NGHIÊN CỨU TÁI SỬ DỤNG BÊTÔNG ASPHALT PHẾ LIỆU ĐỂ LÀM ĐƯỜNG BÊTÔNG ASPHALT

Như chúng ta đã biết chất lượng bêtông nhựa có vai trò rất quan trọng trọng đối với chất lượng khai thác cũng như tuổi thọ của kết cấu áo đường mềm.

CƠNG TRÌNH ĐƯỢC HỒN THÀNH TẠI TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HỒ CHÍ MINH Cán hướng dẫn khoa học: PGS TS Nguyễn Văn Chánh (Ghi rõ họ, tên, chức danh khoa học, học vị chữ ký) Cán chấm nhận xét 1: (Ghi rõ họ, tên, chức danh khoa học, học vị chữ ký) Cán chấm nhận xét 2: (Ghi rõ họ, tên, chức danh khoa học, học vị chữ ký) Luận văn thạc sĩ bảo vệ HỘI ĐỒNG CHẤM BẢO VỆ LUẬN VĂN THẠC SĨ TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA Ngày tháng năm 2010 TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA PHÒNG ĐÀO TẠO SĐH CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM ĐỘC LẬP – TỰ DO – HẠNH PHÚC Tp HCM, ngày 25 tháng 01 năm 2010 NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ Họ tên học viên: Nguyễn Hữu Duy Phái: Nam Ngày, tháng, năm sinh: 19 – 06 – 1984 Nơi sinh: Tiền Giang Chuyên ngành: Xây dựng đường ô tô đường thành phố MSHV:00108525 I- TÊN ĐỀ TÀI: NGHIÊN CỨU TÁI SỬ DỤNG BÊTÔNG ASPHALT PHẾ LIỆU ĐỂ LÀM ĐƯỜNG BÊTÔNG ASPHALT II- NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG: Thực nội dung đưa báo cáo đề cương luận văn sau: Thí nghiệm đánh giá tiêu lý bêtông asphalt phế liệu Nghiên cứu thiết kế hỗn hợp bêtông asphalt tận dụng lại lượng bêtông asphalt phế liệu Thiết kế ứng dụng bêtông asphalt tái chế xây dựng đường ô tô III- NGÀY GIAO NHIỆM VỤ (Ngày bắt đầu thực LV ghi Quyết định giao đề tài): 25 – 01 - 2010 IV- NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: 02 – - 2010 V- CÁN BỘ HƯỚNG DẪN (Ghi rõ học hàm, học vị, họ, tên): PGS TS Nguyễn Văn Chánh CÁN BỘ HƯỚNG DẪN (Học hàm, học vị, họ tên chữ ký) CN BỘ MÔN QL CHUYÊN NGÀNH Nội dung đề cương luận văn thạc sĩ Hội đồng chuyên ngành thông qua Ngày tháng năm 2010 TRƯỞNG PHÒNG ĐT – SĐH TRƯỞNG KHOA QL NGÀNH LỜI CẢM ƠN -o0o - Sau hai năm theo học chương trình đào tạo sau đại học Trường Đại học Bách khoa Thành phố Hồ Chí Minh, em đúc kết kiến thức bổ ích cho chun mơn Với đề tài nghiên cứu hình thức luận văn thạc sĩ, em vận dụng kiến thức mà trang bị để tiến hành giải toán thực tiễn Vì đề tài nghiên cứu vấn đề mẻ Việt Nam nên lúc đầu tiếp cận cịn gặp nhiều khó khăn bỡ ngỡ Với tận tình dẫn Thầy hướng dẫn PGS TS Nguyễn Văn Chánh, với hỗ trợ từ phía gia đình, bạn bè, luận văn hoàn thành đạt kết ban