Nghiên cứu thiết kế tối ưu hàm lượng nhựa mới đưa vào bê tông nhựa tái chế nóng

MỤC LỤC HÌNH ẢNH STT Tên hình Trang CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU CHUNG CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN Hình 2.2 Ứng xử của mặt đường bê tông nhựa với tải trọng tĩnh 5 Hình 2.3 Biến dạng của mặt đường bê tô

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

HỌ VÀ TÊN HỌC VIÊN: TRẦN NGỌC HUẤN

NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ TỐI ƯU HÀM LƯỢNG NHỰA MỚI

ĐƯA VÀO BÊ TÔNG NHỰA TÁI CHẾ NÓNG

Chuyên ngành: Kỹ thuật xây dựng công trình giao thông

Mã số: 60580205

LUẬN VĂN THẠC SĨ

TP HỒ CHÍ MINH, tháng 8 năm 2015

Công trình được hoàn thành tại: Trường Đại học Bách Khoa – ĐHQG -

TP HCM

Cán bộ hướng dẫn khoa học: TS Nguyễn Mạnh Tuấn

Cán bộ chấm nhận xét 1: TS Lê Anh Tuấn

2 Thư ký: TS Nguyễn Danh Thắng

3 Phản biện: TS Lê Anh Tuấn

4 Phản biện: TS Nguyễn Mạnh Hùng

5 Ủy viên: PGS.TS Trần Văn Miền

Xác nhận của chủ tịch Hội đồng đánh giá luận văn của Trưởng khoa quản

lý chuyên ngành sau khi luận văn đã được sửa chữa (nếu có)

CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG TRƯỞNG KHOA KTXD

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ

Chuyên ngành: Kỹ Thuật Xây Dựng Công Trình Giao Thông Mã số: 60580205

I TÊN ĐỀ TÀI: NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ TỐI ƯU HÀM LƯỢNG NHỰA ĐƯỜNG MỚI ĐƯA VÀO BÊ TÔNG NHỰA TÁI CHẾ NÓNG

II NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG:

Luận văn bao gồm 5 nội dung chính sau đây:

1 Tổng quan về bê tông nhựa nóng;

2 Tổng quan về tái chế nóng bê tông nhựa tại trạm trộn;

3 Thiết kế tối ưu hàm lượng nhựa đường mới đưa vào bê tông nhựa tái chế nóng sử dụng 0% (bê tông nhựa truyền thống), 20% và 40% bê tông nhựa thu hồi;

4 Thí nghiệm các chỉ tiêu cơ lý của các cấp phối bê tông nhựa ứng với hàm lượng nhựa tối ưu: mô đun đàn hồi vật liệu ở 15, 30, 60oC; cường độ chịu uốn ở 25oC; chỉ

số TSR đánh giá tác động của môi trường khô, ẩm đối với các cấp phối

5 So sánh các chỉ tiêu của bê tông nhựa thông thường và bê tông nhựa tái chế nóng với các hàm lượng khác nhau, từ đó đánh giá lại công tác thiết kế cấp phối bê tông nhựa tái chế nóng và khả năng ứng dụng bê tông nhựa tái chế nóng ở nước ta

III NGÀY GIAO NHIỆM VỤ : 06/09/2014

IV NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: 08/06/2015

V CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: Tiến Sĩ Nguyễn Mạnh Tuấn

Tp HCM, ngày tháng năm 201

CÁN BỘ HƯỚNG DẪN CHỦ NHIỆM BỘ MÔN ĐÀO TẠO

TRƯỞNG KHOA KỸ THUẬT XÂY DỰNG

TS NGUYỄN MINH TÂM

LỜI CẢM ƠN!

Trong quá trình học tập, nghiên cứu thực hiện luận văn tốt nghiệp, tôi đã được tập thể Quý Thầy, Cô thuộc Bộ Môn Cầu Đường, Khoa kỹ thuật Xây Dựng, Phòng đào tạo sau đại học của Trường đại học Bách Khoa Tp HCM nhiệt tình giảng dạy, hướng dẫn,

bổ sung thêm nhiều kiến thức sâu về chuyên môn, vững vàng hơn trong công tác và nghiên cứu khoa học Đây là một cơ hội rất tốt giúp tôi tiếp cận tri thức khoa học mới Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành của mình đối với Quý Thầy, Cô Đặc biệt, tôi xin gởi lời cảm ơn sâu sắc đến Thầy TS Nguyễn Mạnh Tuấn đã tận tình hướng dẫn và giúp đỡ tôi trong suốt thời gian thực hiện luận văn tốt nghiệp Thầy đã hướng dẫn tôi nhiệt tình từ cách viết bài báo khoa học đến báo cáo tại các hội thảo khoa học

Xin cảm ơn Phòng thí nghiệm trọng điểm đường bộ III - Viện Khoa học & Công nghệ giao thông vận tải, Công ty Cổ phần Đầu tư và Xây dựng BMT, công ty TNHH nhựa đường Petrolimex - Kho nhựa đường Nhà Bè đã giúp đỡ tôi trong quá trình thực hiện luận văn này

Trong thời gian thực hiện luận văn ngoài những cố gắng của bản thân tôi còn nhận được sự giúp đỡ rất nhiệt tình của các đồng nghiệp, của bạn bè, sự động viên giúp đỡ

từ gia đình đã tạo điều kiện để tôi có thể hoàn thành luận văn này

Cuối cùng cho tôi gửi lời chúc sức khỏe và hạnh phúc đến quý Thầy Cô, gia đình và bạn bè, đồng nghiệp!

Tp.HCM,ngày 29 tháng 8 năm 2015

Trần Ngọc Huấn

Công nghệ tái chế vật liệu làm đường đang được đòi hỏi áp dụng cấp bách tại Việt Nam, do công nghệ này có thể làm giảm sự khai thác ngày càng cạn kiệt của nguồn tài nguyên đá và làm giảm dòng chảy ngoại tệ cho việc nhập khẩu nhựa đường Tái chế nóng bê tông nhựa tại trạm trộn là một trong những phương pháp đem lại hiệu quả cao, kiểm soát tốt được chất lượng Câu hỏi đặt ra cho việc áp dụng công nghệ này là: Việc thiết kế cấp phối, lựa chọn hàm lượng nhựa mới tối ưu đưa vào bê tông nhựa tái chế nóng được thực hiện như thế nào? Các chỉ tiêu cơ lý của bê tông nhựa tái chế nóng liệu có đáp ứng được yêu cầu kỹ thuật cho bê tông nhựa nóng thông thường hay không?… Đề tài thực hiện thiết kế 5 cấp phối bê tông nhựa theo phương pháp Marshall Đó là cấp phối bê tông nhựa truyền thống sử dụng vật liệu mới, nhựa đường 60/70 (làm mẫu đối chứng), cấp phối bê tông nhựa tái chế nóng sử dụng 20% vật liệu RAP với hiệu suất trộn giữa nhựa đường mới và

cũ giả sử là 100% và 70%, cấp phối bê tông nhựa tái chế nóng sử dụng 20% vật liệu RAP với hiệu suất trộn giữa nhựa đường mới và cũ giả sử là 100% và 70% Các chỉ tiêu cơ lý được khảo sát để so sánh các loại hỗn hợp bê tông nhựa là: Thí nghiệm

mô đun đàn hồi vật liệu, thí nghiệm cường độ chịu kéo uốn, thí nghiệm xác định tỷ

số đánh giá phá hoại dưới tác động của độ ẩm TSR

Dựa vào các số liệu thu được từ thí nghiệm có thể kết luận rằng: bê tông nhựa tái chế nóng có các chỉ tiêu kỹ thuật đáp ứng yêu cầu của bê tông nhựa nóng truyền thống Cần thiết phải xem xét đến tỷ lệ trộn thực tế giữa nhựa đường mới và nhựa đường cũ khi thiết kế tối ưu hàm lượng nhựa đường mới trong bê tông nhựa tái chế nóng thay vì là tỷ lệ trộn hoàn toàn theo MS-20./

