Nghiên cứu sử dụng phế thải nhựa làm phụ gia tăng cường đặc tính cơ học của bê tông asphalt khu vực Hà Nội

Nghiên cứu sử dụng phế thải nhựa làm phụ gia tăng cường đặc tính cơ học của bê tông asphalt khu vực Hà NộiNghiên cứu sử dụng phế thải nhựa làm phụ gia tăng cường đặc tính cơ học của bê tông asphalt khu vực Hà NộiNghiên cứu sử dụng phế thải nhựa làm phụ gia tăng cường đặc tính cơ học của bê tông asphalt khu vực Hà NộiNghiên cứu sử dụng phế thải nhựa làm phụ gia tăng cường đặc tính cơ học của bê tông asphalt khu vực Hà NộiNghiên cứu sử dụng phế thải nhựa làm phụ gia tăng cường đặc tính cơ học của bê tông asphalt khu vực Hà NộiNghiên cứu sử dụng phế thải nhựa làm phụ gia tăng cường đặc tính cơ học của bê tông asphalt khu vực Hà NộiNghiên cứu sử dụng phế thải nhựa làm phụ gia tăng cường đặc tính cơ học của bê tông asphalt khu vực Hà NộiNghiên cứu sử dụng phế thải nhựa làm phụ gia tăng cường đặc tính cơ học của bê tông asphalt khu vực Hà NộiNghiên cứu sử dụng phế thải nhựa làm phụ gia tăng cường đặc tính cơ học của bê tông asphalt khu vực Hà NộiNghiên cứu sử dụng phế thải nhựa làm phụ gia tăng cường đặc tính cơ học của bê tông asphalt khu vực Hà NộiNghiên cứu sử dụng phế thải nhựa làm phụ gia tăng cường đặc tính cơ học của bê tông asphalt khu vực Hà NộiNghiên cứu sử dụng phế thải nhựa làm phụ gia tăng cường đặc tính cơ học của bê tông asphalt khu vực Hà NộiNghiên cứu sử dụng phế thải nhựa làm phụ gia tăng cường đặc tính cơ học của bê tông asphalt khu vực Hà NộiNghiên cứu sử dụng phế thải nhựa làm phụ gia tăng cường đặc tính cơ học của bê tông asphalt khu vực Hà NộiNghiên cứu sử dụng phế thải nhựa làm phụ gia tăng cường đặc tính cơ học của bê tông asphalt khu vực Hà NộiNghiên cứu sử dụng phế thải nhựa làm phụ gia tăng cường đặc tính cơ học của bê tông asphalt khu vực Hà NộiNghiên cứu sử dụng phế thải nhựa làm phụ gia tăng cường đặc tính cơ học của bê tông asphalt khu vực Hà NộiNghiên cứu sử dụng phế thải nhựa làm phụ gia tăng cường đặc tính cơ học của bê tông asphalt khu vực Hà NộiNghiên cứu sử dụng phế thải nhựa làm phụ gia tăng cường đặc tính cơ học của bê tông asphalt khu vực Hà NộiNghiên cứu sử dụng phế thải nhựa làm phụ gia tăng cường đặc tính cơ học của bê tông asphalt khu vực Hà NộiNghiên cứu sử dụng phế thải nhựa làm phụ gia tăng cường đặc tính cơ học của bê tông asphalt khu vực Hà NộiNghiên cứu sử dụng phế thải nhựa làm phụ gia tăng cường đặc tính cơ học của bê tông asphalt khu vực Hà NộiNghiên cứu sử dụng phế thải nhựa làm phụ gia tăng cường đặc tính cơ học của bê tông asphalt khu vực Hà NộiNghiên cứu sử dụng phế thải nhựa làm phụ gia tăng cường đặc tính cơ học của bê tông asphalt khu vực Hà NộiNghiên cứu sử dụng phế thải nhựa làm phụ gia tăng cường đặc tính cơ học của bê tông asphalt khu vực Hà NộiNghiên cứu sử dụng phế thải nhựa làm phụ gia tăng cường đặc tính cơ học của bê tông asphalt khu vực Hà NộiNghiên cứu sử dụng phế thải nhựa làm phụ gia tăng cường đặc tính cơ học của bê tông asphalt khu vực Hà NộiNghiên cứu sử dụng phế thải nhựa làm phụ gia tăng cường đặc tính cơ học của bê tông asphalt khu vực Hà Nội

TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI

NGUYEN HONG QUAN

NGHIEN CUU SU DUNG PHE THAI NHUA LAM PHU GIA TANG CUONG DAC TINH CO HOC CUA BE TONG ASPHALT

KHU VUC HA NOI

LUAN AN TIEN SI KY THUAT

(BAN DU THAO)

Hà Nội - 2021

TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI

NGUYEN HONG QUAN

NGHIEN CUU SU DUNG PHE THAI NHUA LAM PHU GIA TANG CUONG DAC TINH CO HOC CUA BE TONG ASPHALT

KHU VUC HA NOI

Ngành: Kỹ thuật xây dựng công trình giao thông

Mã số: 9 58 02 05

Chuyên ngành: Xây dựng đường ô tô và đường thành phố

LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT

(BẢN DỰ THẢO)

Hướng dẫn khoa học: 1.PGS.TS Nguyễn Quang Phúc

2 PGS.TS Đồng Kim Hạnh

Hà Nội - 2021

LOI CAM DOAN

Tôi cam đoan luận án tiến sĩ “Nghiên cứu sử dụng phế thải nhựa làm phụ gia tăng cường đặc tính cơ học của bê tông asphalt khu vực Hà Nội” là công trình nghiên cứu của riêng tôi Các số liệu, kết quả nêu trong luận án là trung thực và chưa được công bố Trong luận án có sử dụng số liệu, bảng biểu, hình vẽ, công thức của các tác giả tôi đã chú thích và liệt kê trong phần tài liệu tham khảo của luận án

Hà Nội, ngày tháng năm 2021

Tác giả luận án

Nguyễn Hồng Quân

LOI CAM ON

Trong thời gian nghiên cứu 4 năm, qua rất nhiều khó khăn với khối lượng nghiên cứu tương đối rộng, số lượng mẫu thí nghiệm lớn, theo đõi thử nghiệm thử nghiệm hiện trường 2 năm, đến nay luận án “Wghiên cứu sử dụng phế thải nhựa làm phụ gia tăng cường đặc tính cơ học của bê tông asphalt khu vực Hà Nội” đã hoàn thành

Tôi xin được cảm ơn sâu sắc đến tập thể giáo viên hướng dẫn đó là: PGS.TS Nguyễn Quang Phúc và PGS.TS Đồng Kim Hạnh Các thầy, cô đã động viên, giúp

đỡ rất nhiều trong quá trình nghiên cứu để tôi hoành thành luận án này

Trong quá trình nghiên cứu tôi đã nhận được sự giúp đỡ nhiệt tình từ Ban Giám hiệu Trường Đại học Giao thông vận tải, Phòng Đào tạo Sau đại học, Bộ môn Đường

bộ, Phòng thí nghiệm Vật liệu xây dựng thuộc Trường Đại học Giao thông vận tải Tôi bày tỏ lòng biết ơn chân thành về sự giúp đỡ trong quá trình thí nghiệm phục vụ nghiên cứu

Tôi xin chân thành cảm ơn cán bộ, nhiên viên Phòng thí nghiệm trọng điểm ƯTC-Clenco4, Trường Đại học GTVT, đặc biệt là TS Lương Xuân Chiều - Giám đốc Phòng thí nghiệm đã giúp đỡ tôi rất nhiều về nguồn lực và phương tiện thí nghiệm

để phục vụ cho các thí nghiệm của luận án

Xin tran trong cam on Lanh dao co quan Thanh tra Chính phủ, Lãnh đạo, công chức Vụ II đã tạo điều kiện rất nhiều về kinh tế cũng như về thời gian để tôi được nghiên cứu và hoàn thành luận án

Để hoàn thành được luận án, tôi đã nhận được sự giúp đỡ và động viên của gia đình trong suốt quá trình nghiên cứu và tôi rất cảm ơn về sự giúp đỡ đó

Trân trọng!

Hà Nội, ngày tháng năm 2021

Tác giả luận án

Nguyễn Hồng Quân

MUC LUC

MUC LUC oes essscessseessseesssesssseevssessstesssvesssessasssisessaneesisessisessisessiessiesssseetasessaneeeaneeess II

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮTT -2-22222E222E222E2222z222zze- VI

Chuong 1: TONG QUAN NGHIEN CUU SU DUNG PHE THAI NHUA

LAM PHU GIA TANG CUONG ĐẶC TÍNH CƠ HOC CUA BE

1 Phn¿pta choíb fơng aspiiaillE e-«-e-eeceeeecrceeessereeeornosodtrreododyrgeodtnrgrgatdtorgoorierrusnruesrool 6 1.1.1 Các loại phụ gia cho bê tơng asphaÏ( - ¿+55 2++>+*>+xsvczexxeereeerrerrxex 6 1.1.2 Sử dụng phụ gia cho bê tơng asphalt ở Việt Nam - 55-5++>+s>+ 7

1.2 Các loại phế thải nhựa -22©2222222S2E222E2271227122712271221122112112211221122112212ee §

1.3 Những nghiên cứu sử dụng phế thải nhựa làm phụ gia cho bê tơng asphalt trên

1.3.1 Sử đụng phụ gia nhựa phế thải cho bê tơng asphalt ở Ấn Độ 13 1.8.2Nphiễn cifIi:ØMIRluysĨtee-eeseeeecesrosrrrosdorttoeorrtiuitirotrrddgoog40g000/0000000007/G02100/7/2700 23) 1.3.3 Nghién ctu 6 Tran oe 24

1.3.4 Nghiên cứu ở Trung Quốc -2-©-2+222+22222E22EE2272122212711221122212212222 2e 26

1.3.5 Nghiên cứu ở Saudi ATabla . + 55+ s+ St + ssErerrrrrrrrrrrrrrrrrrrrrrrrrrrrre 27 1.3.6 Nghiên cứu ở các nước khác . - - 5+ +++++xsexsszterrrrrrrrrrrrrrrrrerrrre 28 1.4 Những nghiên cứu sử dụng phế thải nhựa làm phụ gia cho bê tơng asphalt ở 'Việt Nam - - 2 122311122511 2311 21311 H11 1n 1n 1n HH HH KH ng cr 32 1.5 Những vấn đề tồn tại luận án cần giải quyết -2 -2-©22+222222222222222222. e, 33 1.6 Mục tiêu và nội dung của dé tài nghiên cứu -2 -2+222+222+222222z222z+zxezze, 34 1.6.1 Mục tiêu nghiên CỨU - + + 55+ S+t++E+zEEEErrtrrErrrrtrrrrrrrrrrkrrrrrrrerrerrrre 34 II) (0o án 5u 0 34 1.6.3 Dự kiến hiệu qua mang lat =— 35 1.7 Phuong phap nghién Uru 35

1.8 Nhận xét kết luận chương l 2-©22+22222EE22EE2EEE22EE222E222E222222222222222. e 36

Chương 2: NGHIÊN CỨU CÔNG NGHỆ XỬ LÝ CHẤT THÁI RẢN, TÁI CHÉ NHỰA VÀ ĐÈ XUẤT CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT PHỤ GIA PHÉ

THÁI NHỰA KHU VỰC HÀ NI . 5 s<©svcssetzsserrsserree 37

2.1 Tình hình chất thải rắn -ccc22222222EEEEEErrrrrrrrrrrrrrriirirrrre 37 2.1.1 Chất thải rắn sinh hoạt: - cccccccccccttttEEEEEEtrrrrrrrrrrrrrrrrrriie 38

