MỞ ĐẦU 1.1 Tính cấp thiết của đề tài Trong thời gian qua, giao thông đường bộ đã có nhiều tiến triển vượt bậc về khoa học kỹ thuật cũng như trình độ xây dựng. Với mục tiêu phát triển bền vững, Chính phủ Việt Nam đã tập trung đầu tư mạnh mẽ cho cơ sở hạ tầng giao thông, nhiều công trình đã được xây dựng mới hoặc nâng cấp nhằm đồng bộ hệ thống giao thông từ trung ương đến địa phương theo hướng công nghiệp hóa - hiện đại hóa giúp thuận tiện và đảm bảo cho việc phát triển kinh tế cũng như sự đi lại của người dân. Tuy nhiên, cùng với sự phát phát triển cũa ngành xây dựng giao thông thì nhu cầu sử dụng vật liệu xây dựng tăng nhanh theo từng năm. Đòi hỏi phải có nguồn cung cấp ổn định cũng như chất lượng cũng phải đảm bảo.
Trong khi đó, nguồn cung cấp các loại vật liệu tự nhiên ngày càng cạn kiệt, những khó khăn trong khai thác, cự ly vận chuyển xa, nhựa đường phải nhập khẩu rất tốn kém và ảnh hưởng đến môi trường xung quanh mỏ vật liệu., Do đó, với mục tiêu sử dụng hiệu quả, tiết kiệm vật liệu xây dựng đường bộ thì việc áp dụng các thành tựu khoa học tiên tiến trên thế giới áp dụng vào thực tiễn tại Việt Nam là cấp thiết. Trong đó việc áp dụng các công nghệ tái chế mặt đường cũ là cần thiết. Nhìn chung, việc tái sử dụng vật liệu mặt đường cũ ở nước ta còn chưa được chú trọng gây lãng phí tài nguyên cũng như việc khai thác không kiểm soát ảnh hưởng đến môi trường. Các giải pháp đang ứng dụng hiện tại ứng dụng ở Việt Nam là: bổ xung lên mặt đường cũ lớp kết cấu mới, đào bỏ kết cấu cũ và thay bằng kết cấu mới, chống thấm bằng một lớp nhựa lên mặt đường cũ các giải pháp này hầu như không tận dụng lại các sản phẩm phế liệu mà còn thải lại môi trường một lượng lớn nhựa đường và cốt liệu cũ.
Vì vậy cần xem xét một giải pháp xử lý bê tông nhựa cũ này. Xem xét các công nghệ trên thế giới cho thấy công nghệ sử dụng bê tông nhựa tái chế (BTNTC) hay tiếng Anh có tên gọi Reclaimed Asphalt Pavement (RAP) là một giải pháp khả thi nhằm tận dụng các vật liệu có sẵn tại mặt đường cũ để tái chế làm mặt đường mới, công nghệ này có nhiều ưu điểm như sau: 2 - Giảm nhu cầu về vật liệu mới do sử dụng cốt liệu cũ tại chỗ; - Giảm lượng vật liệu thải vào môi trường; - Hiệu quả kinh tế, và tiết kiêm ngân sách.1 Hiện trạng các tuyến đường tại tỉnh Trà Vinh (Hương Lộ 19 và 35).2 Bê tông nhựa cũ sau khi cào bóc và lưu tại bãi chứa. [1] Chính vì các ưu điểm cũa công nghệ này, việc ứng dụng công nghệ này nên áp dụng tại Việt Nam trong thời gian tới.2 Đối Tƣợng Và Phạm Vi Nghiên Cứu Nghiên cứu Vật liệu bê tông nhựa tái chế sử dụng công nghệ trộn nóng tại Tỉnh Trà Vinh 3 Nghiên cứu ứng dụng hàm lượng BTNTC nóng có hàm lượng 10%, 20%, và 30% không sử dụng phụ gia. Vị trí lấy mẫu Hình 1.3 Vị trí công trình nghiên cứu.3 Nhiệm Vụ Nghiên Cứu Nghiên cứu và ước lượng tỷ lệ pha trộn tối ưu giữa nhựa đường cũ trong BTNTC nóng với nhựa đường mới không dung phụ gia để từ đó khuyến nghị chọn các tỷ lệ trộn áp dụng khi thiết kế sao cho phù hợp với điều kiện làm việc thực tế đơn giản nhất cũa vật liệu.4 Mục Tiêu Của Đề Tài Nghiên Cứu Mục tiêu của nghiên cứu này là như sau: Trên cơ sở các kết quả thử nghiệm trong phòng thí nghiệm, đưa ra nhận xét, đánh giá về chất lượng của hỗn hợp BTNTC nóng sử dụng BTN cũ với tỷ lệ khác nhau.
