Chương 1: Giới thiệu tổng quan về vấn đề được nghiên cứu trong luận văn này + Chương 2: Cung cấp một số định nghĩa và tổng hợp tài liệu học thuật có liên qua đến vấn đề nghiên cứu. + Chương 3: Giới thiệu các bước tiến hành và phương pháp nghiên cứu sử dụng trong luận văn + Chương 4: Trình bày về các kết quả khảo sát thu thập được, các bước tiến hành xử lý và phân tích số liệu + Chương 5: Trình bày phương pháp so sánh chi phí dự án giao thông đường bộ tính cho toàn bộ tuổi thọ công trình + Chương 6: Kết luận và kiến nghị. HVTH: Nguyễn Anh Kiệt GVHD: TS. Bùi Phương Trinh – PGS.TS Đỗ Tiến Sỹ 6 CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN 2.
Các định nghĩa và khái niệm 2. Vật liệu xanh Vật liệu xanh (Green Material) được hiểu là các loại vật liệu thân thiện với môi trường hơn so với vật liệu truyền thống. Theo Ross và Meadows [20], vật liệu xanh là những loại vật liệu có trách nhiệm với môi trường, vòng đời của vật liệu xanh phù hợp chu kỳ hình thành và phân hóa của các tài nguyên tự nhiên. Về nguồn gốc, vật liệu xanh thường được biết đến như các sản phẩm tái chế, các nguồn vật liệu dư thừa, phế phẩm, thông qua việc ứng dụng kỹ thuật hiện đại cho ra đời những nguồn vật liệu mới tiên tiến hơn [21].
Bên cạnh đó, vật liệu xanh còn bao gồm nhóm vật liệu có xu hướng giảm ảnh hưởng xấu đến môi trường trong việc khai thác, sản xuất và vận hành [20] [21]. Vật liệu xanh và vật liệu bền vững Khái niệm vật liệu xanh và vật liệu bền vững trong xây dựng thường được đề cập trong thời gian gần đây. Về tổng thể, vật liệu xanh và vật liệu bền vững đều là các loại vật liệu mới, đều tốt hơn với môi trường. Xét về chi tiết, vật liệu xanh được định nghĩa là nhóm vật liệu chỉ xét ở khía cạnh đơn hướng, được đánh giá dựa trên tác động đến môi trường của vật liệu [20] [22].
Về vật liệu bền vững, vật liệu được đánh giá bền vững cần đáp ứng các yêu cầu về nhiều mặt, bao gồm môi trường – xã hội – kinh tế, thường được sử dụng trong các phạm vi rộng hơn, bao gồm chương phát triển tổng thể của các khu vực, vùng lãnh thổ [22]. Vật liệu xanh ứng dụng trong công trình giao thông đường bộ và xu hướng nghiên cứu, ứng dụng tại Viêt Nam Vật liệu xanh ứng dụng trong dự án hạ tầng giao thông đường bộ là các loại vật liệu mang hai đặc điểm chính, một là tính thân thiện với môi trường, hai là khả năng đảm bảo phù hợp các yêu cầu về mặt kỹ thuật. Việc nghiên cứu ứng dụng vật liệu xanh vào lĩnh vực xây dựng và công trình giao thông đã có một vài thành tựu rõ rệt. Năm 2015, sau khi tiến hành thí điểm tại quốc lộ 1A, lớp nhựa đường cũ đã được sử dụng rộng tãi tại nước ta hoặc việc sử dụng hỗn hợp Polymer PMB trong quá trình tái chế mặt đường và nhựa đường đang được một số doanh nghiệp tại Việt Nam nghiên cứu ứng dụng [23].