2.2 Phân tích khối lượng rác thải nhựa và khả năng tái chế khu vực Hà Nội 42

2.3 Phương pháp thu gom và công nghệ tái chế nhựa -2- -2+22z+2z2+2zz+c2z 45 25,81 P"hương:pháp?thnpGfc-e.ee-cocecccescoseccrrrecroeerolerrsoetoerrtraosodtrrisogtigtrrreogtirsrneruEorourueorl 45

2.3.2 Công nghệ tái chế nhựa 2-22 ©22+2E222E222EE22EE222122212221222122122212222 c0 49

2.4 Các chỉ tiêu kỹ thuật của phụ gia phế thải nhựa -2-©-22222222z222z222zze- 50 2.4.1 Thống nhất các thuật ngữ phụ gia phế thải nhựa 22 222222222222 50

2.4.2 Yêu cầu về các chỉ tiêu kỹ thuật -2-©22+222+2E2+2E222EE222E222222222222222. e 50

2.5 Kiến nghị công nghệ sản xuất phụ gia phế thải nhựa khu vực Hà Nội 51

2.5.1 Công nghệ cắt, xé 2-©22222222222211221122112211221122112211221122112211221 221 c0 53

2.5.2 Công nghệ nấu chảy, đùn hạt -2-©22+222+22222EES2E222212221222122222222222 2-0 54

2.6 Nhận xét, kết luận chương 2-©-2+2222222222222212211221122112211221127112211 221 c0 56 Chương 3: NGHIÊN CỨU TRONG PHÒNG THÍ NGHIỆM SỬ DỤNG

PHE THAI NHUA LAM PHU GIA TANG CUONG ĐẶC TÍNH CƠ

HOC CUA BE TONG ASPHALT

3.1.5 Trình tự thiết kế thí nghiệm và xử lý kết quả thí nghiệm - 63

3.2 Nghiên cứu thăm dò đề lựa chọn loại phụ gia phế thải -2- 222222222222 63

3.2.1 Các loại phế thải nhựa nghiên cứu -2-©22222222E222222222222222222222-e2 63 3.2.2 Thiết kế thí nghiệm -2-©-2+222222222212221222122112211221122112211221122112211 2e 64

3.2.3 Phân tích, đánh giá kết quả thí nghiệm - 22 22222222E22222222222222222-e2 65 3.2.4 Nhận xét, kết luận thí nghiệm thăm dò và đề xuất nghiên cứu tiếp theo 68 3.3 Nghiên cứu đánh giá ảnh hưởng của hàm lượng phụ gia mảnh nylon phế thải đến một số tinh chat BTN va dé xuất tỷ lệ phụ gia hợp lý nhắt 69

3.3.1 Thiết kế thí nghiệm -2-©22+222+2EE22E12221222122212211221122112211221122112211 2 ee 69

3.3.2 Phân tích, đánh giá kết quả thí nghiệm -2-©2222222E222E2222222222222-e 69 3.3.3 Nhận xét, kết luận và đề xuất nghiên cứu tiếp 100 S22 ssce+ T7 3.4 Thí nghiệm lún vệt bánh xe-Wheel tracking - + ++-++sz+e>+ezxezerxerxexx 78 3.5 Thí nghiệm đánh giá khả năng chống nứt, nứt phản ánh -2 22 22 80

3.6 Thí nghiệm mô đun đàn hồi fĩnh -2-©22+22222E222EE22EE22212211222122112212222 2 §6 3.6.1 Phân tích kết quả thí nghiệm mô đun đàn hồi tĩnh của BTNC12.5 87

3.6.2 Phân tích kết quả mô đun đàn hồi BTNC12.5 với BTNC19 ở nhiệt dé 15°C

3.6.3 Nhận xét kết quả mô đun đàn hồi tĩnh 2- -2+22222E+2E222EE+2EE222z.Z2xze- 89 3.7 Thí nghiệm mô đun đàn hồi động Mĩ 2-©-2+222+22E22EE22EE2222222222222222-e 90

3.8 Thí nghiệm mô đun phức của BÏTN - +52 5+*++c+ex+zzerrrrrrrrrrrrrrrrrrrr 9]

3.8.1 Những vấn đề cơ bản 2-©22+222222122212221222122112211221122112211221122112ee 9]

3.8.2 Thí nghiệm xác định mô đun động - - +5 5+ >++>+s+*£+ez+Ezzezerrrzezxx 94 3.8.3 Quy hoạch thí nghiệm và phân tích kết qua thí nghiệm - 2 96

3.9 Thí nghiệm chỉ số chây MFI -2-©-2+22222EE22EE22E12221222122212211221122112211222 99

3.10 Cơ chế tác đụng của phụ gia nhựa phế thải theo công nghệ trộn khô tăng cường

3.10.1 Phan tich nhom nhura PE ooo eects cece cece ee eeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeees 101 3.10.2 Phan tích hình ảnh trộn nhựa với cốt liệu ¡00 101 3.10.3 Phân tích ảnh chụp kính hiển vi điện tử -222+2t2E2EE2E2E12E2E12E2Ex xe 103 3.10.4 Phân tích cơ chế tác đụng của phụ gia nhựa phế thải công nghệ trộn khô ÉTETHHHTH HH1 1111k 104

3.11 Kết luận chương 3 2222+222222222222231271127112711271127112111211121112112112 2e 106

Chương 4: NGHIÊN CỨU THỰC NGHIÊM HIỆN TRƯỜNG ĐÈ XUẤT CÔNG NGHỆ THỊ CÔNG BÊ TONG ASPHALT SU DUNG PHU

GIA NHỰA PHÉ THÁI KHU VỰC HÀ NỌI . 2 <¿ 107

4.1 Phân tích lựa chọn đoạn thử nghiệm hiện trường - 55-5 5s=+s>+s>+ 108 4.1:1 Vị trí và quymô thử nghiỆm -: ::::2z2222226002224009503810022381202558129852S9 089885 108 4.1:2 Quá trình thi cổng:eác:đoạn thử nghiệm:: -::esezzbeasatereedrieestossse 109 4.1.3 Lấy mẫu bê tông asphalt để thí nghiệm 22©22222222EE222E222E.22zze- 111

4.2 Trinh tự phân tích thống kê xử lý số liệu 222+2E2+2EE+2E2222E2222.22zze 111 4.3 Phân tích kết quả thực nghiệm hiện trường 2-©22+222+2E222Ez+22z+22zze- 112

4.3.1 Thí nghiệm Marshall với các mẫu BTN đúc từ hỗn hợp lấy tại trạm 112 4.3.2 Thí nghiệm Marshall với các mẫu BTN khoan từ hiện trường 119

4.4 So sánh kết quả thí nghiệm trong phòng và hiện trường z- 122

4.4.1 So sánh độ ồn định Marshall 22222cScvvvveererrrrrrrrrrrrrrrrie 122

4.4.2 So sánh khả năng chống lún vệt bánh xe -2-©-2+222222222EE222z.22zze- 123 4.4.3 So sánh khả năng kháng nứt qua chỉ tiêu Ïc - - 25+ +>+s+s=+>+s>+> 123 4.4.4 Kết luận về so sánh thí nghiệm trong phòng và hiện trường 124 4.5 Xây dựng mô hình và phân tích cơ học thực nghiệm kết cầu mặt đường có lớp BTN sử dụng phụ gia phế thải nhựa 22-22 ©222222222E222122212221222122222222-e 124

4.5.1 Tính toán kết cấu theo AASHTO93 +222cccccrrrrrrrkrrrrrrrrrrre 124 4.5.2 Tính toán kết cầu theo MEPDG -2222cccccrrrrrrrrrrrrrrrrrrre 125

4.6 Đánh giá hiện trường trong quá trình khai thác - - + >+s>+s+s>+s>+s>+ 132

4.6.1 Đánh giá độ bằng phẳng mặt đường -2-©-2+222+22E222E22212221222222x-e 133

4: Đănh pid matdudnegisaw 2 nane Icha Ch AC eee se sees reece eee: 135 4.8 Đề xuất các chỉ tiêu kỹ thuật và công nghệ thi công lớp BTN sử đụng phụ gia phế thải nhựa theo phương pháp trộn khô 22 ©22+22222EE22EE22EE222z.22zze- 136

4.9 Nhận xét kết luận chương 2- 22©22222222EE22E12221222122712211221122112211221122 139 KẾT LUẬN VÀ KIÊN NGHĨ s:::cccccccccic26266515052565086506556335365563853655638536556gI5d,143gh5dR 141

1 Những đóng góp mới của luận án - - 5+ ++++*>+£+e£+xxxrrrrrrerrrrrrrrrrerrrre 141

2 Những tồn tại, hạn chế . -5s2s221252E1255112151121511212112121121211212112121111111 1521 Xe5 142

3 Kiến nghị: 22-222 222222112211221122112211221122112111221121112111211121122122122121 22 xe 142

DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH CỦA TÁC GIẢ -2- xI

DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO ++£©2222zzz XII

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT

(American Association of Highway and Transportation Officials): Hiệp hội nghê nghiệp đường bộ và vận tải liên bang Mỹ

(Balanced Mix Design) Thiết kế hỗn hợp cân bằng

Bộ Giao thông vận tải - Việt Nam Bisphenol A

Bê tông nhựa; Bê tông asphalt

Bê tông nhựa chặt cỡ hạt 12.5mm

Bê tông nhựa chặt cỡ hạt 19mm

Bê tông xi măng Bảo vệ thực vật

Chất thải nguy hại

Chất thải rắn

Giao thông vận tải High Density Polyethylene Low Density Polyethylene;

Lun vét banh xe

Cơ học thực nghiệm nhiều người khác Nylon (Phụ gia dạng mảnh nylon) Polyethylene Teryphthalate

Polypropylene Polystyrene Polyvinyl Chloride Styrene-Butadiene-Rubber STYRENE-BUTADIENE -STYRENE Tiêu chuẩn Việt Nam

Độ rỗng dư

Độ rỗng lấp đầy nhựa

Độ rong cốt liệu

Tổ chức y tế thế giới

DANH MUC CAC BANG

1: Các đặc tính của bê tông asphalt sử đụng phế thải nhựa LDPE [41] 14

2: Các đặc tính của phế thải nhựa LDPE [74] 2-©-2+222222z+222z<- 14 3: Các đặc tính của phế thải nhựa LDPE [74] 2-©-2+222222z+222z<- 15 4: Các chỉ tiêu của BTN chặt phụ gia phế thải -2-©222222222z2222z<- 21 5: So sánh độ ôn định Marshall (kG) khi sử dụng phụ gia PB [66] 24

6: Tỷ lệ % tăng mô đun động của BTN phụ gia phế thải so với BTN thông /IE=—— 1 ` 26

.7: Kết quả sử dụng 9% nhựa phế thải LDPE [66] -2-5222<- 29 1: Nguồn phát sinh và thành phần chất thải rắn đô thị [10] 37

2: Thành phần của chất thải rắn ở Hà Nội [10] 2-5-2+22z+222z<- 39 3: Dự báo về dan sé va phat sinh chất thải tại Hà Nội [18] 43

1: Thành phần cấp phối hỗn hợp BTN12.5 2- -2+2222222222z222zze- 66 2: Thiết kế thí nghiệm Marshall theo tỷ lệ khối lượng mảnh Nylon-NL (trích) <2 11k Tee 71 .3: Thiết kế thí nghiệm ITS theo tỷ lệ khối lượng mảnh Nylon (rích) 76

.4: Tóm tắt các đặc tinh thí nghiệm nứt SCB - 5-+s+c>+c+ss+ess+ 81 5: Tóm tắt các đặc tinh thi nghiệm nứt SCB - +++c++s+ss+sss+ 81 6: Kết quả năng lượng biến đạng mẫu BTN12.5 8% phụ gia 85