Nghiên cứu và ước lượng tỷ lệ pha trộn tối ưu giữa nhựa đường cũ trong BTNTC với nhựa đường mới và không sử dụng chất trẻ hóa từ đó khuyến nghị chọn các tỷ lệ trộn áp dụng khi thiết kế sao cho đúng với làm việc thực tế của vật liệu. 4 Phát triển một giao thức để hỗn hợp tái chế nóng trong phòng thí nghiệm có thể sản xuất trong trạm trộn bê tông nhựa tại Tỉnh Trà Vinh.5 Nội Dung Thực Hiện Đề Tài Nội dung luận văn gồm ba phần chính: Phần một : + Tình hình sử dụng BTN cũ trên thế giới và ở Việt Nam; + Các công nghệ tái chế BTN cũ; + Phương pháp thiết kế theo MS- 20 [2]. Phần hai: + Kiểm tra các chỉ tiêu cơ lý nhựa cũ, nhựa mới; + Cốt liệu và cấp phối bê tông nhựa cũ và cốt liệu mới. Phần ba: + Thiết kế hỗn hợp bê tông nhựa tái chế; + So sánh các chỉ tiêu kỹ thuật các hỗn hợp này.
5 CHƢƠNG 2 TỔNG QUAN 2. Tổng Quan Về Tình Hình Sử dụng Bê Tông Nhựa Tái Chế 2. Tình hình trên thế giới Theo nhà nghiên cứu Taylor [3] bê tông nhựa tái chế (BTNTC) đã được đề cập đến từ năm 1915 nhưng công nghệ này không được phổ biến rộng rãi. Đến năm 1970, nhu cầu sử dụng BTNTC trở nên thiết thực do sự gia tăng giá thành của nhựa đường nguyên nhân xuất phát từ lệnh cấm vận của các nước Ả Rập và sự khan hiếm của vật liệu đá.
Từ đây việc cào xới mặt đường cũ và tái sử dụng bê tông asphalt phế liệu đã được nghiên cứu và áp dụng rộng rãi ở nhiều nước có nền công nghiệp phát triển như Mỹ, Anh, Pháp, Đức, Canada,. Năm 1980 Mỹ đã sử dụng bê tông nhựa tái chế khoảng 15% tổng khối lượng bê tông nhựa trộn nóng. năm 1992, đã có 17 bang ở Mỹ sử dụng rộng rãi BTNTC chiếm khoảng 33% tổng số bê tông nhựa trộn nóng rải nóng. Kết quả theo dỏi sau 17 năm sử dụng (1976-1992) cho thấy rằng khối lượng bê tông nhựa tái chế tương dương với bê tông nhựa mới.
và hiện tại ước tính hàng năm tại mỹ lượng bê tông nhựa tái chế được sử dụng khoảng 45 triệu tấn. Theo báo cáo của quản lý đường cao tốc liên bang, 73 của 91 triệu tấn nhựa đường bị loại bỏ mỗi năm. Việc các dự án mở rộng và phủ lại lớp mặt sử dụng loai vật liệu bị loại bỏ này nhằm làm con đường mới, lòng đường vai đường và ta luy [4].1 Biểu đồ số lượng BTNTC (tấn) sử dụng ở New Jersy. [5] 6 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 [6]: + 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.
