ, đó là tái chế lớp phủ bề mặt, xáo xới và trải lại lớp tái chế bề mặt đi kèm với quá trình sấy nóng và cào bóc một lớp mỏng trên bề mặt đường cũ Sau khi cào bóc lớp bề mặt, người ta thường cho bổ sung chất phụ gia dính kết và cốt liệu để bù cho phần vật liệu bị hao hụt, sau đó san rải và đầm chặt Chiều sâu xử lý lớp bề mặt thường từ ¾ đến 1 ½ inches (tương đương 2 – 4 cm) Trong trường hợp này, người ta thường không bổ sung hốn hợp Bê tông nhựa mới hoặc cốt liệu đá dăm mới trong quá trình tái chế lớp bề mặt Tuy nhiên, nói chung về nguyên tắc, trên bề mặt lớp tái chế bao giờ cũng được phủ một lớp láng nhựa hoặc lớp phủ Bê tông nhựa nóng

1.2.3 Phương pháp tái chế nguội tại trạm trộn (Cold Central Plant CCPR)

Recycling-Phương pháp tái chế nguội tại trạm trộn được áp dụng tại những nơi mà vật liệu cào bóc, cốt liệu đá bổ sung và nhũ tương nhựa đường hoặc chất phụ gia dùng cho nhũ tương được phối trộn với nhau ở trạng thái nguội tại trạm trộn hỗn hợp nguội Theo đó, vật liệu cào bóc tại hiện trường sẽ được vận chuyển bằng xe tải tới trạm trộn hỗn hợp nguội Sau khi được pha trộn nguội tại trạm, hỗn hợp lại được vận chuyển ra hiện trường cũ để rải và lu lèn chặt (Hình 1.10)

Hình 1 10 Cào bóc tại chỗ sau đó vận chuyển đổ vào trạm trộn để trộn, sau đó đưa

đi rải

Sau khi kết thúc thi công lớp tái chế, bao giờ người ta cũng sẽ rải lên trên bề mặt lớp tái chế một lớp phủ bằng bê tông nhựa nóng hoặc láng nhựa tùy thuộc vào biện pháp bảo vệ lớp tái chế sau khi cho phép thông xe Đôi khi, thời gian bảo dưỡng lớp tái chế nguội cũng có thể bị kéo dài hơn bình thường do một số nguyên nhân, chủ yếu là các nguyên nhân về điều kiện thời tiết, gây ẩm kéo dài hoặc do

23

mức độ đầm chặt chưa đạt và độ rỗng quá cao, hoặc do mặt đường bị ứ đọng nước Chính vì vậy, để chủ động khắc phục tình trạng này, người ta có thể cho thêm chất phụ gia Vôi hoặc Xi măng vào để có thể giúp điều chỉnh quá trình hình thành cường

độ này

1.2.4 Phương pháp cào bóc tái chế nguội tại chỗ lớp mỏng (CIR)

Phương pháp cào bóc tái chế nguội tại chỗ lớp mỏng (Cold in-Place Recycling

- CIR) là phương pháp cào bóc tái chế nguội được thực hiện tại chỗ tại hiện trường,

về cơ bản, sử dụng tới 100% vật liệu cào bóc tại chỗ của mặt đường cũ Chiều sâu

xử lý thông thường từ 2-4 inches (tương đương từ 5-10 cm) khi sử dụng loại nhũ tương nhựa đường có phụ gia hợp lý Tuy nhiên, trong thực tế, chiều sâu xử lý vẫn

có thể đạt được tới 5-6 inches (tương đương 12-15 cm) nếu sử dụng một cách hợp

lý chất phụ gia, có thể là Vôi, xi măng, xỉ lò cao hoặc tro bay để tăng cường nhanh cường độ và giảm thiểu độ ẩm của hỗn hợp tái chế Để cào bóc tái chế nguội tại chỗ người ta có thể sử dụng loại thiết bị đặc chủng có đầy đủ chức năng thi công các công đoạn, bao gồm cào bóc, phay cắt, trộn đều, san rải và đầm lèn Toàn bộ các khâu này được thực hiện tại chỗ khi máy đi qua Ngoài ra, đi theo máy cào bóc tái chế chuyên dụng còn có Ô-tô cấp nước, cấp nhũ tương và các loại lu rung bánh thép, bánh lốp đi sau

Cào bóc tái chế nguội tại chỗ (CIR) được sử dụng để tích chứa hoặc sử dụng lại vật liệu mặt đường cũ, tiết kiệm vật liệu lấy từ các mỏ tự nhiên, để sử dụng làm mặt đường Theo kết quả nghiên cứu của Cục Đường bộ Liên Bang Mỹ (FHWA) tại Bang New York cho thấy nếu thực hiện cào bóc tái chế nguội tại chỗ với chiều sâu