.7: Kết quả năng lượng biến đạng mẫu BTNC12.5 60/70 đối chứng §6

8: Thiết kế thí nghiệm E tĩnh theo loại phụ gia và nhiệt độ (/ríeñi) 87

.9: Kết quả thí nghiệm mô đun đàn hồi BTN ở 15°C (trích) 89

10: Các mức độ ứng suất động tùy theo nhiệt độ thí nghiệm điển hình 95

11: Số các chu kỳ thí nghiệm tùy theo các giá trị của tần số khác nhau .96

12: Thời gian duy trì mẫu thí nghiệm ở các nhiệt độ khác nhau 96

13: Các thông số của đường cong cÏuÌ -©-s+2-s2222222z222zszzsszcsce 98 14: Kết quả trung bình thí nghiệm MFI -22+22222222E222222222222ze2 100 1: Kết cấu mặt đường ban:thử nghiỆmn: e .«ec-ceeễeececeeeosreveerorzrosorieureososuee 108 2: Số lượng mẫu hiện trường tối thiểu cho 1 đoạn thử nghiỆm.«-‹-.e.-s -e- 111 3: Phân tích độ chụm của độ én định Marshall, 40min 60°C 113

4: Thiết kế thí nghiệm Marshall mẫu đúc từ hỗn hợp rời lấy tai trạm (trích)

16: Yêu cầu về các chỉ tiêu kỹ thuật cho BTNC — Phụ gia phế thải nhựa 136

17: Yêu cầu về các chỉ tiêu kỹ thuật phụ gia phế thải nhựa (PTN) 137

18: Nhiệt độ các khâu sản xuất và thi công BTNC - PTN 138

Hình 1

Hình 1

Hình 1

Hình 1

Hình 1

Hình 1

Hình 1

Hình 1

Hình 1

Hình 1

Hình 1

Hình 1

Hình 1

Hình 1

Hình 2

Hình 2

Hình 2

Hình 2

Hình 2

Hình 2

Hình 2

Hình 2

Hình 2

Hình 2

Hình 2

Hình 2

Hình 2

Hình 2

Hình 2

Hình 2

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐÒ THỊ 1: Rác thải chứa phế thải nhựa -©22 S222 22222222 2EE222E22712273227122712221222Xe2 9

2: Nhura gia Guyg 10

3: Phé thai nhua 6 An D6 [73] .ssceccssssssesseesseesesssesseesseseesssessessesseseessessseees 16 4: Manh nhva va cao su phé thai nghién ctru [50] 02 17

5: Đoạn đường thir nghiém 6 Jamshedpur, Ấn Độ [42I: 18

6: Đoạn đường thử nghiệm sử dụng nhựa phế thải ở Delhi [44] 19

7: Hình ảnh các đoạn đường sử dụng nhựa phế thải [52] - 20

8: Trinh tự sử dụng nhựa phế thải làm phụ gia BTN [76] - 22

9: Kết quả thí nghiém Marshall theo tỷ lệ PET [43] -z 23

10: Máy nghiền và sản phẩm PET [60] -2 -22-2222222222222222z222zze- 23 11: Biéu dé chỉ số chảy (Flow Number) với tỷ lệ và kích thước PET[62] 25

12: Biểu đồ chiều sâu hin (Rut Depth) với tỷ lệ và kích thước PET [62] 25

13: Dây nylon phế thải và trộn vào cốt liệu [89], -22-z+22-z<- 2 14: Đoạn đường Texas-Hoa Kỳ sử dụng BTN nhựa phế thai [87] 30

1: Biểu đồ thành phần chất thải rắn -2222222E22EE222E222E22222222.22x-e 39 2: Thiết bị xử lý rác thải y tế nguy hại, rác thải y tế sau khi được xử lý .42

3 Nhat rac tu phat tai bai rac Nam Son, Sóc Sơn, Hà Nội 44

4 So dé thu gom, van chuyén, xu ly rac thai d6 thi eee 45 5 So dé thu gom, van chuyén, tap kết rác của dân cư ngoàải đô thị 45

6 Điểm tập kết rác trên đường giao thông, cơ sở trung chuyên rác 47

7 Sơ đồ đây chuyền xử lý rác thải nhựa bằng phương pháp cắt xé 49

§ Mảnh nhựa và hạt nhựa sau tái chế thành nguyên liệu 49

9 Thu gom rác thải nhựa . - 55+ 252 * SE ++E+vEzeErrrtrrrrrrrerrerrrrrrerrrre 51 10: Cơ sở tai ché nylon tại Triều Khúc, Thanh Tri, Ha N6i 52 11: Tập kết, phơi khô mảnh nhựa sau sơ ChẾ 22 222222221221 2125525222x 222 32 12 Dây chuyền cắt, xé nylon phế thải -©-2222222222222222222222222222 2 54 13 Ảnh thực tế đây chuyền cắt, xé nylon -2-©-2+222222z2222222z.22zze 34 14 Nylon đầu vào và sản phẩm sau khi qua dây chuyền 34

15 Dây chuyền tạo hạt nhựa tái chế từ nylon -2-©-22222222z222z+2zzce 55 16 Phễu tiếp nhận nylon và hạt nhựa đầu ra của dây chuyền 56

Hình 3 1: Sơ đồ nghiên cứu thí nghiệm trong phòng - 2 2+2z+22z+22zz+- 38

Hình 3 3: Phân tích lựa chọn số mẫu thí b0 01 62

Hình 3 4: Một số loại phế thải nhựa nghiên cứu 2-2222222222222E2222z2Z2zzczz 64 Hình 3 5: Kết quả thí nghiệm Marshall với nhóm mảnh nhựa phế thải 66

Hình 3 6: Độ rỗng dư Va -2-©22S2222122122122122112112712211211211211211211211211 21 xe 67 Hình 3 7: Phân tích ANOVA-Tukey độ ổn định Marshall - 2 2+s+zzzs+z+x 67 Hinh 3 8: Két quả thí nghiệm Marshall với nhóm hạt nhựa tái chễ csc5¿ 67 Hình 3 9: Độ rỗng dư Va 2 ©22222222222222127122112112712211211221211211211211211 221 xe 68 Hình 3 10: Phân tích ANOVA-Tukey độ ổn định Marshall 22+ 2zs+zz2s2 68 Hình 3 11: Đường cong cấp phối cốt liệu 2 loại BTN 222-2+222+2zz+c2z 70 Hình 3 12: Kết quả thí nghiệm độ ôn định Marshall ngâm 40min ở 60°C 72

Hình 3 13: Kết quả thí nghiệm độ đẻo Marshall ngâm 40min ở 609C 1B Hinh 3 14: Kết quả thí nghiệm độ rỗng dư Va 2-©222222222222222222222222222-2 74 Hình 3 15: Kết quả thí nghiệm độ ôn định Marshall ngâm 24h ở 609C 75

Hình 3 16: Kết quả thí nghiệm cường độ chịu kéo gián tiếp ITS 2 TT Hình 3 17: Mẫu thí nghiệm lún vệt bánh xe 8% nylon và đối chứng 78

Hình 3 18: Kết quả thí nghiệm lún vệt bánh xe BTNC19 không phụ gia 79

Hình 3 19: Kết quả thí nghiệm lún vệt bánh xe BTNC19 8% phụ gia NL 79

Hình 3 20: Kết quả thí nghiệm lún vệt bánh xe BTNC12.5 không phụ gia 79

Hình 3 21 Kết quả thí nghiệm lún vệt bánh xe BTNC12.5 8% NL - 79

Hình 3 22: Tổng hợp kết quả thí nghiệm lún vệt bánh xe 2- 2 22+2zz+c2z §0 Hình 3 23: Sơ đồ nguyên lý thiết kế cân bằng BMD 2©2222222+22z+22z+zzz §0 Hình 3 24: Thí nghiệm SCB BTNI12.5 8% phụ gia và đối chứng không phụ gia .83

Hình 3 25: Thí nghiệm SCPB tại phòng Las 1256 — Trường ĐHGTVT 84

Hình 3 26: Biểu đồ quan hệ lực- chuyển vị mẫu BTNC12.5 8% phụ gia 85

Hình 3 27: Phương trình hồi quy U-a của BTNC12.5 2 -222222222222z+c2z 85 Hình 3 28: Biéu đồ quan hệ lực- Chuyển vị BTNC12.5 60/70 đối chứng §6

Hình 3 29: Kết quả thí nghiệm Edh tĩnh BTNC12.5 . -2-2525zz25+2 88 Hình 3 30: Kết quả so sánh Edh tĩnh ở nhiệt độ 15°C . 2-z55+2 89 Hình 3 31: Thiết bị thí nghiệm Cooper — Trường Đại học TVT 90

Hình 3 32: Thí nghiệm mô đun đàn hồi động 22: 22+22222E£+EEZ2EEE+2Ez2Z2z+zzz 90

Hình 3 33: Kết quả thí nghiệm Mr BTNC12.5 -2¿©22222z+22+z+2zszerzez 91 Hình 3 34: Hai thành phần của mô đun động |E*| -2 -2222222222z+22z+2zz+czz 92 Hình 3 35: Sự trễ pha của biến dạng so với ứng suất -2 -2+22z+2zz+zzz+czz 92 Hình 3 36: Các chu kỳ ứng suất và biến dạng của mô đun động 2 93 Hình 3 37: Nguyên lý xây dựng đường cong chủ của |E*|, -+ ++ 93 HHình¿3) 38: ĐưỜïnpxeongprchii.củan [BEÏ| .-ee-eeeeeeeeeeereeeoroeresrreosrpvrrroginorrsotgtgrcsgoteoroogrurnoel 94

Hình 3 39: Phân tích các yếu tố ảnh hưởng E* -2+222+222+2E22EE222222722222ezzer 98

Hình 3 40: Kết quả thí nghiệm E* BTNC19 -2¿©22222222+222zz22Szczzxrrrrex 99 Hình 3 41: Kết quả thí nghiệm E* BTNC12.5 -2:22¿2222222z+22Sz+2zxzcrzez 99 Hình 3 42: Thí nghiệm chỉ số chảy MFI 22 ©22222222EE22EE22EE22222223222222222-2 100 Hình 3 43: Hình ảnh cốt liệu được bao bọc phu gia phế thải nhựã::ccccceczsyaess 102 Hinh’ 3, 44: Hinh anhchup SEM dardam tevsccesncr vera 103 Hình 3 45: Hình ảnh chụp SEM mẫu nhựa đường 2-2©72+222+zz2zx+2zze- 103 Hình 3 46: Sơ đồ công nghệ trộn khô phụ gia phế thải nhựa 2-2 104

Hình 4 1: Sơ đồ nghiên cứu hiện trường -2©22+2222EE22EE22EE222E22EEz+rxezrxee 107 Hình 4 2: Ảnh khu vực thử nghiệm hiện trường -2-©22+222+22z22Ez+22z+2zzze- 108

Hình 4 3: Cắt ngang điển hình đoạn thử nghiệm 2 22222222z22Ez222z+22 108 Hình 4 4: Đường cong cấp phối cốt liệu 2 loại BTN -2-©-2+222+2zz+22zze- 109

Hình 4 5: Sơ đồ trộn phụ gia phế thải - 22 ©722S2222EE2221222122212221222122222222e2 110

Hình 4 6: Phân tích thống kê độ rỗng dư Va -©-2222222222222222222222222222-e 112

Hình 4 7: Phân tích thống kê tỷ trọng khối Gmb 2-©-22222+2E222E22222222zze- 113 Hình 4 §: Kết quả thí nghiệm độ ôn định Marshall 2 22222zz+2zz+22zz+- 115

Hình 4 9: Kết quả thí nghiệm độ dẻo Marshall -2-©-2+222+2E2+2E222Ez+22zzzzzze- 116 Hình 4 10: Kết quả thí nghiệm lún vệt bánh xe BTNC12.5 không phụ gia 117 Hình 4 11: Kết quả thí nghiệm lún vệt bánh xe BTNC12.5 phụ gia mảnh 117 Hình 4 12: Kết quả thí nghiệm lún vệt bánh xe BTNC12.5 phụ gia hạt 117

