Nghiên cứu tái sử dụng bêtông asphalt phế liệu để làm đường bê tông asphalt

hàm lượng nhựa R: 57 Trình tự tiến hành chọn loại nhựa đường mới như sau: Trên Hình 3.3: Điểm A là độ nhớt của nhựa đường bị lão hóa tại 100000 poises (1× 105). Điểm B là giao điểm của giá trị độ nhớt mong muốn được chọn là 2000 poises (2 ×103) và nhựa đường mới có R =57. Nối đường thẳng AB kéo dài trục tung bên phải tại điểm C có giá trị là 180 poises (1.8×103). Điểm C chính là loại nhựa đường mới cần chọn (tương ứng với trình tự lựa chọn loại nhựa đường mới ở trên). Mục đích tiếp theo là nếu muốn sử dụng loại nhựa nhựa đường mới AC-20 thì phải xác định xem cần bao nhiêu tác nhân tái (dung môi) để chế tạo AC – 20 để được đạt được độ nhớt là 180 poises. Ta làm như sau: Chấm điểm D với giá trị độ nhớt của AC -20 là 2000 poises (2×103) trên trục tung bên tay trái. Chấm điểm E với giá trị độ nhớt của tác nhân tái chế (dung môi) với giá trị là 1 poises trên trục tung bên tay phải. Kẻ đường DE. Kẻ đường CF song song với trục hoành cắt DE ở F. Kẻ đường qua F và song song với trục tung cắt trục hoàng ở giá trị là 22 (%). Giá trị 22 có nghĩa là: nếu 1 thùng AC - 20 có thêm vào 22% tác nhân tái chế (dung môi) sẽ tạo nên 1 loại nhựa mới có độ nhớt ước tính là 180 poises. Bước 6: Thiết kế tối ưu hàm lượng nhựa của hỗn hợp bêtông nhựa Thiết kế tối ưu hàm lượng nhựa được thực hiện trên cơ sở phương pháp Marshall nhằm tuyển chọn hỗn hợp bêtông nhựa thiết kế tương tự với việc thiết kế bêtông nhựa mới. Trên cơ sở cấp phối cốt liệu đã được phối hợp nằm trong đường bao chuẩn (bao gồm cốt liệu RAP, cốt liệu RAM, cốt liệu mới) tiến hành cânn đong xác định khối lượng cụ thể các tỷ lệ thành phần cho ít nhất là 5 tổ mẫu với hàm lượng nhựa tăng hay giảm với số gia là 0.5% xung quanh giá trị tổng hàm lượng nhựa yêu cầu đã biết. Ví dụ: giả sử nhu cầu gần đúng về nhựa được tính ở ví dụ trên là 5.41%, thì các tổ mẩu sẽ lựa chọn có hàm lượng nhựa tương ứng là: 4.5%; 5%; 6%; 6.5%. Một đặc thù của phương pháp thiết kế bêtông nhựa tái chế là do giữa tổng hàm lượng nhựa theo yêu cầu Pb, lượng nhựa mới cho thêm vào hỗn hợp Pnb, lượng RAP có trong hỗn hợp Psm, lượng cốt liệu mới cho thêm vào hỗn hợp Pns… có quan hệ với nhau như Bảng 3.3. Nên việc xác định các tỷ lệ thành phần cốt liệu RAP, RAM, cốt liệu mới cũng như tỷ lệ lượng nhựa mới cho thêm vào hỗn hợp cũng sẽ thay đổi phụ thuộc vào sự thay đổi của tổng hàm lượng nhựa yêu cầu Pb. Tóm tắt những công thức xác định các thành phần vật liệu trong hỗn hợp nhựa đường trộn nóng tái chế (với hàm lượng nhựa tính theo tổng khối lượng hỗn hợp) được trình bày ở Bảng 3.3. Bảng 3.3: Các công thức xác định các thành phần vật liệu trong hỗn hợp nhựa đường trộn nóng tái chế Lượng nhựa đường mới cho thêm vào hỗn hợp, Pnb (%) Lượng RAP có trong hỗn hợp, Psm (%) Lượng cốt liệu mới và RAM (nếu có) cho thêm vào hỗn hợp, Pns (%) Tổng cộng (%) 100 Lượng nhựa mới trên tổng hàm lượng nhựa yêu cầu trong hỗn hợp, R (%) Trong đó: Psm : Lượng RAP trong hỗn hợp tái chế, % Psb : Hàm lượng nhựa đường trong RAP, % Pnb : Hàm lượng nhựa đường mới (và/hoặc tác nhân tái chế) cho thêm vào trong hỗn hợp tái chế, % r : Phầm trăm cốt liệu mới (và/hoặc vật liệu RAM) trên tổng số cốt liệu trong hỗn hợp tái chế. R : Phầm trăm nhựa đường mới (và/hoặc tác nhân tái chế) trên tổng nhựa đường trong hỗn hợp tái chế. Pb : Hàm lượng nhựa đường yêu cầu trong hỗn hợp tái chế, % Trình tự tiến hành thiết kế hàm lượng nhựa tối ưu của hỗn hợp bêtông nhựa tái chế được tiến hành như cụ thể như sau: 1. Xác định tỷ lệ các thành phần vật liệu cho các tổ mẫu tương ứng với các tỷ lệ nhựa thay đổi với bước 0.5% xung quanh giá trị tổng hàm lượng yêu cầu. 2. Nung nóng vật liệu: Với vật liệu RAP: cần được nung nóng và duy trì ở nhiệt độ trộn. Với cốt liệu mới và RAM: được nung nóng tới nhiệt độ cao hơn nhiệt độ trộn 200C. 3. Trộn hỗn hợp: Tiến hành trộn đều cốt liệu mới (và RAM) với RAP, sau đó mới cho thêm nhựa đường mới vào. 4. Đúc mẫu: Mỗi tổ mẫu tương ứng với 1 hàm lượng nhựa được đúc với 3 mẫu. Tiến hành lựa chọn ít nhất là 5 tổ mẫu với hàm lượng nhựa tăng hoặc giảm với số gia 0.5%. 5. Xác định các chỉ tiêu của mẫu thí nghiệm: Tiến hành thí nghiệm xác định các chỉ tiêu Marshall của các tổ mẫu đúc: độ bền, độ dẻo. Tính toán xác định các chỉ tiêu độ rỗng dư,khối lượng thể tích của các mẫu đúc. 6. Chọn hỗn hợp bêtông nhựa thiết kế: Trên cơ sở kết quả thí nghiệm: độ bền, độ dẻo, độ rỗng dư, khối lượng thể tích của các mẫu đúc, tiến hành vẽ các đồ thị quan hệ sự thay đổi của các đại lượng đó với sự thay đổi hàm lượng nhựa. Trên cơ sở kết quả của các đồ thị quan hệ đó, dễ dang xác định được hỗn hợp BTN thiết kế với hàm lượng nhựa tối ưu. Ví dụ 6: Minh hoạ cho việc tính toán hàm lượng cốt liệu phục vụ cho thiết kế bêtông nhựa theoMarshall. Giả sử hỗn hợp cốt liệu được phối hợp thoã mãn đường cong chuẩn đã biết là: 50% cốt liệu RAM,20% cốt liệu mới, r = 70 %. 30% cốt liệu RAP. Hàm lượng nhựa đường trong RAP, Psb = 6% Tổng hàm lượnh nhựa yêu cầu đã tính, Pb = 5%. Tiến hành tính lượng RAP trong hỗn hợp, Psm và lượng cốt liệu mới cộng RAM, Pns nằm trong 5 tổ mẫu hỗn hợp với các hàm lượng nhựa khác nhau (biến thiên với số gia là 0.5% trên cả 2 mặt của nhu cầu nhựa đường ước tính) là 4%, 4.5%, 5%, 5.5% và 6% theo công thức ở Bảng 3.2, cụ thể sau: Lượng RAP trong hỗn hợp tái chế, Psm (%): Lượng cốt liệu mới cộng với RAM cho thêm vào, Pns (%): Hàm lượng nhựa đường mới cho thêm vào trong hỗn hợp tái chế, Pnb (%): Thay số vào ta có: Kết quả tính chi tiết được thể hiện ở Bảng 3.4 sau: Bảng 3.4: Kết quả xác định các thành phần vật liệu trong hỗn hợp BTN trộn nóng tái chế Thành phần vật liệu trong hỗn hợp BTN ứng với 5 tổ mẫu Tổ mẫu I II III IV V Hàm lượng nhựa Pb 4.0 4.5 5.0 5.5 6.0 2.2 2.7 3.2 3.7 4.2 30.6 30.5 30.5 30.1 30.0 67.2 66.8 66.5 66.2 65.8 Tổng số 100 100 100 100 100 Phần trăm cốt liệu RAM và cốt liệu mới trong Pns RAM = Pns x (50/70) 48.0 47.8 47.5 47.3 47.0 Cốt liệu mới = Pns x (50/70) 19.2 19.0 19.0 18.9 18.8 Tổng () 67.2 66.8 66.5 66.2 65.8 Phần trăm của cốt liệu mới và RAM được xác định như Pns. Cụ thể, tương ứng với 50% RAM