II.1. Công nghệ tái chế bêtông nhựa theo kiểu trộn nóng
Là một quá trình trong đó hỗn hợp vật liệu (bao gồm hoặc vật liệu mặt đường nhựa tái chế – RAP, hoặc cốt liệu tái chế – RAM hoặc cả 2 được phối hợp với nhựa đường mới, có thể thêm cốt liệu mới và những tác nhân tái chế nếu cần thiết) được trộn trong một thiết bị trộn trung tâm để sản xuất ra hỗn hợp bêtông nhựa rải đường kiểu trộn nóng. Sản phẩm hỗn hợp bêtông nhựa sau khi tái chế phải phù hợp với tất cả các yêu cầu của tiêu chuẩn về vật liệu, về chất lượng xây dựng như đối với hỗn hợp bêtông nhựa mới.
Nhựa mới được đưa thêm vào trong hỗn hợp (bao gồm RAP, RAM nếu có và cốt liệu mới) nhằm đạt được 2 mục đích sau:
Tăng tổng hàm lượng nhựa đường để đạt những yêu cầu cần thiết về hàm lượng nhựa của hỗn hợp khi thiết kế. Dưới tác dụng của môi trường nhựa đường theo thời gian bị hoá già đi, hay nói cách khác hàm lượng nhựa có hiệu trong tổng hỗn hợp bị giảm đi. Hơn nữa do quá trình ảnh hưởng của quá trình cào bóc, thành phần cốt liệu cũ bị thay đổi, nhỏ đi, cần phải thêm cốt liệu mới. Chính vì vậy thường phải thêm nhựa mới cho đủ hàm lượng nhựa yêu cầu.
Pha trộn với nhựa đường bị lão hoá trong phần tái chế của hỗn hợp nhằm tạo ra một loại nhựa đường phù hợp với những yêu cầu thiết kế.Do tác dụng lão hoá, nhựa cũ trở nên đặc hơn (hay cứng hơn) so với nhựa nguyên thuỷ hay nói cách độ nhớt của nó tăng lên. Việc thêm nhựa mới ngoài mục đích để dủ nhựa như nói trên còn phải chú ý đến tính tăng cứng của nhựa cũ. Chính vì vậy loại đường nhựa mới thêm vào phải có tính chất lỏng hơn (hay mềm hơn) hay nói cách khác phải có độ nhớt nhỏ hơn để sau khi pha trộn với nhau tạo thành 1 loại nhựa có độ nhớt vừa đủ theo thiết kế. Nhìn chung, những loại nhựa đường AC-10, AC-5 hay AC-2.5 (AR-4000, AR-2000 hay AR- 1000; hoặc nhựa có độ kim lún tương ứng 85 – 100, 120 – 150 hay 200 – 300) đều được sử dụng cho mục đích pha trộn này. Những loại nhựa đường này phù hợp với những yêu cầu trong tiêu chuẩn ASTM D 3381 hay D 946 (AASHTO M 226 hay M 20).
Quy trình thiết kế tối ưu hàm lượng nhựa trong hỗn hợp bêtông nhựa tái chế thường sử dụng phương pháp Marshall
Phạm vi áp dụng: phương pháp tái chế hỗn hợp trộn nóng thường sử dụng
từ 10 đến 60% RAP, trong đó:
Với thiết bị trộn dạng chu kỳ (Batch plant) có thể sử dụng đến 40%RAP (thông thường từ 10 đến 50 % RAP).
Với thiết bị trộn dạng trống quay (Drum- mix plant) có thể được sử dụng tới 60% RAP ( thông thường từ 10 đến 50 % RAP ).
Nếu tỷ lệ RAP trong hỗn hợp nhỏ hơn 10% thì thủ tục thiết kế hỗn hợp bêtông nhựa tái chế tiến hành như với thiết kế bêtông nhựa thông thường.
Trình tự tiến hành thiết kế hỗn hợp tái chế theo kiểu bêtông nhựa trộn nóng được thực hiện theo các bước sau:
1. Thiết kế hỗn hợp bêtông nhựa tái chế 2. Công nghệ thi công: trộn, lu, lèn, rải
II.2. Cơ sở lý thuyết thiết kế thành phần hỗn hợp bêtông nhựa tái chế theo kiểu trộn nóng
Việc thiết kế hỗn hợp bêtông nhựa tái chế trộn nóng bao gồm 6 bước sau: Bước 1: Đánh giá chất lượng vật liệu RAP.
Bước 2: Thiết kế cấp phối cốt liệu.
Bước 3: Tính toán gần đúng tổng lượng nhựa yêu cầu. Bước 4: Ước tính lượng nhựa mới cho thêm vào hỗn hợp. Bước 5: Lựa chọn loại nhựa đường mới.
Bước 6: Thiết kế tối ưu hàm lượng nhựa cho hỗn hợp bêtông nhựa. Trình tự các bước được chi tiết dưới đây:
Bước 1: Đánh giá chất lượng vật liệu RAP:
Được tiến hành với các nội dung sau:
1. Xác định hàm lượng nhựa đường cũ trong RAP:
Sử dụng phương pháp ASTM D 2172 (AASHTO T 164) để tách nhựa ra khỏi RAP. Hàm lượng nhựa được xác định bằng tỷ số giữa khối lượng nhựa hiện có tổng hỗn hợp hoặc tổng cốt liệu.