Hình 4 13: Tổng hợp kết quả thí nghiệm lún vệt bánh xe 2-2222 118

Hình 4 14: Phương trình hồi quy U-a của BTNC12.5 -222-2+22z+22zz<- 119 Hình 4 15: Phân tích thống kê độ rỗng dư Va 2-©22+22222E222222222222zze- 119

Hình 4 16: Phân tích thống kê độ chặt đầm nén 22©22222222E2222z222zze- 120

Hình 4

Hình 4

Hình 4

Hình 4

Hình 4

Hình 4

Hình 4

Hình 4

Hình 4

Hình 4

Hình 4

Hình 4

Hình 4

Hình 4

17:

18:

19:

20:

21:

22:

23:

24:

25:

26:

21:

28:

29:

Phân tích thống kê độ ôn định Marshall -2 2+2222zz+2zz+22zz+- 121

Phân tích thống kê độ ôn định Marshall (MS) -22©2z 122

So sánh kết quả thí nghiệm lún vệt bánh xe 2- -2+22z+2zz+c22 123 So sánh kết quả kháng nứt Jc thí nghiệm SCB 2- 22522 123 Phần mềm MEI.3.28 222222222vvvrrrrrrrrrrrrrrrriiiriirrrree 126 Phân tích nhiệt độ trạm MERRA Hà Nội . -5- 128 Đường cong chủ và E* của BTNC12.5 không phụ gia 128

Đường cong chủ và E* của BTNC19 không phụ gia 129

Đường cong chủ và E* của BTƑNC12.5 phụ gia 8% nylon 129

Đường cong chủ và E* của BTƑNC19 phụ gia 8% nylon 130

Các biêu đồ trạng thái giới hạn khi phân tích ME - 132

Thí nghiệm đo nhám và độ bằng phẳng mặt đường đoạn thử nghiệm 132 Chiều sâu cấu trúc vĩ mô trung bình H (mim) 222222222222 135 30 Mặt đường đoạn thử nghiệm sau 2 năm khai thác - - 136

PHAN MO DAU

1 Đặt vấn đề nghiên cứu

Trong những năm gần đây, hệ thống giao thông đường bộ ở Việt Nam phát trién khá nhanh, gồm các đự án đầu tư xây dựng mới mạng lưới đường cao tốc và nâng cấp các quốc lộ hiện có Việc này đã góp phần không nhỏ trong việc thúc đây sự phát triển kinh tế - xã hội của đất nước Tuy nhiên, có một thực tế rằng, nhiều đoạn đường bị

hư hỏng sớm sau khi đưa vào khai thác Điều này đã gây tốn kém không nhỏ cho công tác sửa chữa của mặt đường, đồng thời cũng gây mất an toàn giao thông cho người sử dụng đường

Lún vệt bánh xe (LVBX) là phá hoại mặt đường bê tông asphalt phổ biến trên các tuyến đường chỊu tải trọng nặng ở Việt Nam hiện nay LVBX xuất hiện sớm và nghiêm trọng gây thiệt hại về kinh tế, giảm uy tín của người làm đường và gây bức xúc trong xã hội Dưới sự chỉ đạo quyết liệt của Bộ Giao thông vận tải, sự vào cuộc của các nhà khoa học đã góp phần giảm thiểu LVBX Tuy nhiên khi ở nhiều tuyến đường khi mà LVBX giảm được thì lại xuất hiện hư hỏng dạng nứt vỡ, bong bật, thấm nước dẫn đến phá hoại mặt đường Để đảm bảo mặt đường không bị LVBX và nứt vỡ cần có những nghiên cứu sử dụng phụ gia, cải tiến công nghệ thi công, kiểm soát chặt chẽ chất lượng thi công

Báo cáo của Ngân hàng Thế giới về quản lý chất thải rắn toàn cầu đến năm 2050 [56] thì chỉ riêng năm 2016 thế giới đã thải ra 242 triệu tấn rác thải nhựa, chiếm 12% tông khối lượng chất thải rắn Chất thải này chủ yếu có nguồn gốc từ ba khu vực: 57 triệu tấn từ Đông Á và Thái Bình Dương: 4Š triệu tấn từ châu Âu và Trung Á: và 35 triệu

tấn từ Bắc Mỹ

Theo báo cáo của Chương trình Môi trường Liên hợp quốc năm 2018 [1, 21, 22], mỗi phút thế giới tiêu thụ l triệu chai nhựa, mỗi năm có 500 tỷ túi nylon được sử dụng, thé giới thai ra khoảng 300 triệu tấn rác thải nhựa, tương đương với khối lượng của dân số toàn cầu Loại chất dẻo này chiếm 10% tổng lượng chất thải hiện đang tác động tiêu cực đến môi trường, kinh tế và sức khỏe con người [1] Theo thống kê, gần 1⁄3 số túi nylon mà con người sử dụng không được thu gom và xử lý, do đó đã dé lai hậu quả là rác thải nhựa và nylon phát sinh không ngừng, có mặt ở khắp nơi, gây ra thảm họa mà các nhà khoa học gọi là “ô nhiễm trắng” Nếu tốc độ sử dụng sản phâm nhựa tiếp tục tăng như hiện nay, sẽ có thêm 33 tỷ tấn nhựa được sản xuất vào năm

2050 và như vậy sẽ có hơn 13 tỷ tấn rác thải nhựa được chôn lấp trong các bãi rác hoặc đổ xuống đại dương [21, 56].

Theo số liệu của Bộ Tài nguyên và Môi trường [96], lượng chất thải nhựa và túi nylon

ở Việt Nam hiện ở mức rất cao, chiếm khoảng 8-12% trong chất thải rắn sinh hoạt,

xp xi 2.5 triệu tan/nam Tinh riêng các loại túi nylon, ước tính mỗi năm Việt Nam

sử đụng và thải bỏ khoảng hơn 30 tỷ túi/năm Ở các đô thị, lượng túi nylon được tiêu

thụ trung bình khoảng 10.48 — 52.4 tắn/ngày, riêng tại hai thành phố lớn là Hà Nội và

thành phố Hồ Chí Minh, mỗi ngày có khoảng 80 tấn nhựa và túi nylon thải ra môi trường Trong số này, chỉ khoảng 17% số túi nylon duoc tai str dung, số còn lại đều

bị thải bỏ sau khi dùng một lần Nếu tính chỉ số sản phẩm nhựa trên đầu người, đến nay là trên 41 kg/người/năm, trong khi chỉ số này năm 1990 là 3.8 kg/người/năm Qua khảo sát trên địa bàn Hà Nội, rác thải sinh hoạt cũng như rác thải y tế phần lớn được thu gom đề chôn lấp, việc chôn lấp đã và đang gây ảnh hưởng môi trường không nhỏ đến khu vực xung quanh khu chôn lấp, tốn điện tích sử dụng cho bãi chôn lấp

Theo đánh giá của Bộ Tài nguyên và Môi trường (Bộ TN&MT), lĩnh vực tái chế chất

thải nhựa của Việt Nam vẫn chưa phát triển Tỷ lệ phân loại chất thải tại nguồn rất thấp, hầu như các loại chất thải được dồn chung với nhau và được thu gom bởi các

xe chở chất thải đỗ đến bãi chôn lấp

Công nghệ tái chế nhựa được sử dụng ở các thành phố lớn của Việt Nam đã lỗi thời, hiệu quả thấp, chỉ phí cao và gây ô nhiễm môi trường Bên cạnh đó, hoạt động tái chế chất thải nhựa chưa được tổ chức với quy mô lớn, chủ yếu được thực hiện bởi các doanh nghiệp nhỏ nên hiệu quả thấp Khi tái chế nhựa làm đồ gia dụng, bao gói thì trong quá trình gia công nhiệt lần thứ 2, các polyme ở nhựa nguyên khai trước kia lại tách thành monome rất độc hại gây các bệnh nguy hiểm với con người Ngoài tái chế,

một lượng phế thải nhựa rất nhỏ được xử lý bằng hình thức đốt để phát điện, tái chế

thành dầu hoặc làm vật liệu xây dựng, tuy nhiên hình thức này còn có hạn chế như: năng lượng điện thu được không cao, làm tốn chi phí về nhiên liệu, phát sinh khí thải gây ô nhiễm môi trường, không kinh tế

Hiện nay, Bộ TN&MT đã chỉ đạo tập trung triển khai một số nội đung, giải pháp tăng cường quản lý tài nguyên, bảo vệ môi trường: Tăng cường triển khai các giải pháp quản lý, thu gom, vận chuyên, tái chế, xử lý chất thải nhựa nhằm ngăn ngừa, giảm thiểu rác thải nhựa vào môi trường tự nhiên theo các quy định tại Nghị định số 38/NĐ-

CP ngày 24/4/2015 của Chính phủ về quản lý chất thải và phế liệu, Thông tư số

36/2015/TT-BTNMT ngày 30/6/2015 của Bộ TN&MT về quản lý chất thải nguy hại

Có nhiều loại phụ gia cải tiến nhựa để nâng cao khả năng chống LVBX của BTN như SBS, SBR, TPP, các phụ gia này Việt Nam chưa tự sản xuất được mà phụ thuộc

vào nhập khâu dẫn đến giá thành xây dựng đường cao Nghiên cứu sử dụng các loại phế thải nhựa làm phụ gia tăng cường độ và độ ôn định của bê tông asphalt đã được thực hiện ở nhiều nước trên thế giới cho kết quả tốt

Ở Hoa Kỳ vào cuối năm 2016, truyền thông bắt đầu quan tâm đến khả năng sử dụng chất thải nhựa tái chế trong hỗn hợp bê tông asphalt Ÿ tưởng này được đưa ra để đồng thời cải thiện chất lượng của mặt đường nhựa và giúp giải quyết vấn đề ô nhiễm rác thải nhựa ở các thành phố, thị trấn và môi trường nước Giáo sư Randy West giám đốc Trung tâm nghiên cứu asphalt quốc gia Mỹ NCAT (National Center for Asphalt Technology) đang triển khai đề tài nghiên cứu sử đụng nhựa tái chế tăng cường các tính chất của bê tông asphalt [95] nhằm tăng tuổi thọ mặt đường và giảm nhu cầu phụ gia dé sản xuất nhựa đường polyme Nghiên cứu đánh giá cả 2 công nghệ trộn ướt và trộn khô Kinh phí cho nghiên cứu trong phòng là 500 000 USD với thời gian thực

hiện dự kiến 4/2021-10/2023

Ấn Độ là nước đi đầu trong nghiên cứu sử đụng các loại phế thải nhựa từ nylon, chai nước, bao gói đồ thực phâm, đồ gia dung ding 1 lần trong bê tông asphalt, đã thi công hàng trăm km đường đảm bảo khai thác tốt trong điều kiện nóng âm Các nước đang phát triển như Iran, Sudan, Pakistan, Malaysia, cũng đã có những nghiên cứu để tái

sử đụng chất thải rắn nói chung, nhựa nói riêng trong bê tông asphalt Tuy nhiên, những nghiên cứu ở nước ngoài với các điều kiện đặc thù về vật liệu, công nghệ, khí hau thoi tiét, nén can phải nghiên cứu với các điều kiện cụ thể Việt Nam

Tái sử dụng nhựa phế thải làm phụ gia cho bê tông asphalt có giá trị thực tiễn lớn, vừa tận dụng vật liệu địa phương, tiết kiệm tài nguyên, giảm ô nhiễm môi trường, tiết kiệm được ngoại tệ cho việc nhập khẩu phụ gia, giảm sự phụ thuộc vào hàng nhập khẩu, nâng cao chất lượng mặt đường Vì vậy đây là hướng nghiên cứu khả thi và có