đầu đưa Ngoài ra, em gửi lời cảm ơn chân thành sâu sắc đến:  Ban giám hiệu Trường Đại học Bách khoa Thành phố Hồ Chí Minh  Phịng Đào tạo sau đại học phòng khoa Trường Đại học Bách khoa Thành phố Hồ Chí Minh  Gia đình, bạn bè Anh, Chị tron lớp cao học Xây dựng đường ô tô đường thành phố, khóa 2008 – 2010  Trung tâm Đào tạo thực hành Chuyển giao công nghệ Trường Đại học Giao thông Vận tải – sở II tạo điều kiện cho tiến hành thí nghiệm luận văn Một lần xin chân thành cảm ơn giúp đỡ, hỗ trợ, động viên tất người Xin trân trọng cảm ơn./ Tp HCM, tháng năm 2010 Học viên thực luận văn Nguyễn Hữu Duy TÓM TẮT LUẬN VĂN -o0o - Như biết chất lượng bêtơng nhựa có vai trò quan trọng trọng chất lượng khai thác tuổi thọ kết cấu áo đường mềm Trong trình khai thác chịu tác dụng tải trọng trùng phục chịu ảnh hưởng điều kiện môi trường nên không tránh khỏi hư hỏng đến thời điểm cần phải tiến hành nâng cấp, tăng cường Giải pháp xử lý Nước ta cào bỏ lớp bêtông nhựa cũ thay lớp bêtông nhựa phủ chồng thêm lớp bêtông nhựa lên lớp mặt đường cũ Theo tình hình thực tế tác giả nhận thấy lượng vật liệu cào bóc mặt đường cũ Nước ta chưa có tái sử dụng lại Cơng việc nhiều nước tiên tiến giới khu vực Đông Nam Á nghiên cứu triển khai ứng dụng Do tác giả chọn đề tài “NGHIÊN CỨU TÁI SỬ DỤNG BÊTÔNG ASPHALT PHẾ LIỆU ĐỂ LÀM ĐƯỜNG BÊTÔNG ASPHALT” Nội dung đề tài nghiên cứu vấn đề sau đây: Tìm hiểu tình hình mạng lưới đường bộ, hư hỏng lớn cần sửa chữa đại tu Nước ta Tìm hiểu cơng nghệ cào bóc mặt đường bêtơng nhựa cũ giới cơng nghệ cào bóc mặt đường cũ áp dụng Nước ta Nghiên cứu lý thuyết tái chế bêtông nhựa Nghiên cứu thực nghiệm tái chế bêtơng nhựa cào bóc quốc lộ 1A đoạn từ Km1986 – Km1998 Nghiên cứu sử dụng bêtông nhựa tái chế xây dựng mặt đường ô tô Việt Nam Phần nội dung đề tài tiến hành thí nghiệm đánh giá lại chất lượng bêtông nhựa cũ tiến hành cung cấp thêm cốt liệu tác nhân tái chế nhằm cải thiện tính chất bêtơng nhựa cũ, sở thí nghiệm đánh giá tiêu lý bêtông nhựa tái chế đối chiếu với bêtông nhựa cũ, bêtông nhựa đối chứng đưa phạm vi áp dụng cho bêtông nhựa tái chế Luận văn thạc sĩ HVTH: Nguyễn Hữu Duy MỤC LỤC CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN I Ý NGHĨA VÀ TẦM QUAN TRỌNG CỦA VIỆC CÀO BÓC VÀ SỬ DỤNG LẠI BÊTÔNG NHỰA CŨ II TỔNG QUAN VỀ TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU .9 II.1 Trên giới II.1.1 Về qui mô sử dụng II.1.2 Về mặt công nghệ tái chế 11 II.1.2.1 Công nghệ tái chế mặt đườngBTN chỗ .11 II.1.2.2 