1.2. Tổng quan về cốt liệu cào búc từ bờ tụng nhựa cũ
1.2.3. Qui trỡnh sản xuất cốt liệu cào búc bờ tụng nhựa cũ
1.2.3.1. Cào búc mặt đường bờ tụng nhựa cũ
Cào búc mặt đường bờ tụng nhựa cũ là một phần quan trọng của quỏ trỡnh tỏi chế mặt đường. Chiều sõu cào búc mặt đường cũ được xỏc định thụng qua chiều dài lan truyền cỏc vết nứt của cỏc mẫu khoan hiện trường, chiều dày lớp bờ tụng nhựa bị phỏ hủy hoặc mức độ dớnh bỏm giữa hai lớp bờ tụng nhựa. Quỏ trỡnh cào búc phải được xem xột kỹ càng để đảm bảo khụng bị lẫn tạp chất vào vật liệu bờ tụng nhựa cào búc, đặc biệt khi cào ở phần vai đường hoặc phần mở rộng. Giới hạn hàm lượng tạp chất trong cốt liệu tỏi chế cho phộp tối đa là 1%, giới hạn này cũng phự hợp với yờu cầu kỹ thuật đối với cốt liệu mới.
Hỡnh 1-15. Mỏy cào búc mặt đường bờ tụng nhựa cũ
Khi tiến hành cào búc mặt đường bờ tụng nhựa cũ, cần lưu ý một số vấn đề sau để kiểm soỏt tốt chất lượng cốt liệu tỏi chế:
- Cào búc mặt đường từ một dự ỏn cụ thể, rừ nguồn gốc.
- Quỏ trỡnh cào búc hạn chế tối đa mức độ ảnh hưởng đến lớp dưới và thoỏt nước mặt đường.
- Thớ nghiệm kiểm tra cấp phối, kớch thước hạt lớn nhất của cốt liệu ở đoạn cào búc trước khi cào.
- Nếu kớch thước hạt cốt liệu sau khi cào búc đủ nhỏ để thiết kế hỗn hợp thỡ khụng cần phải nghiền tiếp cốt liệu tỏi chế sau khi cào búc.
- Nếu kớch thước cỏc hạt cốt liệu sau khi cào búc quỏ lớn để thiết kế hỗn hợp thỡ sàng phõn loại thành cỏc cỡ hạt lọt qua sàng để tiến hành thớ nghiệm kiểm tra cỏc chỉ tiờu kỹ thuật, cỏc hạt sút trờn sàng phõn loại được sử dụng cho mục đớch khỏc.
1.2.3.2. Cụng nghệ nghiền, phõn loại và lưu trữa. Cụng nghệ nghiền, sàng phõn loại a. Cụng nghệ nghiền, sàng phõn loại
Mục đớch của việc nghiền và sàng cốt liệu tỏi chế nhằm loại bỏ những hạt quỏ cỡ và tỏch thành cỏc cỡ hạt khỏc nhau, ớt nhất 95% cỏc hạt lọt qua sàng 50 mm. Phần lớn cỏc nhà thầu nghiền cốt liệu tỏi chế thành cỏc cỡ hạt cú Dmax = 12,5 mm hoặc Dmax = 19 mm. Phõn loại cỏc cỡ hạt trong quỏ trỡnh nghiền cú thể kiểm soỏt được hàm lượng cỏc hạt nhỏ hơn 0,075 mm bằng cỏch dựng cỏc loại hạt trờn sàng 19 mm và giảm bớt cỏc loại hạt lọt qua sàng 19 mm. Điều này cho phộp sử dụng cốt liệu tỏi chế với một tỷ lệ cao hơn và nhiều cỡ hạt hơn, tiết kiệm được giỏ thành vật liệu. Ưu điểm chớnh của việc phõn loại: cú thể dự trữ cỏc loại hạt cú kớch thước khỏc nhau, sử dụng linh hoạt khi thiết kế hỗn hợp bờ tụng.
Hỡnh 1-16. Sàng phõn loại cốt liệu cào búc từ bờ tụng nhựa cũ
b. Lưu trữ
Cốt liệu cào búc sau khi nghiền sàng được di chuyển tới vị trớ thuận tiện để đưa vào trạm trộn, sau đú được bảo quản lưu trữ hoặc sử dụng ngay.
