I. GIỚI THIỆU Vật liệu phế thải mà đặc biệt là chất thải rắn đang trở thành gánh nặng cho các đô thị, đặc biệt là tại các đô thị lớn. Ở nước ta hiện nay, vùng dân cư này có dân số chỉ chiếm khoảng 24% dân số của cả nước, nhưng lại phát sinh đến hơn 6 triệu tấn rác mỗi năm, bằng một nửa tổng lượng chất thải sinh hoạt của cả nước. Trong thành phần các chất thải có các thành phần như cao su, pin, dung môi, nhựa, kim loại, thuỷ tinh , là những thứ độc hại và khó phân huỷ. Dự báo đến năm 2010, sẽ có thêm khoảng 10 triệu cư dân sống trong các vùng đô thị, kéo theo sự gia tăng 60% chất thải sinh hoạt và lượng các chất thải nguy hại (như chất thải bệnh viện, công nghiệp và sử dụng thuốc trừ sâu) tăng lên 3 lần.(1) (Nguồn: báo cáo diễn biến môi trường Việt Nam do Bộ Tài nguyên Môi trường, Ngân hàng Thế giới và Cơ quan phát triển quốc tế Canada thực hiện). SỬ DỤNG CHẤT PHẾ THẢI TRONG HỖN HỢP BÊ TÔNG NHỰA XÂY DỰNG ĐƯỜNG Ô TÔ Th.S. LÊ VĨNH AN Bộ môn Đường bộ TS. ĐÀO VĂN ĐÔNG Bộ môn Vật liệu xây dựng Trường Đại học Giao thông Vận tải Tóm tắt: Bài báo bàn luận về khả năng sử dụng các chất phế thải rắn để sử dụng như một thành phần của bê tông nhựa. Việc tận dụng các chất thải trong xây dựng đường là một hướng nghiên cứu không chỉ với mục đích làm phong phú hơn nguồn nguyên liệu mà còn có ý nghĩa xã hội lớn, là một trong những phương pháp xử lý chất thải, khắc phục các hậu quả của chúng gây ra với môi trường sống. Summary: The article discusses the applicability of using solid waste as a component of asphalt mix. Making use of waste materials in road construction is a direction of research not only to widen the construction material sources but also overcome enviromental problems caused by solid waste. Rất nhiều loại vật liệu phế thải là kết quả từ các quá trình sản xuất, các ngành công nghiệp dịch vụ, rác thải sinh hoạt và phụ phẩm từ ngành mỏ. Không chỉ giá thành để xử lý các vật liệu phế thải đang là một gánh nặng cho các đô thị, các khu khai thác mỏ, khu công nghiệp mà điều quan tâm hơn chính là ảnh hưởng bất lợi của môi trường đến đời sống con người. Hiện nay, người ta chưa có các giải pháp tích cực nào để tận dụng các loại phế thải này mà chủ yếu là tìm cách loại bỏ, thậm chí dùng cả đến các biện pháp cực đoan. Trong khi đó, để giải quyết được lượng rác khổng lồ như hiện nay cần thực hiện đồng bộ 3 biện pháp: giảm thiểu việc tạo ra chất thải, tái sử dụng chất thải đó và tái chế chất thải. Thực hiện tốt hai biện pháp sau là cách để bảo tồn tài nguyên thiên nhiên đất nước. Công nghệ sản xuất hỗn hợp bê tông nhựa hiện nay đang tập trung vào việc tái chế hỗn hợp bê tông nhựa mặt đường cũ. Hiện các cơ quan chủ quan của ngành giao thông vận tải như Bộ Giao thông vận tải và Cục Đường bộ Việt Nam đang có các đề tài về tái chế bê tông nhựa cũ mặt đường. Cùng với xu thế này, vấn đề sử dụng chất thải trong bê tông nhựa làm đường như được đề cập ở đây là giải pháp tốt tăng cường nguồn vật liệu cho xây dựng đường, góp phần giải quyết chất thải. Các giải pháp chủ yếu được bàn luận ở đây nghiên cứu khả năng sử dụng các phương pháp cơ học kết hợp với các phương pháp hoá