Journal of Science and Transport Technology University of Transport Technology JSTT 2022, 2 (3), 1 10 https //jstt vn/index php/vn Effect of the reclaimed asphalt pavement on the technical parameters[.]
Journal of Science and Transport Technology University of Transport Technology Effect of the reclaimed asphalt pavement on the technical parameters of roller compacted concrete Huong Giang Thi Nguyen*, Phuc Lam Dao, Quang Huy Le University of Transport and Technology, 54 Trieu Khuc, Ha Noi 100000, Viet Nam Article info Type of article: Original research paper * Corresponding author: E-mail address: giangnth@utt.edu.vn Received: 07/5/2022 Accepted: 06/7/2022 Published:17/7/2022 JSTT 2022, (3), 1-10 Abstract: The Socio-economic development leads to a rapid increase in the number of vehicles, particularly heavy trucks, causing damage to the pavement structure, especially the asphalt concrete surface The reclaimed asphalt pavement become the non-biodegradable waste materials Therefore, using recycled materials as aggregates in concrete manufacturing has been receiving a great deal of Road and Bridge construction industry attention Many researchers around the world have researched and applied recycled aggregates to make roller compacted concrete for road construction It is noteworthy that the reclaimed asphalt pavement is fundamentally different from the natural aggregate of roller compacted concrete, an old asphalt binder wrapped around recycled aggregates Therefore, the article presents an experiment to determine the technical parameters of roller compacted concrete using recycled aggregate, compared with the original roller compacted concrete Finally, the team evaluate the effect of recycled aggregate on the technical parameters of roller compacted concrete (RCC) with two proportions of recycled aggregate (40% and 80%), replacing natural aggregate in the concrete Keywords: roller compacted cement concrete (RCC), reclaimed asphalt pavement (RAP), the percent of reclaimed asphalt pavement https://jstt.vn/index.php/vn Tạp chí điện tử Khoa học Cơng nghệ Giao thông Trường Đại học Công nghệ GTVT Ảnh hưởng cốt liệu cào bóc từ bê tơng nhựa cũ đến tiêu kỹ thuật bê tông xi măng đầm lăn Nguyễn Thị Hương Giang*, Đào Phúc Lâm, Lê Quang Huy Trường Đại học Công nghệ Giao thông vận tải, 54 Triều Khúc, Hà Nội 100000, Việt Nam Thông tin viết * Tác giả liên hệ: Địa E-mail: giangnth@utt.edu.vn Ngày nộp bài:07/5/2022 Ngày chấp nhận:06/7/2022 Ngày đăng bài:17/7/2022 Tóm tắt: Sự phát triển kinh tế xã hội, gia tăng nhanh phương tiện giao thông, đặc biệt xe tải nặng làm cho chất lượng mặt đường giảm sút, gây hư hỏng cho kết cấu mặt đường, đặc biệt mặt đường