10 cm và phủ lên 4 cm lớp phủ BTN thì kết cấu áo đường có thể kéo dài tới 10-15 năm so với tuổi thọ từ 5-8 năm với kết cấu truyền thống phủ 4 cm lớp phủ BTN

1.2.5 Phương pháp cào bóc tái chế nguội tại chỗ toàn chiều sâu (FDR)

Cào bóc tái chế nguội tại chỗ toàn chiều sâu (FDR) [2] là một phương pháp tái chế mặt đường cũ nơi mà xác định được trước một phần vật liệu nằm ở lớp móng trên và có thể cả lớp móng dưới sẽ được cào bóc và xới trộn với nhau trong phạm vi toàn bộ chiều sâu cào bóc của đoạn mặt đường cũ đã bi hư hỏng để tạo ra một hỗn hợp tái chế mới đồng nhất Trong trường hợp này, chiều sâu tái chế có thể đạt được

Hình 1 11 Thiết bị và sơ đồ vận hành cào bóc tái chế tự động của máy tái chế

chuyên dụng

Thời gian yêu cầu để hình thành cường độ của hỗn hợp được gia cố với nhũ tương tùy thuộc vào loại chất phụ gia được sử dụng Sau khi kết thúc thời gian yêu cầu tối thiểu để hình thành cường độ, trước khi cho thông xe, nhất thiết phải rải lên trên bề mặt của lớp tái chế lớp phủ bằng Bê tông nhựa nóng hoặc láng nhựa nóng Tổng kết các kết quả nghiên cứu đã công bố cho thấy, phương pháp tái chế nóng tuy cho chất lượng tốt hơn tái chế nguội nhưng giá thành đắt, chỉ thích hợp với chiều dày rải 5cm và chất lượng cũng không thể bằng hỗn hợp BTN chế tạo mới trộn nóng tại trạm trộn Còn phương pháp tái chế nguội tại chỗ, nói chung, có ý nghĩa lớn trong bảo trì, sửa chữa và nâng cấp mặt đường cũ, nhất là sử dụng công

25

nghệ cào bóc tái chế nguội toàn chiều sâu tới 20-22 cm (FDR).Tổng hợp các phương pháp truyền thống và phương pháp tái chế đang được áp dụng tại Việt Nam, nêu ở Hình 1.12

Hình 1 12 Sơ đồ phân loại các giải pháp cải tạo, sửa chữa mặt đường bê tông nhựa

theo công nghệ truyền thống và công nghệ tái chế trong sửa chữa mặt đường ở

Việt Nam [3]

1.3 Phân loại công nghệ cào bóc tái chế nguội tại chỗ

Theo tổng hợp và phân loại của Hội tái chế mặt đường mềm của Mỹ (Asphalt Reclamation Recycled Asociation – ARRA), công nghệ cào bóc tái chế mặt đường

mềm có thể được phân ra làm 2 phương pháp tái chế chính như sau:

26

1.3.1 Phương pháp cào bóc tái chế nguội tại chỗ lớp mỏng (Cold-in Place Recycling)

 Giới thiệu chung

Công nghệ cào bóc tái chế tại chỗ theo phương pháp nông (Viết tắt là : CIR) là một quá trình cào bóc tái chế mặt đường BTN cũ bằng phương pháp gia cố nông có hoặc không sử dụng các chất dính kết vô cơ hoặc hữu cơ, mà không cần sử dụng năng lượng nhiệt để chế tạo hoặc rải tạo thành một lớp mặt đường Công nghệ này cũng có thể đồng thời thực hiện chức năng tái chế nguội tại chỗ nếu như nó được kết nối với các bộ phận tuyển sàng và trộn rải Công nghệ này không có khả năng cào bóc tái chế sâu lớn hơn 12 cm, chỉ có thể cào bóc tái chế BTN, không cào bóc lớp móng CPĐD

Công nghệ CIR này chủ yếu dùng để gia cố lớp móng hoặc làm lớp mặt đường cho mặt đường có lưu lượng xe chạy thấp

 Phạm vi áp dụng

Cào bóc bỏ lớp mỏng bề mặt đường bị hư hỏng và thay bằng lớp phủ BTN mới theo nguyên tắc độ sâu cào bóc là 3 cm thì chiều dày lớp phủ thay thế là 4 cm, tức là chiều dày lớp phủ phải cao hơn một chút để còn lu lèn chặt Quá trình cào bóc mặt đường không ảnh hưởng gì đến lề đường hiện tại