lý để đưa vật liệu phế thải vào hỗn hợp bê tông asphalt nhằm tạo thành một loại vật liệu có cường độ và độ ổn định nhất định đáp ứng được yêu cầu đề ra. II. NGUỒN CHẤT THẢI VÀ CÁC CHẤT THẢI CÓ THỂ ĐƯA VÀO HỖN HỢP BÊ TÔNG NHỰA Các loại vật liệu phế thải có thể đưa vào hỗn hợp bê tông nhựa được phân thành các loại như sau: Phế thải từ các ngành công nghiệp như: xenlulô, dăm gỗ, mùn cưa, tro bay Các loại rác thải sinh hoạt như: cao su phế thải, thuỷ tinh thải, các vật liệu nhựa, composit thải Các sản phẩm thừa của ngành công nghiệp khai thác mỏ Chất phế thải dạng xenlulô: Chất thải xenlulô được phân loại theo nguồn gốc hình thành: + Các chất thải trong ngành nông nghiệp như rơm rạ, các thân cây bỏ… + Các chất thải ngành công nghiệp như chất thải trong quá trình chế biến thực phẩm, chất thải trong công nghiệp chế biến gỗ và giấy… + Chất thải đô thị như các loại phế thải gỗ xây dựng hay các thân cây bị loại Cũng đã từng có nghiên cứu về việc sử dụng phế thải có gốc xenlulô để đưa vào bê tông nhựa làm đường. Người ta đưa xenlulo vào hỗn hợp như là một dạng của thành phần rắn (là cốt liệu trong bê tông nhựa thông thường). Tuy nhiên, kết quả cho thấy là loại bê tông nhựa tạo ra không có đặc tính cơ lý tương thích, đáp ứng được với chỉ tiêu cơ lý yêu cầu của bê tông nhựa làm đường. Hay nói cách khác, chất thải gốc xenlulo nếu sử dụng theo cách này sẽ không tương thích với các loại thành phần khác của hỗn hợp. Giải pháp tốt hơn để có thể đưa dạng chất thải này vào bê tông nhựa là sử dụng chúng thông qua quá trình nhiệt phân loại các dạng chất thải xenlulô không phù hợp. Quá trình nhiệt phân - hydro hóa sau đó có thể cho một sản phẩm dạng dầu thích hợp cho việc sử dụng như là một thành phần của bê tông nhựa làm đường. Một nghiên cứu trong phạm vi hẹp đã cho thấy kết quả không khác biệt lớn so với hỗn hợp bê tông nhựa trộn nóng thông thường. Để có thể đánh giá tính tương thích và hiệu quả của các loại dầu-xenlulo thu được từ quá trình xử lý hóa nhiệt các loại rác thải khác nhau sử dụng như là một thành phần của bê tông nhựa, cần phải mở rộng thí nghiệm và các thử nghiệm hiện trường. Chất thải sinh hoạt dạng rắn: cao su, gỗ, nhựa và các loại composit khác: Đã có rất nhiều nghiên cứu để sử dụng phế thải dạng này. Có hai hướng chính cho việc nghiên cứu sử dụng chất phế thải dạng này là xử lý hóa lỏng và xử lý khối. Hóa lỏng chất dẻo cho sản phẩm là dầu (70% - 80%), sản phẩm khí (5% - 20%) và sản phẩm rắn (5% - 10%). Trong quá trình thực hiện, người ta cũng đã nghiên cứu sử dụng các chất xúc tác để tăng cường hiệu suất thu hồi dầu. Hóa lỏng cao su là quá trình nghiền nhỏ cao su sau đó hóa lỏng ở 400 0 C và dưới áp suất hydro thấp. Sản phẩm thu được là là dầu (50 % - 60%), sản phẩm khí (5% - 10%) và còn lại là muội than (30% - 40%). Phương pháp xử lý khối là người ra sử dụng phối hợp phương pháp nhiệt học và hóa học để tái chế lại các sản phẩm này để sử dụng. Một trong những sản phẩm được biết đến của phương pháp này là việc sản xuất “gạch” từ cao su phế thải để làm móng nhà cao tầng như là một giải pháp chống động đất hiệu quả. Quá trình sản xuất là làm chảy cao