bê tông nhựa Các mặt đường bê tông nhựa hư hỏng cào bóc trở thành vật liệu phế thải khơng phân huỷ Vì vậy, việc tận dụng tái sử dụng nguồn vật liệu phế thải làm cốt liệu chế tạo bê tông vấn đề quan tâm trọng xây dựng cơng trình Hiện nay, nhiều nước giới nghiên cứu ứng dụng cốt liệu tái chế để chế tạo bê tông đầm lăn ứng xây dựng đường ô tơ Tuy nhiên, cốt liệu cào bóc từ bê tơng nhựa cũ có đặc điểm khác với cốt liệu tự nhiên, màng nhựa cũ bao bọc xung quanh hạt cốt liệu tái chế Do vậy, báo trình bày thí nghiệm xác định tiêu kỹ thuật bê tông đầm lăn sử dụng cốt liệu tái chế, so sánh với bê tơng đầm lăn đối chứng Từ đó, đánh giá ảnh hưởng cốt liệu tái chế đến tiêu kỹ thuật bê tông đầm lăn (BTĐL) với hai tỉ lệ cốt liệu tái chế (40% 80%) thay cốt liệu tự nhiên hỗn hợp bê tông Từ khóa: bê tơng đầm lăn, cốt liệu cào bóc từ bê tông nhựa cũ, tỉ lệ cốt liệu tái chế Đặt vấn đề Kết cấu hạ tầng nói chung kết cấu hạ tầng giao thơng nói riêng có vai trị quan trọng q trình phát triển kinh tế - xã hội đất nước Kết cấu hạ tầng giao thông vận tải đồng bộ, đại đáp ứng nhu cầu vận tải hàng hoá, hành khách,… tạo tiền đề cho kinh tế tăng trưởng nhanh, ổn định bền vững Do đó, việc phát triển mặt đường bền vững nhiều nước giới quan tâm Cả hai loại mặt đường mặt đường bê tông nhựa mặt đường bê tông xi măng áp dụng rộng rãi xây dựng đường ô tô Tuy nhiên, phát triển kinh tế xã hội, gia tăng nhanh phương tiện giao thông, đặc biệt xe tải nặng làm cho chất lượng mặt đường giảm sút, gây hư hỏng cho kết cấu mặt đường, đặc biệt mặt đường bê tông nhựa JSTT 2022, (3), 1-10 Các mặt đường bê tông nhựa hư hỏng cào bóc trở thành vật liệu phế thải khơng phân huỷ Vì vậy, để hạn chế nhiễm mơi trường, tận dụng vật liệu phế thải, nhiều nước giới áp dụng công nghệ tái sử dụng mặt đường bê tông nhựa Các công nghệ cho phép mặt đường sửa chữa gia cố vật liệu bê tơng nhựa cũ, làm giảm chi phí vận chuyển, giảm thời gian thi công so với biện pháp thông thường, tác động tốt đến môi trường, hạn chế lượng khí thải từ trạm trộn mơi trường trình xây đường Do vậy, nhu cầu tái sử dụng vật liệu ngày tăng cao đặc biệt nước có cơng nghiệp phát triển giới Mặt đường bê tông nhựa tái chế đề cập từ năm 1915, đến nay, nhiều công nghệ tái chế mặt đường áp dụng rộng rãi nhiều nước https://jstt.vn/index.php/vn JSTT 2022, (3), 1-10 giới Gần đây, số nước Pháp , Ý, Brazil, Ấn Độ [1,2,3,4] áp dụng công nghệ tái chế nguội sử dụng cốt liệu cào bóc từ bê tơng nhựa cũ thay phần cốt liệu tự nhiên để chế tạo bê tơng đầm lăn làm lớp móng, mặt đường cấp thấp, vỉa hè, bãi đỗ xe (hình 1) hiệu quả, vừa tiết kiệm cốt liệu tự nhiên, giảm chi phí khai thác vận chuyển cốt liệu từ nơi khác đến, bảo vệ môi trường, giảm