Quỏ trỡnh lưu trữ cũng cần hạn chế tối đa do ảnh hưởng của độ ẩm đến tớnh chất của cốt liệu cào búc. Độ ẩm là một trong những yếu tố chớnh ảnh hưởng đến tốc độ sản xuất hỗn hợp và chi phớ sấy khụ. Cỏch tốt nhất để hạn chế độ ẩm trong cốt liệu tỏi chế là xõy dựng nhà chứa cú mỏi che, đặt trờn nền cao, thoỏt nước tốt.
Để giảm thiểu quỏ trỡnh làm chặt cốt liệu tỏi chế ở cỏc đống lưu trữ, chiều cao khụng nờn vượt quỏ 5 m và hạn chế cỏc thiết bị đi lại bờn trờn.
Hỡnh 1-17. Kho lưu trữ cốt liệu cào búc từ bờ tụng nhựa cũ
1.2.3.3. Thớ nghiệm cỏc chỉ tiờu kỹ thuật
Khi sử dụng cốt liệu cào búc làm cốt liệu chế tạo hỗn hợp bờ tụng, tiến hành lấy mẫu và thớ nghiệm cỏc chỉ tiờu kỹ thuật để đảm bảo tớnh đồng nhất và cú được cỏc đặc tớnh đại diện phục vụ thiết kế hỗn hợp bờ tụng.
Chỉ tiờu kỹ thuật của cốt liệu cào búc gồm:
- Hàm lượng bitum trong cốt liệu cào búc,...
- Thành phần hạt của hỗn hợp cốt liệu tỏi chế sau khi nghiền sàng; - Khối lượng thể tớch; cường độ chịu nộn, …
1.2.4. Cỏc thụng số kỹ thuật của cốt liệu cào búc từ bờ tụng nhựa cũ
Bờ tụng nhựa cũ được cào búc bằng mỏy, sau đú được làm sạch và sàng phõn loại. Cốt liệu cào búc thu được gồm cỏc cốt liệu được bao phủ bởi nhựa đường. Cốt liệu cào búc cú nguồn gốc khỏc nhau nờn cỏc đặc tớnh kỹ thuật cú thể khỏc nhau do sự khỏc nhau về quy trỡnh xay nghiền, nguồn gốc đỏ gốc, loại và hàm lượng nhựa đường dớnh bỏm,...
Hỡnh 1-18. Cốt liệu cào búc từ bờ tụng nhựa cũ [71]
Theo cỏc tài liệu đó nghiờn cứu, cốt liệu cào búc từ BTN cũ cú nhiều ưu điểm: - Cốt liệu cào búc cú chứa 3,5 - 5% nhựa đường, 96% đỏ, cỏt và bột khoỏng.Do đú,
khai thỏc cỏc mỏ đỏ ảnh hưởng đến mụi trường sinh thỏi, giảm khai thỏc dầu mỏ ảnh hưởng đến địa chất, đồng thời giảm thiểu khớ thải do cỏc quỏ trỡnh khai thỏc và sử dụng tài nguyờn khi xõy mới cỏc con đường.
- Ngoài ra, ưu điểm vượt trội của cốt liệu cào búc là cú thể sử dụng rộng rói cho tất cả cỏc lớp trong kết cấu ỏo đường, đỏp ứng được chất lượng của nhiều cấp đường khỏc nhau.
Cỏc thụng số kỹ thuật của cốt liệu cào búc tỏi sử dụng làm cốt liệu trong xõy dựng đường ụ tụ gồm: thành phần hạt, độ đặc, độ ẩm, tớnh thấm, độ bền, khả năng chịu lực, độ biến dạng,...
1.2.4.1. Thành phần hạt
Thành phần hạt của cốt liệu cào búc được xỏc định bằng cỏch nghiền sau đú sàng. Độ lớn của cốt liệu cào búc phụ thuộc vào mỏy nghiền, tốc độ nghiền, khoảng cỏch cỏc bỏnh răng của mỏy. Khoảng cỏch bỏnh răng của mỏy nghiền rộng, tốc độ nghiền nhanh sẽ cho kớch thước hạt lớn, cấp phối hạt thụ hơn và ngược lại. Sau khi nghiền, cốt liệu cào búc thu được sẽ khỏc với cốt liệu cào búc ban đầu vỡ trong quỏ trỡnh nghiền sàng, cốt liệu cào búc cú thể bị vỡ ra làm thay đổi kớch thước hạt, từ đú thay đổi thành phần hạt so với ban đầu [65].