Công nghệ tái chế theo phương pháp này được áo dụng thích hợp nhất để xử

lý mặt đường bị rạn nứt khi kết cấu áo đường còn khỏe, có lớp móng và nền đường thoát nước tốt Nó cũng có thể áp dụng phù hợp để xử lý lớp mỏng mặt đường bị nứt mạng do lớp trên dính bám kém với lớp dưới hoặc bị nứt do quá trình khai thác lâu năm bị phong hóa hoặc lớp bề mặt bị bong bật, phát sinh ổ gà

Áp dụng phù hợp cho các trường hợp : cào bóc tái chế lớp mặt đường BTN dày tối đa 10-12 cm; Nền và móng ổn định, đảm bảo cho sửa chữa, nâng cấp lớp mặt đường

Công nghệ này không phù hợp cho các trường hợp sau :

 Mặt đường bị trồi lún do thừa nhựa hoặc do kết cấu không ổn định

 Khi mà vật liệu xây dựng nền, móng không ổn định và bị ẩm ướt

 Khi lớp mặt đường được lót vải, lưới sợi thủy tinh hoặc lưới địa kỹ thuật

27

 Khi lớp mặt đường BTN có chiều dày dưới 10 cm

 Dây chuyền thi công theo công nghệ cào bóc tái chế nông (CIR)

Một dây chuyền thi công hoàn chỉnh theo công nghệ cào bóc tại chỗ nông

(Cold In-Place Recycling – CIR) thông thường bao gồm :

- Xe tải chở và rải đá bổ sung đi đầu

- Tiếp đó là bộ máy chủ gồm 3 thiết bị kết nối với nhau, đó là :

 Máy cào bóc tự hành với vệt cắt rộng từ 2,5 - 3,8 m

 Kết nối với thiết bị sàng, trộn vật liệu cào bóc với vật liệu bổ sung để rải xuống mặt đường

 Kết nối với thiết bị trộn đều với nhũ tương nhựa đường sau đó rải ra mặt đường với chiều rộng vệt rải của máy 2,40 m với chiều dày thích hợp

 Sau cùng là máy lu nặng

Sơ đồ dây chuyền công nghệ CIR được thể hiện trên Hình 1.13

Hình 1 13 Dây chuyền thi công theo công nghệ cào bóc tái chế nông (CIR)

 Đặc điểm về công nghệ

Công nghệ cào bóc tái chế nguội tại chỗ nông theo phương pháp dàn thiết bị kéo theo (CIR) hoàn toàn không sử dụng nhiệt để hấp nóng mặt đường cũ hoặc để trộn vật liệu tái chế

Công nghệ cào bóc tái chế nguội tại chỗ theo phương pháp dàn thiết bị kéo theo (CIR) có khả năng xóa bỏ lớp mỏng mặt đường bị nứt để tạo ra lớp BTN mới tại chỗ hoàn toàn không còn vết nứt

Có thể tách riêng thiết bị cào bóc khi cần thiết chỉ để cào bóc lớp mặt đường

Có thể thực hiện tái chế theo 2 chế độ:

28

 Cào bóc tái chế thông thường : dùng nhũ tương thông thường

 Cào bóc tái chế cải tiến : dùng nhũ tương biến tính

Trong đó, đặc điểm của 2 chế độ thiết kế và thi công này như sau :

Bảng 1 2 So sánh đặc điểm về công nghệ của CIR thông thường và CIR cải tiến

1 Yêu cầu thiết kế hỗn

Thực hiện theo quy trình

3 Đặc điểm khác Có thể khoan đào để kiểm tra Sớm hình thành cường độ và

duy trì độ bền theo thời gian

 Hiệu quả về môi trường

Không sử dụng năng lượng nhiệt trong quá trình thi công, do đó giảm thiểu

đáng kể khí thải do xăng dầu, bụi làm ô nhiễm môi trường

Chủ yếu sử dụng lại vật liệu đá dăm tại chỗ, giảm thiểu chất thải công nghiệp

Tiết kiệm được nguồn tài nguyên thiên nhiên do ít phải sử dụng đá dăm mới

Tiết kiệm được 40-50% năng lượng nếu như sử dụng chế tái chế thông

thường

 Chỉ dẫn tóm tắt thi công

Quá trình thi công CIR cần tuân thủ 7 bước như sau :

Bước 1: Cào bóc bằng máy tự hành một lớp mỏng trên mặt đường với độ sâu

từ 50-100 mm

Bước 2: Kiểm tra thành phần hạt của vật lệu cào bóc so sánh với biểu đồ cấp

phối chuẩn với cỡ hạt danh định lớn nhất nêu trong tiêu chuẩn CIR Trong một số

trường hợp, việc kiểm tra thành phần hạt là không cần thiết nếu như thi công đủ bộ