và 20% cốt liệu mới được sử dụng trong hỗn hợp cốt liệu thì RAM sẽ là Pns × 50/70 và cốt liệu mới sẽ là Pns × 20/70. Trên cơ sở thành phần vật liệu của 5 tổ mẫu trên, mỗi tổ mẫu tiến hành đúc 3 mẫu và xác định các thông số Marshall tương ứng để tìm ra thành phần vật liệu có hàm lượng tối ưu. Công nghệ xây dựng Trộn hỗn hợp Một đặc thù của việc trộn hỗn hợp bêtông nhựa tái chế là trong hỗn hợp có nhựa cũ, và thường bị ẩm do bảo quản của vật liệu cào bóc. Chính vì vậy trong công đoạn sấy nóng vật liệu khi trộn, cần thiết phải có giải pháp đảm bảo sao cho vật liệu mặt đường nhựa cũ vẫn đảm bảo được sấy khô và nung nóng nhưng tránh đốt trực tiếp dưới ngọn lửa nhiệt độ cao và khí đốt nóng của máy sấy. Điều quan trọng nữa là phải có giải pháp giữ cho nhựa đường cũ có trong mặt đường nhựa tái chế không bị hoá cứng. Chính vì vậy, một vài sự thay đổi trong quy trình công nghệ sản xuất bêtông nhựa tái chế so với phương pháp sản xuất hỗn hợp thông thường là điều cần thiết và đã được áp dụng. Nếu không cải tiến thì việc sản xuất bêtông nhựa tái chế không thể đảm bảo tính kinh tế – kỹ thuật được. Trên thế giới,các nhà chế tạo thiết bị sản xuất bêtông nhựa đã cải tiến các thiết bị trộn bêtông nhựa thông thường nhằm phục vụ cho mục đích tái chế. Cả 2 thiết bị trộn: trộn chu kỳ và quay hỗn hợp phục vụ cho sản xuất bêtông nhựa tái chế đã được tái chế. Cụ thể như sau: Với thiết bị trộn kiểu chu kỳ: Công nghệ duy nhất mà đã được thử thách thành công trong quá trình tái chế thông qua 1 thiết bị trộn chu kỳ là việc cải tiến phương pháp truyền nhiệt. Sự hoạt động của nó được tóm tắt như sau: Cốt liệu mới (và cốt liệu RAM) được cânn đong từ những thùng cấp nguội, sau đó chúng được chuyển sang bộ phận sấy nóng. Từ đó chúng được vận chuyển tới những thùng chứa nóng theo cách thường dùng. Nhìn chung công đoạn này được thực hiện như với việc sản xuất bêtông nhựa thông thường. Riêng với vật liệu RAP, không cần nung nóng hoặc làm khô, vật liệu này được cấp trực tiếp từ bãi chứa tới thùng cấp nguội. Cần thiết phải có 1 thùng cung cấp nguội riêng biệt (chúng được cân như nguyên liệu thứ năm trong 1 thiết bị đong để trộn có 4 thùng chứ thông thường). Sau đó, RAP được vận chuyển tới phễu cân,tại đó chúng được trộn với cốt liệu mới (và RAM) đã được sấy nóng quá nhiệt (sấy với nhiệt độ cao hơn so với thông thường). Tại đây, RAP sẽ được nung nóng nhờ sự truyền nhiệt của cốt liệu mới (và RAM). Nhiệt độ thiết kế trong hỗn hợp bêtông nhựa tái chế trộn nóng sẽ đạt được sau khi hỗn hợp rời khỏi máy trộn. Hàm lượng RAP được sử dụng hiệu quả rong hỗn hợp bêtông nhựa tái chế phụ thuộc vào: Hàm lượng hơi ẩm và nhiệt độ kho chứa của nguyên liệu tái chế. Nhiệt độ yêu cầu của hỗn hợp tái chế. Nhiệt độ quá nhiệt của cốt liệu mới và RAM. Hàm lượng RAP khoảng 40% của hỗn hợp là mặt đường nhựa tái chế tỏ ra có hiệu quả. Tuy nhiên, một giá trị mang tính thực tế hơn là hàm lượng RAP khoảng 20% đến 30%. Với thiết bị trộn kiểu quay liên tục: Khi thiết bị trộn kiểu quay thông thường hoạt động, cốt liệu được nung nóng, sấy khô và trộn với nhựa đường. Kết quả thử nghiệm ban đầu cảu quá trình sản xuất bêtông nhựa tái chế trộn nóng với những thiết bị này vẫn đảm bảo tạo ra các sảm phẩm bêtông nhựa đạt yêu cầu, nhưng không có khả năng đáp ứng những tiêu chuẩn về giảm thiểu ô nhiễm môi trường. Quá trình sấy nóng trực tiếp RAP dưới ngọn lửa đèn và khí đốt nóng ở nhiệt độ cao là nguyên nhân tạo ra lượng khói xanh quá mức. Những hạt cốt liệu nhỏ và nhựa đường thường xuyên được tích tụ của trong những tấm kim loại cũng là nguyên nhân gây nên khói xanh. Gần đây, một vài cải tiến đã được tiến hành đối với những thiết bị quay dùng để tái chế hỗn hợp bêtông nhựa nhằm mục đích phù hợp với những thay đổi đối của vật liệu cũng như việc cải thiện hiệu suất nhiệt. Một vài nhà sản xuất những thiết bị quay để trộn đã sử dụng đường dẫn cung cấp vật liệu được chia ngăn. Đây là công nghệ sử dụng rộng rãi nhất ở Mỹ. Trong quá trình trộn, cốt liệu mới và RAM sẽ được đưa vào thùng quay tại của lò nung và được sấy khô và quá nhiệt dưới tác dụng trục tiếp của ngọn lửa luồng khí nóng. RAP được cho vào thùng quay thông qua những cái lỗ ở vỏ có gắn máng giúp cho nguyên liệu chảy thành dòng vào trong thùng. Sau đó, cốt liệu mới và RAM sau khi quá nhiệt sẽ được trộn với RAP ở phía dưới dòng chảy đủ cách xa lò nung nhằm tránh ngọn lửa và khí đốt nóng. Nhựa mới, tác nhân tái chế hoặc cả 2 và cốt liệu khoáng sẽ được cho thêm vào thùng. Hỗn hợp bêtông nhựa tái chế được hình thành nửa cuối của thùng quay. Rải và đầm nén: Việc rải và đầm nén bêtông nhựa tái chế tương tự với bêtông nhựa mới. CÔNG NGHỆ TÁI CHẾ BÊTÔNG NHỰA THEO PHƯƠNG PHÁP TRỘN NGUỘI Tổng quan Công nghệ xây dựng mặt đường mới và tái chế mặt đường bằng phương pháp trộn nguội được phát triển mạnh trong những năm gần đây. Hiện nay ở các nước tiên tiến Tây Âu và Mỹ, một tỷ lệ không nhỏ mạng lưới đường quốc gia có lớp móng và thậm chí lá lớp mặt được xây dựng bằng công nghệ đá nhựa đường trộ nguội. Hỗn hợp nhựa đường rải nguội có thể sử dụng cho lớp mặt, lớp mỏng, lớp đáy áo đường nếu kết cấu áo đường được thiết kế một cách hợp lý. Lớp mặt đường rải nguội thích hợp với lưu lượng xe nhỏ và trung bình. Khi được sử dụng trong lớp móng và lớp đáy áo đường thì chúng hoàn toàn thích hợp cho tất cả các loại lưu lượng giao thông. Mặt đường rải nguội tỏ ra thuận lợi đặc biệt ở những vùng xa trung tâm, nơi mà những vấn đề kinh tế vẫn tồn tại trong nhu cầu cải thiện giá cước vận chuyển. Hỗn hợp mặt đường rải nguội làm giảm giá thành xây dựng. Công nghệ xây dựng mặt đường bằng hỗn hợp đá – nhựa đường trộn nguội kể từ khau thiết ké hỗn hợp, trộn, lu, lèn, kiểm tra…nhìn chung không phức tạp như công nghệ trộn nóng. Cốt liệu: tương đối đa dạng, có thể là đá dăm có cấp phối hoặc ngay cả sỏi đồi với hàm lượng là sét tương đối cao. Cốt liệu tại thời điểm trộn có thể ở trạng thái hoặc để ẩm, hoặc được đong khô hoặc được sấy khô nhân tạo. Tái chế hỗn hợp trộn nguội là quá trình trong đó vật liệu mặt đường tái chế RAP, cốt liệu tái chế RAM hoặc cả 2 trộn với chất kết dính ngay tại hiện trường hoặc trong 1 thiết