Việc ứng dụng sản phẩm cao su phế liệu từ lốp xe ô tô vào bê tông nhựa đã được nghiên cứu và sử dụng nhiều nơi trên thế giới, mang lại những hiệu quả tích cực. Nhờ khả năng tương thích phù hợp giữa các hạt cao su và nhựa đường, dẫn đến cải tiến tính chất của hỗn hợp nhựa đường. Tuy nhiên, việc ứng dụng này chưa được phổ biến nhiều nơi do thiếu nguồn tài liệu, kinh nghiệm sử dụng... Nội dung bài báo đưa ra cái nhìn tổng quan về việc tìm hiểu hướng xử lý lốp xe đã qua sử dụng vào mặt đường bê tông nhựa trên thế giới và Việt Nam hiện nay. Bài báo còn đưa ra hiệu quả ban đầu khi đưa hạt cao su mịn vào trong bê tông nhựa.
ỨNG DỤNG LỐP XE PHẾ THẢI SỬ DỤNG VÀO MẶT ĐƯỜNG BÊ TÔNG NHỰA APPLICATION OF WASTE TIRE RUBBER INTO ASPHALT PAVEMENT TS Nguyễn Mạnh Tuấn, Ks Nguyễn Đức Hoài TÓM TẮT Việc ứng dụng sản phẩm cao su phế liệu từ lốp xe ô tô vào bê tông nhựa nghiên cứu sử dụng nhiều nơi giới, mang lại hiệu tích cực Nhờ khả tương thích phù hợp hạt cao su nhựa đường, dẫn đến cải tiến tính chất hỗn hợp nhựa đường Tuy nhiên, việc ứng dụng chưa phổ biến nhiều nơi thiếu nguồn tài liệu, kinh nghiệm sử dụng Nội dung báo đưa nhìn tổng quan việc tìm hiểu hướng xử lý lốp xe qua sử dụng vào mặt đường bê tông nhựa giới Việt Nam Bài báo đưa hiệu ban đầu đưa hạt cao su mịn vào bê tông nhựa ABSTRACT Application of waste tire rubber into asphalt pavement has been studied and used around the world with positive results Through appropriate compatibility between rubber and asphalt particles, properties performance of the asphalt mixture are improved However, this application has not used popular due to lack of resources, experiences This paper shows an overview on understanding the instruction processing of used tires on concrete pavement asphalt in the world and Vietnam today The paper also presents some initial result of using fine rubber particles in asphalt concrete TS Nguyễn Mạnh Tuấn Giảng viên, Khoa Kỹ Thuật Xây Dựng , Trường Đại Học Bách Khoa – Đại Học Quốc Gia Tp.HCM Email: nmanhtuan@hcmut.edu.vn Điện thoại: 093.348.1368 Ks Nguyễn Đức Hoài Học viên cao học , Khoa kỹ thuật Xây dựng , Trường Đại Học Bách Khoa – Đại Học Quốc Gia Tp.HCM Email: duchoaigtsg@gmail.com Điện thoại: 0126.577.1939 tuổi thọ công trình; Tăng cường khả chống nứt; Tăng cường khả chống lún; Làm trình lão hóa mặt đường chậm hơn; Tăng cường khả chống trượt; Sử dụng trang thiết bị có, vật liệu quy trình thực theo tiêu chuẩn hành; Đồng thời tận dụng lượng cao su phế thải nước, thân thiện môi trường phù hợp toán kinh tế; Không làm biến động lớn đến chi phí đầu chi phí đầu tư xây dựng công trình Với nhiều ưu điểm bột cao su nêu trên, báo tập trung giới thiệu quy trình xử lý lốp xe thành bột cao su ứng dụng bột cao su phế thải giới cty Công ty cổ phần công nghiệp cao su miền Nam Bài