Ngoài ra, vẫn còn một số nghiên cứu như việc ứng dụng chất kết dính sinh HVTH: Nguyễn Anh Kiệt GVHD: TS. Bùi Phương Trinh – PGS.TS Đỗ Tiến Sỹ 7 học thay thế bê tông nhựa đường [15]; thay thế 10% xi măng bằng tro trấu trong kết cấu đường bê tông [24]; dùng bê tông có hàm lượng cao tro bay vào áo đường ô tô tại Việt Nam [17]; năm 2021, Nguyễn [9] đã tiến hành thực tái sử dụng bê tông nhựa theo phương pháp tái chế không gia nhiệt tại trạm trộn - CCPR trong điều kiện phòng thí nghiệm, kết quả thu được thể hiện CCPR hoàn toàn đáp ứng với tiêu chuẩn thiết kế của lớp kết cấu mặt đường, bên cạnh đó năng lượng sử dụng tính từ khi sản xuất nguyên liệu, chế tạo hỗn hợp, vận chuyển và thi công giữa các phương pháp tái chế nhựa đường cũ được tổng hợp theo kết quả tại Hình 2. CIR: Giải pháp tái sử dụng nhựa đường tại chỗ không gia nhiệt HCPR: Giải pháp tái sử dụng nhựa đường gia nhiệt tại trạm cố định WCPR: Giải pháp tái sử dụng nhựa đường gia nhiệt ấm tại trạm trộn CCPR: Giải pháp tái sử dụng nhựa đường không tra nhiệt trạm trạm cố định Hình 2.1: Năng lượng phát sinh từ các phương pháp tái chế bê tông asphalt [9] Từ đó, nhận thấy được khả năng sử dụng các loại vật liệu trên vào công trình giao thông đường bộ ở nước ta là rất lớn, việc triển khai thành công là một quá trình đầy khó khăn. Cần sự vào cuộc xây dựng hệ thống tiêu chuẩn, hướng dẫn triển khai từ các đơn vị có thẩm quyền.
Có thể sử dụng vật liệu xanh trong các công trình giao thông HVTH: Nguyễn Anh Kiệt GVHD: TS. Bùi Phương Trinh – PGS.TS Đỗ Tiến Sỹ 8 đường bộ sẽ góp phần giải bài toán cân bằng giữa phát triển kết cấu hạ tầng và phát triển xây dựng theo xu hướng bền vững. Phương pháp phân tính chi phí vòng đời dự án – Life cycle cost analysis (LCCA) Phân tích chi phí vòng đời dự án là một phương pháp đánh giá dự án trên toàn bộ vòng đời, bao gồm các bước triển khai được biểu diễn tại Hình 2.2, như: Khai thác tài nguyên – Chế tạo – Thi công – Vận hành – Phá dỡ và Tái sử dụng [25]. Kết quả đánh giá là góc nhìn toàn diện để so sánh giữa các phương án, giải pháp thay thế.
VÒNG ĐỜI DỰ ÁN XÂY DỰNG Khai thác tài nguyên Gia công, chế tạo Tái chế, thu hồi Thi công, lắp đặt Phá dỡ Sử dụng, bảo trì Hình 2.2: Quy trình vòng từ phát triển đến kết thúc dự án [25] Để có thể đánh giá hiệu quả kinh tế trong suốt quá trình triển khai đến kết thúc dự án , các khoản mục chi phí liên được đề xuất đưa vào phân tích theo bao gồm: o Chi phí nghiên cứu, bản quyền, chi phí thi công (I) o Chi phí vận hành, bảo trì, sửa chữa (OM&R) o Chi phí thay thế (Repl) o Giá trị thanh lý sau khi kết thúc (Res) HVTH: Nguyễn Anh Kiệt GVHD: TS. Bùi Phương Trinh – PGS.TS Đỗ Tiến Sỹ 9 o Các yếu tố tài chính (O) o Các lợi ích phi tài chính. Tổng quan các nghiên cứu trong và ngoài nước Nhìn chung, các nghiên cứu trong nước và quốc tế đã thực nghiệm và đánh giá cao kết quả việc sử dụng vật liệu xanh trong ngành xây dựng và hạ tầng giao thông đường bộ như các nghiên cứu về việc sử dụng tro bay vào thi công đường cao tốc đã được nhiều nới trên thế giới sử dụng đại trà [16] [26] [27]; chất kết dính sinh học được tái chế từ phế phẩm ngành chăn nuôi và tro trấu dùng vào trong bề mặt đường bê tông bước đầu đều thể hiện các kết quả khả quan so với sản phẩm truyền thống [15] [24]; nhiều phương pháp tái chế nhựa đường góp phần giải quyết bài toán giảm phát sinh chất thải, cải thiện hiệu quả kinh tế và duy trì hệ sinh thái ổn định [28] [29]. Những năm qua, ở nước ta, các nghiên cứu về việc dùng vật liệu xanh vào công trình giao thông đường bộ có nhiều đề tài, sáng kiến mang tín thực tế rất cao.