Công nghệ tái chế mặt đường BTN trạm trộn 11 II.1.3 Về nghiên cứu đặc tính lão hóa nhựa cũ 12 II.1.4 Về mặt lý thuyết tính tốn thiết kế hỗn hợp bêtông nhựa tái chế 13 II.2 Ở Việt Nam .13 III MỤC TIÊU CỦA ĐỀ TÀI 15 IV PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU VÀ NỘI DUNG CỦA ĐỀ TÀI 16 CHƯƠNG 2: TÌM HIỂU CƠNG NGHỆ CÀO BĨC VÀ TÁI CHẾ MẶT ĐƯỜNG BÊTƠNG NHỰA CŨ 17 I CÔNG NGHỆ VÀ THIẾT BỊ CÀO BĨC MẶT ĐƯỜNG BÊTƠNG ASPHALT THEO PHƯƠNG PHÁP ĐỐT NĨNG HIR (HOT IN-PLACE RECYCLING) 17 II CƠNG NGHỆ VÀ THIẾT BỊ CÀO BĨC MẶT ĐƯỜNG BÊTƠNG ASPAHLT THEO PHƯƠNG PHÁP NGUỘI CIR (COLD IN-PLACE RECYCLING) 21 II.1 Tái tạo nguội trạm trộn 21 II.2 Tái tạo nguội mặt đường .24 III TÌM HIỂU CƠNG NGHỆ CÀO BÓC VÀ TÁI TẠO MẶT ĐƯỜNG Ở VIỆT NAM HIỆN NAY .26 CHƯƠNG 3: CƠ SỞ LÝ THUYẾT TRONG VIỆC TÁI CHẾ BÊTÔNG NHỰA 27 I TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ TÁI CHẾ BÊTÔNG ASPHALT 27 II CÔNG NGHỆ TÁI CHẾ BÊTÔNG NHỰA THEO KIỂU HỖN HỢP BÊTƠNG NHỰA TRỘN NĨNG 28 II.1 Công nghệ tái chế bêtông nhựa theo kiểu trộn nóng 28 II.2 Cơ sở lý thuyết thiết kế thành phần hỗn hợp bêtông nhựa tái chế theo kiểu trộn nóng 29 II.3 Công nghệ xây dựng 42 II.3.1 Trộn hỗn hợp 42 II.3.2 Rải đầm nén: 44 III CÔNG NGHỆ TÁI CHẾ BÊTÔNG NHỰA THEO PHƯƠNG PHÁP TRỘN NGUỘI 44 III.1 Tổng quan .44 III.2 Nguyên tắc thiết kế hỗn hợp bêtông nhựa nguội tái chế 45 III.3 Các loại cấp phối sử dụng cho hỗn hợp bêtông nhựa nguội tái chế 46 III.3.1 Hỗn hợp cấp phối hở .46 III.3.2 Hỗn hợp cấp phối chặt 46 III.4 Công nghệ xây dựng .47 III.4.1 Chuẩn bị lòng đường .47 III.4.2 Rải luống vật liệu 47 III.4.3 Tưới chất kết dính 48 III.4.4 Trộn hỗn hợp 48 III.4.5 Rải hỗn hợp .49 Chuyên ngành: Xây dựng đường ô tô đường thành phố Trang: Luận văn thạc sĩ HVTH: Nguyễn Hữu Duy III.4.6 Đầm nén 50 IV KẾT LUẬN .50 CHƯƠNG 4: NGHÊN CỨU THỰC NGHIỆM VỀ TÁI CHẾ BÊTƠNG NHỰA THEO PHƯƠNG PHÁP NĨNG 51 I ĐẶT VẤN ĐỀ 51 II TRÌNH TỰ TIẾN HÀNH 51 II.1 Nguyên tắc thực 51 II.2 Thiết kế hỗn hợp bêtông nhựa tái chế .52 III NHẬN XÉT VÀ KẾT LUẬN 61 III.1 Về hiệu kỹ thuật .61 III.2 Về hiệu kinh tế 62 III.3 Ý nghĩa mặt môi trường .62 III.4 Kết luận 62 CHƯƠNG 5: NGHIÊN CỨU SỬ DỤNG BÊTÔNG NHỰA TÁI CHẾ TRONG THIẾT KẾ MẶT ĐƯỜNG ÔTÔ 63 I SỐ LIỆU BAN ĐẦU 63 II TRÌNH TỰ TÍNH TỐN THIẾT KẾ 63 II.1 Tính số trục tính tốn 63 II.2 Tính số trục xe tính tốn tiêu chuẩn xe .63 II.3 Tính trục xe tiêu chuẩn tích lũy thời hạn 15 năm 64 II.4 Dự kiến cấu tạo kết cấu áo đường .64 II.4.1 Sử dụng lại BTN cũ chưa cải tạo tính chất .64 