1.2.4.2. Khối lượng thể tớch và độ ẩm
- Khối lượng thể tớch của cốt liệu cào búc từ cỏc nguồn khỏc nhau sẽ khỏc nhau. Khối lượng thể tớch cú thể thay đổi từ 115 – 130% tựy thuộc vào nguồn gốc mà cốt liệu cào búc thu được. Ngoài ra, do lớp phủ nhựa đường trờn bề mặt của cốt liệu sẽ làm tăng khối lượng thể tớch của cốt liệu cào búc lờn đỏng kể.
- Độ ẩm của cốt liệu cào búc ban đầu khi thớ nghiệm cú kết quả thấp hơn so với cốt liệu tự nhiờn. Nguyờn nhõn là xung quanh cốt liệu cào búc cú lớp nhựa đường cũ bao bọc. Tuy nhiờn, hỗn hợp cốt liệu cào búc sau khi được nghiền nhỏ, độ ẩm sẽ cho kết quả cao hơn so với cốt liệu cào búc ban đầu do kớch thước hạt nhỏ hơn dễ hấp thụ nước hơn. Do đú, độ ẩm của cốt liệu cào búc cần được xỏc định chớnh xỏc để tớnh toỏn khối lượng cốt liệu cào búc trộn vào hỗn hợp bờ tụng mới.
1.2.4.3. Tớnh thấm
Khả năng thấm của cốt liệu cú liờn quan trực tiếp đến tỷ lệ cỏc hạt mịn cú trong hỗn hợp cốt liệu. Núi chung, tớnh thấm của cốt liệu cào búc sau khi nghiền
sàng cao hơn cốt liệu cào búc ban đầu. Bộ Giao thụng Vận tải Ontario đó tiến hành cỏc thớ nghiệm thấm với cỏc cốt liệu tự nhiờn và so sỏnh chỳng với hỗn hợp gồm 60% cốt liệu cào búc (40% cốt liệu tự nhiờn) và hỗn hợp gồm 100% cốt liệu cào búc. Kết quả cho thấy cấp phối của cốt liệu ảnh hưởng đến tớnh thấm của hỗn hợp, nghĩa là, tớnh thấm của hỗn hợp cốt liệu giảm khi hàm lượng cốt liệu cào búc trong hỗn hợp tăng lờn [64,66,68].
1.2.4.4. Cường độ
- Cường độ của cốt liệu cào búc phụ thuộc cường độ của cốt liệu tự nhiờn được sử dụng trong hỗn hợp bờ tụng nhựa ban đầu. Do cốt liệu được sử dụng trong chế tạo bờ tụng nhựa thường cú chất lượng tốt hơn so yờu cầu kỹ thuật nờn cường độ của cốt liệu cào búc ớt bị ảnh hưởng. Tuy nhiờn, sự cú mặt của màng nhựa đường mỏng trờn cốt liệu cào búc sẽ ảnh hưởng đến cường độ của nú. Nguyờn nhõn là do mặt đường bờ tụng nhựa bị hư hỏng, nhựa đường bị oxy hoỏ, chất dầu bị bay hơi dẫn đến nhựa đường bị hoỏ già từ đú ảnh hưởng đến cường độ của cốt liệu cào búc. - Khả năng chịu tải của cốt liệu cào búc được thể hiện thụng qua cỏc chỉ tiờu: cường
độ chịu nộn, mụ đun đàn hồi và cường độ ộp chẻ. Cỏc kết quả thớ nghiệm cho thấy khả năng chịu lực của hỗn hợp sử dụng cốt liệu cào búc phụ thuộc vào hàm lượng cốt liệu cào búc sử dụng trong hỗn hợp. Núi chung, cỏc chỉ tiờu kỹ thuật đều giảm khi hàm lượng cốt liệu cào búc tăng lờn [57,58]. Như vậy, cỏc thụng số về khả năng chịu lực của hỗn hợp cốt liệu cào búc cần được đỏnh giỏ theo yờu cầu kỹ thuật của từng cụng trỡnh cụ thể. Đối với cỏc cụng trỡnh khỏc nhau, yờu cầu về khả năng chịu lực của cốt liệu tỏi chế sẽ khỏc nhau và đặc biệt lưu ý khi sử dụng hàm lượng cốt liệu cào búc cao trong hỗn hợp cốt liệu.