su phế thải để tách các sợi bố, sợi kim loại sau đó thêm các chất phụ gia cần thiết để có thể đóng thành các viên “gạch”. Các nhà khoa học Mỹ đã thực hiện một nghiên cứu khả thi một nhà máy xử lý các loại chất dẻo và săm lốp cao su phế thải với công suất 300 tấn/ngày. Các sản tái chế này được sử dụng làm một thành phần trong sản xuất xăm lốp mới, để sản xuất và nhựa đường, ép thành các tấm nền, … Ở Việt Nam cũng đã có những nghiên cứu thành công sản xuất vật liệu từ săm lốp phế thải. Một quy trình xử lý cao su phế thải cũng đang được nghiên cứu để xây dựng. Đã có một nhà máy đang được xây dựng Việt Nam chế biến cao su phế liệu, chủ yếu là các loại lốp xe hơi, xe máy phế thải thành bột cao su được đặt tại Khu công nghiệp Tam Phước, huyện Long Thành, tỉnh Đồng Nai. Nhà máy được xây dựng với công suất 10.000 tấn/năm với vốn đầu tư 50 tỷ đồng. Nhựa đường cao su (rubber asphat) hay là nhựa đường có phụ gia là cao su đã được sử dụng như là một giải pháp hữu hiệu để cải thiện tính chất của bê tông nhựa làm mặt đường ô tô, như là tăng độ dính bám giữa cốt liệu và nhựa đường, cải thiện tính ổn định nhiệt của bê tông nhựa, tăng khả năng chịu cắt trượt của hỗn hợp bê tông nhựa. Nhũ tương nhựa đường có phụ gia là cao su hiện nay đang là một ứng dụng tốt cho chất dính bám trong thi công bê tông nhựa mặt đường và lớp kết dính cho các cấu trúc láng mặt đường. Cao su phế thải có thể được đưa vào trong bê tông nhựa làm mặt đường theo hai cách chính. Thứ nhất, nó được đưa vào ngay trong thành phần của chất dính bám bằng phương pháp hóa lỏng hoặc từ bột. Cao su phế thải được hóa lỏng loại trừ các sợi bố, sợi vải sau đó đưa vào với tỉ lệ nhất định và khuấy trộn đều với chất dính kết nhựa đường hoặc bột cao su được đưa vào với tỉ lệ nhất định để khuấy trộn nóng với nhựa đường. Thứ hai cao su phế thải có thể chế biến thành từng mảnh nhỏ và trộn cùng với cốt liệu trong sản xuất hỗn hợp bê tông nhựa. Phương pháp này chắc chắn sẽ còn gây tranh cãi về cơ chế hoạt động, quá trình hoạt động và khả năng tương tác của các mảnh cao su với các thành phần khác của hỗn hợp với công nghệ phối trộn. Tuy nhiên, nó thực sự là một giải pháp nghiên cứu thử nghiệm áp dụng cần quan tâm. Một số nghiên cứu khoa học trước đây của Bộ môn Đường bộ - Đại học Giao thông Vận tải cũng đã thử nghiệm trong phòng các chỉ tiêu cơ lý của mẫu hỗn hợp bê tông nhựa có sử dụng các mảnh túi ni lông phế thải đưa vào trong chất dính kết nhựa đường bằng phương pháp khuấy cơ học kết hợp gia nhiệt. Sản phẩm thừa của ngành công nghiệp khai thác mỏ và của các lò cao: Than thải (bìa của các mỏ than) hiện đang là một vấn đề nan giải của ngành khai thác than. Sử dụng thông thường nhất cho loại vật liệu này là làm chất đốt sinh hoạt. Tuy nhiên, người ta cũng đã nghiên cứu để có được chất kết dính hoặc thậm chí vừa là tạo chất kết dính, vừa là một thành phần của cốt liệu trong hỗn hợp mặt đường. Một số hóa chất được sử dụng như là chất phụ gia để kích ứng và duy trì than hoạt tính và có thể làm cho loại hỗn hợp này chậm lão hóa. Một đoạn thử nghiệm bằng loại vật liệu này đã được thực hiện xây dựng ở Việt Nam và đang