bị trộn trung tâm nhằm sản xuất ra hỗn hợp hỗn hợp đá-nhựa trộn nguội. Chất kết dính sử dụng cho hỗn hợp mặt đường nhựa rải nguội thường là nhũ tương hoặc nhựa lỏng. Nhũ tương nhựa đường có thể là những loại anionic hoặc Cationic MS và SS. Nhựa lỏng có thể là loại MC hoặc SC. Phương pháp trộn hỗn hợp có thể được tiến hành ngay trên lòng đường, dọc 2 bên đường hoặc trong 1 thiết bị trạm trộn. Những hỗn hợp thành phẩm thường được rải và đầm nén ở nhiệt độ không khí. Tuy nhiên có những ngoại lệ, 1 vài hỗn hợp đá-nhựa đường sử dụng nhựa lỏng MC-3000 hoặc SC-3000 thì quá trình trộn và rải ở nhiệt độ 930C. Hoặc 1 vài hỗn hợp sử dụng nhũ tương có thể được sản xuất ở dạng ấm hoặc nóng. Nguyên tắc thiết kế hỗn hợp bêtông nhựa nguội tái chế Với hỗn hợp nhựa tái chế, mặc dù không có lý thuyế chung về thiết kế được chấp nhận cho hỗn hợp tái sinh mặt đường nhưnh nhìn chung, dựa trên cơ sở thí nghiệm trong phòng, các công thức kinh nghiệm và thực tế đã làm với những công trìng tương tự để thiết kế các tỷ lệ các thành phần cốt liệu và lượng chất kết dính. Sau đó trên cơ sở thực tế qua thực nghiệm ở hiện trường để điều chỉnh các thành phần cho hợp lý. Nguyên tắc thiết kế hỗn hợp bêtông nhựa nguội tái chê được tiến hành theo các bước sau: PHÂN TÍCH THÀNH PHẦN HẠT VÀ HÀM LƯỢNG NHỰA TRONG HỖN HỢP BTN CŨ THIẾT KẾ HỖN HỢP BTN NGUỘI TÁI CHẾ (1) TÍNH TOÁN HỖN HỢP CỐT LIỆU TRONG HỖN HỢP TÁI CHẾ VÀ THÊM CỐT LIỆU MỚI NẾU YÊU CẦU (2) LỰA CHỌN LOẠI CHẤT KẾT DÍNH (3) XÁC ĐỊNH HÀM LƯỢNG CHẤTKẾT DÍNH YÊU CẦU (4) ƯỚC LƯỢNG LƯỢNG CHẤT KẾT DÍNH MỚI YÊU CẦU TRONG HỖN HỢP (4) ƯỚC LƯỢNG CHẤT KẾT DÍNH MỚI YÊU CẦU TRONG HỖN HỢP (5) ĐIỀU CHỈNH THÀNH PHẦN CHẤT KẾT DÍNH SAU KHI THỬ NGHIỆM Ở HIỆN TRƯỜNG Các loại cấp phối sử dụng cho hỗn hợp bêtông nhựa nguội tái chế Hỗn hợp cấp phối hở Được sử dụng tương đối rộng rãi. Thành phần cấp phối có thể được tham khảo trong Bảng 3.5 Bảng 3.5: Chuẩn cấp phối hở dùng cho bêtông nhựa nguội Cỡ sàng (mm) Lớp nền Lớp mặt Thô Trung bình Mịn 38.1 100 25.0 95 – 100 100 19.0 90 – 100 12.5 25 – 60 100 9.5 20 – 55 85 – 100 4.75 0 – 10 0 – 10 2.36 0 – 5 0 – 5 1.18 0 – 5 0.075 0 – 2 0 – 2 0 – 2 Độ mài mòn Los Angeles 40 max 40 max 40 max Phần trăm bề mặt được nghiền 65 min 65 min 65 min Loại nhũ tương: MS-2; MS-2h; HFMS-2; HFMS-2s; CMS-2 hoặc CMS-2h Hỗn hợp cấp phối chặt Cấp phối chặt tiêu chuẩn sử dụng cho bêtông nhựa nguội tái chế được tham khảo ở Bảng 3.6 Bảng 3.6: Chuẩn cấp phối chặt dùng cho bêtông nhựa nguội Cỡ sàng (mm) Lượng lọt qua sàng (%) 50 - 100 - - - - 37.5 100 90– 00 100 - - - 25.0 80–100 - 90–100 100 - - 19.0 - 60–80 - 90–100 100 - 12.5 - - 60–80 - 90–100 100 9.5 - - - 60 – 80 - 90–100 4.75 25–85 20–55 25–60 35–65 45–70 60-80 2.36 - 10–40 15–45 20–50 25–55 35-65 1.18 - - - - - - 0.6 - - - - - - 0.3 - 2 – 16 3 – 18 3 – 20 5 – 20 6–25 0.15 - - - - - - 0.075 3–15 0–5 1–7 2– 8 2–9 2-10 Chỉ số đương lượng cát SE 30 min 35 min 35 min 35 min 35 min 35 min Độ mài mòn Los Angeles - 40 max 40 max 40 max 40 max 40 max Phần trăm bề mặt được nghiền - 65 min 65 min 65 min 65 min 65 min Loại nhũ tương Theo chỉ dẫn của ASTM D997, D2397 hoặc AASHTO M140, M208 Có thể sử dụng công thức thực nghiệm sau để ước lượng hàm nhũ tương nhựa đường trong trường hợp hỗn hợp cấp phối chặt: (2) Trong đó: P: Phầm trăm của khối lượng nhũ tương nhựa đường so với cốt liệu khô A : Phần trăm cốt liệu giữ trên sàng 2.36mm B : Phần trăm cốt liệu lọt qua sàng 2.36mm và bị giữ lại trên sàng 75µm C : Phần trăm cốt liệu lọt qua sàng 75µm Công nghệ xây dựng Công nghệ xây dựng móng mặt đường sử dụng hỗn hợp tái chế nguội được tiến hành theo các bước sau: Chuẩn bị lòng đường Lòng đường nơi mà nguyên liệu hỗn hợp được rải phải được tạo khuôn và đầm nén. Mặt lòng đường phải được quét sạch bằng chổi máy. Việc tưới dính bám được thực hiện bằng nhựa lỏng MC-30 hoặc MC-70. Rải luống vật liệu Trong một vài kiểu xây dựng hỗn hợp trộn tại đường, cốt liệu cần được rải thành các luống. Thể tích cốt liệu trong luống được xác định bằng công thức sau: (3) Trong đó: V: Khối lượng của luống, m3/m A, B, C: Các cạnh của luống, m Khối lượng cốt liệu trong luống được xác định bằng công thức sau: (4) Trong đó: W : là khối lượng cốt liệu kg/m dài của luống. W1 : là trọng lượng xốp của vật liệu khô, kg/m. Tưới chất kết dính Chất kết dính (nhũ tương, nhựa lỏng) được tưới bằng máy. Khối lượng chất kết dính cho chiều dài luống được xác định theo công thức: (5) Trong đó: A : Giá trị áp dụng cho nhựa đường , lit/m dài Wf: Khối lượng cốt liệu, kg/m dài P : Hàm lượng nhựa, phầm trăm theo khối lượng cốt liệu khô G : Khối lượng riêng của chất kết dính, kg/lit Trộn hỗn hợp Công nghệ trộn hỗn hợp dùng cho mặt đường rải nguội được chia thành các loại sau: Trộn bằng máy san. Trộn bằng máy trộn xoay Trộn bằng máy trộn di động Trộn bằng thiết bị trạm trộn 1. Trộn bằng máy san. Là phương pháp được thực hiện bằng việc sử dụng những chiếc máy san tự hành hoặc 1 vài kiểu máy cào san đa năng. Trước khi trộn với chất kết dính, cần phơi cốt liẹu bằng cách dùng lưỡi san đều vật liệu toàn bộ lòng đường. Sau khi độ ẩm cốt liệu được giảm xuống còn 3% hoặc ít hơn,luống hỗn hợp được san mỏng hoặc rải phẳng ra 1 cách đều đặn đến quả nửa lòng đường. Sau đó, sử dụng máy để phun đều chất kết dính. Ngay lập tức sau khi tưới, tiến hành trộn từng phần nhằm giảm càng ít càng tốt lượng chất dính tự do trên bề mặt và ngăn chặn việc tạo thành những vũng. Vật liệu đã trộn được gom lại tạo thành luống, sau đó lại được san đi san lại trên suốt bề ngang lòng đường bằng lưỡi san cho đến khi cốt liệu được bọc chất kết dính hoàn toàn và đều đặn. 2. Trộn bằng máy trộn xoay Một thiết bị trộn kiểu xoay tròn thường bao gồm 1 thùng trộn di động được đặt trên 1 chiếc máy tự xoay. Thùng trộn thì được mở ở phía đáy và có bề rộng thay đổi từ 1.8m đến 3m. Bên trong thùng có thể có 1 hoặc nhiều thùng quay ngang có gắn những chiếc răng cắt cacbua ở bên trong. Phía trước máy trộn có những chiếc răng cắt hoặc lưỡi san đáp ứng 2 mục đích, cắt nguyên liệu tại chỗ tới độ sâu định trước và trộn với nhựa đường. Cùng với quá trình chuyển động về phía trước của máy, những chiếc răng này cắt nguyên liệu 1 cách dễ dàng tới 1 độ sâu nhất định. Khi máy di chuyển về phía trước, vật liệu cào bóc được kéo vào trong thùng trộn. Một thiết bị phân phối chất kết dính được bơm vào thùng trộn cốt liệu ở phía trước của thiết bị trộn di động. 3. Trộn bằng máy trộn di động Những thiết bị di động là những thiết bị trộn tự hành mà ở đó hỗn hợp cốt liệu với chất kết dính được trộn đều trong quá trình thiết bị di chuyển dọc theo đường. Thiết bị trộn di động bao gồm các bộ phận kèm theo như: một cái phễu tiếp nhận cốt liệu, một thùng chứa chất kết dính, thiết bị trộn xoay tròn và một thanh san dạng phao đo. Hỗn hợp cốt liệu tái chế,cốt liệu cũ, cốt liệu mới được đưa vào thùng trộn qua hệ thống băng tải hoặc đổ từ xe ô tô có thiết bị nâng và được trộn với chất kết dính. Hỗn hợp thành phẩm được rải ở cửa sau của thiết bị với bề dày được điều chỉnh. 