ý nghĩa kinh tế, xã hội cũng như đáp ứng được các tiêu chuẩn kỹ thuật của BTN Xuất phát từ thực tế đó, đề tài “Nghiên cứu sử dụng phế thải nhựa làm phụ gia tăng cường đặc tính cơ học của bê tông asphalt khu vực Hà Nội” là cần thiết, có ý nghĩa khoa học và thực tiễn, góp phần đáp ứng yêu cầu và nhiệm vụ cấp thiết trong việc phát triển hạ tầng giao thông vận tải, đây nhanh quá trình công nghiệp hóa, hiện đại hóa thủ đô Hà Nội

việc chế tạo bê tông asphalt Sử dụng phế thải nhựa làm phụ gia góp phần làm giảm phát thải gây ô nhiễm môi trường - vấn đề bức xúc của xã hội đã được Lãnh đạo Đảng

và Nhà nước chỉ đạo thực hiện Nghiên cứu cũng góp phần phát triển khoa học và công nghệ trong ngành GTVT

Mục đích của đề tài là nghiên cứu phế thải nhựa làm phụ gia nhằm tăng cường độ và

độ ổn định của bê tông asphalt mặt đường ô tô Nghiên cứu loại phế thải nhựa, hàm lượng, công nghệ trộn, các tính chất chủ yếu của bê tông asphalt và công nghệ thi công mặt đường bê tông asphalt có sử dụng nhựa phế thải làm phụ gia Nghiên cứu

đề xuất dây chuyền sản xuất phụ gia từ nhựa phế thải cho bê tông asphalt

3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

3.1 Đối tượng nghiên cứu

Đối tượng nghiên cứu là bê tông asphalt sử dụng phế thải nhựa làm phụ gia tăng cường đặc tính cơ lý làm mặt đường khu vực Hà Nội

3.2 Phạm vi nghiên cứu

Do vấn đề phức tap và rất rộng, nên đề tài chỉ tập trung nghiên cứu cho loại bê tông asphalt làm lớp mặt đường BTNC12.5 và BTNC19 sử dụng phụ gia nhựa phế thải áp dụng cho khu vực Hà Nội Đề tài tập trung nghiên cứu sử đụng phụ gia nhựa phế thải gốc PE như các loại LDPE, HDPE sử dụng làm bao gói, màng bọc

Đề tài nghiên cứu các đặc trưng cơ lý của bê tông asphalt sử đụng phụ gia phế thải nhựa theo phương pháp trộn khô Nghiên cứu trong phòng thí nghiệm và thực nghiệm hiện trường quy mô nhỏ Với thời gian nghiên cứu chưa đủ đánh giá tuôi thọ mỏi và chi phí vòng đời của bê tông asphalt sử đụng phụ gia phế thải so với bé tong asphalt thông thường

4 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài

Kết quả nghiên cứu của đề tài là cơ sở để nghiên cứu ứng dụng, thương mại hóa sản phẩm phụ gia nhựa phế thải cho bê tông asphalt trong khu vực Hà Nội và các

thành phố có lượng phế thải nhựa lớn;

Đề tài có ý nghĩa giảm thiểu tác hại của rác thải nhựa đối với môi trường, giảm tác hại của nhựa phế thải đến sức khỏe con người, tiết kiệm được chi phí trong

việc xử lý rác thải, tiết kiệm nhiên liệu đốt rác và tiết kiệm diện tích chôn lấp

Đề xuất kết cấu mặt đường sử dụng phụ gia phế thải nhựa khu vực Hà Nội Kết quả nghiên cứu của đề tài góp phần vào hiện thực hóa chủ trương tiết kiệm tài nguyên thiên nhiên, bảo vệ môi trường và tận dụng vật liệu địa phương trong xây dựng đường ô tô

5 Cau trúc của luận án

Cấu trúc luận án bao gồm: Thuyết minh và Phụ lục

Chương 1: TỎNG QUAN NGHIÊN CỨU SU DUNG PHE THAI NHU'A LAM PHU GIA TĂNG CƯỜNG ĐẶC TÍNH CƠ HỌC CỦA BE TONG

ASPHALT

Tái sử dụng nhựa phế thải làm phụ gia cho bê tông asphalt có giá trị thực tiễn lớn, vừa tận dụng vật liệu địa phương, tiết kiệm tài nguyên, giảm ô nhiễm môi trường, nâng cao chất lượng mặt đường Sử đụng nhựa phế thải là một trong các chương trình nghiên cứu tái chế chất thải rắn đã được nhiều nước quan tâm Ở Việt Nam cho đến nay chưa có những nghiên cứu toàn diện về sử dụng nhựa phế thải làm phụ gia cho

bê tông asphalt trong ngành đường bộ Chương 1 tập trung phân tích tổng quan về tái

sử dụng phế thải nhựa làm phụ gia tăng cường đặc tính cơ học của bê tông asphalt trên thế giới để đề xuất định hướng nghiên cứu ở Việt Nam

1.1 Phụ gia cho bê tông asphalt

1.1.1 Các loại phụ gia cho bê tông asphalf

Các thuật ngữ "phụ gia- additive " và "cải thiện- modifier" chỉ các chất phụ gia, bao gồm bất kỳ vật liệu nào được thêm vào nhựa đường, hoặc hỗn hợp đá-nhựa Phụ gia

có mục đích cải thiện đặc tính khai thác và tuổi thọ của mặt đường hoặc vật liệu bảo trì bằng cách cải thiện các tính chất của nhựa đường hoặc hỗn hợp đá-nhựa nóng, hoặc cả hai [76]

Có nhiều loại phụ gia cho bê tông asphalt được sử đụng với các mục đích khác nhau:

- Phụ gia chống lại biến dang khéng héi phuc (Anti-Rutting, Permanent deformation) làm tăng cường độ kháng cắt của hỗn hợp

—_ Phụ gia chống nứt (Anti-Cracking): Chống nứt mỏi dưới tác đụng của tải trọng, chống nứt ở nhiệt độ thấp, nứt mỏi nhiệt

—_ Phụ gia tăng đính bám nhựa bitum với cốt liệu (Anti-Stripping): Chống lại tác động của nước làm mắt liên kết đá-nhựa

— Phụ gia chống ô xi hóa (Antioxidants)

—_ Ngoài ra còn có các loại phụ gia với các tác dụng như chống chảy nhựa, giảm độ nhớt của nhựa trong quá trình sản xuất, thi công bê tông asphalt,

Có 2 công nghệ thường sử dụng để trộn phụ gia cho bê tông asphalt là công nghệ trộn ướt (Wet Process) và công nghệ trộn khô (Dry Process)

— Công nghệ trộn ướt: Phụ gia được định lượng sau đó trộn với nhựa ở nhiệt độ cao

và tốc độ khuấy trộn lớn Có thể trộn tại nhà máy để tạo thành các loại nhựa cải tiến hoặc nhựa polymer Có thể trộn ngay tại trạm bê tông asphalt bằng các thiết

bị lắp đặt thêm Công nghệ này có hiệu quả sử dụng phụ gia cao, chất lượng đồng đều Tuy nhiên giá thành cao hơn vì phải sử đụng thêm nhiệt và công khuấy trộn Mặt khác vì trộn vào trong nhựa nên thời gian sử dụng của nhựa cải tiến sẽ bị hạn chế, cần phải có những trạm tồn chứa, nhựa cải tiến dễ bị phân tầng, phụ gia noi lên bề mặt;

— Công nghệ trộn khô: Phụ gia được định lượng ngay tại trạm trộn sau đó được trộn với cốt liệu đã được rang nóng và hỗn hợp phụ gia-cốt liệu tiếp tục được trộn với nhựa đường Theo công nghệ này thì phụ gia nóng chảy sẽ bao bọc cốt liệu làm tăng khả năng liên kết đá-nhựa Một phần nhỏ phụ gia sẽ tác đụng với nhựa đường thành nhựa cải tiễn và 1 phần sẽ đóng vai trò như cốt liệu Ưu điểm của công nghệ

này là đơn giản, linh hoạt, không đòi hỏi thiết bị đất tiền, giá thành rẻ, có thể sử

dụng với khối lượng không lớn khi sửa chữa mặt đường, không phải tồn chứa Tuy nhiên công nghệ này có nhược điểm là chất lượng khó đồng đều, khó phát huy hết tác dụng của phụ gia

1.1.2 Sử dụng phụ gia cho bê tong asphalt 6 Viét Nam

Việc sử dụng phụ gia tăng dính bám đá-nhựa (còn gọi là phụ gia kháng bong tách)

cho BTN khi cốt liệu có độ dính bám kém là một trong những giải pháp hữu hiệu để

giảm thiểu nguy cơ hư hỏng mặt đường BTN do tác động của nước Hiện nay ở Việt Nam đang phổ biến sử dụng các loại phụ gia tăng dính bám đá-nhựa là ToughFix, ToughFix Hyper, WetfixBE, cho kết quả tốt

Công nghệ bê tông nhựa polymer đã được áp dụng ở Việt Nam từ năm 2006 bằng tiêu chuẩn thi công và nghiệm thu mặt đường bê tông nhựa polymer 22TCN 356-06 Nhựa polymer là nhựa thường được trộn thêm các loại phụ gia tại nhà máy BTN polymer có các đặc tính cơ học như chống biến dạng không hồi phục, chống nứt, tăng dính bám tốt nên được áp đụng ở những đường chịu tải trọng nặng

Công nghệ bê tông nhựa epoxy dùng phụ gia epoxy cũng được Trần Thị Cẩm Hà — Trường Đại học GTVT nghiên cứu áp dụng Bê tông nhựa epoxy có những ưu điểm

có khả năng chống lún vệt bánh xe và chống mỏi tốt là lựa chọn hàng đầu cho các lớp mặt đường cấp cao chịu tải trọng nặng ở Việt Nam.

Có nhiều loại phụ gia cải tiến nhựa để nâng cao khả năng chống lún vệt bánh xe của BTN đang được sử dụng ở Việt Nam như SBS, SBR, TPP, PRPlast, trong đó phổ

biến và kinh tế nhất là phụ gia SBS (STYRENE-BUTADIENE -STYRENE) Đề quá

trình polymer hóa nhựa đường bằng phụ gia SBS có các cách như trộn trong nhà máy, trộn với nhựa tại trạm và trộn với cốt liệu khi sản xuất BTN tại trạm trộn

Phân tích về kinh tế - kỹ thuật phù hợp với điều kiện thiết bị và công nghệ hiện có ở

Việt Nam, nhóm nghiên cứu Trường Đại học GTVT phát triên phương pháp trộn khô SBS tại trạm khi sản xuất BTN Phương pháp này đã được áp đụng cho kết quả tốt tại một số dự án và đã được Bộ GTVT cho phép biên soạn thành tiêu chuẩn kỹ thuật tạm thời thiết kế, thi công và nghiệm thu BTN chặt thông thường có sử đụng phụ gia SBS trộn với cốt liệu nóng tại trạm trộn sử dụng cho các dự án [9] Thiết bị định lượng và phun phụ gia theo phương pháp trộn khô của Trường Đại học GTVT phát triển có thê nói là hướng mới trong việc sử dụng các thiết bị đơn giản nhưng hiệu quả

để đưa phụ gia trong quá trình sản xuất bê tông asphalt mà phụ gia phế thải nhựa là một hướng khả thi, có ý nghĩa kinh tế, xã hội cũng như đáp ứng được các tiêu chuẩn

kỹ thuật của bê tông asphalt Cho đến nay đã có hàng trăm kilomet mặt đường bê tông asphalt sử dụng công nghệ trộn khô phụ gia SBS tại trạm được thi công và chất

lượng khai thác tốt

Các loại phụ gia tro bay, cao su sử dụng cho bê tông asphalt được PGS.TS Phạm Hữu Hanh — Trường Đại học Xây dựng nghiên cứu cho kết quả tốt Nghiên cứu sử đụng phụ gia lưu huỳnh trong bê tông asphalt cũng được các tác giả ở Trường Đại học