2. Xác định độ nhớt của nhựa đường ở 600C:
Sử dụng phương pháp ASTM D 1856 (AASHTO T 170) để thu hồi nhựa từ dung dịch có chứa nhựa và dung môi. Xác định độ nhớt ở 60 0C (140 0C) của nhựa sau khi thu hồi bằng phương pháp ASTM D 2117 (AASHTO T 202).
3. Xác định cấp phối cốt liệu của RAP:
Cốt liệu sau khi đã tách nhựa được xác định cấp phối trên cơ sở kết quả phân tích bằng sàng theo phương pháp ASTM C 117 và C 136 (AASHTO T 11 và T 27).
4. Xác định cấp phối cốt liệu của RAM:
Trong trường hợp cụ thể, nếu có RAM thì thực hiện việc xác định cấp phối của RAM theo phương pháp tương tự như với RAP.
Bước 2: Thiết kế cấp phối cốt liệu:
Trên cơ sở số liệu phân tích thành phần hạt của RAP (và của RAM nếu có), trên cơ sở đường bao cấp phối chuẩn yêu cầu trong thiết kế, tiến hành bổ sung cốt liệu mới, tính toán tỷ lệ phối hợp giữa RAP và RAM (nếu có) và cốt liệu mới để tạo nên một cấp phối cần thiết phù hợp với cấp phối tiêu chuẩn đã quy định.
Sau khi xác định được tỷ lệ cấp phối cốt liệu phù hợp, tính toán tỷ lệ cốt liệu mới (và RAM nếu có) trong tổng cốt liệu hỗn hợp, được kí hiệu là r (% ). (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Để làm rõ thêm vấn đề này ta xét Ví dụ 1 sau đây:
Giả sử sau khi phân tích thành phần hạt của RAP, RAM và thành phần hạt của cốt liệu mới ta có kết quả Bảng 3.1
Bảng 3.1: Phân tích thành phần hạt của RAP, RAM và cốt liệu mới
Lượng lọt qua sàng (%)
Kích cỡ sàng
(mm) Cốt liệu RAP Cốt liệu RAM Cốt liệu mới
25.0 100 100 100 19.0 98 92 100 9.5 85 45 100 4.75 65 19 94 2.36 52 5 85 0.3 22 1 26 0.074 8 0 6
Trên cơ sở Bảng 3.1, tiến hành phối hợp 3 loại cốt liệu trên để chọn ra một cấp phối phù hợp với đường bao cấp phối chuẩn. Sau khi lựa chọn ta được kết quả sau: với 30% RAP, 50% RAM và 20% cốt liệu mới, ta được một cấp phối cốt liệu thõa mãn chuẩn. Chi tiết được thể hiện ở Bảng 3.2
Bảng 3.2: Kết quả thiết kế cấp phối
Lượng lọt qua sàng (%)
Kích cỡ sàng
(mm) li30% Cệu RAPốt 50% CRAM ốt liệu 20% Cmớiốt liệu
Kết quả phối hợp Cấp phối chuẩn AASHTO 25.0 100x3 = 30 100x0.5 = 50 100x0.2 = 20 100 100 19.0 98x0.3 = 29.4 92x0.5 = 46 100x0.2 = 20 95.4 90 - 100 9.5 85x0.3 = 25.5 45x0.5 = 22.5 100x0.2 = 20 68 56 - 80 4.75 65x0.3 = 19.5 19x0.5 = 9.5 94x0.2 = 18.8 47.8 35 - 65 2.36 52x0.3 = 15.6 5x0.5 = 2.5 85x0.2 = 17.0 35.1 23 - 49
0.3 22x0.3 = 6.6 1x0.5 = 0.5 26x0.2 = 5.2 12.3 5 - 19 0.074 8x0.3 = 2.4 0x0.5 = 0 6x0.2 = 1.2 3.6 2 - 8
Giá trị r được tính là: r = 50 + 20 = 70
Bước 3: Tính toán gần đúng tổng lượng nhựa theo yêu cầu
Tổng lượng nhựa yêu cầu trong hỗn hợp cốt liệu có thể được xác định theo công thức thực nghiệm sau:
F c K b a Pb 0,035. 0,045. . (1)
Pb: Tổng gần đúng lượng nhựa yêu cầu của hỗn hợp tái chế, tính bằng phần trăm trọng lượng hỗn hợp
a: Phần trăm cốt liệu nằm lại trên sàng 2.36mm
b: Phần trăm cốt liệu lọt qua sàng 2.36mm và bị giữ lại trên sàng 0.075mm c: Phần trăm cốt liệu lọt qua sàng 0.075mm
K: Hệ số phụ thuộc vào hàm lượng cốt liệu lọt qua sàng 0.075mm, cụ thể K = 0.15 với 11-15% lọt qua sàng 0.075mm
= 0.18 với 6-10% lọt qua sàng 0.075mm = 0.2 khi ≤ 5% lọt qua sàng 0.075mm
F: 0-2% phụ thuộc vào mức độ hấp thụ nhựa của cốt liệu
Ví dụ 2: Với kết quả phân tích ở Ví dụ 1 trên Bảng 3.2, ta có thể tính được tổng lượng nhựa yêu cầu trong hỗn hợp bêtông nhựa tái chế như sau:
0, 035 64.9 0, 045 31.5 0.2 3.6 1 5.41
b
P
Trong đó các hệ số được tính trên cơ sở Bảng 3.2 như sau: a = 100 – 35.1 = 64,9 b = 35.1 – 3.6 = 31.5
c = 3.6 K = 0.2 F = 1 (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Bước 4: Ước tính lượng nhựa mới cho thêm vào hỗn hợp
Lượng nhựa đường mới được cho thêm vào trong hỗn hợp tái chế được xem như là phần trăm trọng lượng của tổng hỗn hợp, được tính theo công thức sau: sb sb sb b sb nb P P r P P P r P 100 ) 100 ( ) 100 .( 100 ). . 100 ( 2 (2)
Pnb: Phần trăm lượng nhựa đường mới trong hỗn hợp tái chế. r: Phần trăm cốt liệu mới cho thêm vào trên tổng hợp cốt liệu
Pb: Tổng gần đúng lượng nhựa yêu cầu của hỗn hợp tái chế (%), tính theo công thức ở Bước 3.