khí thải từ trạm trộn, vừa theo xu hướng phát triển mặt đường bền vững giới Nguyễn & nnk nén, cường độ ép chẻ, mô đun đàn hồi, độ co ngót, độ hút nước) BTĐL Cốt liệu tái chế Bê tông nhựa cũ cào bóc máy, sau làm sàng phân loại Cốt liệu tái chế thu gồm cốt liệu chất lượng cao bao phủ nhựa đường Cốt liệu tái chế (hình 2) có nguồn gốc khác nên đặc tính kỹ thuật khác khác quy trình xay nghiền, nguồn gốc đá, loại hàm lượng nhựa dính bám,… Cốt liệu cào bóc sau nghiền sàng di chuyển tới trạm trộn, sau bảo quản lưu trữ sử dụng Hình Mặt đường BTĐL sử dụng CLTC xây dựng Pháp [1] Ở Việt Nam, khoảng vài năm trở lại đây, Bộ Giao thông vận tải bắt đầu quan tâm đến công nghệ tái chế mặt đường, điển hình cơng nghệ: cơng nghệ tái sinh nguội chỗ bitum bọt xi măng, công nghệ tái sinh nguội chỗ nhũ tương nhựa đường cải tiến, cơng nghệ tái chế nóng mặt đường, công nghệ tái chế ấm mặt đường,công nghệ tái chế nguội bê tông đầm lăn [5]… Tuy nhiên, việc áp dụng công nghệ tái chế mặt đường bê tông nhựa cũ chưa rộng rãi nên tái chế hết lượng bê tông nhựa cũ ngày lớn Như vậy, việc sử dụng cốt liệu tái chế thay phần cốt liệu tự nhiên chế tạo hỗn hợp bê tông đầm lăn mang lại nhiều thuận lợi cho việc quản lý chất thải, sử dụng lượng tài nguyên thiên nhiên, bảo vệ môi trường, giảm giá thành xây dựng Tuy nhiên, diện đồng thời hai loại chất kết dính: chất kết dính thủy lực (xi măng) chất kết dính nhựa đường cũ cốt liệu tái chế làm cho hỗn hợp bê tông đầm lăn trở thành vật liệu tổng hợp Do đó, nghiên cứu sử dụng hai tỉ lệ cốt liệu tái chế 40% 80% để thay cốt liệu tự nhiên chế tạo hỗn hợp bê tơng , từ so sánh với bê tông đầm lăn đối chứng (0% cốt liệu tái chể) để đánh giá ảnh hưởng cốt liệu tái chế tới tiêu kỹ thuật (cường độ chịu Hình Cốt liệu tái chế [6] Các thơng số kỹ thuật cốt liệu tái chế sử dụng làm cốt liệu xây dựng đường ô tô gồm: thành phần hạt, độ ẩm, tính thấm, khả chịu tải, độ biến dạng,… Theo tài liệu nghiên cứu [3,4,6], cốt liệu tái chế có nhiều ưu điểm: - Cốt liệu tái chế có chứa 3,5 – 5% bitum, 96% đá, cát bột khống Do đó, sử dụng cốt liệu tái chế giảm chi phí nguyên vật liệu xây dựng cơng trình, giảm tình trạng khai thác mỏ đá ảnh hưởng đến môi trường sinh thái, giảm khai thác dầu mỏ ảnh hưởng đến địa chất, đồng thời giảm thiểu khí thải trình khai thác sử dụng tài nguyên xây đường - Ngoài ra, ưu điểm vượt trội cốt liệu tái chế đáp ứng chất lượng nhiều cấp đường khác nhau, phù hợp với loại cơng trình, ứng dụng rộng rãi cho tất lớp kết cấu áo đường Tuy nhiên, sử dụng cốt liệu tái chế thay phần cốt liệu tự nhiên chế tạo hỗn hợp bê tông đầm lăn, đặc điểm cần lưu ý màng nhựa cũ bao bọc xung quanh hạt cốt JSTT 2022, (3), 1-10 liệu Các dạng bao bọc