4. Trộn bằng thiết bị trạm trộn Việc trộn ở trạm trộn thường tạo ra những hỗn hợp tái chế có chất lượng hơn hẳn những phương pháp trộn lại đường. Ngoài ra, chất lượng hỗn hợp không phụ thuộc vào điều kiện thời tiết. Cốt liệu có thể được nung nóng và sấy khô ngay trước khi trộn. Quá trình trộn được thự hiện trong vài phút thay cho việc yêu cầu hàng giờ để san, trộn luống. Trộn bằng thiết bị trạm trộn tạo điều kiện tạo nên 1 hỗn hợp tốt hơn cả về mặt đồng đều và thời gian trộn. Do cốt liệu đã được nung nóng trước khi cho vào trộn, cho phép sử dụng những loại chất kết dính có độ nhớt cao hơn. Rải hỗn hợp Những hỗn hợp đánh thành luống bằng thiết bị di động hoặc bằng máy san sẽ được rải ra và tạo thành hình mặt cắt ngang mong muốn bằng việc dùng máy san tự hành san lần lượt mặt đường. Những hỗn hợp được trộn bằng máy trộn kiểu xoay mặc dù được rải tại chỗ trên lòng đường nhưng chúng vẫn yêu cầu sử dụng máy san tự hành phụ thêm để tạo thành hình mặt cắt ngang. Kinh nghiệm chỉ ra rằng dưới những điều kiện tốt nhất, những hỗn hợp cấp phối chặt có thể được rải với chiều dày đã được đầm nén không lớn hơn 75mm. Hỗn hợp cấp phối hở có thể được rải với chiều dày lớp tối đa tới 150 mm. Khi yêu cầu nhiều lớp, thời gian rải lớp sau phụ thuộc vào thời gian để chất kết dính trong lớp trước đủ phân tách, bay hơi nước hoặc đủ đông cứng. Nhìn chung, lớp thứ 2 có thể rải 1 cách bình thường sau thời gian thi công lớp trước từ 2 tới 5 ngày trong điều kiện thời tiết thuận lợi. Đầm nén Việc chọn thời gian lu là điều quan trọng. Trong thời gian thích hợp cho lu đầu tiên là cần thiết, với là với những hỗn hợp cấp phối chặt. Những vệt lu mặt đường sẽ làm giảm đi lỗ rỗng trong hỗn hợp. Nếu lu quá sớm thì nó sẽ làm chậm lại quá trình bay hơi nước trong hỗn hợp và thực hiện làm tăng thời gian yêu cầu để hỗn hợp đạt tới độ chặt yêu cầu. Ngoài ra, cũng cần thiết, có thời gian để hỗn hợp đủ độ cố kết để quá trình lu lèn có hiệu quả. Tuy nhiên nếu thời gian chờ đợi quá lâu thì việc lu lèn sẽ khó khăn. Trong một số trường hợp, kết cấu cốt liệu – nhựa đường đang phát triển sẽ bị rạn gãy. Nếu mặt đường xuất hiện những vệt bánh xe lún sâu hoặc vệt chèn ép quá mức trong quá trình lu lèn cần phải dừng lại cho đến khi hàm lượng hơi nước trong hỗn hợp giảm đi một cách tự nhiên hoặc bằng cách thông khí cơ học. Sau khi đầm nén và dưỡng hộ một cách kỹ lưỡng lớp dưới thì mới được rải lớp khác lên trên. Máy san thịnh hành cần được sử dụng để cắt gọt và san phẳng khi xe lu hoàn thành quá trình lu lèn lớp mặt. Sauk hi lớp mặt đã đạt được thành hình mắt cắt ngang cuối cùng, sử dụng lu bánh thép để loại trừ vết lu. KẾT LUẬN Trên cơ sở các kết quả phân tích trên, có thể rút ra kết luận sau: Công nghệ bêtông nhựa theo kiểu trộng nóng và trộn nguội được áp dụng rộng rãi ở các nước tiên tiến, tỏ ra có hiệu quả cao và tính thực tiễn trong xây dựng đường ô tô. Công nghệ tái chế nóng được sử dụng với mục dích xây dựng lớp phủ mặt đường ô tô, đòi hỏi chất lượng xây dựng cao, và cũng do giá thành xây dựng không nhỏ nên đã được nghiên cứu chi tiết, có cơ sở khoa học kết hợp giữa lý thuyết và thực nghiệm. Trình tự thiết kế bêtông nhựa tái chế kiểu trộn nóng và các bước cụ thể tạo điều kiện cho việc thiết kế hỗn hợp được dễ dàng và thuận tiện. Công nghệ tái chế nguội được sử dụng rộng rãi để xây dựng lớp móng và mặt đường lưu lượng xe thấp hoặc trung bình. Cơ sở thiết kế thành phần cấp phối dựa trên kinh nghiệm rút ra được qua thi công. chương 4: NGHÊN CỨU THỰC NGHIỆM VỀ TÁI CHẾ BÊTÔNG NHỰA THEO PHƯƠNG PHÁP NÓNG ĐẶT VẤN ĐỀ Theo số liệu thống kê mới nhất của cục đường bộ Việt Nam mạng lưới đường bộ nước ta đã lên đến 223.059 km tăng 3871 km so với cuối năm 1999. Hiện tại có khoảng 7600 km mặt đường đã suốt cấp trầm trọng và cần được sửa chữa. Hiện tại khối lượng vật liệu bêtông nhựa cũ cào bóc trên các tuyến quốc lộ hàng năm lên đến hàng ngàn tấn. Vật liệu này hầu như vẫn để ở các bãi chứa, chưa có giải pháp xử lý một cách có hiệu quả. Trong tương lai, dự kiến sẽ còn tiến hành cào bóc các lớp bêtông nhựa cũ trên các cầu lớn, khối lượng bêtông nhựa phế liệu này sẽ ngày càng nhiều. Công nghệ tái chế bêtông nhựa cũ như đã phân tích tỏ ra có hiệu quả rõ ràng và có tính khả thi trên thế giới. Chính vì vậy, một nội dung chủ yếu của chương này là nghiên cứu thực nghiệm đánh giá chất lượng bêtông nhựa tái chế sử dụng vật liệu cào bóc của mặt đường quốc lộ 1A đoạn đi qua địa phận tỉnh Tiền Giang (từ Km1986 – Km1998). Việc thiết kế hỗn hợp bêtông nhựa tái chế được thiết kế theo phương pháp thiết kế hỗn hợp bêtông nhựa tái chế nóng của Asphalt Institute đã trình bài ở chương 3. Ngoài ra, một nội dung không kém phần quan trọng của phần này là làm quen với phương pháp thiết kế hỗn hợp bêtông nhựa tái chế nóng của Asphalt Institute, qua đó có thể rút ra được các nhận xét hữu ích cho các nghiên cứu về sau này. TRÌNH TỰ TIẾN HÀNH Nguyên tắc thực hiện Để có cơ sở đánh giá hiệu quả của bêtông asphalt tái chế, tiến hành lựa chọn hai nhóm vật liệu để thí nghiệm: Nhóm 1: Hỗn hợp bêtông asphalt tái chế: gồm vật liệu bêtông asphalt phế liệu, cốt liệu mới và nhựa mới. Nhóm 2: Hỗn hợp bêtông tông asphalt mới (đối chứng): gồm cốt liệu mới (có thành phần cấp phối tương tự như cấp phối tái chế) và nhựa