trong quá trình theo dõi đánh giá. Tro bay lò cao được biết đến để sử dụng như là một loại vật liệu xây dựng hữu hiệu. Với bê tông nhựa, tro bay có thể được đưa vào như là bột khoáng làm tăng dính bám, tăng khả năng chống lại biến dạng không hồi phục và độ bền của hỗn hợp. Đây còn là giải pháp cho chi phí thấp hơn so với sử dụng bột đá. III. ĐỊNH HƯỚNG NGHIÊN CỨU ĐƯA CAO SU PHẾ THẢI VÀO THÀNH PHẦN CỦA HỖN HỢP BÊ TÔNG NHỰA Nghiên cứu đưa cao su phế thải vào thành phần của hỗn hợp bê tông nhựa có thể triển khai theo cả hai hướng phụ thuộc vào sản phẩm của chế biến phế thải cao su. Với sản phẩm chế biến phế thải là các mảnh cao su cắt nhỏ, chúng sẽ được đưa vào quá trình trộn hỗn hợp cùng với cốt liệu. Phương pháp luận nghiên cứu cơ bản theo hướng này là thực nghiệm. Kế hoạch thực nghiệm cần được xây dựng để xác định được kích cỡ hợp lý của các mảnh cao su, các điều chỉnh về nhiệt độ trộn, thời gian trộn… so với bê tông nhựa thông thường, các tính chất cơ lý cơ bản của bê tông nhựa để có được các kết luận về khả năng sử dụng, phương pháp sử dụng và các bước công nghệ trong trộn, rải và đầm nén. Với sản phẩm chế biến phế thải là bột, cao su dạng bột này được đưa vào trộn trước với chất dính kết kết hợp gia nhiệt. Các phân tích trên cơ sở lý thuyết về tương tác giữa nhựa đường và bột cao su cần được tiến hành để xác định cơ chế làm việc của bột cao su phế thải trong hỗn hợp. Chương trình nghiên cứu thực nghiệm về các vấn đề như hàm lượng của bột cao su phế thải, nhiệt độ trộn, thời gian trộn, các tính chất cơ lý của hỗn hợp cần được xây dựng. Sử dụng phế thải cao su trong xây dựng đường ô tô, cụ thể là đưa vào làm một thành phần trong hỗn hợp bê tông nhựa là một hướng nghiên cứu khả thi và có tính ứng dụng cao. Cao su đưa vào trong hỗn hợp bê tông nhựa cải thiện một số đặc tính của nó trong quá trình khai thác. Đây là giải pháp kinh tế và có ý nghĩa cải thiện môi trường. Tài liệu tham khảo [1]. An Overview of Waste Materials in Hot Mix Asphalt - Prithvi S.Kandhai - National Center for Asphalt Technology - NCAT Report. [2]. Rubber - Modified Asphalt for Better Road Pavement – Worsak Kanok-Nukulchai/Sak Kongsuvan/ Attasit Sawatparnich/Pruthipong Singhatiraj - Asian Institute of Technology. [3]. Báo cáo diễn biến môi trường Việt Nam 2004 - Bộ Tài nguyên Môi trường - Ngân hàng Thế giới - Cơ quan phát triển Quốc tế Canada [4]. Characterization of Hot Mix Asphalt Containing High Recycled Asphalt Pavement Content with Crumb Rubber Additives - SamuelB.Cooper, Jr-B.S.C.E. Louisiana State University ♦ . NGUỒN CHẤT THẢI VÀ CÁC CHẤT THẢI CÓ THỂ ĐƯA VÀO HỖN HỢP BÊ TÔNG NHỰA Các loại vật liệu phế thải có thể đưa vào hỗn hợp bê tông nhựa được phân thành các loại như sau: Phế thải từ các ngành công. được xây dựng. Sử dụng phế thải cao su trong xây dựng đường ô tô, cụ thể là đưa vào làm một thành phần trong hỗn hợp bê tông nhựa là một hướng nghiên cứu khả thi và có tính ứng dụng cao tông nhựa, tăng khả năng chịu cắt trượt của hỗn hợp bê tông nhựa. Nhũ tương nhựa đường có phụ gia là cao su hiện nay đang là một ứng dụng tốt cho chất dính bám trong thi công bê tông nhựa