Theo Đào [18], việc áp dụng vật liệu “xanh” cần đi kèm kết cấu mới và giải pháp mới do sẽ gặp các rào cản trước khi được cộng đồng chấp nhận, các trở ngại bao gồm tăng chi phí đầu tư ban đầu, tâm lý ngại thay đổi của người sử dụng và thiếu trình độ kinh nghiệm chuyên môn từ những đơn vị trực tiếp thiết kế, thi công công trình. Theo Nguyễn [9], nhựa đường sau khi cào bóc có thể tái sử dụng tại hiện trường bằng biện pháp CIR (Cold-in-place Recycling – CIR), CIR đã được triển khai tại Việt Nam; tuy nhiên, công nghệ tái chế CCPR (Cold Central Plant Recycling) vẫn chưa được ứng dụng nhiều. Kết quả thí nghiệm cho thấy lớp nhựa đường tái chế theo phương pháp CCPR đều thỏa mãn các tiêu chuẩn đặt ra cho kết cấu mặt đường của Viêt Nam, xét về yếu tố môi trường, giải pháp tái chế theo CCPR giảm tổng năng lượng tiêu thụ so với một số phương pháp tái chế phổ biến hiện nay. Theo Đào [8], tái chế lớp nhựa đường cáo bóc theo công nghệ tái chế ấm được Bộ Khoa học và Công nghệ phê duyệt, kết quả nghiên cứu và triển khai thí điểm cho thấy bê tông ashpalt được tái chế theo biện pháp tái chế ấm (BTATCA) thỏa mãn được yêu cầu về vật liệu, ngoài ra còn hỗn hợp còn thể hiện thêm các tính năng ưu việt như giảm nhiệt độ thi công, an toàn hơn cho công nhân, giải quyết bài toán xử lý lớp nhựa đường cũ (RAP) triệt để hơn.
HVTH: Nguyễn Anh Kiệt GVHD: TS. Bùi Phương Trinh – PGS.TS Đỗ Tiến Sỹ 10 Theo Thái [17], tro bay có thể thay thế chất kết dính ở tỉ lệ phù hợp trong thiết kế bê tông mặt đường xe ô tô tại nước ta, biện pháp này còn góp phần giải quyết được vấn đề sử dụng lượng tro bay tồn đọng (phế phẩm từ việc nung luyện trong nhà máy nhiệt điện). Các kết quả từ mẫu thực nghiệm cho thấy, ứng dụng cấp phối theo hướng dẫn ACI 325.10R, ở mức độ thay thế chất kết dính từ 30-40%, các tính chất cơ lý của mẫu thử (bao gồm Rnén, Rkéo, Ruốn, Mđh, độ mài mòn đều nằm trong giới hạn cho phép về bê tông mặt đường cao cấp theo tiêu chuẩn ngành của Việt Nam. Theo Mark [30], đối với các vật liệu và giải pháp công nghệ mới, cần tiến hành đánh giá hiệu quả kinh tế dựa trên chi phí vòng đời, Mark hướng dẫn quy trình gồm chín giai đoạn để có thể tính toán chi phí vòng đời cho các loại vật liệu mới.
Phương pháp phân tích chi phí vòng đời cũng được giới thiệu bởi Viện Khoa học quốc gia Hoa Kỳ (National Institute of Building Sciences (NIBS) [25], NIBS hướng dẫn các loại chi phí cần thiết và cách áp dụng chi phí trong chi phí vòng đời dự án, căn cứ các nghiên cứu tiền đề, phương pháp phân tích chi phí vòng đời cho vật liệu mới được sử dụng tại Chương V của nghiên cứu này. Tổng hợp các tài liệu học thuật trong nước và quốc tế được trình bày tại Bảng 2. HVTH: Nguyễn Anh Kiệt GVHD: TS. Bùi Phương Trinh – PGS.TS Đỗ Tiến Sỹ 11 Bảng 2.1: Tổng quan các tài liệu học thuật STT Tác giả Tài liệu học thuật Định hướng nghiên cứu Biện pháp tiếp cận Kết quả Giới thiệu mô hình phân Thu thập kinh nghiệm khoa Giới thiệu mô hình so sánh chi phí Mark A.