mới. Phương pháp thiết kế hỗn hợp bêtông asphalt tái chế nóng: theo phương pháp của Asphalt Institute. Riêng phần xác định độ nhớt của nhựa ở 60oC được thay thế bằng chỉ tiêu độ kim lún ở 25oC, sau đó dựa vào bảng tra để đưa ra độ nhớt tương ứng. Quy trình thí nghiệm: theo đúng quy trình 22TCN-249-98 hay quy trình AASHTO. Cấp phối chuẩn lựa chọn: BTNC 15 có đường bao cấp phối cốt liệu ở bảng sau: Bảng 4.1: Đường bao cấp phối BTNC 15 Lượng lọt qua sàng trên các cỡ sàng (mm) 16 12.5 8 4 2.35 1 0.5 0.3 0.15 0.075 100 95-100 65-75 43-57 31-44 22-33 16-24 12-18 8-13 6-11 Thiết kế hỗn hợp bêtông nhựa tái chế Thực hiện theo trình tự của phương pháp thiết kế hỗn hợp bêtông nhựa tái chế nóng của Asphalt Institute đã trình bày ở chương 3, cụ thể theo các bước như sau: Bước 1: Đánh giá chất lượng vật liệu RAP: Được tiến hành với các nội dung sau: 1. Xác định hàm lượng nhựa đường cũ trong RAP: Sử dụng phương pháp ASTM D 2172 (AASHTO T164) để tách nhựa ra khỏi RAP. Hàm lượng nhựa được xác định bằng tỷ số giữa khối lượng nhựa hiện có trong tổng hỗn hợp hoặc tổng cốt liệu. Tiến hành thực hiện thí nghiệm với 7 mẫu vật liệu bêtông nhựa cũ được cào bóc trên quốc lộ 1A (từ Km1986 – Km1998) kết quả được thể hiện ở Bảng 4.2 sau đây: Bảng 4.2: Hàm lượng nhựa của bêtông nhựa cũ tên QL 1A (Km1986 – Km1998) Hàm lượng nhựa (%) theo tổng khối lượng Mẫu 1 Mẫu 2 Mẫu 3 Mẫu 4 Mẫu 5 Mẫu 6 Mẫu 7 Trung bình 4.66 4.69 4.70 4.64 4.71 4.65 4.65 4.67 2. Xác định độ kim lún của nhựa đường cũ: Sử dụng phương pháp ASTM D1856 (AASHTO T170) để thu hồi nhựa từ dung dịch có chứa nhựa và dung môi. Xác đinh độ kim lún của nhựa cũ sau khi thu hồi ở 250C theo phương pháp ASTM D5. Kết quả thí nghiệm độ kim lún với 7 mẫu nhựa cũ thể hiện ở Bảng 4.3. Bảng 4.3: Độ kim lún của nhựa cũ tên QL 1A (Km1986 – Km1998) Độ kim lún ở 25 0C (1/10 mm) Mẫu 1 Mẫu 2 Mẫu 3 Mẫu 4 Mẫu 5 Mẫu 6 Mẫu 7 Trung bình 34 33 36 35 35 34 37 35 3. Xác định cấp phối cốt liệu của RAP: Cốt liệu sau khi đã tách nhựa đước xác định cấp phối trên cơ sở kết quả phân tích bằng sàn theo phương pháp ASTM C117 và C136 (AASHTO T11 và T27). Kết quả thí nghiệm phân tích thành phần hạt với 7 cốt liệu sau khi tách nhựa được thể hiện ở Bảng 4.4. Bảng 4.4: Kết quả phân tích thành phần hạt của RAP Mẫu Lượng lọt qua sàng trên các cỡ sàng (mm) 16 12.5 8.0 4.0 2.36 1.0 0.5 0.3 0.15 0.075 1 100 97.54 86.68 65.33 53.77 46.06 34.48 20.85 9.02 6.36 2 100 96.95 84.80 63.33 53.31 46.61 35.99 20.31 9.69 7.14 3 100 95.50 86.80 67.14 56.29 48.42 36.03 17.89 10.08 6.83 4 100 95.83 85.97 65.88 54.72 47.58 36.40 18.36 8.03 5.31 5 100 96.64 84.17 63.56 54.24 47.50 35.91 15.71 7.54 4.94 6 100 94.72 78.02 57.39 49.28 43.62 33.54 18.24 8.26 6.09 7 100 96.08 78.12 58.15 50.51 44.20 33.88 16.68 8.70 6.49 Trung bình 100 96.18 83.51 62.97 53.16 46.28 35.18 18.29 8.70 6.16 Do thức tế, bêtông nhựa cũ cào bóc trên QL 1A chỉ bao gồm có RAP, mà không có RAM. 4. Đúc mẫu chế bị thí nghiệm Marshall với các tổ mẫu BTN tái chế Kết quả thí nghiệm xác định các các chỉ số: độ bền, độ dẻo, khối lượng thể tích và độ rỗng dư của 5 tổ mẫu bêtông nhựa tái chế (lấy trung bình kết quả của 3 mẫu trong mỗi tổ mẫu) được thể hiện trong Bảng 4.5. Bảng 4.5: Kết quả thí nghiệm Marshall với các tổ mẫu BTN tái chế Mẫu BTN Độ bền Marshall (KN) Độ dẻo Marshall (mm) Độ rỗng dư (%) Khối lượng thể tích (g/cm3) Hàm lượng nhựa (%) Mẫu I cũ 8.98 2.60 5.7 2.32 4.67 Mẫu II cũ 9.16 2.54 5.3 2.33 4.69 Trung bình 9.07 2.87 5.5 2.32 4.68 Qui định của 22TCN 249-98 > 8.0 < 4 3 – 6 - - Bước 2: Thiết kế cấp phối cốt liệu Trên cơ sở số liệu phân tích thành phần hạt của RAP ở Bảng 4.6 (lấy giá trị trung bình của 7 mẫu), tiến hành bổ sung cố liệu mới, tính toán tỷ lệ phối hợp giữa cốt liệu RAP và cốt liệu mới để tạo nên một cấp phối cần thiết phù hợp với cấp phối tiêu chuẩn BTNC 15. Cốt liệu mới và RAP có thành phần cấp phối ở Bảng 4.6 sau: Bảng 4.6: Thành phần cấp phối của cốt liệu mới và RAP Cốt liệu Lượng lọt qua sàng trên các cỡ sàng (mm) 16 12.5 8.0 4.0 2.36 1.0 0.5 0.3 0.15 0.075 Cốt liệu mới 100 96.06 53.78 15.38 9.97 7.74 7.49 7.32 7.05 5.91 RAP 100 96.18 83.51 62.97 53.16 46.28 35.18 18.29 8.70 6.16 Sau khi lựa chọn ta được kết quả sau: với 59% RAP và 41% cốt liệu mới, ta được một cấp phối cốt liệu thỏa mãn chuẩn BTNC 15. Chi tiết được thể hiện ở Bảng 4.7 sau: Bảng 4.7: Kết quả thiết kế cấp phối Kích cỡ sàng (mm) Lượng lọt qua sàng (%) 59% RAP 41% cốt liệu mới Kết quả phối hợp Đường bao BTNC 15 Cấp phối BTN mới (1) (2) (3) (4) (5) (6) 16 100x0.59=59.00 100x0.41=41.00 100 100 100 12.5 96.18x0.59=56.75 96.06x0.41=39.38 96.13 95-100 97.21 8.0 83.51x0.59=49.27 53.78x0.41=22.05 71.32 65-75 70.13 4.0 62.97x0.59=37.15 15.38x0.41=6.31 43.46 43-57 45.74 2.36 53.16x0.59=31.36 9.97x0.41=4.09 35.45 31-44 37.18 1.0 46.28x0.59=27.36 7.74x0.41=3.17 30.54 22-33 32.25 0.5 35.18x0.59=20.76 7.49x0.41=3.03 23.83 16-24 23.11 0.3 18.29x0.59=10.79 7.32x0.41=3.00 13.79 12-18 14.57 0.15 8.70x0.59=5.13 7.05x0.41=2.89 8.02 8-13 8.14 0.075 6.16x0.59=3.63 5.91x0.41=2.42 6.06 6-11 7.05 Để tện theo dõi và so sánh, ở Bảng 4.7 đưa ra cấp phối cốt liệu bêtông nhựa mới sẽ đúc mẫu đối chứng (cột 6). Nhìn chung hai cấp phối cốt liệu của bêtông nhựa mới và bêtông nhựa tái chế tong tự nhau. Vì không có RAM nên giá trị r chính là hàm lượng cốt liệu mới, r=41 %. Bước 3: Tính toán gần đúng tổng lượng nhựa theo yêu cầu Tổng lượng nhựa yêu cầu trong hỗn hợp cốt liệu có thể được xác định theo công thức thực nghiệm sau: (1) Pb: Tổng gần đúng lượng nhựa yêu cầu của hỗn hợp tái chế, tính bằng phần trăm trọng lượng hỗn hợp a: Phần trăm cốt liệu nằm lại trên sàng 2.36mm b: Phần trăm cốt liệu lọt qua sàng 2.36mm và bị giữ lại trên sàng 0.075mm c: Phần trăm cốt liệu lọt qua sàng 0.075mm K: Hệ số phụ thuộc vào hàm lượng cốt liệu lọt qua sàng 0.075mm, cụ thể K = 0.15 với 11-15% lọt qua sàng 0.075mm = 0.18 với 6-10% lọt qua sàng 0.075mm = 0.2 khi ≤ 5% lọt qua sàng 0.075mm F: 0-2% phụ thuộc vào mức độ hấp thụ nhựa của cốt liệu Với kết quả phân tích ở Bảng 4.6 ta có: a = 100 – 35.45 = 64.55 b = 35.45 – 6.06 = 28.99 c = 6.06 K = 0.18 F = 1 Bước 4: Ước tính lượng nhựa mới cho