Recycling road materials technology are in urgent need to apply in Vietnam because it can reduce the exploitation of exhausted resources and our currency for asphalt import Reclaimed asphalt pavement (RAP) using hot-central plant is one of the most effective methods and high-quality control The questions for the application of this technology are: How were the mix design, the optimum new asphalt content into the hot mix asphalt recycling? The physical and mechanical characteristic of hot mix asphalt recycling meets technical requirements for original hot mix asphalt concrete or not? This thesis is finished to design 5 asphalt concrete mixtures by Marshall method Those mixtures are: hot mix asphalt used new materials, bitumen 60/70 (as control mix), hot mix asphalt recycling using 20% RAP with degree of blending of new and old asphalt assumed to 100% and 70%, hot mix asphalt recycling using 40% RAP with degree of blending of new and old asphalt assumed to 100% and 70% Mechanical characteristics were examined to compare between those mixtures such as resilient elastic modulus, bending strength, and resistance of mixtures to moisture-included damage

From test results, mechanical characteristic of the hot mix asphalt recycling mixtures meet requirement of Vietnam’s hot mix asphalt standard It is necessary to consider the actual degree of blending of new and old asphalt when designing optimal new asphalt content in hot mix asphalt recycling instead of completely degree of blending according to the MS-20

Tôi xin cam đoan luận văn thạc sĩ kỹ thuật “NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ TỐI ƯU HÀM LƯỢNG NHỰA ĐƯỜNG MỚI ĐƯA VÀO BÊ TÔNG NHỰA TÁI CHẾ NÓNG” là công trình nghiên cứu của cá nhân tôi Các số liệu trong luận văn

MỤC LỤC

STT Đề mục Trang

CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU CHUNG

1.5 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài nguyên cứu 3

CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN

2.1.3.3 Các thí nghiệm trong phòng mô phỏng quá trình lão hóa của nhựa

đường và bê tông nhựa

12

2.2.1 Tái chế nguội tại hiện trường-CIR (Cold In-Place Recycling) 15

2.2.3 Tái chế nóng tại hiện trường-HIR (Hot In-Place Recycling) 20 2.3 Tổng quan về tái chế nóng bê tông nhựa tại trạm trộn 22

2.3.2 Sản xuất bê tông nhựa tái chế nóng tại trạm trộn 27 2.3.3 Thiết kế cấp phối bê tông nhựa tái chế trong phòng thí nghiệm 31 2.3.3.1 Thu hồi lại nhựa đường lão hóa trong hỗn hợp RAP 33

2.3.3.3 Cơ chế khuếch tán của nhựa đường mới vào nhựa đường cũ trong

hỗn hợp bê tông nhựa tái chế

37 2.3.2.4 Chuẩn bị mẫu bê tông nhựa tái chế trong phòng thí nghiệm 41

STT Đề mục Trang

2.4 Thử nghiệm bê tông nhựa tái chế nóng tại Việt Nam 43 CHƯƠNG 3: THÍ NGHIỆM VẬT LIỆU VÀ THIẾT KẾ CẤP PHỐI

3.1 Kiểm tra chất lượng của các thành phần trong rap 46

3.3 Thí nghiệm hỗn hợp nhựa đường trong bê tông nhựa tái chế nóng 49

3.4 Thí nghiệm vật liệu mới phục vụ thiết kế cấp phối 42

3.5.1 Nguyên tắc thiết kế hỗn hợp BTN theo phương pháp Marshall 57 3.5.2 Thiết kế cấp phối BTN truyền thống (Mẫu đối chứng) 64

3.5.3.1 Trình tự thiết kế hỗn hợp BTNTCN sử dụng 20% RAP 69 3.5.3.2 Trình tự thiết kế hỗn hợp BTNTCN sử dụng 40% RAP 49

3.5.4.1 Nhận xét về quy trình thiết kế cấp phối BTNTCN 82

CHƯƠNG 4 : THÍ NGHIỆM CÁC CHỈ TIÊU CƠ LÝ CỦA HỖN HỢP BÊ TÔNG NHỰA

STT Đề mục Trang

4.2.3 Thí nghiệm sức kháng phá hoại dưới tác nhân độ ẩm 90

4.3.3 Kết quả thí nghiệm sức kháng phá hoại dưới tác nhân độ ẩm 93

CHƯƠNG 5 : KẾT LUẬN, KIẾN NGHỊ VÀ ĐỊNH HƯỚNG NGUYÊN CỨU TIẾP THEO

MỤC LỤC HÌNH ẢNH

STT Tên hình Trang

CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU CHUNG

CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN

Hình 2.2 Ứng xử của mặt đường bê tông nhựa với tải trọng tĩnh 5 Hình 2.3 Biến dạng của mặt đường bê tông nhựa chịu tải trọng bánh xe 7 Hình 2.4 Thay đổi thành phần của nhựa đường trong quá trình trộn, rải

và khai thác [7] (Chipperfield và các cộng sự, 1970)

9

Hình 2.5 Ảnh hưởng của nhiệt độ trộn đến nhiệt độ hóa mềm 10 Hình 2.6 Ảnh hưởng của độ dày màng nhựa tới chỉ số lão hóa 11 Hình 2.7 Tác động của hàm lượng lỗ rỗng đối với quá trình lão hòa của

nhựa đường [10] (Lubbers, H E.,1985)

11

Hình 2.12 Cào bóc mặt đường cũ, chuyển vật liệu lên xe chở về trạm trộn 18 Hình 2.13 Chế tạo hỗn hợp tái chế tại trạm trộn cố định 19 Hình 2.14 Chế tạo vật liệu tái chế tại trạm trộn di động 19

Hình 2.17 RAP thu được bằng cách bóc mặt đường bằng các thiết bị thô

STT Tên hình Trang

Hình 2.24 Trạm trộn liên tục có hệ thống tái chế nóng 29 Hình 2.25 Nguyên lý trộn hỗn hợp BTNTCN tại trạm liên tục truyền

thống

29

Hình 2.26 Trạm trộn liên tục truyền thống dạng trống 30 Hình 2.27 Nguyên lý trộn hỗn hợp BTNTCN tại trạm liên tục Double-