II.4.2 Sử dụng lại BTN cũ tái chế cải tạo tính chất .64 II.4.3 Sử dụng lại BTN cũ tái chế cải tạo tính chất làm lớp mặt 65 III KẾT LUẬN .65 CHƯƠNG 6: NHẬN XÉT KẾT LUẬN VÀ ĐỊNH HƯỚNG NGHIÊN CỨU 66 I NHẬN XÉT KẾT LUẬN 66 II ĐỊNH HƯỚNG NGHIÊN CỨU .67 TÀI LIỆU THAM KHẢO 68 LÝ LỊCH KHOA HỌC 69 PHỤ LỤC PHỤ LỤC I: KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM CÁC CHỈ TIÊU CƠ LÝ CỦA BTN CŨ, BTN TÁI CHẾ VÀ BTN MỚI ĐỐI CHỨNG PHỤ LỤC II: KẾT QUẢ KIỂM TOÁN CÁC MẪU KẾT CẤU ÁO ĐƯỜNG MỀM PHỤ LỤC III: MỘT SỐ HÌNH ẢNH THÍ NGHIỆM Chun ngành: Xây dựng đường ô tô đường thành phố Trang: Luận văn thạc sĩ HVTH: Nguyễn Hữu Duy CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN I Ý NGHĨA VÀ TẦM QUAN TRỌNG CỦA VIỆC CÀO BĨC VÀ SỬ DỤNG LẠI BÊTƠNG NHỰA CŨ Như biết bêtơng asphalt có nhiều ưu điểm như: bụi, tốc độ thi cơng nhanh, dễ đảm bảo chất lượng, dễ bảo dưỡng sửa chữa… nên sử dụng rộng rải giới Việt Nam Trong trình khai thác chịu tác dụng tải trọng trùng phục chịu ảnh hưởng điều kiện môi trường nên không tránh khỏi hư hỏng đến thời điểm cần phải tiến hành nâng cấp, tăng cường Các nước giới phải đối mặt với việc tu bảo dưỡng đường điều kiện lưu lượng giao thông ngày tăng với cường độ tải trọng cao Trong số lựa chọn để tu nâng cấp đường, quy trình tái sử dụng lại vật liệu làm đường sẵn có trở nên ngày phổ biến giới Các quy trình cho phép mặt đường sửa chữa gia cố vật liệu mặt đường cũ, giảm chi phí cung cấp vật liệu Giảm chi phí thời gian so với phương pháp thơng thường Tác động tốt cách đáng kể đến môi trường Giải pháp sử dụng phổ biến Việt Nam phủ lớp bêtông asphalt lên mặt đường cũ nhiều tỏ không thích hợp đường thị mặt cầu nguyên nhân sau:  Phá vỡ quy hoạch chung thành phố (hệ thống thoát nước, vỉa hè, nhà ở, cơng trình xây dựng liên quan) cao độ mặt đường liên tục bị tăng lên phủ thêm lớp bêtông asphalt lên mặt đường cũ;  Trường hợp mặt đường cũ bị hư hỏng nặng, việc phủ thêm lợp bêtông nhựa không hợp lý vết nứt lớp mặt đường cũ lan truyền lên lớp (vết nứt phản xạ) làm cho lớp phủ mau hỏng;  Làm tăng tĩnh tải phủ thêm lớp bêtông asphalt lên mặt cầu Do vậy, giải pháp cào bỏ mặt đường cũ bị hư hỏng thay lớp bêtông asphalt coi khả thi áp dụng rộng rãi giới nói chung Việt Nam nói riêng Tuy nhiên vấn đề đặt phần mặt đường cũ cào bỏ xử lý nào? Hiện khối lượng mặt đường cũ cào bóc lớn, nhiên tình hình tái sử dụng lại hạn chế Nhiều kết nghiên cứu rằng, việc tái sử dụng bêtơng asphalt phế liệu có nhiều ưu điểm sau:  Có tính kinh