GTVT PGS.TS Nguyễn Văn Hùng, NCS Nguyễn Thu Trang thực hiện, kết quả

nghiên cứu góp phần giảm tác động đến môi trường, tiết kiệm tài nguyên

TS Vũ Phương Thảo - Trường Đại học GTVT và các kỹ sư Đà Nẵng cũng đã nghiên cứu sử đụng sợi thủy tỉnh tăng cường đặc tính cơ học và khả năng chống kéo của bê tông asphalt Ngoài ra các loại phụ gia chống chảy nhựa dạng sợi Cellulose, sợi phân tán, phụ gia giảm độ nhớt của nhựa cũng đã được sử dụng tại Việt Nam

Tuy nhiên các nghiên cứu trên chỉ với các loại phụ gia thành phâm, chưa có nghiên cứu toàn điện về bê tông asphalt sử dụng phụ gia phế thải nhựa

1.2 Các loại phế thải nhựa

Nhựa có trong rác thải và rác thải có ở khắp mọi nơi, từ thành phố đến nông thôn gây những tác hại nghiêm trọng đến môi trường sinh thái (Hình 1.1) Những tái chế nhựa

sử đụng trong sinh hoạt hàng ngày là nguồn gây bệnh cho con người

Hình 1 1: Rác thải chứa phế thải nhựa Polyethylene (PE) là nhóm nhựa phổ biến nhất sử dụng trong sinh hoạt và công nghiệp PE là một hợp chất hữu cơ (poly) gồm nhiều nhóm etylen CH›-CH;: liên kết với nhau bằng các liên kết hydro nội phân tử PE màu trắng, hơi trong, không dẫn điện và không dẫn nhiệt, không cho nước và khí thấm qua Ở nhiệt độ cao hơn 70°C

PE hoa tan kém trong các dung môi như toluen, xilen, amilacetat, tricloetylen, dau thông, dầu khoáng Dù ở nhiệt độ cao, PE cũng không thể hòa tan trong nước, trong các loại rượu béo, aceton, ête etylic, glicerin và các loại dâu thảo mộc

Dựa vào khối lượng phân tử, tỷ trọng, độ kết tinh và mức độ khâu mach ma PE duoc

chia thành tám loại: VLDPE (PE tỷ trọng rất thấp); LDPE (PE tỷ trọng thấp - Low Density Polyethylene)); LLDPE (PE tỷ trọng thấp mạch thăng); MDPE (PE tỷ trọng

trung bình); HDPE (PE tỷ trọng cao - High Density Polyethylene); UHMWPE (PE

có khối lượng phân tử cực cao); PEX hay XLPE (PE khau mach); HDXLPE (PE khau mạch tỷ trọng cao) Hai loại LDPE và HDPE sử dụng phổ biến nhất trong sinh hoạt,

và công nghiệp Hàng năm trên thế giới tiêu thụ trên 60 triệu tấn PE làm bọc đây điện, bọc hàng, bao gói sinh hoạt, làm màng mỏng che mưa, chai lọ, chế tạo thiết bị trong ngành sản xuất hóa học

Có 6 loại nhựa sử đụng trong cuộc sống hàng ngày là: LDPE làm túi nylon, bao gói; HDPE dùng làm túi nylon, bao gói, chai đựng; PET (Polyethylene Teryphthalate) làm chai đựng nước; PP — (Polypropylene) lam nap day; PS (Polystyrene); PVC (Polyvinyl Chloride) lam dé gia dung Nhimg san pham làm từ nhựa này sau khi sử dụng sẽ thải ra môi trường mà phải rất lâu, đến vài trăm năm mới phân hủy hết và phát tán vào môi trường đất và nước

Số 1: là PET - nhựa polyethylene terephthalate Các chai nhựa đựng đồ uống khi tái sử dụng nếu đựng nước nóng quá 70 độ C không chỉ biến dạng mà còn phân giải ra các chất có hại cho sức khỏe Các nhà khoa học cũng phát hiện ra rằng, chế phâm nhựa này nếu sử dụng quá 10 tháng có thé sinh ra các chất gây ung thư

Số 2: là HDPE - polyethylene có mật độ cao Các chai nhựa này có khả năng chịu nhiệt tới 110 độ C, thường được dùng đựng thực phẩm, sữa tắm hoặc các vật có

độ tỉnh khiết cao Khi tái sử dụng cần hết sức lưu ý, vì loại nhựa này khó làm sạch, các chất còn sót lại rất dé trở thành ô vi khuẩn

Số 3: là chất PVC - nhựa PVC PVC thường có trong áo mưa thông thường, vật

liệu xây dựng, đồ nhựa, hộp nhựa, tuy có độ dẻo tốt, giá rẻ nhưng thường chỉ sử dụng được đến độ nóng 81 độ C Chất này có thê giải phóng rất nhiều khi ở nhiệt

độ cao nên hiếm khi dùng làm bao bì sản phâm, đồng thời cũng rất khó làm sạch

và không thể tái sử dụng

Số 4: là LDPE - polyethylene mật độ thấp LDPE khá phô biến trong các túi đựng, hộp mì và vỏ bim bim Sản phẩm chứa chất này sẽ không thể làm nóng trong lò

vi sóng, tránh nhiệt độ cao vì sẽ giải phóng hóa chất

Số 5: là PP (nhựa polypropylene) PP thường có trên nắp hoặc đáy cốc cà phê, chai sữa thường, sữa chua hoặc chai nước trái cây Chất này thường chịu được ở nhiệt độ 167 độ C nên có thê tái sử đụng, quay trong lò vi sóng

Số 6: là chất PS (polystiren) PS thường có ở các hộp mỳ ăn liền, hộp đựng đồ ăn nhanh Dù chúng có khả năng chịu nhiệt và lạnh cao, nhưng không được dùng trong lò vi sóng vì khi bị nóng sẽ giải phóng ra các chất hóa học Bên cạnh đó,

cũng không được dùng đựng đỗ có chất acid mạnh, chất kiềm mạnh, vì sẽ phân giải ra chất polystyrene có hại cho cơ thê

— Số 7: là PC - nhựa PC PC được sử dụng rất phổ biến, nhất là làm chai sữa, cốc dùng một lần Nếu chai nhựa PC có sử dụng chất BPA (Bisphenol A) thì sẽ rất có hai cho co thé

Trong thời gian vừa qua, nạn rác thải, trong đó có các loại nhựa ở nước ta là rất lớn

mà chưa có một chiến lược gì đề xử lý triệt để và an toàn, ngay với những trung tâm

xử lý rác thải của Nhà nước, những nhà máy xử lý rác thải cũng không xử lý hết được Cho nên việc hình thành làng nghề thu gom xử lý Những làng nghề tái chế ở ngay trong khu dân cư, với công nghệ lạc hậu gây ô nhiễm, độc hại ảnh hưởng trực tiếp đến sức khỏe của chính người đang sinh sống ở đó, những người trực tiếp xử lý rác thai dé tai chế Công việc này đã tạo nên những chất độc hại rất lớn, nguy cơ để những người đó mắc bệnh là rất cao và không lường trước được

Các nhà khoa học, nhà quản lý ở Việt Nam đã và đang quan tâm nghiên cứu để sử dụng hiệu quả và an toàn các rác thải nhựa Tuy nhiên đây là vẫn đề rất khó, ngay cả những nước tiên tiến, đù kiểm soát được công nghệ tái chế an toàn cũng không dùng nhựa tái chế để làm ra các sản phẩm phục vụ cho thực phẩm, ăn uống vào miệng con nguoi

Còn nhựa dùng trong y tế, về nguyên tắc, nhựa y tế là loại nhựa phẩm chất tốt, chất lượng cao, là loại nhựa cao cấp nhất trong số các loại nhựa theo tiêu chuẩn của Tổ chức Y tế thế giới - WHO Từ bình đựng nước truyền, ống dẫn truyền, ống dẫn máu, rồi đến những hộp thuốc, vỉ thuốc Tất cả là nhựa được kiểm soát Nhưng, sau đó

thải ra rồi thì đây là một vấn đề nguy hiêm, đặc biệt là nhựa trong bệnh viện, như chai

đựng thuốc, huyết tương, máu chứa rất nhiều nguy cơ về bệnh tật, từ người nọ truyền sang người kia

Khi tái chế nhựa làm đồ gia dụng, bao gói thì trong quá trình gia công nhựa được gia nhiệt lần thứ 2 làm cho các polyme ở nhựa nguyên khai trước kia lại tách thành monome rất độc hại Vì monome là những phân tử kích thước nhỏ, vào trong cơ thê thì nó thấm qua mảng ruột, thấm qua đạ dày, khi vào trong cơ thể con người, đặc biệt

là vào tế bào, monome sẽ tạo ra những tế bảo lạ trong cơ thể Đó chính là nguyên nhân gây nên bệnh ung thư

Như vậy cần có những nghiên cứu chuyên sâu đề lựa chọn loại phế thải, công nghệ thi công, công nghệ sản xuất và các chỉ tiêu kỹ thuật làm phụ gia cho bê tông asphalt

Ngoài ra cũng cần nghiên cứu những chỉ tiêu kỹ thuật cần đạt được của bê tông asphalt

sử dụng nhựa làm phụ gia Năm 2017 nhựa chiếm 35.4 triệu tấn rác thải ở Mỹ, trong

đó chi 8.4% được tái chế Điều này khiến 26.8 triệu tấn bị chôn lấp và 5.6 triệu tấn bị

đốt cháy Sản lượng nhựa tiếp tục tăng, thế giới chỉ tái chế khoảng 9% hàng năm, với

§0% được đưa vào các bãi chôn lấp hoặc môi trường tự nhiên đòi hỏi phải tiếp tục nghiên cứu tái chế rác thải nhựa Báo cáo tổng hợp hơn 110 tài liệu trong đó khoảng 70% được xuất bản trong 10 năm qua Năm quốc gia có nhiều báo cáo nhất là Hoa

Kỳ (22), Ấn Độ (11), Malaysia (9), Canada (8) và Trung Quốc (8) Các loại nhựa

được nghiên cứu nhiều nhất là HDPE, LDPE và LLDPE Về cách nhựa được thêm

vào nhựa đường, số tài liệu đề cập đến công nghệ ướt gần gấp đôi so với công nghệ khô Tuy nhiên báo cáo cũng chỉ ra những hạn chế của công nghệ ướt là vấn đề phân tách pha giữa nhựa và nhựa đường, có nghĩa là khó khăn trong việc tạo ra chất kết dính đồng nhất và ôn định trong lưu trữ Đề khắc phục vấn đề này, một số nghiên cứu

đã kết hợp thành phần thứ ba trong hỗn hợp chất kết dính để hoạt động như một chất

ôn định Tuy nhiên giải pháp này dẫn tới giá thành tăng thêm

Hiệp hội đường bộ Úc (Austroads) tháng 4/2021 có báo cáo tổng hợp về sử dụng phế thải nhựa trong phát triển bền vững mặt đường [63] Báo cáo cũng phân tích các loại phụ gia phế thải, hàm lượng phụ gia, công nghệ trộn và các chú ý khi thi công Công nghệ trộn ướt cũng được ưu tiên nghiên cứu, tuy nhiên những nhược điểm của công nghệ này cũng được chỉ ra để có các giải pháp khắc phục

1.3.1 Sử dụng phụ gia nhựa phế thải cho bê tông asphalt ở Ấn Độ

1.3.1.1 Những nghiên cứu trong phòng thí nghiệm

Những công bố trên các tạp chí chuyên ngành uy tín trên thế giới về sử dụng nhựa phế thải chủ yếu đến từ Ấn Độ Amit Gawande năm 2012 đã nghiên cứu tổng quan

về công nghệ sử dụng nhựa phế thải trong BTN [39] Phân tích 2 công nghệ trộn khô

và trộn ướt đề rút ra những ưu điểm và nhược điểm như sau:

* Đối với công nghệ trộn khô:

Nhiệt độ trộn không quá cao, nhiệt độ thì công gần như đối với BTN thường

Có thể sử đụng trên 15% phế thải nhựa theo khối lượng nhựa đường

Không cần các thiết bị đặc biệt

Cường độ và độ ổn định cao, các đặc tính chống biến dạng không hồi phục, chống nứt mỏi được cải thiện

Thích hợp với các điều kiện khí hậu khác nhau

Không suy giảm chất lượng khai thác (sau từ 5-6 năm theo dõi)

Không phát sinh các khí độc hại khi nhiệt độ đến 180°C

—_ Nhược điểm: Chỉ thích hợp với các phế thải nhựa, không thích hợp với mảnh cao

su Chất lượng khó đảm bảo đồng đều

* Đối với công nghệ trộn ướt:

— Ưu điểm: Chất lượng trộn đồng đều hơn Thích hợp với các loại phế thải như

nhựa, cao su,

Lượng phụ gia nhựa phế thải tối đa chỉ khoảng 8%

Giá thành đắt hơn công nghệ trộn khô, không thích hợp với khối lượng ít.