báo đưa số kết thực nghiệm ban đầu đưa bột cao su phế thải vào bê tông nhựa Từ lốp xe đến cao su hạt mịn 2.1 Cấu tạo lốp xe: Lốp xe phát minh từ nhiều kỉ trước sản phẩm an toàn, phức tạp, đòi hỏi công nghệ cao; đại diện cho phát triển phương tiện giao thông quốc gia Với quan điểm vật liệu [1]: lốp xe chia thành phần chính: hỗn hợp cao su, sợi vải thép Trong đó, sợi vải thép giữ vai trò khung lốp; hỗn hợp cao su giữ vai trò đảm bảo thực hiện, độ bền an toàn lốp Tuy nhiên, theo quan điểm cấu trúc, thành phần lốp xe gai lốp (tread), khung (body), thành lốp (sidewall) lốp (bead) (Hình 1) Gai lốp làm tăng tiếp xúc với mặt đường Khung hỗ trợ gai lốp cung cấp cho lốp xe hình dạng cụ thể Tanh lốp bó dây kim loại bao phủ bới cao su, giữ cho lốp làm việc bánh xe Các đặc tính vốn có lốp xe toàn giới Chúng bao gồm: khả chống nấm mốc, nhiệt độ ẩm, chậm phát triển vi khuẩn, chống ánh sáng mặt trời, tia cực tím, số loại dầu, nhiều loại dung môi, axit hóa chất Giới thiệu Cùng với phát triển trình công nghiệp hóa, lốp xe sử dụng hầu hết quốc gia giới nhằm phục vụ cho việc lại người, vận chuyển hàng hóa Ở châu Âu, năm có khoảng 355 triệu lốp xe sản xuất 90 nhà máy, chiếm khoảng 24 % sản lượng giới; Ở Mỹ, báo cáo năm 2007, có 290 triệu lốp xe đưa đến bãi chứa phế thải [1] Bên cạnh đó, việc dân số giới tăng, kéo theo nhu cầu lại, làm tăng số lượng sản xuất lốp xe hàng năm Lốp xe từ lâu xem nguồn chất thải lớn khó xử lý độ bền chúng Nó hiểm họa tiềm tàng sức khỏe người (nguy gây cháy, nơi trú ẩn động vật gặm nhấm, sâu bệnh ) Đã có nhiều chương trình nghiên cứu, giải pháp đưa để tái sử dụng lốp xe Ngày nay, việc tái chế lốp xe ứng dụng nhiều lĩnh vực như: việc chế tạo lốp xe mới; nhiên liệu có nguồn gốc từ lốp; ứng dụng ngành xây dựng, nông nghiệp, thể thao ứng dụng giao thông Với mục đích nhằm cải tiến chất lượng nhựa đường, từ thập kỷ 60, nhựa đường với phụ gia cao su từ lốp xe sử dụng nhiều nơi giới [1] Đây xem giải pháp hiệu với nhiều ưu điểm như: [1][2] Tăng Hình Cấu tạo lốp xe [1] 2.2 Một số quy trình xử lý nghiền lốp xe Lốp xe phế thải xử lý thiết bị đập dập, cắt lốp xe thành miếng nhỏ với kích thước khác Kích thước mảnh cao su dao động từ 25mm đến 460mm, với hầu hết mảnh phạm vi 100 mm đến 200mm, cách bào lốp nằm khoảng từ 76mm xuống khoảng 13mm Để giảm kích thước mảnh cao su, lốp xe nghiền trình cụ thể để tạo vật Trang liệu dạng cao su hạt mịn Trong trình này, dây thép loại bỏ cách sử dụng nam châm sợi vải loại bỏ phương pháp hút Kết hạt cao su có kích thước phù hợp không lẫn tạp chất Ngoài ra, số quy trình khác sử dụng để xử lý nghiền lốp xe không phổ biến, sử dụng như: Giảm kích thước áp lực nước (Hydro jet size reduction), nghiền ướt (Wet-grinding) Quy trình nghiền môi trường không khí (Ambient grinding): Đây phương pháp xử lý lốp