3 máy đi cùng Trong trường hợp thật cần thiết, có thể cho thêm đá mới để trộn với

vật liệu tái chế cải thiện thành phần hạt

Bước 5: Lu lèn sau khi rải để đạt tới độ chặt yêu cầu Thông thường sử dụng các loại lu bánh lốp và lu rung bánh thép Nếu hỗn hợp tái chế sử dụng chất kết dính nhũ tương nhựa đường thì quá trình lu phải chờ cho đến khi nhũ tương nhựa đường phân tách thì mới bắt đầu Còn nếu sử dụng chất kết dính xi-măng để gia cố và tái chế thì có thể lu ngay sau khi rải

Bước 6: Tưới lớp bảo vệ trên bề mặt lớp tái chế đã được lu lèn chặt Sử dụng nhũ tương để tưới tạo lớp màng mỏng bảo vệ bề mặt

Bước 7: Xây dựng lớp phủ BTN hoặc láng nhựa bề mặt phía trên Trong các trường hợp này trước khi rải đều phải sử dụng lớp tưới dính bám để tạo lực dính kết tốt giữa lớp tái chế với lớp phủ mặt đường

1.3.2 Phương pháp cào bóc tái chế nguội tại chỗ toàn chiều sâu (Full Depth

Reclamation – FDR)

 Định nghĩa và phân loại :

Công nghệ cào bóc tái chế nguội tại chỗ theo phương pháp toàn chiều sâu (FDR) [2] là phương pháp cào bóc tái chế toàn bộ chiều sâu của lớp BTN mặt đường với một phần của lớp móng đá dăm nằm phía dưới, để tạo ra một lớp vật liệu

đá nhựa mới đồng nhất, có chiều dày thông thường từ 15 – 25 cm, tối đa tới 30 cm Tùy theo từng trường hợp cụ thể mà có thể được gia cố bằng phương pháp cơ học, hóa học hoặc gia cố bằng nhựa bọt hay nhũ tương nhựa đường (Hình 1.12)

30

Hình 1 14 Sơ đồ sửa chữa mặt đường cũ hư hỏng bằng công nghệ FDR

Công nghệ cào bóc tái chế nguội tại chỗ theo phương pháp toàn chiều sâu (FDR) được phân loại như sau :

- Gia cố bằng cơ học: tức là cào bóc toàn chiều sâu thuần túy nhưng không tái chế bằng bất kỳ chất dính kết nào

- Gia cố bằng phụ gia khoáng: tức là cào bóc toàn chiều sâu có sử dụng thêm các chất dính kết vô cơ như vôi, Clorit Magie, tro bay, … hoặc xi-măng

- Gia cố bằng bitum: tức là cào bóc toàn chiều sâu có sử dụng thêm chất kết dính nhũ tương nhựa đường thông thường, nhũ tương biến tính hoặc nhựa bọt

 Mục đich và lợi ích sử dụng công nghệ FDR

Mục đích chính của việc ứng dụng công nghệ FDR trong sửa chữa, bảo trì mặt đường, đó là để xây dựng lớp móng cho mặt đường cấp cao hoặc làm lớp mặt cho đường cấp trung bình hoặc cấp thấp

Lợi ích chính của công nghệ tái chế nguội tại chỗ bằng nhũ tương trong sửa chữa, khôi phục mặt đường mang lại như sau:

- Lớp móng tái chế sử dụng nhũ tương nhựa đường có độ mềm dẻo hơn các loại móng khác và móng gia cố vôi/ xi-măng, tạo ra khả năng chịu mỏi cao

và ít xảy ra hiện tượng nứt

- Giá thành hạ hơn do tận dụng được vật liệu tại chỗ

- Tăng cường được khả năng chịu lực của kết cấu áo đường

- Góp phần hạn chế được nứt phản ảnh từ lớp đá gia cố xi-măng lên trên

- Dễ tạo hình dạng, dốc ngang và độ nhám

- Cần phải nâng cấp, mở rộng hoặc khôi phục mặt đường cũ

- Mặt đường BTN đặt trên lớp móng CPĐD được lu lèn chặt với chiều dày của lớp móng đá dăm phải lớn hơn tối thiểu 5 cm so với chiều sâu cào bóc tái chế và có hàm lượng hạt mịn (P200) không quá 20%

- Bề mặt đường đã ở tình trạng hư hỏng nặng do: vệt lún bánh xe; lớp móng

có vấn đề; mặt đường nứt trầm trọng; ổ gà nhưng có thể cải tạo thoát nước được

Công nghệ cào bóc tái chế nguội tại chỗ theo phương pháp toàn chiều sâu (FDR) không thích hợp cho các trường hợp sau đây:

- Nền đất thiên nhiên là đất loại sét (loại trừ đã được gia cố vôi/ XM)

- Lớp móng đá có hàm lượng hạt mịn P200 lớn hơn 20% và không có điều kiện bù đá dăm mới

- Thoát nước không tốt hoặc bị úng ngập thường xuyên

 Dây chuyền thi công theo công nghệ cào bóc tái chế toàn chiều sâu (FDR) Trình tự thi công chính của công nghệ tái chế nguội tại chỗ theo phương pháp FDR gồm 9 bước như sau (Theo Better Road, 2001):

Bước 1: Rải và phủ một lớp xi-măng trên vệt chuẩn bị cào bóc tương ứng 1% theo khối lượng Trong trường hợp cần bù đá dăm, cũng cần phải rải ngay trên vệt Bước 2: Sử dụng máy cào bóc tái chế chuyên dụng để cào bóc mặt đường BTN cũ đến độ sâu yêu cầu Đồng thời với quá trình cào bóc là quá trình phay, tưới

ẩm và tưới chất kết dính, sau đó trộn đều để tạo thành một hỗn hợp tái chế có thành phần và tính chất đồng nhất

Bước 3: Kiểm soát độ ẩm của vật liệu cào bóc để điều chỉnh lượng nước tưới

ẩm sao cho vật liệu cào bóc đạt tới độ ẩm tốt nhất khi phay trộn

Bước 4: Đầm chặt sơ bộ đợt 1 bằng loại lu chân cừu hoặc lu bánh lốp

Bước 5: San rải bằng máy để tạo vệt rải có khuôn hình và độ dốc ngang phù hợp

32

Bước 6: Đầm chặt đợt 2 bằng lu bánh lốp hoặc lu rung bánh thép, kết hợp bù phụ để tạo bề mặt phẳng và chặt

Bước 7: Kết thúc lu lèn dùng lu tĩnh bánh thép nặng 12-14 tấn để là phẳng bề mặt

Bước 8: Phủ lớp bảo vệ trên bề mặt lớp tái chế vừa hoàn thành và tạm thời cấm xe nặng qua lại trong thời gian ngắn Sau đó, cho phép thông xe

Bước 9: Phủ lớp BTN mới hoặc lớp láng nhựa lên trên bề mặt lớp tái chế đã thi công

Hình 1 15 Thi công cào bóc tái chế nguội tại chỗ theo phương pháp FDR

 Đặc điểm về công nghệ

Mặc dù được gọi là “ tái chế toàn chiều sâu” thế nhưng công nghệ FDR không

thể đạt được đến độ sâu nào cũng được mà nó chủ yếu khác với công nghệ CIR ở chỗ là nó có thể thực hiện cào bóc tái chế cho đến hết chiều sâu lớp BTN và lấn sang một phần chiều sâu của lớp móng đá dăm Do vậy, chiều sâu cào bóc tái chế

33

của FDR có thể đạt tới 300 mm Tuy nhiên, thông thường chiều sâu cào bóc tái chế hợp lý của FDR từ 150-225 mm (6-9 inches) (theo Better Roads, 2001)

Công nghệ tái chế toàn chiều sâu FDR có thể sử dụng nhiều loại chất kết dính

khác nhau để tái chế như: nhựa bọt (Foam); Tro bay (Fly Ash); Bụi klanh-ke nhà máy XM (CaCl2); Vôi (Lime); Nhũ tương nhựa đường cải tiến (Engineered Emulsion – EE); Xi-măng (Cement) hoặc không cần bổ sung chất dính kết để gia cố

mà chỉ cào xới lên rồi tưới ẩm và lu lèn chặt (Phương pháp cơ học) Có thể tham

khảo kết quả nghiên cứu của Hiệp hội Xi-măng Pooc-lăng (Mỹ) năm 2003 [2] về mức độ ưa chuộng sử dụng các loại chất kết dính trong công nghệ tái chế mặt đường nêu trên biểu đồ ở Hình 1.16, trong đó:

 Tái chế dùng nhựa bọt chiếm tỷ lệ…… 2%

 Tái chế dùng tro bay: ……… 5%

 Tái chế dùng bụi Clanh-ke CaCl2 ……… 6%

 Tái chế dùng vôi ……… 11%

 Tái chế dùng nhũ tương cải tiến ……… 16%

 Tái chế dùng xi-măng ……… 20%

 Tái chế không bổ sung chất kết dính … 40%

Hình 1 16 Thi công cào bóc tái chế nguội tại chỗ theo phương pháp FDR

 Trong trường hợp tái chế gia cố xi-măng cần lưu ý như sau :