1.2.4.5. Độ biến dạng
Khụng cú nhiều thớ nghiệm đo độ biến dạng của hỗn hợp cốt liệu cào búc và cốt liệu cào búc. Nghiờn cứu của Hoyos và cộng sự [71] đó chỉ ra rằng việc sử dụng cốt liệu cào búc thay thế cốt liệu tự nhiờn làm tăng độ biến dạng sau 100.000 chu kỳ tải trọng so với hỗn hợp sử dụng 100% cốt liệu tự nhiờn và độ biến dạng càng tăng khi tỷ lệ phần trăm cốt liệu cào búc tăng lờn. Với hỗn hợp sử dụng 100% cốt liệu cào búc, độ biến dạng đạt giỏ trị lớn nhất.
1.2.4.6. Đặc tớnh của nhựa đường cũ
Nhiều nhà khoa học đó tiến hành thớ nghiệm cỏc mẫu nhựa được tỏch từ cốt liệu cào búc để đỏnh giỏ tớnh hoỏ già của nhựa đường cũ thụng qua cỏc chỉ tiờu cơ lý húa như độ kim lỳn, độ kộo dài và nhiệt độ húa mềm. Tốc độ hoỏ già của nhựa đường cũ khỏc nhau khi loại nhựa và hàm lượng nhựa khỏc nhau.
Húa già là một đặc điểm quan trọng của nhựa đường cũ trong cốt liệu cào búc. Do quỏ trỡnh hoỏ già, nhựa đường cũ trở nờn cứng hơn so với nhựa đường gốc ban đầu. Quỏ trỡnh hoỏ già xảy ra theo hai giai đoạn (ngắn hạn và dài hạn). Quỏ trỡnh hoỏ già ngắn hạn dẫn đến độ nhớt tăng lờn do nhựa đường tiếp xỳc với khụng khớ núng trong quỏ trỡnh thi cụng. Quỏ trỡnh hoỏ già dài hạn xảy ra trong quỏ trỡnh sử dụng dẫn đến độ cứng tăng lờn. Sự gia tăng độ cứng của nhựa đường cũ cú thể làm tăng khả năng biến dạng và khả năng lan truyền tải trọng trong bờ tụng. Mặt khỏc, làm cho hỗn hợp sử dụng cốt liệu cào búc giũn hơn, nứt nhanh hơn [64,67,74].
1.3. Tổng quan về bờ tụng đầm lăn sử dụng cốt liệu cào búc từ bờ tụng nhựa cũ1.3.1. Tỡnh hỡnh nghiờn cứu và ứng dụng bờ tụng đầm lăn sử dụng cốt liệu cào búc từ 1.3.1. Tỡnh hỡnh nghiờn cứu và ứng dụng bờ tụng đầm lăn sử dụng cốt liệu cào búc từ
bờ tụng nhựa cũ trờn thế giới
Hiện nay, một số nước như Mỹ, Phỏp, Brazil, Thổ Nhĩ Kỡ, Iran, ... đó ỏp dụng cụng nghệ tỏi chế nguội tại trạm trộn sử dụng một phần cốt liệu cào búc từ bờ tụng nhựa cũ thay thế cốt liệu tự nhiờn để chế tạo bờ tụng đầm lăn làm lớp múng đường, mặt đường giao thụng cấp thấp, vỉa hố, bói đỗ xe, đường nội bộ,...cú hiệu quả và đảm bảo cỏc yờu cầu kỹ thuật, kinh tế và mụi trường. Mặt khỏc, việc sử dụng cốt liệu tỏi chế trong hỗn hợp bờ tụng đầm lăn cho thấy sự kết hợp giữa chất kết dớnh thuỷ lực xi măng và chất kết dớnh nhựa đường làm cho hỗn hợp sử dụng cốt liệu tỏi chế trở thành vật liệu tổng hợp. Đồng thời, nhiều nghiờn cứu trờn thế giới đó phõn tớch ảnh hưởng của màng nhựa cũ bao bọc xung quanh cỏc hạt cốt liệu cú ảnh hưởng đến cỏc đặc tớnh cơ học của bờ tụng đầm lăn sử dụng cốt liệu cào búc từ bờ tụng nhựa cũ.