nhựa cốt liệu tái chế thể hình Cốt liệu tái chế không bị bao bọc nhựa Một phần cốt liệu tái chế bị bao bọc nhựa Cốt liệu tái chế bị bao bọc nhựa hoàn toàn Cốt liệu lớn tái chế bị bao bọc nhựa hoàn toàn Nhựa bao bọc hỗn hợp gồm cốt liệu lớn cốt liệu nhỏ Nhựa bao bọc hồn tồn tạo thành khối Hình Các dạng bọc nhựa xung quanh cốt liệu tái chế [7] Nguyễn & nnk Kết cường độ chịu nén mẫu bê tơng đầm lăn thể hình hình Hình Biểu đồ cường độ chịu nén BTĐLCLTC1 Nghiên cứu thực nghiệm Để phân tích ảnh hưởng cốt liệu tái chế đến tiêu kỹ thuật bê tông đầm lăn, nhóm tác giả sử dụng hai loại cốt liệu tái chế thu gom từ hai nguồn khác nháu, với hai tỷ lệ cốt liệu tái chế 40% 80%, dùng hai loại xi măng PC40 PCB30 với tỷ lệ 10%, 13% 15% hỗn hợp bê tơng Sau đó, tiến hành thí nghiệm xác định cường độ chịu nén, cường độ ép chẻ, mô đun đàn hồi, độ co ngót độ hút nước bê tông đầm lăn sử dụng cốt liệu tái chế 3.1 Thí nghiệm xác định cường độ chịu nén Để nghiên cứu quy luật phát triển cường độ chịu nén bê tông đầm lăn sử dụng cốt liệu tái chế, thí nghiệm thực theo tiêu chuẩn ASTM C39 [8] Mẫu thí nghiệm hình trụ có kích thước 150x300 mm Với loại bê tơng đầm lăn, thí nghiệm tiến hành mẫu thử ngày 28 ngày tuổi thể hình Hình Biểu đồ cường độ chịu nén BTĐLCLTC2 Hình Các yếu tố ảnh hưởng đến cường độ chịu nén BTĐL – CLTC a Gia cơng mẫu b Thí nghiệm nén mẫu Hình Thí nghiệm xác định cường độ chịu nén Theo hình 7, yếu tố ảnh hưởng đến cường độ chịu nén bê tông đầm lăn sử dụng cốt liệu tái chế là: loại cốt liệu tái chế, hàm lượng cốt liệu tái chế thay cốt liệu tự nhiên, loại xi măng, hàm lượng chất kết dính thời gian JSTT 2022, (3), 1-10 Nguyễn & nnk liệu tái chế Đồng thời, tỉ lệ cốt liệu tái chế cao suy giảm cường độ bê tơng đầm lăn nhiều [4] Hình Biểu đồ Pareto yếu tố ảnh hưởng đến cường độ chịu nén Mặt khác, biểu đồ Pareto (hình 8) cho thấy yếu tố ảnh hưởng nhiều đến cường độ chịu nén bê tông đầm lăn sử dụng cốt liệu tái chế tỉ lệ cốt liệu tái chế Sau đến yếu tố thời gian, hàm lượng xi măng, loại cốt liệu tái chế loại xi măng Theo kết thí nghiệm, sử dụng tỉ lệ cốt liệu tái chế 40%, cường độ chịu nén bê tông đầm lăn giảm khoảng 30% - 35% so với bê tông đầm lăn đối chứng 28 ngày tuổi Khi sử dụng tỉ lệ cốt liệu tái chế 80%, cường độ chịu nén bê tông đầm lăn giảm khoảng 40% - 45% so với bê tông đầm lăn đối chứng 28 ngày tuổi Như vậy, so với bê tông đầm lăn đối chứng, cường độ chịu nén bê tông đầm lăn sử dụng cốt liệu tái chế giảm rõ rệt sử dụng tỉ lệ 40% cốt liệu tái chế tiếp tục giảm mạnh tăng tỉ lệ cốt liệu tái chế từ 40% lên 80% Đây điểm cần lưu ý sử dụng tỉ lệ cốt liệu tái chế cao (> 40%) thay cốt liệu tự nhiên chế tạo hỗn hợp bê tơng đầm lăn nói riêng bê tơng