- Có thể phối hợp với việc gia cường nền bằng vật liệu geogrid

- Hàm lượng xi-măng chỉ nên từ 2-4% theo khối lượng, tro bay có thể thay thế từ 6-10% khối lượng của xi-măng

Full depth Reclamation- FDR

34

 Phân biệt sự khác nhau giữa công nghệ tái chế theo CIR và FDR:

Công nghệ cào bóc tái chế theo CIR (tái chế nông) và FDR (tái chế toàn chiều sâu) có những điểm giống nhau và khác nhau Trong đó:

- Sự giống nhau chủ yếu đều là công nghệ cào bóc, tái chế nguội tại chỗ

- Đều phải sử dụng thiết bị cào bóc chuyên dùng và chất kết dính để gia cố Một số điểm khác nhau được thể hiện trong Bảng 3

Bảng 1 3 So sánh đặc điểm về công nghệ của CIR thông thường và CIR cải tiến Hạng mục so sánh Phương pháp CIR Phương pháp FDR

Chiều sâu cào bóc

Thích hợp với các chiều dày

Yêu cầu đối với nền,

móng

CIR yêu cầu nền, móng

phải khỏe

FDR sẽ xóa bỏ các vết nứt để làm lại lớp mới đồng nhất

Các yêu cầu khi thi

 Sử dụng các loại chất kết dính trong tái chế toàn chiều sâu FDR

Trong tái chế toàn chiều sâu, nhựa đường hoặc nhũ tương nhựa đường là các chất kết dính rât quan trọng Các chất lỏng này có thể được phun tưới và trộn với vật liệu cào bóc trong hộp công tác của máy tái chế trong quá trình vận hành Trong khi đó máy có thể thực hiện cào bóc tái chế 1 hành trình hoặc 2 hành trình Thông thường chỉ cần thực hiện 01 hành trình cào bóc tái chế nếu không có yêu cầu gì đặc biệt Trong trường hợp cần phải xử lý lớp móng dưới hoặc nền đường, hoặc có yêu

Qua nhiều năm ứng dụng công nghệ, loại chất kết dính nhũ tương nhựa đường

đã được ứng dụng rộng rãi nhờ tính đồng nhất của nhũ tương nhựa đường đảm bảo cho việc trộn với vật liệu cào bóc đạt được độ ẩm đồng đều Thông qua các mẫu khoan, lấy mẫu bốc tại hiện trường và thí nghiệm trong phòng, chúng ta có thể lựa chọn được loại nhũ tương nhựa đường Hầu hết nhũ tương nhựa đường được dùng

để gia cố gồm 60% nhựa và 40% nước Sau khi trộn nhũ tương với vật liệu cào bóc, khi đó nhũ tương bắt đầu bị phân tách, đó là thời gian nước tách ra khỏi nhũ tương chỉ còn lại nhựa đường dạng màng mỏng bao bọc các hạt vật liệu cào bóc

Có nhiều yếu tố ảnh hưởng đến quá trình phân tách của nhũ tương nhựa đường, đó là:

o Điều kiện nhiệt độ khí quyển

o Thành phần và tính chất của nhũ tương nhựa đường

o Quá trình bốc hơi và mất nước do khả năng hấp phụ nước của vật liệu cào bóc

o Tác động của lực ngoài thông qua quá trình trộn và lu lèn

o Các phản ứng hóa học hút nước do xi-măng hoặc vôi bột gây ra

Kết thúc lu lèn và san gạt cũng là bắt đầu quá trình phân tách nhũ tương diễn

ra Khi đó bề mặt lu lèn cần giữ có độ ẩm nhất định Tùy thuộc vào chiều dày của lớp tái chế và thời gian bảo dưỡng, việc sử dụng máy san gạt mặt phẳng và độ dốc mặt đường được diễn ra cuối cùng hoặc ngay sau khi lu lèn xong

Một công nghệ tái chế khác cũng được ứng dụng rộng rãi, đó là công nghệ tái

chế sử dụng nhựa bọt (Foamed/ Expended Asphalt) Nhựa bọt được tạo ra khi một

lượng nước lạnh được phun vào tiếp xúc trực tiếp với nhựa đường nóng (Xem Hình

36

….) Phản ứng tỏa nhiệt này diễn ra trên khắp diện tích tiếp xúc bề mặt của nhựa đường dẫn đến làm giảm độ nhớt của nó xuống, tạo ra các bong bóng có tác dụng như những màng mỏng của nhựa đường Một cách định hình, cứ khoảng 2% nhựa đường nóng được được phun tưới nước sẽ tạo ra loại nhựa bọt yêu cầu Lượng nước nhỏ này sẽ bay hơi ngay lập tức ngay sau khi diễn ra phản ứng tỏa nhiệt và nó sẽ không trở thành một cấu phần của nhựa đường Vì vậy, cần phun tưới một lượng nước để đảm bảo độ ẩm cần thiết khi lu lèn lớp tái chế nếu độ ẩm của vật liệu cào bóc tại hiện trường thấp