Rajasekaran năm 2013 [54] đã nghiên cứu sử đụng phế thải nhựa làm phụ gia BTN,

là phương pháp xanh để xây dựng đường bộ, giảm phát thải CO; và giảm ô nhiễm

Brajesh Mishra và nnk năm 2015 [41] đã công bố kết quả nghiên cứu sử dụng mảnh

nhựa LDPE 9.73% theo khối lượng nhựa Kết quả thé hiện ở Bảng 1.1 cho thấy phụ gia

nhựa phế thải có tác dụng tăng độ ôn định và thương số Marshall so với không sử dụng Bảng 1 1: Các đặc tính của bê tông asphalt sử dụng phế thải nhựa LDPE [41]

Bê tông Bê tông asphalt | Tiêu chuẩn Đặc tính asphalt - cai thién 9.73% IRC:SP:

chứng khối lượng nhựa

với hàm lượng nhựa tối ưu 5.0% theo hỗn hợp Các tỷ lệ nhựa phế thải là 5%, 7%, 9%, 11% theo khối lượng nhựa

Bảng 1 2: Các đặc tính của phế thải nhựa LDPE [74]

130 — 160

275390

>700

Kết quả nghiên cứu được tỷ lệ mảnh nhựa tối ưu là 9%, Bảng 1.3 tổng hợp so sánh tác dụng của phương pháp trộn khô và trộn ướt đến các tính chất cơ học của BTN

Bảng 1 3: Các đặc tính của phế thải nhựa LDPE [74]

nhựa 5% Trộn ướt | Trộn khô

lượng nhựa tôi ưu (OBC) của bê

tông asphalt thường đôi chứng

Akanksha Yadav, Đại học Kalinga, Raipur đã nghiên cứu phế thải nhựa theo công nghệ trộn khô làm phụ gia trong xây đựng mặt đường [38] Kết quả hàm lượng phế

thải tối ưu 4% lượng nhựa để các đặc tính cơ học của BTN đạt tốt nhất

R.Manju và nnk đã công bố kết quả trên tạp chí thế giới về nghiên cứu hóa học năm

2017 [71] Sử dụng phụ gia phế thải nhựa sẽ làm giảm 10% lượng nhựa và tăng cường

độ én dinh Marshall, tang tuổi thọ mỏi và giảm ô nhiễm môi trường Khi trộn 10% phế thải HDPE với nhựa sẽ làm giảm độ kim lún và tăng nhiệt độ hóa mềm

Rokade S đã nghiên cứu sử dụng đồng thời phế thải LDPE và bột cao su được nghiền

từ lốp xe cũ đề cải thiện cdc tinh chat cia BTN [80] LDPE duoc cho vao BTN theo

công nghệ trộn khô, còn bột cao su được trộn theo công nghệ ướt Kết quả thí nghiệm trong phòng cho kết quả tăng độ ôn định Marshall 25% so với BTN thông thường Anzar Hamid Mir đã thống kê hàng năm Ấn Độ thải ra môi trường 5.6 triệu tấn nhựa phế thải, riêng Delhi mỗi ngày san sinh đến 689.5 tấn [73] Nghiên cứu đã tổng kết được những ưu điểm của sử dụng nhựa phế thải trong BTN theo công nghệ trộn khô là: 1) Tăng được liên kết đá - nhựa đo mảnh phế thải bao bọc cốt liệu; 2) Tăng cường

độ chịu nén, cường độ ép chẻ; 3) Giảm giá thành do giảm lượng nhựa đến 10%; 4) Giảm ô nhiễm môi trường đo có thê sử đụng đến 12% nhựa phế thải theo khối lượng nhựa đường

Hình 1 3: Phế thải nhựa ở Ấn Độ [73]

Goutham Sarang và nnk đã nghiên cứu so sánh SMA sử dụng nhựa PmB và mảnh nhựa phế thải (shredded waste plastics -SŠWP) [82] Kết quả nghiên cứu cho thấy, có thé str dung 8% SWP làm chất phụ gia ổn định, chống chảy nhựa trong SMA

Sk Sohel Islam và nnk năm 2016 đã nghiên cứu sử đụng 2% phế thải nhựa và 2% bột cao su trộn với nhựa theo công nghệ ướt để tạo ra nhựa cải tiễn [69] Kết quả thí nghiệm các mẫu BTN sử dụng nhựa cải tiến có độ ổn định Marshall cao hơn 61%, thương số Marshall cao hơn 52% so với BTN thông thường đối chứng, khả năng chống biến dạng lún vệt bánh xe của BTN cao hơn

Giáo sư Dawale S.A Viện kỹ thuật hóa dầu và TS Babasaheb Đại học Công nghệ Ambedkar đã nghiên cứu sử dụng nhựa phế thải sử đụng trong BTN [79] Công nghệ trộn khô để các mảnh nhựa bám dính chặt vào đá, sau đó khi trộn với nhựa đường thì mối liên kết đá nhựa được tăng cường, BTN có cường độ và độ ổn định tăng lên Những ưu điểm của BTN sử dụng phế thải nhựa là: Sử dụng lượng nhựa phế thải nhiều hơn, giảm ô nhiễm môi trường; Giảm lượng nhựa đường sử dụng: Tăng cường

độ và chất lượng khai thác mặt đường; Không phải sử đụng các phụ gia tăng dính bám; Giảm giá thành khoảng 10%; Làm nhựa phế thải có giá trị; Phát triển công nghệ thân thiện, tạo thêm việc làm, Nghiên cứu cũng giới hạn không sử dụng PVC theo công nghệ trộn khô, và chỉ rõ khi được làm nóng trên 270°C, nhựa bị phân hủy và cao hơn 750°C chúng bị cháy để tạo ra khí độc

Prakash somani va cac tác giả ở Viện Kỹ thuật và Công nghệ Poornima, Jaipur đã nghiên cứu tăng cường độ của mặt đường mềm bằng nhựa phế thải LDPE và cao su

phế thải [50] Hình 1.4.

a) Mảnh phế thải nhựa LDPE b) Manh cao su phế thải

Hình 1 4: Mảnh nhựa và cao su phế thải nghiên cứu [50]

Kết quả tỷ lệ 8% LDPE + 12% cao su so Với khối lượng nhựa cho độ ổn định Marshall cao nhất BTN cải tiến có cường độ, độ ổn định nước cao hơn so với BTN đối chứng Cũng trong Hội thảo quốc tế vé ky thuat x4y dung (International Journal of Civil Engineering SSRG-IJCE), thang 7/2016, Savita Devi và nnk cùng ở Viện Kỹ thuật

và Công nghệ Poornima đã có bài về nghiên cứu thay thế một phần nhựa phế thải trong nhựa đường để sản xuất BTN [ŠŠ] Các mảnh nhựa được cắt sao cho lọt qua sàng 4.75mm và nằm trên sàng 2.36mm Lượng nhựa phế thải thay thế nhựa đường

là 5%, 7.5%, 10%, và 12.5% Hàm lượng nhựa đường 80/90 nghiên cứu là 4.5%,

5.0%, 5.5% và 6.0% theo khối lượng cốt liệu Sử dụng công nghệ trộn khô, thí nghiệm Marshall đánh giá độ ôn định và độ đẻo Kết quả tỷ lệ 7.5% nhựa phế thải và 6% nhựa

đường cho độ ổn định Marshall cao nhất

Yash Menaria va Rupal Sankhla [81] đã nghiên cứu sử dụng phế thải nhựa làm phụ gia BTN để xây dựng những tuyến đường xanh Sử dụng các mảnh bao gói chiều đày đến 60um được cắt thành kích thước 2.36-4.75mm trộn vào BTN theo công nghệ khô Lượng phế thải sử dụng 0% (đối chứng), 6%, 8%, 10%, 12%, 14% theo khối lượng nhựa Kết quả được hàm lượng phế thải tối ưu 8% để các đặc tính cường độ và

độ ổn định mẫu BTN đạt cao nhất

Rutvij N Desai và nnk [53] cũng đã tổng quan nghiên cứu phế thải nhựa trong chất

thải rắn đô thị để làm phụ gia cho BTN Hàm lượng nhựa phế thải từ 5-10% khối

lượng nhựa là tối ưu vừa đảm bảo các chỉ tiêu kỹ thuật tốt hơn so với BTN thường, vừa đám bảo tính đồng nhất của hỗn hợp

Atul Uniyal và nnk [40] đã phân tích tiềm năng và các ưu điểm khi sử dụng phế thải nhựa làm phụ gia BTN Đã phân tích các công nghệ trộn phụ gia Đã khẳng định công

nghệ sử dụng phế thải nhựa không gây hại môi trường đất, nước, không khí Công nghệ đã được cho phép của cơ quan quản lý ô nhiễm trung ương Ấn Độ

Luận văn của MONIKA MOHANTY năm 2013 [75] nghiên cứu sử dụng phụ gia phế thải nhựa cho SMA, hỗn hợp đá nhựa DBM và bê tông asphalt BC Kết quả hàm lượng phụ gia tối ưu 2% tổng khối lượng hỗn hợp cho SMA, DBM va 1.5% cho BC Miss Apurva J Chavan ở Trường đại học kỹ thuật Parvatibai Genba Moze (ParvatIbal Genba Moze College of Engineering) [64] cũng đã nghiên cứu phế thải LDPE, HDPE

và Polypropylene làm phụ gia cho BTN theo phương pháp trộn khô Kết quả các chỉ tiêu cơ học của BTN đều được cải thiện, và giảm được giá thành nhựa đến 10% 1.3.1.2 Những nghiên cứu thử nghiệm hiện trường

Cac tác giả Deepti Yellanki và P Gopi thuộc Trường Đại học kỹ thuật và công nghệ MRV, Kakinada, Ấn Độ đã nghiên cứu thực nghiệm đoạn đường ở Jamshedpur sử dụng phụ gia nhựa phế thải [42] Hàm lượng nhựa phế thai str dung 8% theo khối

lượng nhựa đường và thay thế một phần nhựa đường để tiết kiệm kinh phí Sử dụng

công nghệ trộn khô tại trạm trộn

Hình 1 5: Đoạn đường thứ nghiệm ở Jamshedpur, Ấn Độ [42]

Sử dụng nhựa phế thải có nhiều tác đụng về kỹ thuật, kinh tế và môi trường: Tăng độ