xi măng nói chung Như vậy, màng nhựa cũ bao bọc xung quanh cốt liệu tái chế nên hỗn hợp bê tông đầm lăn xuất hai vùng chuyển tiếp (ITZ) : ITZ cốt liệu tự nhiên vữa xi măng, ITZ cốt liệu tái chế vữa xi măng thể hình Màng nhựa cũ ngăn khơng cho nước tiếp xúc với vữa xi măng, xi măng thuỷ hố khơng hồn tồn làm chậm q trình phát triển hydrat hố bảo dưỡng Do đó, vùng chuyển tiếp cốt liệu tái chế vữa xi măng xốp có độ rỗng cao hơn, khu vực xảy phá hoại bê tông đầm lăn sử dụng cốt liệu tái chế Vì vậy, nguyên nhân dẫn đến suy giảm cường độ bê tơng đầm lăn sử dụng cốt Hình Hình ảnh phân tích liên kết nhựa đường với vữa xi măng BTĐL-CLTC [4] 3.2 Thí nghiệm xác định cường độ ép chẻ Cường độ ép chẻ tiêu kỹ thuật quan trọng xây dựng đường ô tô Cường độ ép chẻ bê tông đầm lăn sử dụng cốt liệu tái chế thí nghiệm theo tiêu chuẩn ASTM C496 [9] Với loại bê tơng đầm lăn, thí nghiệm tiến hành mẫu thử ngày 28 ngày thể hình 10 a Thí nghiệm ép chẻ b Mẫu bị phá hoại Hình 10 Thí nghiệm xác định cường độ ép chẻ Kết thí nghiệm cường độ ép chẻ mẫu bê tông đầm lăn đối chứng bê tông đầm lăn sử dụng cốt liệu tái chế trình bày hình 11 hình 12 Hình 11 Biểu đồ cường độ ép chẻ BTĐLCLTC1 JSTT 2022, (3), 1-10 Nguyễn & nnk chẻ cường độ chịu nén bê tơng đầm lăn sử dụng cốt liệu tái chế Hình 12 Biểu đồ cường độ ép chẻ BTĐLCLTC2 Khi thí nghiệm ép chẻ, quan sát bề mặt bị phá huỷ mẫu bê tông đầm lăn đối chứng bê tông đầm lăn sử dụng cốt liệu tái chế thấy khác liên kết cốt liệu tự nhiên với vữa xi măng liên kết cốt liệu tái chế với vữa xi măng Hình 13 cho thấy liên kết cốt liệu tự nhiên với vữa xi măng tốt nên mẫu bê tông đối chứng bị phá hoại, hạt cốt liệu lớn (đá dăm) bị vỡ theo Với mẫu bê tông đầm lăn sử dụng cốt liệu tái chế, bên ngồi cốt liệu có màng nhựa cũ bao bọc nên liên kết cốt liệu tái chế vữa xi măng không đồng Khi mẫu bị phá hoại, nhiều hạt cốt liệu tái chế cịn ngun, khơng bị vỡ cốt liệu tự nhiên thể hình 13 Do đó, cường độ ép chẻ bê tơng đầm lăn sử dụng cốt liệu tái chế có giá trị nhỏ so với bê tông đầm lăn đối chứng từ 35% đến 60% tuỳ thuộc vào tỉ lệ cốt liệu tái chế (40% hay 80%) hàm lượng chất kết dính (10%, 13% hay 15%) sử dụng hỗn hợp bê tơng đầm lăn Hình 14 Biểu đồ quan hệ cường độ chịu nén cường độ ép chẻ BTĐL-CLTC Từ hình 14, phương trình quan hệ cường độ chịu nén cường độ ép chẻ bê tông đầm lăn sử dụng cốt liệu tái chế phương trình bậc thể sau: Rn (MPa) = 2.248 + 8.559.Rech (MPa) (1) Cường độ ép chẻ tiêu quan trọng thiết kế kiểm toán kết cấu áo đường cứng Cường độ ép chẻ phụ thuộc vào cường độ chịu nén độ chặt hỗn hợp, cường độ chịu nén giảm cường độ ép chẻ giảm theo Do đó, cường độ ép chẻ lớn làm giảm nứt bê tông, giảm lượng cốt thép vùng chịu kéo cấu