Ưu điểm chính của công nghệ tái chế bằng nhựa bọt so với tái chế bằng nhũ tương nhựa đường là ở chỗ không mất chi phí tạo bọt trong thi công ngoài chi phí đầu tư thiết bị tạo bọt ban đầu Công nghệ tái chế bằng nhựa bọt cho phép sau khi cào bóc tái chế, san gạt, lu lèn thì cho phép thông xe ngay

Hình 1 17 Sơ đồ nguyên lý tạo nhựa bọt và thiết bị tạo nhựa bọt

Nhựa bọt ngoài tác dụng như một chất gia cố liên kết, còn có tác dụng tạo ra

độ ẩm nhất định để hỗ trợ công tác lu lèn

37

Nhược điểm của công nghệ này là ở chỗ đòi hỏi phải đảm bảo tối thiểu có 5% hạt mịn lọt qua cỡ sàng 0,075 mm (No.200) Nếu vật liệu cào bóc mà thiếu hàm lượng hạt mịn thì sẽ không đủ điều kiện để trộn đều với nhựa bọt Khi đó nhựa bọt

sẽ không đủ điều kiện để phân bố và bao bọc hạt vật liệu, làm giảm tính ổn định và cường độ của hỗn hợp tái chế Vì vậy, trong trường hợp vật liệu cào bóc thiếu hàm lượng hạt mịn, khi đó cần phải chủ động bổ sung trộn cỡ hạt mịn cho hỗn hợp tái chế Bởi vì trong trường hợp chất dính kết không phải là nhũ tương nhựa đường thích hợp và và cỡ hạt của vật liệu cào bóc quá lớn sẽ gây trở ngại cho quá trình bao bọc của màng nhựa với từng hạt vật liệu Vì vậy, với vật liệu cào bóc đủ hàm lượng hạt mịn sẽ tạo điều kiện để màng mỏng do nhựa bọt tạo ra dễ dàng bao bọc hạt vật liệu và tạo nên một như một loại vữa nhựa có tác dụng tăng cường khả năng dính kết các hạt liệu cào bóc lại với nhau Một lượng nhỏ xi-măng hoặc vôi được đưa vào hỗn hợp tái chế sẽ có tác dụng vừa tăng cường được hàm lượng cỡ hạt nhỏ hơn 0,075 mm, vừa có tác dụng thúc đẩy nhanh thời gian hình thành cường độ và làm tăng độ cứng, tăng cường độ chịu lực cho hỗn hợp tái chế

4 Kết luận

Công nghệ cào bóc tái chế mặt đường cũ đã có quá trình phát triển lâu dài, đa dạng về phương pháp và thiết bị, đặc biệt có nhiều ưu điểm hơn so với công nghệ sửa chữa, bảo trì và nâng cấp mặt đường cũ theo kiểu truyền thống Có thể kể đến như: Sử dụng vật liệu phế thải tại chỗ, tiết kiệm được nguồn vật liệu tự nhiên; tiết kiệm năng lượng (do giảm được chuyên chở vật liệu, giảm xăng, dầu và khói, bụi); sau khi tái chế tạo ra một loại vật liệu mới có tính liền khối nâng cao khả năng chịu lực và độ ổn định chống biến dạng cho kết cấu áo đường; chất lượng thi công được đảm bảo do sử dụng đồng bộ dây chuyền các thiết bị; hạn chế và khắc phục được tình trạng tôn cao mặt đường, bảo vệ duy trì được gạch bó vỉa và các công trình thoát nước…

Với những ưu điểm như vậy, công nghệ cào bóc tái chế mặt đường cũ đã và đang được thử nghiệm ở nước ta Nắm bắt xu thế này, trong chương 2 dưới đây, tác giả xin giới thiệu về một trong các công nghệ đang được ứng dụng đó là: Công nghệ tái chế nguội tại chỗ toàn chiều sâu sử dụng nhũ tương nhựa đường và xi măng (AEFDR)

27

CHƯƠNG 2 CÔNG NGHỆ TÁI CHẾ NGUỘI TẠI CHỖ TOÀN CHIỀU SÂU SỬ DỤNG NHŨ TƯƠNG NHỰA ĐƯỜNG VÀ XI MĂNG

(AEFDR)