ổn định Marshall, khả năng chống lún vệt bánh xe, khả năng kháng mỏi, giảm tác hại của nước do tăng được liên kết đá - nhựa, kéo dài tuổi thọ mặt đường: Giảm lượng nhựa sử dụng; Giảm phát thải khí CO› do không phải đốt nhựa phế thải Trong quá trình sản xuất và thi công bê tông asphalt thì nhựa phế thải sử dụng như cốt liệu đá, không tiếp xúc với ngọn lửa nên không phát sinh các khí độc hại, trong quá trình khai

thác không có ô nhiễm không khí hoặc đất [49] Kết quả đoạn đường thử nghiệm sau

5 năm khai thác, từ 2011 đến năm báo cáo 2016 không phát sinh những hư hỏng không

cần phải chỉ phí bảo trì

Năm 2017, G Paul Pandi và nnk ở Viện công nghệ Sethu, Virudhunagar, An Dé đã

có bài báo “Sử dụng chất thải nhựa trong xây dựng đường” [44] Nghiên cứu đã đánh giá những ưu điểm của đoạn đường thử nghiệm ở Delhi sử đụng mảnh nhựa phế thải theo phương pháp trộn khô: Khả năng chịu lực tốt hơn, độ ôn định Marshall cao hơn; Chống lại tác dụng của mưa, sự xâm nhập ẩm tốt hơn, không xuất hiện bong tách và

é ga; Lién kết đá nhựa tốt nên chống lại biến dạng không hồi phục và mắt mát vật

liệu; Giảm thiểu ô nhiễm môi trường: Tiết kiệm chi phí xây dựng; Tiết kiệm tài

nguyên thiên nhiên

Hình 1 6: Đoạn đường thử nghiệm sử dụng nhựa phế thải ở Delhi [44] R.Vasudevan và nnk ở Trường đại học kỹ thuật Thiagarajar [52] đã công bố kết quả nghiên cứu kỹ thuật để xử lý chất thải nhựa thân thiện với môi trường - Ứng dung xây dựng mặt đường mềm trên Tạp chí vật liệu xây dựng năm 2012 (Construction and Building Materials-Elsevier) Đã có hơn 2500km đường ở Ấn Độ được rải mặt bằng BTN phụ gia phế thải nhựa Sau khoảng thời gian khai thác 3-6 năm (từ thời

điểm rải đến khi đánh giá 2008), đưới tác dụng của điều kiện nhiệt âm khắc nghiệt và

tải trọng giao thông ngày càng tăng của nước đang phát triển nhưng kết cấu mặt đường vẫn chưa bị hư hỏng ỗ gà, nứt, lún vệt bánh xe, coc gam Bề mặt đường vẫn bằng phẳng, độ nhám suy giảm ít

a) Jumbulingam road, Chennai (2002) b) Veerbadhra Street, Erode(2003)

Hình 1 7: Hình ảnh các đoạn đường sử dụng nhựa phế thải [52]

Công nghệ trộn khô phế thải vào bê tông asphalt có nhiều ưu điểm tiết kiệm tài nguyên, giảm lượng nhựa đường khoảng 10% do đó giảm giá thành xây dựng 30000 Rs/1km.làn Công nghệ này không phát thải độc hại ra môi trường và đã được Hội đồng kiêm soát ô nhiễm trung ương New Delhi, Ấn Độ chứng nhận an toàn [52] 1.3.1.3 Chỉ dẫn kỹ thuật sử dụng nhựa phế thải trong BTN [30]

Năm 2013 Hiệp hội đường bộ Ấn Độ đã phát hành chỉ dẫn kỹ thuật sử dụng nhựa phế

thải trong hỗn hợp bê tông asphalt theo công nghệ trộn khô làm lớp mặt dưới (Wearing courses) hoặc lớp tạo nhám OGPS (Open-Grade Premix Surfacing) hoặc lớp lang mat (Mix Seal) IRC: SP:98-2013 [30], soát xét bổ sung năm 2020 Việc sử dụng nhựa phế thải thích hợp với các nước đang phát triển nhằm tiết kiệm tài nguyên, giảm thiểu ô nhiễm môi trường đất nếu chôn lấp hoặc môi trường không khí nếu đốt Loại phế thải thông thường sử dụng là LDPE, HDPE và PET Nhựa PVC không được dùng vì quá trình trộn phát sinh các khí độc hại

Lượng phụ gia dùng phô biến từ 5-10% theo khối lượng nhựa Phế thải nhựa làm phụ

gia không được lẫn quá 1% tạp chất bụi ban Phé thải được nghiền sao cho lọt qua sảng 2.36mm và nằm trên sàng 0.6mm

Để đảm bảo phế thải trộn được vào nhựa đường tạo thành nhựa đường cải tiến, yêu

cầu phế thải phải đảm bảo độ tan chảy thí nghiệm theo ASTM D1238 [26]:

— V6iloai LDPE: 0.14-58 gm/10min

—_ Với loại HDPE: 0.02-9 gm/10min

Các yêu cầu đối với hỗn hợp BTN chặt sử dụng phụ gia nhựa phế thải như Bảng 1.4

Bảng 1 4: Các chỉ tiêu của BTN chặt phụ gia phế thải

Các yêu cầu với cốt liệu, bột khoáng, nhựa đường như đổi với BTN thường

Các lợi ích của BTN sử dụng phụ gia phế thải so với BTN thường được chỉ rõ trong

Chỉ dẫn kỹ thuật [30]:

— Khả năng chống biến dạng không hồi phục cao hơn

— Khả năng chống xâm nhập nước tốt hơn

—_ Tuổi thọ mỏi cao hơn

— Sử dụng nhựa phế thải đo đó thân thiện với môi trường

Trình tự các bước sử dụng phế thải làm phụ gia được mô tả trong Hình 1.8

a) Lựa chọn/phân loại phế thải b) Làm sạch

Hình 1 8: Trình tự sử dụng nhựa phế thải làm phụ gia BTN [76]

— Lựa chọn/phân loại nhựa phế thải: Tết nhất phân các loại LDPE, HDPE riêng

— Làm sạch và cắt nhỏ nhựa phế thải

— Nghiền nhựa phế thải thành các kích thước 0.6-2.36mm

—_ Trộn nhựa phế thải đã được nghiền nhỏ theo công nghệ trộn khô: Cần chú ý không được để ngọn lửa tiếp xúc với nhựa phế thải tránh nhựa cháy phát sinh các khí độc hại Có thể sử dụng các trạm tái chế nóng BTN cũ để sản xuất BTN phụ gia

và tỷ lệ nhựa phế thải còn phụ thuộc cả vào điều kiện khí hậu thời tiết Ở các vùng mưa nhiều thì hàm lượng lớn hơn những vùng mưa ít, ở những vùng nóng thì hàm lượng phụ gia cũng phải nhiều hơn

Các nghiên cứu hiện đang thực hiện ở Ấn Độ cũng theo trình tự: Lựa chọn vật liệu; Nghiên cứu trong phòng xác định tỷ lệ phụ gia phù hợp; Nghiên cứu các đặc trưng thê tích và các chỉ tiêu cơ lý của hỗn hợp; Nghiên cứu thử nghiệm hiện trường: Đánh giá quá trình khai thác Thời gian theo đối các tuyến đường có sử dụng phế thải nhựa làm phụ gia ở Ấn Độ cũng đã được 3-5 năm (đến lúc công bố nghiên cứu) và chất lượng các tuyến đường thử nghiệm vẫn tốt, không bi han lún, nứt mỏi và ô gà

1.3.2 Nghiên cứu ở Malaysia

Esmaeil Ahmadinia và các cộng sự ở Đại học Malaysia đã công bố nghiên cứu năm

2011 [43] sử dụng phế thải chai nhựa PET làm phụ gia cho SMA theo công nghệ trộn khô Kết quả hàm lượng PET tối ưu là 6% theo khối lượng nhựa đường, các đặc trưng thê tích và cơ học của SMA PET cao hơn SMA thông thường có ý nghĩa thống kê

Hình 1.9 thé hiện độ ổn định và thương số Marshall của SMA PET tùy thuộc vào hàm

PET Content (%) PET Content (%)

@BC%S OBC% 5.5 ^BC% 6 @BCKES MBCX7 @BC(%)S IBC(M)5S ABC(%)6 @BC(%)6S mMBC(%)7

a) Độ ổn định Marshall (stability) theo b) Thuong sé Marshall (Marshall

content) Hình 1 9: Kết quả thí nghiệm Marshall theo tỷ lệ PET [43]

Tiếp tục hướng sử dụng PET trong SMA, Taher Baghaee Moghaddam và nnk ở Đại

học Malaysia đã nghiên cứu độ cứng động và tuổi thọ mỏi của SMA PET [60] Kết

quả độ cứng của SMA giảm xuống và tuôi thọ mỏi tăng lên khi tăng hàm lượng PET

Tỷ lệ PET 1% theo khối lượng cốt liệu là tối ưu đảm bảo các chỉ tiêu kỹ thuật

Hình 1 10: Máy nghiền và sản phẩm PET [60]

Nghiên cứu công bố năm 2017 của các tác giá Malaysia và Pakistan [66] sử dụng các

tỷ lệ mảnh vỏ chai nhựa PET (Plastic Bottles-PB) 15%, 20%, 25% và 30% theo khối lượng nhựa tối ưu, với công nghệ trộn ướt được sử dụng Cốt liệu được lấy từ 3 mỏ

đá Margalla, Karak, Burhan của Pakistan Kết quả cho thấy nhựa PET cũng có tác

dụng làm tăng độ ôn định Marshall nhưng ở mức độ không nhiều Tỷ lệ 15%PB cho kết quả tốt nhất, độ ổn định Marshall cao nhất và cao hơn hỗn hợp đối chứng không phụ gia như Bảng 1.5

Bảng 1 5: So sánh độ ỗn định Marshall (kG) khi sử dụng phụ gia PB [66]

chứng Margalla 1651.25 1879.00 1673.00 1510.00 1355.25

Mohd Ezree Abdullah và nnk đã nghiên cứu sử dụng phụ gia nhựa phế thải trong bê tông asphalt [48] Các thí nghiệm trong phòng dé đánh giá là thi nghiém Marshall, thi nghiệm ép chẻ, thí nghiệm mô đun đàn hồi theo phương pháp kéo gián tiếp tải trọng lặp, thí nghiệm từ biến Kết quả nghiên cứu khi sử dụng 8% phụ gia theo khối lượng nhựa sẽ cho các đặc tính cơ học của BTN tốt nhất

1.3.3 Nghiên cứu ở lran

Abolfazl Hassani và nnk ở Iran đã công bố nghiên cứu thay thế một phần cốt liệu bằng phế thải PET trên tạp chí Nghiên cứu và Quản lý chất thải rắn [35] Kết quả cho thấy sử dụng 5% PET theo tổng khối lượng hỗn hợp sẽ cho thương số Marshall lớn hơn so với BTN đối chứng Độ ổn định Marshall có xu hướng tăng và độ đẻo Marshall

có xu hướng giảm di

Năm 2014, Amir Modarres va Hamidreza Hamedi 6 Dai hoc Cong nghé Babol Noshirvani-Iran da phát triển mô hình mỏi và mô đun đàn hồi của BTN sử dụng phụ gia PET trong phòng thí nghiệm theo công nghệ trộn khô [6§] Tỷ lệ PET sử dụng từ 2-10% khối lượng nhựa đường, thí nghiệm mỏi được thực hiện ở 2 nhiệt độ là 5°C va

209C Kết quả cho thấy PET có tác dụng đến tuổi thọ mỏi của mẫu BTN, các tỷ lệ

PET khác nhau thì có xu hướng tăng tuổi thọ mỏi của BTN

Năm 2016 Hassan Z1ar1 và các tác giả người lran [62] đã nghiên cứu sử dụng mảnh

vỏ chai nhựa PET làm phụ gia cho BTN tăng cường khả năng chống biến dạng lún vệt bánh xe