xe dạng học, thực lưỡi dao dao quay, bước quan trọng tách biệt loại sợi, bao gồm sợi thép Sau tách từ loại sợi, quy trình sản xuất mảnh vụn cao su với kích thước hạt khác nhau, từ 5÷0,5 mm Nghiền môi trường không khí phương pháp thông dụng chi phí phụ thuộc nhiều vào kích hạt Ứng dụng thực tế Hình Quy trình nghiền môi trường không khí [1] Quy trình nghiền đông lạnh (Cryogenic grinding): Quá trình sử dụng nitơ lỏng để đông lốp xe (thường -87 đến -198o C) cao su trở nên giòn, sau sử dụng máy nghiền búa để phá vỡ cao su đông lạnh thành hạt mịn với diện tích bề mặt tương đối thấp so với người thu nghiền môi trường không khí Quy trình cho thấy số đặc điểm: xác định tính chất đàn hồi cao su nghiền cho pha trộn: tăng sụt giảm trọng lượng riêng kích thước hạt, tăng độ xốp bề mặt cao hạt Trong thực tế, trình đông lạnh cho hạt cao su với bề mặt nhẵn, cho thấy giảm tương tác hạt cao su với bitum đặc biệt làm giảm tính chất đàn hồi hỗn hợp, so sánh kết với quy trình nghiền khác, ta thấy hạt xốp, bề mặt lớn trọng lượng Điều dẫn đến việc sử dụng cao su hạt mịn từ trình đông lạnh hỗn hợp bitum không khuyến khích 3.1 Trên giới: Lốp xe vật liệu khó phân hủy điều kiện tự nhiên Nhằm giảm thiểu tác hại đến môi trường chi phí xử lý lốp xe phế liệu sử dụng Tại nước phát triển, hạt cao su mịn tận dụng nguồn nguyên liệu cho ngành lượng, xây dựng, giao thông Ví dụ: Tại Mỹ, hàng năm có khoảng 300 triệu lốp thải ra, có 40% sử dụng nhiên liệu cho ngành lượng, 26% tạo thành cao su hạt mịn, 13% chôn lấp, 5,5% sử dụng ứng dụng ngành xây dựng [1] Trong lĩnh vực giao thông, hạt cao su mịn sử dụng trong: láng nhựa (Chip seal, Underseal), trộn nóng (Hot Mix), and BTN hở tạo nhám (Porous Friction Course) [3] Bằng nhiều nghiên cứu khác nhau, nhựa đường cao su cho thấy đặc tính kỹ thuật cao tốt so với nhựa đường thông thường [1]: tăng tính đàn hồi, cải thiện tính kháng lún, chống nứt mỏi, giảm lão hóa mặt đường, phù hợp với nhiều kiểu khí hậu khác Bên cạnh đó, nhựa đường cao su có thêm ưu điểm khác như: làm giảm thời gian thi công (bề dày lớp áo đường mỏng hơn), giảm chi phí tu bảo dưỡng mặt đường mặt đường độ bền tốt hơn; tiếng ồn giao thông giảm Tiết kiệm lượng tài nguyên sẵn có cách sử dụng chất thải phế liệu Hình So sánh loại mặt đường [2] Tại Mỹ số bang như: Arizona, California, Texas, Florida, Nam Carolina, Nevada New Mexico sử dụng hạt cao su mịn công nghệ trộn ướt (wet-process) [1] Các kết đánh giá cho thấy công nghệ không giải vấn đề môi trường mà tăng lợi ích khác tăng sức kháng trượt, cải thiện tính linh hoạt khả chống nứt, giảm tiếng ồn giao thông Tại Nam Phi [1], hai trình trộn ướt khô sử dụng cao su mịn thông báo sử dụng thành công Hai bang Úc (New South Wales Victoria) thông qua trình trộn ướt giới hạn ứng dụng nhựa đường cao su, chủ yếu chống