2.1 Hỗn hợp vật liệu cào bóc tái chế nguội tại chỗ

Hỗn hợp vật liệu cào bóc tái chế nguội tại chỗ là hỗn hợp đồng nhất, trộn đều của các loại vật liệu được cào bóc, làm tơi của lớp kết cấu áo mặt đường đã bị hư hỏng (lớp BTN, lớp cấp phối đá dăm, lớp nền đường), nhựa đường bị lão hóa và các loại vật liệu gia cố (xi măng, tro bay, …), cốt liêu mới bổ sung (nếu thiết kế yêu cầu), nước với chất kết dính nhũ tương nhựa đường (hình 2.1) Sau thời gian đông cứng và được đầm lèn, hỗn hợp vật liệu cào bóc tái chế nguội tại chỗ trở thành một loại bê tông nhựa nguội đuợc gia cố bằng vật liêu kiểu xi măng, có cường độ và sức chịu tải cần thiết để tạo thành lớp móng mới trong kết cấu áo đường (hình 2.2)

Hình 2 1 Hỗn hợp vật liệu cào bóc tái chế nguội tại chỗ chưa

Bảng 2 1 Các chỉ tiêu kỹ thuật yêu cầu tối thiểu đối với hỗn hợp cào bóc tái chế

TT Tên chỉ tiêu Hỗn hợp tái sinh sử dụng xi măng và

nhũ tương

Tiêu chuẩn thí nghiệm

1 Cường độ chịu nén, MPa 1,5 - 2,9 Phụ lục B- QĐ 1588/BGTVT

28

4 Cường độ kéo khi ép chẻ ở

25oC, trạng thái khô, kPa ≥ 220 TCVN 8862:2011

2.2 Vật liệu thành phần của hỗn hợp vật liệu tái chế

2.2.1 Vai trò của các vật liệu thành phần trong hỗn hợp

2.2.1.1 Cốt liệu:

Cốt liệu được lấy từ việc cào bóc mặt đường đã bị hư hỏng, nứt vỡ Các cốt liệu này còn cả nhựa đường đã bị lão hóa dính bám vào Cốt liệu thô đóng vai trò bộ khung chịu lực Cốt liệu mịn kết hợp với nhũ tương nhựa đường, nhựa bị lão hóa và

xi măng tạo thành vữa nhựa kết dính các cốt liệu lớn Ngoài ra, cốt liệu mịn còn đóng vai trò quan trọng đến tốc độ phân tách của nhũ tương nhựa đường

Lượng và loại cốt liệu đưa thêm vào (nếu có) phải được xác định khi thiết kế hỗn hợp sao cho hỗn hợp tái chế nguội tại chỗ thỏa mãn các yêu cầu kỹ thuật quy định tại Bảng 2.1 và Bảng 2.2

2.2.1.2 Nhũ tương nhựa đường:

Nhũ tương nhựa đường sử dụng trong công nghệ này là loại nhũ tương cation gốc axit hoặc nhũ tương nhựa đường trung tính Trong hỗn hợp, nhũ tương nhựa đường đóng vai trò chất kết dính, đồng thời có chức năng làm trẻ hóa và mềm hóa nhựa đường đã bị lão hóa Khi nhũ tương nhựa đường được trộn vào hỗn hợp cốt liệu khoáng, một quá trình phân tách nhũ tương và ninh kết hỗn hợp sẽ được diễn ra sau đó Theo đó (hình 2.3 và hình 2.4), nước sẽ bị tách ra khỏi nhựa đường (phân tách- breaking) nhờ bay hơi hoặc phản ứng hóa học và tách ra khỏi hỗn hợp (ninh kết- setting) khi chịu áp lực đầm lèn Kết quả của quá trình trên là trên bề mặt cốt liệu sẽ xuất hiện màng nhựa Màng nhựa này sau thời gian bảo dưỡng (curing) sẽ trở nên có hiệu lực và cung cấp lực kết dính cho các hạt cốt liệu trong hỗn hợp Nhờ quá trình nêu trên, mặt đường từ chỗ bị hư hỏng nứt vỡ sẽ trở thành hỗn hợp vật liệu liền khối, đồng nhất và có cường độ sử dụng làm lớp móng của mặt đường tái chế mới

2.2.1.3 Xi măng:

Xi măng đóng vai trò như chất trợ trộn cho phép kéo dài thời gian trộn của hỗn hợp Các hydroxit OH- sinh ra từ việc thủy hóa xi măng sẽ nhanh chóng phản