thêm vào hỗn hợp Lượng nhựa đường mới được cho thêm vào trong hỗn hợp tái chế được xem như là phần trăm trọng lượng của tổng hỗn hợp, được tính theo công thức sau: (2) Pnb: Phần trăm lượng nhựa đường mới trong hỗn hợp tái chế. r: Phần trăm cốt liệu mới (và cốt liệu RAM nếu có) cho thêm vào trên tổng hợp cốt liệu Pb: Tổng gần đúng lượng nhựa yêu cầu của hỗn hợp tái chế (%), tính theo công thức (1) Psb: Phần trăm hàm lượng nhựa trong hỗn hợp bêtông asphalt cũ. Với kết quả tính ở trên Pb = 5.65 Psb = 4.67 R = 41 Lượng nhựa đường mới Pnb (%) cho thêm vào hỗn hợp là: Hệ số R: Phần trăm nhựa đường mới (Pnb) so với hàm lượng nhựa tổng cộng (Pb) sẽ được tính là: Cụ thể: Bước 5: Lựa chọn loại nhựa đường mới (hoặc tác nhân tái chế) Nhựajfsdfj đường mới với độ nhớt yêu cầu được xác định trên cơ sở sử dụng toán đồ ở Hình 4.1, cụ thể là: 1. Số liệu ban đầu: Lựa chọn nhựa có cấp độ nhớt thiết kế: Nhựa đường Caltex, độ kim lún 64, có độ nhớt lấy theo bảng tra là 2100 poises. Giá trị R: Được tính ở trên, R=52 (%) Độ nhớt của nhựa cũ trong RAP: Nhựa cũ có độ kim lún là 35 tương đương với độ nhớt lấy theo bảng tra là 6000 poises. 2. Xác định độ nhớt của nhựa mới: Cụ thể ở Hình 4.1: Điểm A là độ lớn của nhựa đường cũ với giá trị 6000 poises. Điểm B là giao điểm giao điểm của 2 đường thẳng song song với 2 trục, trong đó giá trị ở trục tung là độ nhớt thiết kế mong muốn 2100 poises và giá trị ở trục hoành là R=52. Kẻ đưởng thẳng AB kéo dài cắt trục tung bên phải tại C. Giá trị điểm C là 980 poises chính là loại nhựa đường mới. Nhựa đường mới được lựa chọn tra theo bảng có giá trị độ kim lún là: 87 ‘ Hình4.1: Xác định loại nhựa mới trong hỗn hợp C B A Độ nhớt của nhựa ở 60 0C theo đơn vị Poise Tỷ lệ phần trăm nhựa đường mới so với hàm lượng nhựa tổng cộng R Bước 6: Thiết kế tối ưu hàm lượng nhựa của hỗn hợp bêtông nhựa 1. Tính toán chính xác các thành phần vật liệu cho các tổ mẫu: a. Với mẫu bêtông nhựa tái chế: Trên cơ sở các số liệu ban đầu đã biết trong các tính toán ở trên: Phần trăm cốt liệu mới, r = 41% Hàm lượng nhựa đường trong RAP, Psb = 4.67%. Tổng hàm lượng nhựa yêu cầu đã tính, Pb = 5.65% Chọn 5 tổ hợp mẫu hỗn hợp bêtông nhựa có hàm lượng nhựa tương ứng là: Pb=4.65%, 5.15%, 5.65%, 6.15% và 6.65%. Do hàm lượng nhựa Pb thay đổi nên các thông số tương ứng như lượng RAP trong hỗn hợp Psm, lượng cốt liệu mới Pns và hàm lượng nhựa mới Pnb cũng thay đổi theo quan hệ ở công thức Bảng 3.2. Tiến hành tính chính xác các thông số tương ứng trên cho 5 tổ mẫu hỗn hợp, cụ thể như sau: Lượng RAP trong hỗn hợp tái chế, Psm (%): Lượng cốt liệu mới cho thêm vào, Pns (%): Hàm lượng nhựa đường mới cho thêm vào trong hỗn hợp tái chế, Pnb (%): Thay số vào ta có: Kết quả tính chính xác cho các thành phần vật liệu cho 5 tổ mẫu được thể hiện ở Bảng 4.8 sau: Bảng 4.8: Kết quả xác định các thành phần vật liệu trong hỗn hợp BTN trộn nóng tái chế Thành phần vật liệu trong hỗn hợp BTN ứng với 5 tổ mẫu Tổ mẫu I II III IV V Hàm lượng nhựa Pb 4.65 5.15 5.65 6.15 6.65 Hàm lượng nhựa mới 1.89 2.41 2.92 3.44 3.95 Lượng BTN nhựa cũ RAP 59.02 58.7 58.4 58.08 57.78 Lượng cốt liệu mới 39.09 38.89 38.68 38.48 38.27 Tổng số 100 100 100 100 100 b. Với mẫu bêtông nhựa mới đối chứng: Trên cơ sở cấp phối lựa chọn ở Bảng 4.7 cột 6, tiến hành lựa chọn 5 tổ mẫu bêtông nhựa với hàm lượng nhựa thay đổi theo bước 0.5%, cụ thể hàm lượng nhựa là: 4.40%; 4.90%; 5.30%; 5.80%; 6.30%. 2. Đúc mẫu, tiến hành thí nghiệm Marshall và các chỉ tiêu cơ lý: a. Với mẫu bêtông nhựa tái chế: Trên cơ sở thành phần vật liệu của 5 tổ mẫu với số liêu ở Bảng 4.8, mỗi tổ mẫu tiến hành đúc 3 mẫu và xác định các thông số Marshall tương ứng để tìm ra thành phần vật liệu có hàm lượng nhựa tối ưu. Kết quả thí nghiệm xác định các các chỉ số: độ bền, độ dẻo, khối lượng thể tích và độ rỗng dư của 5 tổ mẫu bêtông nhựa tái chế (lấy trung bình kết quả của 3 mẫu trong mỗi tổ mẫu) được thể hiện trong Bảng 4.9. Bảng 4.9: Kết quả thí nghiệm Marshall với các tổ mẫu BTN tái chế Mẫu BTN Độ bền Marshall (KN) Độ dẻo Marshall (mm) Độ rỗng dư (%) Khối lượng thể tích (g/cm3) Hàm lượng nhựa (%) Tổ mẫu I 9.33 2.85 5.3 2.33 1.89 Tổ mẫu II 10.63 2.72 5.7 2.32 2.41 Tổ mẫu III* 11.53 3.05 4.5 2.35 2.92 Tổ mẫu IV 11.18 3.42 4.9 2.34 3.44 Tổ mẫu V 10.76 2.73 5.3 2.33 3.95 Qui định của 22TCN 249-98 > 8.0 < 4 3 – 6 - - b. Với mẫu bêtông nhựa mới đối chứng: Trên cơ sở thành phần vật liệu của 5 tổ mẫu, mỗi tổ mẫu tiến hành đúc 3 mẫu. Số chày đầm 75 chày x 2 mặt. Xác định các thông số Marshall tương ứng để tìm ra thành phần vật liệu có hàm lượng nhựa tối ưu. Kết quả thí nghiệm xác định các các chỉ số: độ bền, độ dẻo, khối lượng thể tích và độ rỗng dư của 5 tổ mẫu bêtông nhựa tái chế (lấy trung bình kết quả của 3 mẫu trong mỗi tổ mẫu) được thể hiện trong Bảng 4.10. Bảng 4.10: Kết quả thí nghiệm Marshall với các tổ mẫu BTN mới đối chứng Mẫu BTN Độ bền Marshall (KN) Độ dẻo Marshall (mm) Độ rỗng dư (%) Khối lượng thể tích (g/cm3) Hàm lượng nhựa (%) Tổ mẫu 1 11.12 2.91 5.2 2.36 4.40 Tổ mẫu 2 11.93 3.32 4.8 2.37 4.90 Tổ mẫu 3* 12.29 3.57 4.4 2.38 5.30 Tổ mẫu 4 11.35 3.38 4.8 2.37 5.80 Tổ mẫu 5 10.54 3.12 5.6 2.35 6.30 Qui định của 22TCN 249-98 > 8.0 < 4 3 – 6 - 5.2 – 6.1 Ghi chú: Độ rỗng dư ở Bảng 4.9 và Bảng 4.10 được tính theo công thức sau: Độ rỗng dư (%) = 1 - Khối lượng thể tích mẫu Tỷ trọng lớn nhất của hỗn hợp BTN Trong đó, tỷ trọng lớn nhất của hỗn hợp bêtông nhựa là: Với bêtông nhựa tái chế: 2.46 g/ cm3 Với bêtông nhựa mới: 2.49 g/ cm3 3. Chọn hỗn hợp bêtông nhựa thiết kế: Trên cơ sở kết quả thí nghiệm ở Bảng 4.9 và Bảng 4.10 ta lựa chọn hỗn hợp bêtông nhựa thiết kế như sau: a. Với mẫu bêtông nhựa tái chế: Tổ mẫu III, trong đó: Hàmlượng bê tông nhựa cũ RAP: 58.40% Hàm lượng cốt liệu mới: 38.68% Hàm lượng nhựa mới thêm vào: 2.92% b. Với mẫu bêtông nhựa mới đối chứng: Tổ mẫu 3, với hàm lượng nhựa 5.3% Thành phần cấp phối của hai loại hỗn hợp bê tông nhựa tái chế (tổ mẫu III) và bê tông nhựa mới đối chứng (tổ mẫu 3) được thể hiện chi tiết ở Bảng 4.11 Bảng 4.11: Thành phần cấp phối của 2 loại BTN được chọn Kích cỡ sàng (mm) Lượng lọt qua sàng (%) 59% RAP 41% cốt liệu mới Kết quả