Hình 2.31 Thu hồi nhựa theo phương pháp bay hơi kiểu quay 33

Hình 2.33 Thay đổi thành phần hóa học của nhựa đường sau khi lão hóa

Hình 2.40 Biểu đồ quan hệ độ lún, trồi vệt bánh xe theo thời gian 45 CHƯƠNG 3: THÍ NGHIỆM VẬT LIỆU VÀ THIẾT KẾ CẤP PHỐI

Hình 3.2 Biểu đồ thành phần hạt của cốt liệu trong RAP 47

Hình 3.4 Trộn mẫu bằng máy trộn gia nhiệt chuyên dụng 49 Hình 3.5 Thí nghiệm độ nhớt động học bằng nhớt kế mao dẫn chân

không

50

Hình 3.13 Sơ đồ trình tự thiết kế cấp phối BTNTCN sử dụng 20% RAP 69 Hình 3.14 Toán đồ độ nhớt xác định cấp nhựa đường mới và hàm lượng

chất tái chế

72

Hình 3.15 Sơ đồ trình tự thiết kế cấp phối BTNTCN sử dụng 40% RAP 74

Hình 3.17 Các đường cong cấp phối của hỗn hợp BTNTCN 77

Hình 3.20 Biểu đồ thiết kế theo độ rỗng của các cấp phối BTNTCN sử

dụng 20%RAP so với BTN truyền thống

84

Hình 3.21 Biểu đồ thiết kế theo độ rỗng của các cấp phối BTNTCN sử

dụng 40%RAP so với BTN truyền thống

84

Hình 3.22 Biểu đồ so sánh độ ổn định Marshall của các cấp phối

BTNTCN sử dụng 20%RAP so với BTN truyền thống

85

Hình 3.23 Biểu đồ so sánh độ ổn định Marshall của các cấp phối

BTNTCN sử dụng 40%RAP so với BTN truyền thống

85

CHƯƠNG 4 : THÍ NGHIỆM CÁC CHỈ TIÊU CƠ LÝ CỦA HỖN HỢP BÊ TÔNG NHỰA

STT Tên hình Trang

Hình 4.7 So sánh độ ổn định Marshall của các loại BTN 94

MỤC LỤC BẢNG

STT Tên bảng Trang

CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN

Bảng 2.2 Giá trị mô đun đàn hồi đặc trưng của đoạn tuyến thử nghiệm

CHƯƠNG 3: THÍ NGHIỆM VẬT LIỆU VÀ THIẾT KẾ CẤP PHỐI

Bảng 3.5 Tổng hợp kết quả thí nghiệm các loại nhựa đường 53 Bảng 3.6 Các chỉ tiêu thí nghiệm của nhựa đường 60/70 55

Bảng 3.10 Tóm tắt kết quả thiết kế bin nóng BTNC 12,5 65 Bảng 3.11 Bảng tính thành phần nhựa đường mới trong hỗn hợp

CHƯƠNG 1

MỞ ĐẦU

Tái chế nóng mặt đường nhựa tại trạm trộn – HMAR (Hot Mix Asphalt Recycling) là công nghệ tái sử dụng vật liệu mặt đường nhựa cũ - RAP (Reclaimed Asphalt Pavement) sau khi cào bóc, kết hợp với vật liệu mới để tạo nên hỗn hợp bê tông nhựa tái chế nóng (BTNTCN) thỏa mãn yêu cầu kỹ thuật

Kết quả nghiên cứu trên thế giới cho thấy: sử dụng công nghệ nhựa tái chế nóng mặt đường nhựa tại trạm trộn có nhiều ưu điểm: tiết kiệm chi phí do sử dụng lại vật liệu mặt đường nhựa cũ, giảm thiểu ô nhiễm môi trường do việc thải loại mặt đường cũ gây ra, bê tông nhựa tái chế nóng có cường độ cao, không thua kém nhiều

so với bê tông nhựa nóng nên có thể sử dụng có hiệu quả trong xây dựng đường bộ, bến bãi

Với những ưu điểm của công nghệ tái chế nóng tại trạm trộn, hoàn toàn có thể đẩy mạnh nghiện cứu ứng dụng vào công tác duy tu, bảo trì hệ thống đường bộ ở Việt Nam

Tuy nhiên, các câu hỏi cần quan tâm và làm sáng tỏ như:

- Áp dụng công nghệ tái chế vật liệu này vào nước ta thực tế ra sao?

- Công tác thiết kế, thí nghiệm thử nghiệm để đánh giá chất lượng cần chuẩn

bị như thế nào?

- Việc lựa chọn áp dụng những quy trình tham khảo nào?

- Tình hình vật liệu, thiết bị trong nước liệu có đáp ứng được cho công nghệ hay không?

Bên cạnh đó cũng cần nghiên cứu và ước đoán tỷ lệ pha trộn thực tế giữa nhựa đường cũ trong RAP với nhựa đường mới và chất phụ gia tái chế Từ đó, khuyến nghị chọn các tỷ lệ trộn áp dụng khi thiết kế sao cho phù hợp điều kiện làm việc thực tế của vật liệu

1.2 TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI

Theo số liệu thống kê của Tổng cục đường bộ Việt Nam, đến nay, tổng số chiều dài đường bộ của nước ta lên đến 285.847km Đường quốc lộ có 17.264km, trong đó chiều dài các con đường sử dụng lớp mặt BTN là 27.000km (khoảng 12.000 km quốc lộ và khoảng 15.000km đường tỉnh và đường đô thị) Hầu hết mặt đường cấp I, II, III đã sử dụng phổ biến vật liệu BTN Khá nhiều mặt đường BTN

có niên hạn sử dụng trên 10 năm Về mạng lưới đường đô thị, tổng chiều dài lưới đường BTN ở các thành phố như Hà Nội, Hồ Chí Minh, Đà Nẵng, Cần Thơ cũng đến hàng nghìn Km Nhìn chung, hệ thống đường này chủ yếu là đuờng cũ, kết cấu móng đường yếu Cường độ tổng thể nền mặt đường các đoạn xây dựng trước năm

2000 thường có Eđh chung khi hoàn thành từ 120-140MPa Và các đoạn đường xây dựng sau năm 2000 thường có Eđh chung khi hoàn thành từ 140-180MPa

Nhìn chung, việc tái sử dụng có hiệu quả vật liệu móng, mặt đường cũ ở nước

ta còn chưa được quan tâm đúng mức Giải pháp thường áp dụng ở Việt Nam là bổ sung lên mặt đường cũ lớp kết cấu mới Tại các khu vực bị khống chế cao độ (đường đô thị, đường đầu cầu, mặt cầu ) thường áp dụng giải pháp đào bỏ kết cấu

cũ và thay bằng kết cấu mới Các giải pháp này có nhiều điểm chưa phù hợp, làm cho cao độ mặt đường nâng lên quá cao, hoặc chưa tận dụng được lớp vật liệu cũ, trong khi nguồn tài nguyên đá của nước ta không còn phong phú như trước Đặc biệt là với hệ thống đường có móng đường yếu thì giải pháp phủ thêm 1 lớp sẽ ít hiệu quả hơn là giải pháp tái chế móng mặt đường