tế; Chun ngành: Xây dựng đường ô tô đường thành phố Trang: Luận văn thạc sĩ HVTH: Nguyễn Hữu Duy  Tận dụng cốt liệu cũ nhằm bảo vệ nguồn tài nguyên cốt liệu có xu hướng cạn kiệt;  Bảo vệ môi trường mà ô nhiễm môi trường vấn đề nóng bỏng khơng riêng Việt Nam mà toàn giới; Hiện nước ta tài liệu hướng dẫn thiết kế thành phần bêtông asphalt tận dụng lại nguồn bêtông asphalt phế liệu không nhiều; Do việc nghiên cứu tái sử dụng bêtông asphalt phế liệu sau cào bóc vấn đề khơng phần quan trọng có ý nghĩa thiết thực II TỔNG QUAN VỀ TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU II.1 Trên giới II.1.1 Về qui mô sử dụng Việc cào bóc mặt đường cũ tái sử dụng bêtơng asphalt phế liệu nghiên cứu áp dụng rộng rãi từ lâu nhiều nước có cơng nghiệp phát triển Mỹ, Anh, Pháp, Thụy Sỹ, Canada, Đức Theo thống kê, Pháp, diện tích bêtơng asphalt tái chế năm 1976 200.000 m2, đến năm 1979 1.500.000 m 2, năm 1980 đến 2.000.000 m2 Riêng năm 1984 dùng 75.000 bêtông asphalt tái chế Giá thành xây dựng bêtông asphalt tái chế so với bêtông nhựa giảm đến 45% Ở Mỹ, từ năm 1915 tiến hành áp dụng công nghệ tái chế bêtông asphalt cũ Đến năm 1980, Mỹ sử dụng bêtông asphalt tái chế khoảng 15% tổng khối lượng bêtơng asphalt trộn nóng, rải nóng Năm 1992, có 17 bang Mỹ sử dụng rộng rãi bêtông asphalt tái chế chiếm khoảng 33% tổng số bêtơng asphalt trộn nóng rải nóng Kết theo dõi sau 17 năm sử dụng (từ năm 1976 đến năm 1992) khối lượng bêtông asphalt tái chế tương đương với bêtông asphalt Và theo ước tính hàng năm Mỹ lượng bêtông asphalt tái chế sử dụng khoảng 45 triệu Ở Italia, bêtông asphalt tái chế sử dụng từ năm 1979 đến năm 1983 làm giảm giá thành xây dựng đến 40% Ở Thụy Sỹ, bêtông asphalt chế sử dụng giảm 30% giá thành xây dựng Ở Anh, nhiều năm qua người ta sử dụng lại số lượng đáng kể vật liệu lớp phủ bêtông asphalt cũ Cụ thể lớp vật liệu bêtông asphalt cũ sau cào bóc thu gom lại sử dụng cho lớp bù vênh làm lớp mặt cho mặt đường chịu lưu lượng giao thơng nhỏ trung bình Một dạng tái chế mặt đường bêtông asphalt chỗ bao gồm cào xới mặt đường có, trộn lại vật liệu với nhũ tương nhựa lỏng, làm phẳng lu chặt thực Anh từ năm 1937 Chuyên ngành: Xây dựng đường ô tô đường thành phố Trang: Luận văn thạc sĩ HVTH: Nguyễn Hữu Duy Hình 1.1: Mặt đưhờng bêtơng asphalt vừa tái tạo lại Hình 1.2: Mặt đường bêtơng asphalt tái chế khai thác Hình 1.3: Cơng nghệ tái tạo mặt đường bêtông asphalt cũ Chuyên ngành: Xây dựng đường ô tô đường thành phố Trang: 10 Luận văn thạc