phối hợp Đường bao BTNC 15 Cấp phối BTN mới (1) (2) (3) (4) (5) (6) 16 100x0.59=59.00 100x0.41=41.00 100 100 100 12.5 96.18x0.59=56.75 96.06x0.41=39.38 96.13 95-100 97.21 8.0 83.51x0.59=49.27 53.78x0.41=22.05 71.32 65-75 70.13 4.0 62.97x0.59=37.15 15.38x0.41=6.31 43.46 43-57 45.74 2.36 53.16x0.59=31.36 9.97x0.41=4.09 35.45 31-44 37.18 1.0 46.28x0.59=27.36 7.74x0.41=3.17 30.54 22-33 32.25 0.5 35.18x0.59=20.76 7.49x0.41=3.03 23.83 16-24 23.11 0.3 18.29x0.59=10.79 7.32x0.41=3.00 13.79 12-18 14.57 0.15 8.70x0.59=5.13 7.05x0.41=2.89 8.02 8-13 8.14 0.075 6.16x0.59=3.63 5.91x0.41=2.42 6.06 6-11 7.05 NHẬN XÉT VÀ KẾT LUẬN Trên cơ sở kết quả thí nghiệm ở Bảng 4.9 và Bảng 4.10, trên cơ sở lựa chọn hỗn hợp bê tông nhựa tái chế và hỗn hợp bê tông nhựa mới đối chứng, ta có nhận xét sau đây: Về hiệu quả kỹ thuật Kết quả thí nghiệm của 2 loại bê tông nhựa lựa chọn thiết kế (tổ mẫu III và tổ mẫu 3) đều thỏa mãn tiêu chuẩn của 22TCN 249-98, mặc dù độ bền, khối lượng thể tích của bê tông nhựa tái chế nhỏ hơn so với bê tông nhựa mới, nhưng ở mức độ không lớn. Kết quả cụ thể được đưa ra ở Bảng 4.12. Bảng 4.12: Thành phần cấp phối của 2 loại BTN được chọn Loại BTN Độ bền Marshall (KN) Khối lượng thể tích (g/cm3) Độ dẻo Marshall (mm) Độ rỗng dư (%) Thực % Thực % BTN mới 12.29 100 2.38 100 3.57 4.4 BTN tái chế 11.53 91.6 2.35 98.7 3.05 4.5 BTN cũ 9.07 73.8 2.32 97.5 2.87 5.5 Qui định của 22TCN 249-98 > 8.0 - - - < 4 3 - 6 Về hiệu quả kinh tế Bê tông nhựa tái chế có hiệu quả kinh tế. Kết quả tính toán giá thành của 2 loại bê tông nhựa với đơn vị 1 tấn có thể tham khảo ở Bảng 4.13 Bảng 4.12: Thành phần cấp phối của 2 loại BTN được chọn Loại BTN Vật liệu (tấn) Đơn giá (ngàn đồng/tấn) Giá thành (ngàn đồng) Cốt liệu cũ Cốt liệu mới Nhựa đường Cốt liệu cũ Cốt liệu mới Nhựa đường BTN mới 0.584 0.3868 0.0292 - 117.4 9483 322 BTN tái chế 0.944 0.053 - 613 Ý nghĩa về mặt môi trường Chúng ta dễ dàng thấy được việc tái sử dụng BTN cũ có ý nghĩa rất lớn về mặt môi trường, nó góp phần giảm nhẹ sự ô nhiễm môi trường do việc vứt bỏ BTN cũ. Ngoài ra nếu như chúng ta tái sử dụng BTN cũ theo phương pháp nguội (tái chế ngay tại hiện trường) thì sẽ còn giảm được chi phí vận chuyển và bến bãi để chứa lượng BTN cũ sau khi đã cào bóc. Kết luận Trên cơ sở các kết quả phân tích lý thuyết và thực nghiệm, có thể rút ra các kết luận như sau: Lý thuyết thiết kế hỗn hợp bê tông nhựa tái chế được xây dựng trên có sở thực nghiệm tỏ ra có nhiều ưu điểm, rất thuận lợi cho công tác tính toán xác định các tỷ lệ thành phần cốt liệu và hàm lượng nhựa. Bê tông nhựa tái chế sử dụng vật liệu cào bóc trên mặt đường QL 1A (đoạn từ Km1986 – Km1998) cho thấy được có hiệu quả về mặt kinh tế - kỹ thuật. Ngoài ra nó còn có ý nghĩa rất lớn về vấn đề môi trường. chương 5: NGHIÊN CỨU SỬ DỤNG BÊTÔNG NHỰA TÁI CHẾ TRONG THIẾT KẾ MẶT ĐƯỜNG ÔTÔ Sau khi nghiên cứu tái chế cải thiện tính chất của BTN phế liệu. Bây giờ chúng ta tiếp tục nghiên cứu khả năng ứng dụng của BTN phế liệu trong xây dựng mặt đường ô tô ở Việt Nam theo “22TCN 211-06”. Để hiểu rõ hơn vấn đề này ta tiến hành thiết kế kết cấu áo đường có tầng mặt A1. SỐ LIỆU BAN ĐẦU Thiết kế sơ bộ kết cấu áo đường mềm phần xe chạy cho một tuyến đường cấp II đồng bằng 4 làn xe, có dải phân cách giữa và có dải phân cách bên tách riêng làn dành cho xe đạp và xe thô sơ. Theo kết quả điều tra dự báo tại năm cuối thời hạn thiết kế 15 năm như Bảng 5.1 với qui luật tăng trưởng xe trung bình năm q = 6 %/năm. Bảng 5.1: Thành phần cấp phối của 2 loại BTN được chọn Loại xe Trọng lượng trục Pi (KN) Số trục sau Số bánh của mỗi cụm bánh ở trục sau Khoảng cách giữa các trục sau (m) Lượng xe 2 chiều ni (xe/ngày.đêm) Trục trước Trục sau 1/ Xe con các loại 2/ Xe buýt.các loại - Loại nhỏ - Loại lớn 3/ Xe tải các loại - Nhẹ - Vừa - Nặng - Nặng 26.4 56.0 18.0 25.8 48.2 45.2 45.2 95.8 56.0 69.9 100 94.2 1 1 1 1 1 1 Cụm bánh đôi Cụm bánh đôi Cụm bánh đôi Cụm bánh đôi Cụm bánh đôi Cụm bánh đôi - - - - - 1.40 1800 500 15 1800 1250 600 200 TRÌNH TỰ TÍNH TOÁN THIẾT KẾ Tính số trục tính toán Theo 22TCN 211-06 xác định được số trục xe tiêu chuẩn 100KN cho cả 2 chiều trong một ngày đêm ở năm cuối của thời hạn thiết kế (năm cuối của thời kỳ khai thác Ntk = 1637 trục/ngày đêm.2 chiều) Tính số trục xe tính toán tiêu chuẩn trên 1 làn xe Vì đường thiết kế có 4 làn xe và có dải phân cách giữa nên theo 3.3.2 của “22TCN 211-06” ta có fL = 0.35 Vậy (trục/làn.ngày đêm) Tính trục xe tiêu chuẩn tích lũy trong thời hạn 15 năm Theo biểu thức (A – 3) ở phụ lục A của “22TCN 211-06” tính được: (trục) Dự kiến cấu tạo kết cấu áo đường Sử dụng lại BTN cũ chưa cải tạo tính chất Bảng 5.2: Thành phần cấp phối của 2 loại BTN được chọn Lớp kết cấu (từ dưới lên) Bề dày lớp (cm) E (Mpa) Rku (Mpa) C (Mpa) φ (0) Tính về độ võng Tính về trượt Tính về kéo uốn Nền đất Á sét ở độ ẩm tương đối tính toán 0.6 42 0.032 24 Cấp phối đá dăm loại II 18 250 250 250 Cấp phối đá dăm loại I 17 300 300 300 Đá dăm gia cố ximăng 14 600 600 600 0.8 BTN cũ chưa tái chế 8 284 250 1600 1.22 BTN cũ chưa tái chế 6 284 250 1600 1.22 Sau khi kiểm toán kết cấu áo đường dự kiến như trên theo 22TCN 211-06 ta nhận thấy kết cấu không thõa mãn (xem phụ lục II – 1) Sử dụng lại BTN cũ đã được tái chế cải tạo tính chất Bảng 5.3: Thành phần cấp phối của 2 loại BTN được chọn Lớp kết cấu (từ dưới lên) Bề dày lớp (cm) E (Mpa) Rku (Mpa) C (Mpa) φ (0) Tính về độ võng Tính về trượt Tính về kéo uốn Nền đất Á sét ở độ ẩm tương đối tính toán 0.6 42 0.032 24 Cấp phối đá dăm loại II 18 250 250 250 Cấp phối đá dăm loại I 17 300 300 300 Đá dăm gia cố ximăng 14 600 600 600 0.8 BTN cũ đã tái chế 8 356 250 1600 1.63 BTN cũ đã tái chế 6 356 250 1600 1.63 Sau khi kiểm toán kết cấu áo đường dự kiến như trên theo 22TCN 211-06 ta nhận thấy kết cấu thõa mãn nhưng kết quả kiểm toán gần với giá trị giới hạn cho phép (xem phụ lục II – 2) Sử dụng lại BTN cũ tái chế cải tạo tính chất làm lớp mặt dưới Bảng 5.4: Thành phần cấp phối của 2 loại BTN được chọn Lớp kết cấu (từ dưới lên) Bề dày lớp (cm) E (Mpa) Rku (Mpa) C (Mpa) φ (0) Tính về độ võng Tính về trượt Tính về kéo uốn Nền đất Á sét ở độ ẩm tương