Với mạng lưới đường bộ ở nước ta hiện nay, mỗi năm cần hàng triệu m3

vật liệu để duy tu, bảo dưỡng mặt đường trong khi nguồn vật liệu này phân bố không đều, điều kiện khai thác khó khăn, số lượng mỏ đá đảm bảo chất lượng không nhiều, cự ly vận chuyển xa, giá thành cao Nhựa đường phải nhập ngoại rất tốn kém Do vậy, việc tái sử dụng lượng vật liệu hiện có không những tiết kiệm thời gian, chi phí mà còn giảm thiểu tác động môi trường Chính vì vậy, nhu cầu tái chế đường bộ Việt Nam hiện nay và trong tương lai sẽ rất lớn Việc nghiên cứu công nghệ tái chế phù hợp cho Việt Nam là cần thiết

1.3 MỤC ĐÍCH CỦA ĐỀ TÀI

Đề tài tập trung nghiên cứu thiết kế tối ưu hàm lượng nhựa đường mới thêm vào hỗn hợp BTNTCN Dựa trên kết quả thiết kế hàm lượng tối ưu đó, tiến hành đúc mẫu khảo sát các chỉ tiêu cơ lý của hỗn hợp BTNTCN có so sánh với mẫu đối chứng là bê tông nhựa sử dụng vật liệu mới hoàn toàn

 Đối tượng nghiên cứu: Nghiên cứu cấp phối BTNTCN với hàm lượng 20 và

40% bê tông nhựa thu hồi; có tỉ lệ trộn lẫn các loại nhựa đường trong hỗn

hợp là 100% và 70% Hỗn hợp nhựa đường trong các cấp phối BTNTCN

 Phạm vi nghiên cứu:

 Nghiên cứu tổng quan tái chế mặt đường bê tông nhựa

 Thiết kế cấp phối BTNTCN Lựa chọn hàm lượng nhựa đường mới tối ưu đưa vào hỗn hợp BTNTCN

 Nghiên cứu thử nghiệm đánh giá chất lượng các loại cấp phối BTNTCN

1.6 CẤU TRÚC LUẬN VĂN

Cấu trúc luận văn gồm các chương sau:

 Chương 1: Mở đầu

 Chương 2: Tổng quan

 Chương 3: Thí nghiệm vật liệu và thiết kế cấp phối

 Chương 4: Thí nghiệm các chỉ tiêu cơ lý của hỗn hợp bê tông nhựa

 Chương 5: Kết luận – kiến nghị và định hướng nghiên cứu tiếp theo

Hình 1.1 Sơ đồ trình tự thử nghiệm trong phòng

CHƯƠNG 2 TỔNG QUAN

2.1 TỔNG QUAN VỀ BÊ TÔNG NHỰA

2.1.1 Định nghĩa và phân loại

Bê tông nhựa là hỗn hợp giữa nhựa đường, cốt liệu đá, khoáng vật tạo nên một hỗn hợp khi nén chặt lại có một cường độ nhất định chịu được bào mòn có thể trải

để làm lớp áo đường Được sử dụng trong các công trình như ; đường ô tô, sân bay, bến bãi…

Dựa vào tỷ lệ của các thành phần cốt liệu hay sự phân bố cỡ hạt có thể phân loại bê tông nhựa thành 3 loại : cấp phối hở (Open-graded), cấp phối gián đoạn (Gap-Graded), cấp phối liên tục (Continuous-graded) Cấp phối hở thường được dùng để chế tạo bê tông nhựa rỗng (Porous Asphalt) ứng dụng cho lớp mặt thoát nước Cấp phối gián đoạn thường được ứng dụng để chế tạo lớp phủ mỏng tạo nhám (VTO- theo tiêu chuẩn 22TCN 345-06), Bê tông đá vữa nhựa (Stone Mastic Asphalt), Lớp bê tông nhựa tạo nhám Nova Chip… Cấp phối liên tục được ứng dụng để chế tạo bê tông nhựa chặt (Dense Graded- theo TCVN8819:2011)

Hình 2.1 Các dạng cấp phối

Cỡ sàng (mm)

Cấp phối gián đoạn Cấp phối liên tục Cấp phối hở

Dựa vào nhiệt độ sản xuất có thể phân ra thành: bê tông nhựa rải nóng, bê tông nhựa rải ấm và bê tông nhựa rải nguội

2.1.2 Các tính chất của bê tông nhựa

a) Mô đun độ cứng

Độ cứng là khả năng chống biến dạng của hỗn hợp bê tông nhựa dưới tác động của tải trọng Vì hỗn hợp bê tông nhựa là một vật liệu nhớt đàn hồi, độ cứng của hỗn hợp bê tông nhựa thông thường bao gồm các thành phần đàn hồi và nhớt Tỷ lệ của mỗi thành phần này chủ yếu dựa vào nhiệt độ và thời gian gia tải Với thời gian chịu tải ngắn và nhiệt độ làm việc thấp, hỗn hợp bê tông nhựa sẽ ứng xử đàn hồi Ngược lại, mối quan hệ giữa ứng suất và biến dạng sẽ theo mô hình nhớt khi làm việc ở nhiệt độ cao và thời gian gia tải lâu [1] (Read và Whiteoak, 2003)

Mô đun độ cứng của bê tông nhựa được xác định theo công thức sau:

kỳ gia tải (hình 2.3) Điều này sẽ gây ra hiện tượng lún mặt đường

Hình 2.2 Ứng xử của mặt đường bê tông nhựa với tải trọng tĩnh

Hình 2.3 Biến dạng của mặt đường bê tông nhựa chịu tải trọng bánh xe c) Tính mỏi của hỗn hợp bê tông nhựa

Đặc trưng mỏi có thể được định nghĩa là: "Hiện tượng bị gãy khi ứng suất lặp

đi lặp lại hoặc dao động có giá trị tối đa thường nhỏ hơn so với độ bền chịu kéo của vật liệu" [3] (Pell, 1988) Tuy nhiên, ứng suất kéo gây ra trên kết cấu áo đường

Ứng suất

Biến dạng GIA TẢI DỠ TẢI

không chỉ là do tải trọng giao thông mà còn do ảnh hưởng của môi trường xung quanh, ví dụ, sự biến động của nhiệt độ môi trường xung quanh Read (1996) [4] cũng xác định tính mỏi như: "Đặc trưng mỏi trong mặt đường bê tông nhựa là hiện tượng nứt Nó bao gồm hai giai đoạn chính, nứt ban đầu và nứt lan truyền, và được gây ra bởi ứng suất kéo tổng thể trong kết cấu áo đường không chỉ do tải trọng giao thông mà còn do thay đổi nhiệt độ và hoạt động thi công xây dựng" Các dữ liệu thực nghiệm cho thấy rằng: biên độ cường độ 30-200 microstrain là điều kiện có thể xảy ra phá hoại do mỏi [5] (Brown, 2000)

2.1.3 Độ bền của vật liệu bê tông nhựa

Mặt đường bê tông nhựa nói chung là để chịu tác động của tải trọng giao thông trong điều kiện khí hậu nhất định Trong vòng đời khai thác, mặt đường bê tông nhựa phải chịu được những tác động để nâng cao được hiệu quả sử dụng Do

đó, độ bền của mặt đường bê tông nhựa được khái niệm như sau (trích dẫn trong [6] Scholz, 1995): "Độ bền của hỗn hợp bê tông nhựa được định nghĩa là khả năng chống lại các tác động của nước, lão hóa và sự thay đổi nhiệt độ của hỗn hợp vật liệu, trong quá trình khai thác mà không bị suy giảm đáng kể trong thời gian dài " 2.1.3.1 Cơ chế lão hóa của bê tông nhựa

Bê tông nhựa là hỗn hợp của nhựa đường và cốt liệu đá nên có thể hiểu cơ chế lão hóa của bê tông nhựa chính là cơ chế lão hóa của nhựa đường trong hỗn hợp Lão hóa của bê tông nhựa được phân làm 2 thời kỳ : thời kỳ hóa già nhanh (Short-term Aging) xảy ra trong quá trình sản xuất và thi công bê tông nhựa và thời kỳ hóa già lâu (Long- term Aging) xảy ra trong quá trình khai thác của bê tông nhựa Có nhiều nguyên nhân dẫn đến sự lão hóa của nhựa đường nhưng chủ yếu dựa trên 4 cơ chế chính, đó là:

- Mất thành phần dầu do bị hấp thụ vào cốt liệu

- Thay đổi thành phần hóa học do các phân tử trong nhựa đường bị phản ứng ôxy hóa bởi ôxy trong môi trường

- Cấu trúc phân tử gây ra hiệu ứng thuận nghịch (hóa cứng vật lý)

- Mất mát thành phần bi tum do bay hơi

nh sơ đồ hóa già nhựa đường

Hình 2.4 Thay đổi thành phần của nhựa đường trong quá trình trộn, rải và khai thác

[7] (Chipperfield và các cộng sự, 1970)

2.1.3.2 Một số tác nhân ảnh hưởng đến sự lão hóa

Ảnh hưởng của nhiệt độ trộn bê tông nhựa

Yêu cầu khi trộn phải bảo đảm nhiệt độ đủ cao để nhựa đường phân bố đều và nhanh trên bề mặt cốt liệu, do đó phải cố gắng hết mức để giảm thiểu thời gian trộn

ở nhiệt độ thấp nhất Nhiệt độ trộn càng cao thì mức độ oxy hóa của lớp nhựa đường mỏng phủ trên bể mặt cốt liệu càng lớn

Điều này được minh họa ở đổ thị hình 2.5, khi tăng nhiệt độ trộn thêm 5,5°c đối với thời gian trộn tiêu chuẩn 30 giây, điểm hóa mềm của nhựa đường [8] (Whiteoak và cộng sự (1989)) sẽ tăng thêm 1°C Do đó người ta phải quy định mức nhiệt tối thiểu và tối đa cho quá trình trộn Nếu cốt liệu bị đun quá nóng có thể xảy

ra hiện tượng nhựa đường sẽ bong khỏi cốt liệu trong thời gian bảo quản tại trạm trộn hay trên đường vận chuyển đến công trường

Hình 2.5 Ảnh hưởng của nhiệt độ trộn đến nhiệt độ hóa mềm

Ảnh hưởng của màng nhựa bao bọc cốt liệu

Trong quá trình trộn với cốt liệu, tất cả các cốt liệu và bột khoáng đều được phủ một lớp màng nhựa đường mỏng, lớp màng đó thường có độ dày khoảng 5 - 1 0micrôn Như vậy, khi trộn nhựa đường với cốt liệu nóng và dàn ra thành lớp mỏng thì điều kiện để quá trình ôxy hóa và bay hơi các thành phần dầu là rất thuận lợi Sự hóa cứng của nhựa đường trong quá trình này là rất đáng kể và phải được cân nhắc khi lựa chọn cấp nhựa đường để sử dụng Người ta ước tính trong quá trình trộn thảm nhựa đường bị hóa cứng xấp xỉ một cấp có nghĩa là 100 pen xuống 70 pen, 70 pen xuống 50 pen Tuy vậy, mức độ hóa cứng phụ thuộc vào một số yếu tố như nhiệt độ, thời gian trộn, hàm lượng nhựa đường, tức là độ dày của lớp màng nhựa đường phủ trên cốt liệu Việc ngăn chặn nguyên nhân làm nhựa đường hóa cứng trong quá trình trộn thảm phụ thuộc vào việc kiểm soát một cách kỹ lưỡng tất cả các yếu tố này Đặc biệt, việc kiểm soát nhiệt độ và hàm lượng nhựa đường là cực kỳ quan trọng Tương tự, hình 2.6 cho thấy rằng giảm độ dày của lớp màng nhựa đường sẽ làm tăng đáng kể chỉ sổ lão hóa (tỷ lệ giữa độ nhớt của nhựa đường lão hóa a so với độ nhớt của nhựa đường ban đầu 0) của nhựa đường [9] (Jacob (1981))

Hình 2.6 Ảnh hưởng của độ dày màng nhựa tới chỉ số lão hóa

Ảnh hưởng của độ rỗng lớp bê tông nhựa mặt đường

Hình 2.7 Tác động của hàm lượng lỗ rỗng đối với quá trình lão hòa của nhựa đường

[10] (Lubbers, H E.,1985)

Phần lớn sự hóa cứng của nhựa đường xuất hiện trong quá trình trộn và tiếp tục hóa cứng nhưng ở quy mô nhỏ hơn trong quá trình bảo quản và vận chuyển nóng Tuy nhiên, với các điều kiện thời tiết khắc nghiệt, sự hóa cứng nhựa đường cũng có thể xảy ra trên mặt đường Yếu tố cơ bản tác động đến sự hóa cứng của nhựa đường trên mặt đường là độ rỗng của hỗn hợp thảm sau khi đầm nén Hình 2.7

mô tả các đặc điểm của nhựa đường ỏ hiện trường của bêtông nhựa 5 năm tuổi có

độ rỗng từ 3 - 12% ( Với độ rỗng nhỏ hơn 5% thì nhựa đường rất ít bị hóa cứng

trên đường Tuy vậy, với độ rỗng lớn hơn 9% thi độ kim lún ở hiện trường giảm đi

từ 70 xuống dưới 25

2.1.3.3 Các thí nghiệm trong phòng mô phỏng sự lão hóa của nhựa đường và bê tông nhựa

Lão hóa nhựa đường

Trong thí nghiệm lò thử nghiệm màng mỏng nhựa đường (TFOT - ASTM D 1754), các điều kiện trong thí nghiệm được mô phỏng sát hơn với các điều kiện thực tế nhựa đường bị lão hóa trong ngắn hạn (quá trình sản xuất, thi công) Ở thí nghiệm này nhựa đường được giữ ở nhiệt độ 163°c trong 5 giờ dưới dạng một lớp mỏng có độ dày là 3,2 mm (xem ảnh 2.8) Người ta cho rằng trong thí nghiệm này,

độ hóa cứng đạt được xấp xỉ với trong thực tế Tuy nhiên, trong thí nghiệm này sự khuyếch tán các lớp nhựa đường cũng bị hạn chế và không thể có được sự hóa cứng hay lão hóa đồng nhất