1.3.1.1. Nghiờn cứu cơ chế tương tỏc giữa vữa xi măng và màng nhựa cũ bao bọc xungquanh cỏc hạt cốt liệu trong hỗn hợp bờ tụng đầm lăn quanh cỏc hạt cốt liệu trong hỗn hợp bờ tụng đầm lăn
Nghiờn cứu của cỏc tỏc giả Solomon Debbarma và Ransinchung R.N GN [83] trỡnh bày cơ chế tương tỏc giữa vữa xi măng và màng nhựa cũ trong hỗn hợp bờ tụng đầm lăn sử dụng cốt liệu cào búc từ bờ tụng nhựa cũ.
- Trong nghiờn cứu này, cơ chế tương tỏc của hỗn hợp bờ tụng đầm lăn sử dụng cốt liệu tỏi chế được phõn tớch hỡnh ảnh bằng kớnh hiển vi điện tử (SEM). Thớ nghiệm được thực hiện trờn cỏc mẫu bờ tụng đầm lăn sử dụng 50% cốt liệu tỏi chế. Cơ chế tương tỏc giữa cốt liệu với vữa xi măng của hỗn hợp bờ tụng đầm lăn gần giống với hỗn hợp bờ tụng xi măng thụng thường. Tuy nhiờn, do sử dụng cốt liệu tỏi chế thay thế một phần cốt liệu tự nhiờn nờn trong hỗn hợp bờ tụng đầm lăn xuất hiện 2 vựng chuyển tiếp (ITZ): ITZ giữa cốt liệu tự nhiờn và vữa xi măng và ITZ giữa cốt liệu tỏi chế và vữa xi măng.
Hỡnh 1-19. ITZ giữa CLTC (A) và CLTN (B) với XM của BTĐL chứa 50% CLTC - Mặt khỏc, kết quả thớ nghiệm cho thấy, khi sử dụng cốt liệu tỏi chế thay thế cho cốt
liệu tự nhiờn, cường độ của bờ tụng đầm lăn giảm đi, kể cả khi bổ sung tro bay. Cường độ chịu nộn của bờ tụng đầm lăn sử dụng 50% cốt liệu tỏi chế giảm 47% so với cường độ chịu nộn của bờ tụng đầm lăn đối chứng. Tương tự, cường độ chịu kộo khi uốn giảm 21% so với bờ tụng đầm lăn đối chứng. Sự hiện diện của lớp nhựa đường kỵ nước bao bọc cốt liệu đó hạn chế sự hỡnh thành vựng chuyển tiếp (ITZ) tốt giữa cốt liệu tỏi chế và vữa xi măng, do đú, cường độ của bờ tụng đầm lăn giảm đi, vết nứt lan truyền xung quanh bề mặt của cốt liệu tỏi chế, khụng phải là sự xuyờn qua cốt liệu như trong trường hợp bờ tụng sử dụng cốt liệu tự nhiờn.
Hỡnh 1-20. Hỡnh ảnh (SEM) phõn tớch BTĐL sử dụng 50% CLTC
(A) Dạng sợi dày đặc C-S-H; (B) C-S-H phỏt triển quỏ mức; (C) Sự hỡnh thành canxit; (D) Canxit biểu hiện trờn C-S-H; (E) Hỡnh thành cỏc vết nứt co ngút khụ ;
- Quan sỏt hỡnh ảnh SEM, ITZ giữa cốt liệu tỏi chế và hồ xi măng xốp hơn ITZ giữa cốt liệu tự nhiờn và hồ xi măng. Nguyờn nhõn là do hàm lượng C-S-H trong ITZ của cốt liệu tỏi chế - vữa XM thấp hơn so với ITZ của cốt liệu tự nhiờn – vữa XM. Vựng chuyển tiếp ITZ cú lớp nhựa đường là khu vực đầu tiờn xảy ra sự phỏ hoại của BTĐL sử dụng cốt liệu tỏi chế do vựng này xốp hơn và cú độ rỗng cao hơn. Cỏc tỏc giả kết luận rằng đõy chớnh là lý do dẫn đến giảm cường độ và mụ đun đàn hồi của bờ tụng đầm lăn sử dụng cốt liệu tỏi chế.
- Bổ sung tro bay vào hỗn hợp gúp phần cải thiện lỗ rỗng trong hỗn hợp, tăng độ đặc chắc do đú làm tăng cường độ của BTĐL sử dụng cốt liệu tỏi chế.
Hỡnh 1-21. Hỡnh ảnh (SEM) phõn tớch liờn kết giữa nhựa đường với hồ xi măng và tro bay của BTĐL- 50% CLTC -15% tro bay