sĩ HVTH: Nguyễn Hữu Duy II.1.2 Về mặt công nghệ tái chế Hiện xuất dây chuyền công nghệ đại, bao gồm tổ hợp thiết bị thi công với máy cào bóc, máy trộn, máy rải, máy lu để hồn thiện lớp mặt đường bêtông asphalt tái chế trường Hỗn hợp bêtông asphalt cũ sau tái chế sử dụng vào mặt đường bêtơng nhựa cũ cào bóc sử dụng vị trí Nói chung, cơng nghệ tái chế bêtông asphalt cũ phân thành dạng sau: Công nghệ tái chế mặt đường chỗ; Công nghệ tái chế bêtông asphalt trạm trộn; II.1.2.1 Cơng nghệ tái chế mặt đườngBTN chỗ Có thể chia nhỏ bao gồm công nghệ sau:  Rải mặt đường – Repaving  Trộn lại – Remixing  Xử lý mặt đường – Retreat Repaving Remixing công nghệ tái chế mặt đường nhựa chỗ phương pháp đốt nóng Repaving: Lớp mặt đường BTN nhựa cũ sấy nóng xào xới đến chiều sâu khoảng 200 mm, sau người ta rãi lớp BTN có chiều dày xấp xỉ 20 mm trực tiếp lên lớp vật liệu cũ sấy nóng cào xới Cuối lu lèn mặt đường Q trình thi cơng hồn thiện lần qua tổ hợp thiết bị Vì hai lớp sấy nóng nên liên kết hai lớp dễ đảm bảo trình lu lèn Remixing: Lớp mặt BTN cũ sấy nóng xào xới, sau trộn với vật liệu (cốt liệu nhựa mới) máy trộn Hỗn hợp đá nhựa sau trộn rãi lại lên mặt đường đầm nén Retreat: Là công nghệ tái chế mặt đường nhựa chỗ phương pháp trộn nguội Công nghệ bao gồm việc xào xới mặt đường có đến chiều sâu xấp xỉ 78mm, làm nhỏ vật liệu cào bóc đến kích cỡ u cầu, sửa lại mặt cắt ngang Sau tiến hành phun chất kết dính nhũ tương bitum nhựa lỏng từ đến lần, sau lần phun, vật liậu cào boc trộn chất kết dính máy bừa Khi bừa xong vật liệu đầm chặt lu bánh nhẵn có tải trọng tĩnh 8-10 Cuối bề mặt phủ lớp láng nhựa Công nghệ thực thành công đường phụ, đường địa phương.v.v nhiều năm Hiện hàng năm Anh có xấp xỉ triệu m mặt đường loại tái chế theo công nghệ Retreat II.1.2.2 Công nghệ tái chế mặt đường BTN trạm trộn Chuyên ngành: Xây dựng đường ô tô đường thành phố Trang: 11 ... khu vực Đông Nam Á nghiên cứu triển khai ứng dụng Do tác giả chọn đề tài “NGHIÊN CỨU TÁI SỬ DỤNG BÊTÔNG ASPHALT PHẾ LIỆU ĐỂ LÀM ĐƯỜNG BÊTÔNG ASPHALT? ?? Nội dung đề tài nghiên cứu vấn đề sau đây:... đánh giá tiêu lý bêtông asphalt phế liệu Nghiên cứu thiết kế hỗn hợp bêtông asphalt tận dụng lại lượng bêtông asphalt phế liệu Thiết kế ứng dụng bêtông asphalt tái chế xây dựng đường ô tô III-... Hiện nước ta tài liệu hướng dẫn thiết kế thành phần bêtông asphalt tận dụng lại nguồn bêtông asphalt phế liệu không nhiều; Do việc nghiên cứu tái sử dụng bêtông asphalt phế liệu sau cào bóc vấn