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]
- Cốt liệu cào búc cú chứa 3,5 - 5% nhựa đường, 96% đỏ, cỏt và bột khoỏng.Do đú, sử dụng cốt liệu cào búc sẽ giảm chi phớ vật liệu, giảm tỡnh trạng
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 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 baobọc xung quanh cỏc hạt cốt liệu trong hỗn hợp bờ tụng đầm lăn bọc xung 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
Như vậy, việc sử dụng cốt liệu tỏi chế trong chế tạo hỗn hợp bờ tụng đầm lăn được đề xuất cho cỏc ứng dụng mặt đường giao thụng cấp thấp hoặc làm lớp múng cho mặt đường bờ tụng thụng thường. Ngoài ra, việc sử dụng cốt liệu tỏi chế để thay thế cho cốt liệu tự nhiờn mang lại hiệu quả về chi phớ và lợi ớch về mụi trường như giảm cỏc bói chụn lấp xử lý cốt liệu cào búc và khớ thải carbon dioxide,...
1.3.1.2. Nghiờn cứu cỏc đặc tớnh cơ học của bờ tụng đầm lăn sử dụng cốt liệucào búc từ bờ tụng nhựa cũ cào búc từ bờ tụng nhựa cũ
* Nghiờn cứu của M.L.Nguyen, J.M.Balay, H.Benedetto, C.Sauzộat, K.Bilodeau, F.Olard, B.Hộritier, H.Dumont & D.Bonneau [79].
- Nghiờn cứu được trỡnh bày trong bài bỏo này là một phần của dự ỏn "Recyroute" của Cơ quan Nghiờn cứu Quốc gia Phỏp nhằm đỏnh giỏ việc sử dụng vật liệu tổng hợp trờn tuyến đường cú lưu lượng giao thụng lớn. Nhúm tỏc giả đó nghiờn cứu ứng dụng cụng nghệ bờ tụng đầm lăn sử dụng cốt liệu cào búc từ bờ tụng nhựa cũ bổ sung cỏc sợi thộp (FRCCTM). Sự hiện diện đồng thời của hai loại chất kết dớnh: chất kết dớnh thủy lực (xi măng) và chất kết dớnh nhựa đường của cốt
liệu tỏi chế làm cho hỗn hợp bờ tụng đầm lăn trở thành vật liệu tổng hợp. Ngoài ra, việc bổ sung cỏc sợi thộp trong hỗn hợp cho phộp giảm thiểu chiều rộng vết nứt.
Hỡnh 1-22. Kiểm tra vết nứt của mặt đường BTĐL sử dụng CLTC bổ sung cỏc sợi thộp - Cỏc hỗn hợp FRCCTM với cỏc sợi thộp cú đường kớnh khỏc nhau và hàm lượng cốt liệu tỏi chế khỏc nhau được tiến hành thử nghiệm với quy mụ lớn trong phũng thớ nghiệm để so sỏnh cỏc đặc tớnh cơ học của cỏc hỗn hợp đú. Từ đú, đề xuất cỏc thụng số thiết kế của kết cấu ỏo đường sử dụng lớp FRCCTM.
- Cỏc kết quả thớ nghiệm trong phũng cho thấy hàm lượng cốt liệu tỏi chế ảnh hưởng đến cỏc tớnh chất cơ học của hỗn hợp FRCCTM. Tất cả cỏc đặc tớnh cơ học giảm khi hàm lượng cốt liệu tỏi chế tăng lờn.
- Bờn cạnh đú, thớ nghiệm mụ đun phức động |E*| cho thấy đặc tớnh nhớt của hỗn hợp bờ tụng đầm lăn tăng lờn khi hàm lượng cốt liệu tỏi chế tăng lờn. Cỏc thớ nghiệm được thực hiện trờn FRCCTM khụng cú cốt liệu tỏi chế cho thấy ảnh hưởng khụng đỏng kể của tần số và nhiệt độ lờn |E*|. Cũn |E*| của FRCCTM sử dụng cốt liệu tỏi chế bị ảnh hưởng bởi nhiệt độ và tần số. Giỏ trị của |E*| giảm ở nhiệt độ cao và ở tần số thấp.
+ Thớ nghiệm mụ đun phức động được thực hiện trờn cỏc mẫu hỡnh trụ (đường kớnh 75 mm, chiều dài 120 mm) theo tiờu chuẩn thớ nghiệm mụ đun phức động của BTN nhựa. Cỏc thử nghiệm được thực hiện trong phũng thớ nghiệm và ngoài hiện trường đoạn đường thử nghiệm.
Hỡnh 1-23. Kết quả đo mụ đun phức động |E*| của BTĐL sử dụng CLTC bổ sung cỏc sợi thộp
- Bài bỏo giới thiệu cỏc kết quả nghiờn cứu về hỗn hợp bờ tụng xi măng đầm lăn sử dụng cốt liệu cào búc từ bờ tụng nhựa cũ. Nghiờn cứu trỡnh bày hai mụ hỡnh hỗn hợp bờ tụng đầm lăn sử dụng cốt liệu tỏi chế thay thế một phần cốt liệu tự nhiờn là hỗn hợp tổng hợp gồm: hỗn hợp cốt liệu (cốt liệu tự nhiờn và cốt liệu tỏi chế), nhựa đường cũ phõn tỏn trong mụi trường vữa xi măng. Mụ hỡnh thứ hai cho kết quả tốt nhất, do đú, cú thể coi nhựa cũ trong cốt liệu tỏi chế cú chức năng tương tự như chức năng của khụng khớ khi xột đến đặc tớnh của bờ tụng.