Tăng sử dụng BTNTC Không Tăng sử dụng BTNTC Hình 2.2 Bản đồ thể hiện sự gia tăng sử dụng BTNTC từ 2007 đến 2009 ở các tiểu bang của Hoa Kỳ. 7 Tổng Lượng BTNTC được sử dụng để tái chế mỗi năm ở Thụy Điển là khoảng 0,84 triệu tấn, 7,3 triệu tấn ở Đức, 0,53 triệu tấn ở Đan Mạch và khoảng 0.12 triệu tấn ở Hà Lan [8].1 Bảng thống kê tình hình sử dụng nhựa tái chế tại các nước năm 2001 [9] 2. Tình hình ở Việt Nam Theo số liệu thống kê năm 1998, tổng chiều dài đường bộ nước ta lên đến 210. trong đó đường quốc lộ là 14.935 km và chiều dài các con đường sử dụng lớp bê tông nhựa khoảng 5.
Hầu hết toàn bộ các đường cấp I,II, III đã sử dụng phổ biến các loại mặt đường bê tông nhựa khá nhiều các loại mặt đường 8 bê tông nhựa có niên hạn sử dụng trên 10 năm. Theo quy hoạch mạng đường bộ cao tốc việt nam đang được Bộ GTVT trình chính phủ, nước ta sẻ có hơn 6200 km và theo lộ trình thực hiện mỗi năm nước ta xây dựng hàng trăm km đường cao tốc. Và theo số liệu thống kê mới nhất của Cục Đường Bộ Việt Nam mạng lưới đường bộ nước ta lên đến 223.059 km tăng 3871 km so với cuối năm 1999. Hiện tại có khoảng 7600 km đường xuống cấp trầm trọng cần phải di tu sửa chữa Công nghệ tái chế nguội toàn chiều sâu sử dụng nhũ tương nhựa đường cải tiến (EEFDR) do Công ty Hall Brothers International (HBI) của Mỹ chuyển giao, đã được Liên danh nhà thầu gồm Tổng Cty XDCT GT1 và Cty HBI thực hiện thí điểm trên đoạn Km 1941-Km 1942, QL1A (Long An) vào năm 2011 và áp dụng thành công tại Gói thầu số 9 (từ Km76 – Km82) thuộc Dự án sửa chữa, cải tạo mặt đường QL5 trong năm 2013.
Tại dự án này, Liên danh đã thực hiện cào bóc tái chế mặt đường cũ tới độ sâu 20 cm, nhằm xử lý triệt để các vết nứt và tạo nên một lớp vật liệu mới đồng nhất, ổn định và cường độ cao. Tuổi thọ tính toán của hỗn hợp tái chế đạt tối thiểu 10 năm, thực tế có thể đạt tới 15-20 năm.3 Thử nghiệm tái chế mặt đường trên quốc lộ 1a tại Long An. [11] 9 Từ năm 1998, khi Việt Nam bắt đầu nâng cấp và cải tạo các tuyến quốc lộ trọng điểm, sử dụng vốn ODA từ các tổ chức quốc tế, các công nghệ tái sinh mặt đường đã được thực nghiệm được áp dụng trong các dự án Quốc lộ 1A ở Việt Nam. năm 1998 Tái chế mặt đường Quốc lộ 1A đi qua tỉnh Bình Thuận theo dự án ADB1, năm 2002 tái chế mặt đường Quốc lộ 1A đi qua thành phố Đà Nẵng và tỉnh Quảng Nam thuộc Dự án WB2, năm 2003 tái chế mặt đường quốc lộ 1A đi qua tỉnh Quảng Ngãi và tỉnh Phú Yên thuộc Dự án ADB3.[ 11] Năm 1999, Với sự phối hợp giữa các cơ quan Cục Đường Bộ, Viện Khoa Học Công Nghệ GTVT, Công ty Quản Lý và sửa chữa đường bộ 234 đã sử dụng thiết bị cào bóc Wirtgen C1000 cào bóc mặt đường bê tông nhựa trên bề mặt cầu Thăng Long với chiều sâu trung bình 3cm, sau đó tiến hành rãi thảm lớp BTN mới thay thế.
Kết quả cào bóc đã chứng minh tính hiệu quả của công nghệ cào bóc này [12] Trong tháng 8 năm 2010, một thử nghiệm của Wirtgen Recycler mở rộng 4.75m đường ở An Sương có chiều dài trên 800 mét, đây đường cao tốc nối thành phố bận rộn nhất Hồ Chí Minh đến Đồng bằng sông Cửu Long đã được thực hiện.