Vào năm 1963, Cục công trình công cộng bang California, Phòng Đường cao tốc đã xây dựng một thí nghiệm mô phỏng tốt hơn những điều đã xảy ra với nhựa đường trong quá trình trộn thảm, đó là thí nghiệm màng mỏng lò quay (RTFOT) [11] (Hveem và cộng sự, 1963) Trong thí nghiệm này 8 lọ thuỷ tinh hình trụ chứa 35g nhựa đường được cố định trên một giá quay dựng theo phương thẳng đứng (xem ảnh 2.9) Trong quá trình thí nghiêm nhựa đường chảy liên tục quanh mặt trong của lọ thủy tinh dưới dạng một lớp màng tương đối mỏng cùng với không khí nóng được thổi định kỳ vào từng lọ Nhiệt độ của thí nghiệm này là 163°C trong thời gian là 75 phút Phương pháp này đảm bảo rằng tất cả các mẫu nhựa đường đều được tiếp xúc với nhiệt và không khí và tiếp tục chuyển động đảm bảo không hình thành lớp nhựa đường Vật liệu bị lão hóa đồng nhất tương tự như vật liệu được sản xuất trong quá trình trộn thực tế Rõ ràng là thí nghiệm này không giống với các thực nghiệm khác, mà qua thí nghiệm này đã chứng tỏ rằng lượng hóa cứng trong thí nghiệm RTFOT tương ứng với lượng quan trắc được trong máy trộn theo công nghệ từng mẻ truyền thống Thí nghiệm RTFOT đã được Hiệp hội kiểm nghiệm vật

liệu Hoa kỳ chấp nhận từ năm 1970 và trở thành tiêu chuẩn thí nghiệm ASTM D

2872

Cả hai phương pháp trên đều phục vụ mô phỏng trạng thái hóa già của nhựa đường trong ngắn hạn, tức là trong giai đoạn sản xuất và rải hỗn hợp Ngoài ra còn phương pháp sử dụng bộ dụng cụ hóa già áp suất Vessel (Pressure Aging Vessel (PVA)) Phương pháp này sử dụng bộ dụng cụ đặc biệt Vessel kết vợp với tác dụng

áp lực 300Kpa, thí nghiệm trong 20 giờ ở 90, 100 hay 110oC nhằm mô phỏng trạng thái hóa già lâu (trong giai đoạn khai thác) của nhựa đường trong khoảng thời gian 7 – 10 năm (xem hình 2.10)

Các mô phỏng trên đây đều được áp dụng để kiểm tra chất lượng của nhựa đường trong phương pháp thiết kế bê tông nhựa Superpave [SP-1][12]

Hình 2.8 Dụng cụ thí nghiệm TFOT Hình 2.9 Dụng cụ thí nghiệm RTFOT

Hình 2.10 Dụng cụ thí nghiệm PAV

Lão hóa bê tông nhựa

Những kết quả đạt được trong nghiên cứu mô phỏng lão hóa của hỗn hợp bê tông nhựa đạt được trong nghiên cứu tại dự án A-003A được thực hiện bởi Bell và các cộng sự (1994a) [13] của Chương nghiên cứu đường cao tốc (Mỹ) có ý nghĩa rất lớn Theo nghiên cứu này, nhiều tác nhân của cơ chế lão hóa đã được xem xét như:

độ rỗng dư, nhiệt độ, quá trình sản xuất Giai đoạn lão hóa nhanh, đặc trưng của việc cứng hóa nhựa đường trong quá trình sản xuất , được mô phỏng bởi quá trình làm rời rạc mẫu bê tông nhựa bằng nhiệt độ ở 135 hay 163oC trong 1, 6 và 15 giờ (STOA) Hỗn hợp bê tông nhựa này sau đó được đầm ở độ rỗng 4 và 8% Đối với giai đoạn hóa già lâu (LTOA), mẫu đầm được cưỡng bức trong tủ sấy trong 2 hay 7 ngày ở nhiệt độ không đổi 107oC Trước đó, mẫu đầm được bảo dưỡng ở 40 hay

60oC trong 2 ngày để cho mẫu ổn định Tính chất vật lý của mẫu trước và sau khi hóa già được xác định bằng thí nghiệm mô đun biến dạng và thí nghiệm kéo gián tiếp Kết quả thí nghiệm cho thấy mô đun biến dạng của mẫu sau khi qua giai đoạn STOA cao hơn 4 lần so với mẫu ban đầu và mẫu sau khi qua giai đoạn LTOA cao hơn 6 lần so với mẫu ban đầu Dự án đã kiến nghị như sau:

- STOA : phân rã mẫu trong 4 giờ ở 135oC

- LTOA : mẫu đầm được bảo dưỡng trong 5 ngày ở 85oC hay 2 ngày ở 100o

C Những kiến nghị này sau đó được kiểm nghiệm bằng thử nghiệm hiện trường Sau thử nghiệm hiện trường, Bell và các cộng sự (1994b) [14] đã kết luận rằng:

- STOA : mô phỏng quá trình cứng hóa nhựa đường trong suốt quá trình sản xuất và thi công cộng thêm ít hơn 2 năm khai thác

- LTOA (8 ngày ở 85oC) : mô phỏng sự hóa cứng nhựa đường trong 18 năm khai thác trong điều kiện ẩm ướt - không có băng và 9 năm trong điều kiện ẩm ướt - có băng

Airey (2003) [15] đề nghị điều kiện LTOA trong 4 ngày ở 85oC tương ứng với

15 năm khai thác trong điều kiện ẩm ướt - không có băng và 7 năm trong điều kiện khô - có băng Tuy nhiên, tại AASHTO PP2 (1994) đã đưa ra điều kiện này tương đương với LTOA trong 5 ngày ở 85oC

2.2 TỔNG QUAN VỀ TÁI CHẾ MẶT ĐƯỜNG BÊ TÔNG NHỰA

Những nghiên cứu về các vấn đề kinh tế và môi trường đã thúc đẩy nền công nghiệp tái chế thép, nhôm, chất dẻo, … và các loại vật liệu khác Trong số đó, bê tông nhựa là một trong những loại vật liệu có thể tái chế đã được các nhà nghiên cứu và đầu tư trên thế giới đưa vào ứng dụng rộng rãi Theo nhà nghiên cứu Taylor ,

bê tông nhựa tái chế (Reclaimed Asphalt Pavement - RAP) đã được đề cập đến từ năm 1915 nhưng nó không được phổ biến rộng rãi Đến năm 1970, nhu cầu sử dụng RAP trở nên thiết thực do sự gia tăng giá thành của nhựa đường và sự khan hiếm của vật liệu đá Những vấn đề liên quan đến kinh tế và môi trường này đã thúc đẩy phát triển công nghệ sản xuất bê tông nhựa (BTN) có pha chế RAP (Taylor, N H, 1978) [16]

Theo thống kê của nhà nghiên cứu John Sullivan [17], vào những năm 70 của thế kỉ 20 đã có khoảng 10 triệu tấn RAP (tương ứng 33%) được sử dụng, cho phép giảm đáng kể giá thành của BTN mà vẫn thỏa mãn các đặc tính và chỉ tiêu kĩ thuật Hiện có 4 phương pháp chính sử dụng RAP: tái chế nguội tại trạm trộn, tái chế nóng tại trạm trộn và tái chế nguội tại chỗ, tái chế nóng tại chỗ [18] (Decker, D S., 1997) Theo báo cáo của Cục giao thông Minnesota (Minnesota Department of Transportaion), công nghệ tái chế nóng BTN tại trạm là phương pháp được dùng phổ biến và mang lại hiệu quả cao nhất nhờ những ưu điểm sau [19] (Michael và các cộng sự, 2002):