đối tính toán 0.6 42 0.032 24 Cấp phối đá dăm loại II 18 250 250 250 Cấp phối đá dăm loại I 17 300 300 300 Đá dăm gia cố ximăng 14 600 600 600 0.8 BTN cũ đã tái chế (dưới) 8 356 250 1600 1.63 BTN chặt loại I (trên) 6 420 300 1800 2.8 Sau khi kiểm toán kết cấu áo đường dự kiến như trên theo 22TCN 211-06 ta nhận thấy kết cấu thõa mãn (xem phụ lục II – 3) KẾT LUẬN Căn cứ vào các kết quả tính toán ở trên, trên cơ sở giả định các loại kết cấu áo đường ta nhận thấy nếu sử dụng lại BTN cũ mà không dùng thêm những tác nhân tái chế thì không đủ để đảm bảo khả năng chịu lực nhưng nếu sau khi BTN cũ được tái chế có bổ sung thêm thành phần cốt liệu mới cũng như bổ sung thêm tác nhân tái chế thì có thể tái sử dụng làm lớp mặt hay lớp móng trên trong kết cấu áo đường mềm. chương 6: NHẬN XÉT KẾT LUẬN VÀ ĐỊNH HƯỚNG NGHIÊN CỨU NHẬN XÉT KẾT LUẬN Trên cơ sở thu thập những kinh nghiệm đã thực hiện trên các công trình: Công trình nâng cấp mặt cầu Thăng Long, công trình sửa chữa mặt đường Xa lộ Hà Nội, công trình cải tạo mặt đường QL 1A .v.v, có sử dụng thiết bị cào bóc. Ngoài ra cũng dựa trên cơ sở tìm hiểu lý thuyết cũng như kết quả nghiên cứu thực nghiệm tái chế BTN phế liệu theo phương pháp tái chế nóng ở QL 1A (đoạn từ Km1986 – Km1998), có thể đưa ra các kết luận sau: Lý thuyết thiết kế hỗn hợp bê tông nhựa tái chế được xây dựng trên cơ sở thực nghiệm cho thấy có nhiều ưu điểm, rất thuận lợi cho công tác tính toán xác định các tỷ lệ thành hần cốt liệu và hàm lượng nhựa cho hỗn hợp bê tông nhựa tái chế. Bê tông nhựa tái chế nóng sử dụng vật liệu cào bóc mặt đường QL 1A qua kết quả thí nghiệm và phân tích kinh tế cho thấy rất có hiệu quả kinh tế - kỹ thuật, giải quyết sử dụng được một khối lượng vật liệu bê tông nhựa đáng kể sau khi cào bóc, góp phần giảm ô nhiễm môi trường. Bảng so sánh các chỉ tiêu cơ lý của BTN tái chế và BTN mới Loại BTN Độ bền Marshall (KN) Khối lượng thể tích (g/cm3) Độ dẻo Marshall (mm) Độ rỗng dư (%) Thực % Thực % BTN mới 12.29 100 2.38 100 3.57 4.4 BTN tái chế 11.53 91.6 2.35 98.7 3.05 4.5 BTN cũ 9.07 73.8 2.32 97.5 2.87 5.5 Qui định của 22TCN 249-98 > 8.0 - - - < 4 3 - 6 Bảng so sánh về giá thành vật liệu BTN tái chế và BTN mới Loại BTN Vật liệu (tấn) Đơn giá (ngàn đồng/tấn) Giá thành (ngàn đồng) Cốt liệu cũ Cốt liệu mới Nhựa đường Cốt liệu cũ Cốt liệu mới Nhựa đường BTN mới 0.584 0.3868 0.0292 - 117.4 9483 322 BTN tái chế 0.944 0.053 - 613 Do ta chỉ nghiên cứu tái chế cải tạo tính chất cơ lý của lớp BTN phế liệu nên việc tái sử dụng BTN tái chế trong xây dựng mặt đường ô tô chỉ có ý nghĩa khi lớp nền và móng dưới còn đảm bảo được các yêu cầu kỹ thuật. Công nghệ cào bóc mặt đường bê tông nhựa cũ bằng các thiết bị tiên tiến có hiệu quả về mặt kinh tế - kỹ thuật tương đối cao (ví dụ như thiết bị Wirtgen CBA.1000), thi công nhanh với chất lượng tốt, tỏ ra có rất nhiều triển vọng cho ngành đường ô tô Việt Nam hiện nay, nhất là khi các lớp phủ mặt đường, cầu cũ nhìn chung bị hư hỏng nhiều, các tuyến đường trong nội thị cần nâng cấp mà vẫn khống chế được quy hoạch về cao độ. Công nghệ tái chế BTN theo kiểu trộn nóng và trộn nguội được áp dụng rộng rãi ở các nước phát triển, cho thấy có hiệu quả cao và có tính thực tiễn trong xây dựng đường ô tô. Tùy theo điều kiện thực tế, trình trạng giao thông và giá thành xây dựng để quyết định giải pháp tái chế nóng hay nguội cho hợp lý. ĐỊNH HƯỚNG NGHIÊN CỨU Nghiên cứu công nghệ cào bóc và tái chế bêtông nhựa là một lĩnh vực còn khá mới mẻ trong chuyên nghành đường ô tô Việt Nam. Kết quả nghiên cứu của đề tài này đã góp phần giới thiệu, tổng hợp, phân tích những thành tựu về lý thuyết và thực nghiệm trong lĩnh vực tái chế bêtông nhựa trên thế giới. Mặc dù vậy công nghệ tái chế bêtông nhựa cần phải được tiếp tục nghiên cứu để phục vụ cho việc áp dụng trong tương lai. Các lĩnh vực nghiên cứu tiếp tục cần được hoàn thiện ở Việt Nam được cụ thể như sau: Nghiên cứu chất lượng BTN tái chế qua từng thời gian sử dụng (tính lão hóa), đối chiếu, so sánh với chất lượng BTN trộn bằng vật liệu mới. Đề ra phạm vi sử dụng vật liệu BTN tái chế trong thiết kế cải tạo đường ô tô: làm lớp móng hay lớp mặt v.v. Đưa ra được qui trình, qui phạm thiết kế, thi công và nghiệm thu mặt đường sử dụng BTN tái chế TÀI LIỆU THAM KHẢO PGS.TS. Phạm Duy Hữu – Vật liệu xây dựng mới, Nhà xuất bản GTVT Phạm Duy Hữu, Ngô Xuân Quảng – Vật liệu xây dựng Đường Ô tô và Sân Bay, Nhà xuất bản xây dựng Shell Bitummen Handbook, the Nothingham University, 1989 AASHTO. Material Testing. 1994. USA. Bộ tiêu chuẩn thí nghiệm ASTM Tiêu chuẩn thí nghiệm các chỉ tiêu cơ lý của vật liệu bêtông nhựa 22TCN 62-84 của Bộ Giao thông vận tải. Qui trình Thiết kế áo đường mềm 22TCN 211-93 Nhà xuất bản Giao thông vận tải Hà Nội 1993. Qui trình Thiết kế áo đường mềm 22TCN 211-06 Pavement Recycling Executive Summary and Report, Federal Highway Administration, Report No. FHWA-SA-95-060, Washington, DC, 1995. Engineering and Environmental Aspects of Recycling Materials for Highway Construction, Federal Highway Administration and U.S. Environmental Protection Agency, Report No. FHWA-RD-93-008, Washington, DC, May 1993. LÝ LỊCH KHOA HỌC I. TÓM TẮT - Họ và tên: Nguyễn Hữu Duy - Phái: Nam - Sinh ngày : 19/06/1984 - Nơi sinh : Tiền Giang II. ĐỊA CHỈ LIÊN LẠC - P1 – D62 – Khu nhà khách Trường ĐH GTVT – Cơ sở 2 (450 Lê Văn Việt, Phường Tăng Nhơn Phú A, Quận 9, Tp.HCM) Điện thoại: 0902625158 - Cơ quan : Trường đại học Giao thông Vận tải – Cơ sở 2 450 Lê Văn Việt, Phường Tăng Nhơn Phú A, Quận 9, Tp.HCM Điện thoại: 08. 38966735 III. QUÁ TRÌNH ĐÀO TẠO Từ năm 2001 - 2006: Sinh viên trường Đại học Giao thông Vận tải – Cơ sở 2 Tốt nghiệp đại học : năm 2006 Hệ: Chính quy Trường : Đại học Giao thông Vận tải – Cơ sở 2 Chuyên ngành : Xây dựng Cầu Đường Năm 2008 : Trúng tuyển cao học Khóa 2008 (K2008) Mã số học viên : 00108525 IV. QUÁ TRÌNH CÔNG TÁC - Từ đầu năm 2006 - đến tháng 08 năm 2006: công tác tại Phân viện khoa học công nghệ GTVT phía Nam. Tham gia thí nghiệm, kiểm định công trình: QL 61 – Tỉnh Hậu Giang - Từ tháng 09 năm 2006 đến nay : công tác tại Trường đại học Giao Thông Vận tải – Cơ sở 2.