nứt lớp, chủ yếu cho ứng dụng láng nhựa (Sprayed seal) Hình Quy trình nghiền đông lạnh [1] Tại châu Âu, bê tông nhựa cao su theo công nghệ trộn ướt sử dụng thành công mặt đường áp dụng Bỉ, Pháp, Áo, Hà Lan, Ba Lan, Đức, Bồ Đào Nha, Tây Ban Nha, Italy, Cộng hòa Séc, Thụy Điển gần Hy Lạp Vương quốc Anh [1] Tại châu Á: Theo báo cáo Widyatmoko Elliot [1], Đài Loan báo cáo thông qua bê tông nhựa cao su cho Trang cấp phối gián đoạn (gap-graded) Arizona DOT cấp phối hở (open-graded) phù hợp với áo đường mềm; Thêm vào đó, bê tông nhựa cao su thử nghiệm Bắc Kinh sử dụng làm đường tu phần việc chuẩn bị cho Thế vận hội 2008 Trung Quốc sử dụng dự án Ecopark Hồng Kông 3.2 Tại Việt Nam: Ý thức tác hại lốp xe qua sử dụng trách nhiệm với cộng đồng xã hội, Công ty cổ phần công nghiệp cao su miền Nam (Caosumina) với sản phẩm săm, lốp xe loại thực đầu tư phân xưởng tái chế cao su hạt mịn từ sản phẩm săm lốp phế liệu kể từ năm 2010 Sản phẩm cao su hạt mịn từ công ty có kích thước hạt từ 0,075mm đến 0,3mm Với chi phí đầu tư khoảng 200 triệu đồng thiết kế theo công nghệ Casumina, dây chuyền hoạt động ổn định phát huy hết công suất Công suất tái chế: 480 tấn/ năm Quy trình sản xuất thể Hình Hình Sản phẩm lốp đặc sử dụng bột cao su tái chế [4] Một số kết thực nghiệm: Trong báo này, nhóm nghiên cứu thực thí nghiệm đúc mẫu bê tông nhựa cao su tương ứng với hàm lượng cao su 15% so sánh với bê tông nhựa hàm lượng cao su, dựa theo phương pháp Marshall hay TCVN 8820-2011 [5] Hình Quy trình sản xuất [4] Đối với vật liệu đầu vào: Cốt liệu (đá dăm) nhóm nghiên cứu chọn từ trạm trộn bê tông nhựa nóng Công ty TNHH MTV Công Trình Giao Thông Sài Gòn, nguồn gốc đá từ mỏ đá 3/2- tỉnh Bình Dương; với kích cỡ lọt sàng lớn 19mm Cấp phối đá dăm với hàm lượng chọn phù hợp theo tiêu chuẩn TCVN 8819-2011 [6] Cấp phối bê tông nhựa chặt 12.5mm (BTNC 12.5) sử dụng nghiên cứu thêm bột cao su vào (Hình 8) Hiện nay, sản phẩm cao su hạt mịn công ty Caosumina áp dụng việc chế tạo lốp đặc dành cho loại xe sử dụng nhà xưởng, kho bãi (nhằm giảm chi phí sản xuất) hay áp dụng cho việc thi công mặt sân tennis Mỗi tháng công ty sản xuất khoảng 40 sản phẩm quy cách cho lốp công nghiệp xuất Với việc sử dụng cao su hạt mịn, công ty tiết kiệm 450 tấn/năm cao su nguyên liệu, hóa chất, phụ gia, chất độn tương đương khoảng 13,5 tỷ đồng/năm Hình Hình bán thành phẩm sản phẩm lốp đặc từ bột cao su tái chế Hình Biểu đồ đường cong cấp phối BTNC 12.5 Đối với nhựa đường: Nhựa đường AC 60/70 cung cấp công ty cung ứng nhựa đường ADCo; Đây loại nhựa đường sử dụng phổ biến công trình Việt Nam Một vài tiêu nhựa đường trình bày Bảng Bảng Tiêu chuẩn kỹ thuật nhựa đường đặc 60/70 Chỉ tiêu Kết thí nghiệm Độ kim lún (0.1mm) Nhiệt độ hóa mềm ( C) Độ kéo dài (mm) 25oC o Hình Bán thành phẩm thành hình chờ lưu hóa [5] Nhiệt độ bắt lửa (oC) 63 48,8 155 > 300 (ngừng thí nghiệm 300oC) Trang Đối với hạt cao su: Cao su hạt mịn (trong Hình 9) cung cấp từ Công ty cổ phần công nghiệp cao su miền Nam với kích cỡ hạt lot sàng 0,63mm Quá trình trộn cao su nhựa đường trộn thời gian 30 phút nhiệt độ 170oC máy trộn Hobart, với tốc độ cao để tạo nhựa đường cao su Kết luận Từ việc nghiền cao su từ lốp xe làm tiền đề giúp cho nhiều lĩnh vực khác phát triển: Công nghệ lốp mới, mặt đường bê tông nhựa cao su, làm lớp chống ồn Việc sử dụng phụ gia cao su bột mịn nghiền từ lốp xe ô tô cũ nhằm mục đích nâng cao chất lượng sản phẩm có, đồng thời thân thiện môi trường, giúp tiêu thụ lượng lớn rác thải đẩy môi trường Đây toán mang lại hiệu kinh tế tính khả thi cao Bê tông nhựa cao su nhóm nghiên cứu thực cách trộn chất kết dính nhựa đường hạt cao su mịn từ công ty Caosumina Một số kết bước đầu bê tông nhựa cao su cho thấy kết tốt so với hỗn hợp ban đầu Các thí nghiệm khác như: thí nghiệm mô đun đàn hồi vật liệu, thí nghiệm ép chẻ thí nghiệm xác định độ mài mòn Cantabro kiểm tra them để kiểm chứng hiệu bột cao su bê tông nhựa Hình Cao su hạt mịn từ công ty Caosumina Hình 10 biểu đồ mối quan hệ hàm lượng nhựa độ ổn định Marshall bê tông nhựa có cao su 15% bê tông nhựa thông thường Thí nghiệm độ ổn định độ dẻo Marshall thí nghiệm dựa tiêu chuẩn TCVN 8820:2011 Trước thí nghiệm mẫu ngâm tủ ngâm nhiệt độ 60oC±1oC thời gian 40±5 phút Sau đó, mẫu lấy ra, lau mặt trong, nhanh chóng đưa vào vị trí thử nghiệm máy nén, gá đồng hồ đo độ dẻo vào Bắt đầu gia tải với tốc độ 50,8mm/phút Biểu đồ bê tong nhựa thường lấy từ nghiên cứu Nguyễn Viết Huy Nguyễn Mạnh Tuấn [7] Qua biểu đồ ta thấy, độ ổn định Marshall hỗn hợp bê tông nhựa cao su đa số cao so với bê tông nhựa thông thường Hình 10 Biểu đồ mối quan hệ hàm lượng nhựa- Độ ổn định Marshall Tài liệu tham khảo Presti, D.L (2013), Recycled Tyre Rubber Modified Bitumens for road asphalt mixtures: A literature review, Journal of Construction and Building Materials, 49, 863– 881 Vajra technologies http://vajra.vn/nhuaduong3.html Truy cập 6/2015 Shu X., and Huang B (2013), Recycling of waste tire rubber in asphalt and portland cement concrete: An overview Journal of Construction and Building Materials, 67, 217–224 Nguyen Dinh Dong (2014), Waste rubber process from The Southern Rubber Industry Joint Stock Company, tài liệu nội TCVN 8820:2011 (2011), Hỗn hợp bê tông nhựa nóngThiết kế theo phương pháp Marshall, Viện Khoa học Công nghệ Giao thông Vận tải TCVN 8819: 2011 (2011), Mặt đường bê tông nhựa nóng-Yêu cầu thi công nghiệm thu, Viện Khoa học Công nghệ Giao thông Vận tải Nguyễn Viết Huy (2014), Nghiên cứu ứng dụng chai nhựa phế thải vào bê tông nhựa điều kiện TP HCM, Luận văn thạc sỹ, trường Đại học Bách Khoa TP HCM Trang