 Kiểm soát tốt chất lượng BTN như sản xuất BTN nhựa thông thường;

 Tiết kiệm chi phí từ 20 – 30%;

 Không lãng phí tài nguyên đá và nhựa;

 Không gây ô nhiễm môi trường

Ở nước ta, công nghệ tái chế mặt đường bê tông nhựa chưa được phổ biến Từ năm 2011 đến nay mới chỉ đang thí điểm công tác tái chế nguội toàn chiều sâu tại hiện trường và đang trong giai đoạn đánh giá, phát hành quy định tạm thời

2.2.1 Tái chế nguội tại hiện trường-CIR (Cold In-Place Recycling)

Công nghệ CIR được thử nghiệm tại Nước Mỹ vào những năm 1980 Một hệ thống thiết bị để triển khai công tác này, bao gồm: hệ thống máy cào bóc, nghiền sàng, rải vật liệu, xe tải cấp chất kết dính, lu lèn Mặt đường nhựa cũ được cào bóc, nghiền để tạo nên cấp phối thích hợp, sau đó được trộn với chất kết dính Hỗn hợp sau khi trộn được rải ngay lên vị trí vừa cào bóc, được lu lèn đến độ chặt thích hợp

để tạo nên lớp móng mặt đường tái chế nguội (Hình 2.11) Chất kết dính sử dụng trong tái chế nguội có thể là:

- Xi măng hay các chất thủy hóa,

- Nhũ tương nhựa đường (NTNĐ),

- Bi tum bọt’

- Nhũ tương nhựa đường hay bi tum bọt kết hợp với xi măng

Trên lớp tái chế nguội được phủ vật liệu thích hợp, hoặc bê tông nhựa (với đường có lưu lượng xe trung bình hoặc lớn) hoặc lớp láng nhựa Chip Seal với đường có lưu lượng xe thấp

Tái chế nguội hiện trường được phân thành 2 loại:

+ Tái chế nguội hiện trường –CIR (Cold in-place recycling)

+ Tái chế toàn chiều sâu –FDR (Full-depth reclamation)

a) Tái chế nguội hiện trường –CIR

Tái chế nguội hiện trường CIR được sử dụng với đường có lưu lượng xe thấp, trung bình và nhìn chung cần phải có lớp phủ mặt Với lưu lượng xe thấp thường sử dụng loại Chip Seal hoặc Slurry Seal Đường có lưu lượng trung bình cần phủ lớp

bê tông nhựa nóng

Tái chế nguội hiện trường CIR được sử dụng để khắc phục nhiều loại hư hỏng mặt đường và tính tiện nghi mặt đường nhưng không phải nguyên nhân do tải trọng gây ra nhằm hạn chế những hư hỏng tiếp tục phát triển nếu không sửa chữa

Chiều sâu lớp tái chế nguội CIR từ 2,5 cm đến 20 cm, trong đó chiều dày tối

ưu thường từ 2,5 cm đến 10 cm

Độ rỗng dư của hỗn hợp tái chế nguội CIR thường từ 8% đến 15%

Việc lựa chọn đoạn đường đủ điều kiện tái chế nguội CIR là rất quan trọng, bao gồm việc chọn chiều dầy tái chế thích hợp để đạt được cường độ kết cấu thỏa mãn, vì với tái chế nguội hiện trường thì không có thể cải thiện được lớp nền móng phía dưới

Hình 2.11 Tái chế nguội tại hiện trường-CIR

b) Tái chế toàn chiều sâu –FDR

Tái chế toàn chiều sâu FDR thường sử dụng để khôi phục cải tạo đường hoặc xây dựng lại kết cấu đường bộ, hay mở rộng mặt đường nhằm khắc phục triệt để những hư hỏng và tăng sức chịu tải mặt đường

Chiều sâu cào bóc từ 20-30 cm và có thể lớn hơn 30 cm

Trong trường hợp đường có lượng giao thông nặng hoặc rất nặng, tiến hành rải một hoặc nhiều lớp phủ bê tông nhựa nóng lên lớp tái chế nguội

So sánh giữa Tái chế nguội tại hiện trường và tái chế nguội tại trạm trộn rút ra

ưu, khuyết điểm sau:

Ưu điểm của công nghệ tái chế tại hiện trường:

- Rút ngắn thời gian xây dựng: do tiến trình cào bóc tái chế được tiến hành đồng thời, mặt đường tái chế được hoàn thành ngay sau khi hệ thống thiết bị đồng

bộ vận hành nên giảm thời gian xây dựng

- Không phải ngừng giao thông: có thể thi công trên một nửa chiều rộng đường, nửa còn lại vẫn giao thông bình thường

- Giảm giá thành xây dựng: do không phải vận chuyển vật liệu tái chế nên giá thành xây dựng giảm hơn so với công nghệ tái chế nguội tại trạm trộn

Hạn chế:

- Khó kiểm soát chất lượng hỗn hợp tái chế: do tính phù hợp giữa hỗn hợp tái chế thiết kế trong phòng với hỗn hợp tái chế thực tế tại hiện trường; sự đồng đều của hàm lượng chất kết dính khi trộn với vật liệu cũ

- Khó sửa chữa những vị trí hư hỏng phía dưới lớp tái chế: do công đoạn cào bóc, trộn và rải được tiến hành đồng thời, vật liệu cũ được hoàn trả ngay trên mặt đường nên khó nhận biết những vị trí cục bộ bị hư hỏng

2.2.2 Tái chế nguội tại trạm trộn–CCPR

Mô tả công nghệ:

Mặt đường bê tông nhựa cũ được cào bóc bằng máy chuyên dụng, sau đó được đưa vào xe tải vận chuyển đến trạm trộn cố định (Hình 2.12; Hình 2.13) hoặc trạm trộn di động (Hình 2.14 và Hình 2.15) Tại trạm trộn, vật liệu cào bóc được nghiền, sàng, trộn với nhựa đường và chất phụ gia thích hợp Sau đó được vận chuyển ra hiện trường để rải, đầm nén

Hình 2.12 Cào bóc mặt đường cũ, chuyển vật liệu lên xe chở về trạm trộn

Hình 2.13 Chế tạo hỗn hợp tái chế tại trạm trộn cố định

Hình 2.14 Chế tạo vật liệu tái chế tại trạm trộn di động

Hình 2.15 Trạm trộn di động, dễ di chuyển

So sánh giữa Tái chế nguội tại hiện trường và tái chế nguội tại trạm trộn rút ra

ưu, khuyết điểm sau:

Ưu điểm:

- Kiểm soát chất lượng hỗn hợp tái chế tốt, hỗn hợp tái chế được trộn đồng đều Vật liệu tái chế được sàng (nghiền nếu cần thiết), giúp kiểm soát chặt chẽ cấp phối hỗn hợp tái chế Công tác trộn được thực hiện trong trạm trộn cho phép

dễ dàng kiểm soát chất lượng

- Trạm trộn cố định có ưu điểm là công xuất lớn, mặt bằng tập kết vật liệu và chế tạo hỗn hợp tái chế nguội rộng rãi nên dễ dàng cho công tác trộn Trạm trộn di dộng có ưu điểm có thể trộn ngay tại hiện trường (nếu có đủ mặt bằng) hoặc gần vị trí xây dựng nên giá thành vận chuyển vật liệu tái chế hạ hơn so với trạm trộn cố định

- Rất dễ sửa chữa những hư hỏng phía dưới lớp mặt đường cũ do vật liệu sau khi cào bóc đã được vận chuyển đi, lớp móng lộ ra, dễ dàng quan sát và sửa chữa

Hạn chế:

- Giá thành xây dựng cao hơn so với tái chế tại hiện trường, do chi phí vận chuyển vật liệu cào bóc và vận chuyển vật liệu tái chế cao

- Khó khả thi nếu trạm trộn cố định đặt quá xa đoạn đường cần tái chế

2.2.3 Tái chế nóng tại hiện trường-HIR (Hot In-Place Recycling)

Mô tả công nghệ:

Tái chế nóng mặt đường bê tông nhựa tại hiện trường là biện pháp làm nóng

và sửa chữa những khuyết tật của mặt đường như : vết nứt, trồi lún hằn vệt bánh xe,

ổ gà… Về cơ bản, quá trình này bao gồm bốn bước sau:

(1) Làm mềm mặt đường bê tông nhựa bằng máy gia nhiệt,

(2) Cày xới mặt đường và / hoặc loại bỏ cơ học vật liệu bề mặt,

(3) Trộn vật liệu RAP với phụ gia tái chế, chất kết dính nhựa đường, hoặc cốt liệu mới,

(4) Trải trở lại hỗn hợp tái chế trên mặt đường

Công nghệ có thể là một hành trình hay nhiều hành trình Công nghệ một hành trình là một tổ hợp thiết bị được lập thành dây chuyền trên đoạn đường thi công, trong đó vật liệu RAP được làm nóng và trộn với vật liệu mới bổ sung sau đó trải thảm và lu lèn tạo nên mặt đường mới Tái chế nóng tại chỗ thường được thực hiện với chiều sâu 20 – 50mm, điển hình là 25mm

Ưu điểm :

- Thi công nhanh,

- Chất lượng lớp BTN tái chế được kiểm soát tốt

Nhược điểm :

- Chỉ thi công được ở chiều sâu nhỏ

- Không tiết kiệm được năng lượng

- Dây chuyền thi công phức tạp

Hình 2.16 Dây chuyền thi công Tái chế nóng tại chỗ

2.3 TỔNG QUAN VỀ TÁI CHẾ NÓNG BÊ TÔNG NHỰA TẠI TRẠM TRỘN Công nghệ tái sử dụng vật liệu mặt đường bê tông nhựa cũ (RAP) tại trạm trộn

bê tông nhựa nóng là phương pháp có nhiều ưu điểm Bê tông nhựa tái chế được sản xuất tại trạm trộn bê tông nhựa nóng chuyên dụng (có bộ phận cấp liệu RAP riêng)

để tạo nên hỗn hợp BTNTSN thỏa mãn yêu cầu tương đương với bê tông nhựa nóng

sử dụng vật liệu mới Cả 2 loại trạm trộn liên tục hoặc chu kỳ gián đoạn (gọi tắt là chu kỳ) đều có thể dùng để tái chế hỗn hợp [20] (Servas , V., 1980)

Vật liệu RAP sau khi cào bóc khỏi mặt đường hiện tại, được vận chuyển tới một trạm trộn bê tông nhựa nóng, ở đó chúng có thể được đổ thành đống để dùng sau này hoặc được gia công ngay Bằng cách nghiền, sàng RAP được làm nhỏ và phân loại tùy theo mục đích sử dụng trước khi trộn bổ sung cốt liệu mới, nhựa đường mới, chất tái chế (có hoặc không)

Công nghệ tái chế nóng mặt đường nhựa tại trạm trộn được thực hiện theo những bước sau:

- Cào bóc lớp mặt đường nhựa cũ hiện hữu từ mặt đường;

- Vận chuyển vật liệu về trạm trộn bê tông nhựa hoặc tồn chứa trong kho;

- Nghiền và sàng vật liệu RAP theo kích thước mắt sàng phù hợp để khi phối trộn với cốt liệu mới (đá dăm, cát, bột khoáng) sẽ tạo nên cấp phối cốt liệu phù hợp;

- Đưa RAP vào phễu chứa và vận chuyển đến buồng trộn để trộn chung với vật liệu mới theo cấp phối đã được thiết kế từ phòng thí nghiệm;

- Vận chuyển hỗn hợp BTNTCN ra công trường và thi công (rải, lu lèn) như với lớp bê tông nhựa thông thường

2.3.1 Thu hồi, nghiền sàng và bảo quản RAP

Có nhiều phương pháp thu hồi RAP, trong đó phổ biến bao gồm cào, cuốc, khoan cắt mặt đường cũ bằng các thiết bị thô sơ hoặc các thiết bị cơ giới (hình 2.17); cào bóc bằng máy cào chuyên dụng có chức năng nghiền (milling machine) (hình 2.18); thu gom từ sản phẩm phế thải tại trạm do quá trình sản xuất hỏng Thông thường RAP thu được từ các thiết bị chuyên dụng có kích thước nhỏ và

tương đối đồng nhất hơn các nguồn khác Do tính không đồng nhất giữa các nguồn RAP nên một số đơn vị như Cục quản lý đường cao tốc Hoa Kỳ (FHWA), khuyên không nên trộn lẫn các nguồn RAP khác nhau mà cần phải phân loại theo từng dự

án [21] Tuy nhiên trên thực tế thì các nhà sản xuất thường trộn lẫn nhiều nguồn và chỉ tách riêng RAP của dự án khi có yêu cầu hoặc cần thiết Trên 22 Tiểu Bang Mỹ cho phép việc trộn lẫn RAP từ nhiều nguồn khác nhau (hình 2.19) Việc chọn phương án phân loại, từ đó đưa ra các mô hình nghiền, nghiền, sàng, lưu trữ RAP phụ thuộc vào nhiều yếu tố:

- Các quy định bắt buộc của cơ quan quản lý địa phương

- Diện tích kho bãi

- Lượng RAP tích trữ chung

- Lượng RAP tích trữ của dự án riêng biệt

- Hàm lượng RAP sử dụng trong hỗn hợp tái chế

- Yêu cầu đặc biệt của dự án

Hình 2.17 RAP thu được bằng cách bóc mặt đường bằng các thiết bị thô sơ

Hình 2.18 RAP thu từ máy cào bóc có kích thước nhỏ và tương đối đồng nhất.

Hình 2.19 - RAP từ nhiều nguồn khác nhau

Quá trình nghiền, nghiền, sàng RAP được thực hiện cho các mục đích sau:

- Tạo ra các bãi đồng nhất từ việc thu hồi RAP từ nhiều nguồn