kiện Tuy nhiên, theo kết thí nghiệm, cường độ ép chẻ bê tơng đầm lăn sử dụng cốt liệu tái chế nhỏ bê tông đầm lăn đối chứng Bê tông đầm lăn sử dụng 40% cốt liệu tái chế có cường độ ép chẻ giảm khoảng 35% - 45%, bê tông đầm lăn sử dụng 80% cốt liệu tái chế có cường độ ép chẻ giảm khoảng 50% - 60% so với bê tông đầm lăn đối chứng Đây sở để lựa chọn tỉ lệ cốt liệu tái chế chế tạo hỗn hợp bê tơng xi măng nói chung hỗn hợp bê tơng đầm lăn nói riêng 3.3 Thí nghiệm xác định mơ đun đàn hồi Hình 13 Liên kết CLTN CLTC với vữa xi măng bê tông đầm lăn [4] Mặt khác, thông qua kết thí nghiệm, tìm phương trình quan hệ cường độ ép Mô đun đàn hồi tiêu quan trọng đặc trưng cho khả biến dạng bê tông tác dụng tải trọng Mô đun đàn hồi bê tông đầm lăn sử dụng cốt liệu tái chế thí nghiệm theo tiêu chuẩn ASTM C469 [10] Với loại BTĐL, thí nghiệm tiến hành mẫu thử ngày, 28 ngày thể hình 15 JSTT 2022, (3), 1-10 Nguyễn & nnk Hình 15 Thí nghiệm xác định mơ đun đàn hồi Kết thí nghiệm cường độ ép chẻ mẫu bê tông đầm lăn đối chứng bê tông đầm lăn sử dụng cốt liệu tái chế trình bày hình 16 hình 17 Hình 18 Biểu đồ Pareto yếu tố ảnh hưởng Biểu đồ Pareto hình 18 cho thấy đường thẳng đứng cắt qua tất hang, thể biến: tuổi, loại cốt liệu tái chế, loại xi măng, hàm lượng cốt liệu tái chế, hàm lượng xi măng ảnh hưởng đến mơ đun đàn hồi tích biến có ảnh hưởng đến mơ đun đàn hồi có ý nghĩa thống kê Từ kết thí nghiệm, quan hệ mô đun đàn hồi cường độ chịu nén bê tông đầm lăn sử dụng cốt liệu tái chế quan hệ luỹ thừa Cường độ chịu nén bê tông thay đổi làm cho mô đun đàn hồi thay đổi theo Hình 16 Biểu đồ mơ đun đàn hồi BTĐLCLTC1 Hình 19 Quan hệ cường độ chịu nén mô đun đàn hồi BTĐL-CLTC Từ đồ thị hình 19, cơng thức thực nghiệm liên hệ hai đại lượng cường độ chịu nén mô đun đàn hồi theo phương pháp bình phương tối thiểu với hệ số R2 = 0,917 sau: Ebt = 1.4387.(Rn)0.9127 (2) Hình 17 Biểu đồ mơ đun đàn hồi BTĐLCLTC2 Theo kết thí nghiệm, mơ đun đàn hồi bê tông đầm lăn sử dụng cốt liệu tái chế có giá trị nhỏ so với bê tông đầm lăn đối chứng Với bê tông đầm lăn sử dụng 40% cốt liệu tái chế, giá trị ... đến tiêu kỹ thuật bê tông đầm lăn (BTĐL) với hai tỉ lệ cốt liệu tái chế (40% 80%) thay cốt liệu tự nhiên hỗn hợp bê tông Từ khóa: bê tơng đầm lăn, cốt liệu cào bóc từ bê tông nhựa cũ, tỉ lệ cốt. .. hạt cốt liệu tái chế Do vậy, báo trình bày thí nghiệm xác định tiêu kỹ thuật bê tông đầm lăn sử dụng cốt liệu tái chế, so sánh với bê tông đầm lăn đối chứng Từ đó, đánh giá ảnh hưởng cốt liệu. .. học Cơng nghệ Giao thông Trường Đại học Công nghệ GTVT Ảnh hưởng cốt liệu cào bóc từ bê tơng nhựa cũ đến tiêu kỹ thuật bê tông xi măng đầm lăn Nguyễn Thị Hương Giang*, Đào Phúc Lâm, Lê Quang Huy