Ví dụ 3: Gỉa sử hàm lượng nhựa đường Psb của RAP (được phân tích ở
Bước 1) là Psb = 4.7%, giá trị r được tính ở Ví dụ 1 là r = 70%. Lượng nhựa đường mới (Pnb) (%) cho thêm vào hỗn hợp với tổng hàm lượng nhựa đường yêu cầu (Pb) đã biết được tính như sau:
2 (100 70 4.7) (100 70) 4.7 1.015 1.48 100 (100 4.7) 100 4.7 b nb b P P P
Lượng nhựa đường mới được thêm: với giá trị tổng hàm lượng nhựa yêu cầu xác định theo công thức (1) đã tính trên cơ sở Ví dụ 1 và 2 là Pb =5.41%, cụ thể là:
1.015 5.41 1.48 4.01
nb
P (%)
Phần trăm nhựa đường mới (Pnb) so với hàm lượng nhựa tổng cộng (Pb) sẽ được tính là: 100. nb b P R P Cụ thể: 100 4.01 74 5.41 R
Bước 5: Lựa chọn loại nhựa đường mới
1. Lựa chọn loại nhựa đường mới:
Mục đích:
Lựa chọn loại nhựa đường mới với độ nhớt yêu cầu để khi hoà chọn với nhựa đường cũ sẽ tạo ra một hỗn hợp nhựa có độ nhớt phù hợp với yêu cầu thiết kế. Nhựa mới với độ nhớt yêu cầu được xác định trên cơ sở sử dụng toán đồ ở
Hình 3.1: Toán đồ xác định loại nhựa mới trong hỗn hợp BTN tái chế
NEW ASPHALT OR RECYCLING AGENT IN BLEND R PERCENT BY WEIGHT
Tỷ lệ phần trăm nhựa đường mới so với hàm lượng nhựa tổng cộng R Trong đó:
Trục tung biểu thị độ nhớt của nhựa ở 600C theo đơn vị Poise.
Truc hoành biểu thị phần trăm nhựa đường mới so với hàm lượng
Đ ộ nhớ t của nhự a ở 60 0 C t he o đơ n v ị P oi se
Trình tự theo các bước được tiến hành sau:
1. Lựa chọn loại nhựa có độ nhớt thiết kế (độ nhớt mong muốn của hỗn hợp nhựa mới và nhựa cũ để thiết kế hỗn hợp bêtông nhựa). Loại nhựa được lựa chọn để thiết kế thông thường là loại AC – 20 (phân theo độ nhớt) hoặc loại nhựa 60 – 70 (phân theo độ kim lún). Độ nhớt thiết kế tương ứng của nó được xác định thông qua thí nghiệm hoặc lấy giá trị trong phạm vi trong trung gian tương ứng với cấp độ nhớt. Ví dụ như đối với nhựa AC - 20 hoặc nhựa 60 - 70 có độ nhớt là 2000 poise.
2. Xác định phần trăm nhựa đường mới (Pnb) so với hàm lượng nhựa tổng cộng (Pb) thì được biểu diễn bằng công thức sau đây:
100. nb b P R P
3. Xác định độ nhớt của nhựa cũ trong RAP: đã xác định bằng thí nghiệm ở
Bước1
4. Xác định độ nhớt của nhựa mới để pha trộn vào nhựa cũ nhằm mục đích tạo nên một loại nhựa có độ nhớt đạt được theo thiết kế theo toán đồ ở Hình 3.1. Cụ thể được tiến hành như sau:
Chấm một điểm trên trục tung với giá trị tương ứng độ nhớt thiết kế, chấm một điểm trên trục hoành tương ứng với giá trị R. Giao của 2 đường song song với các trục sẽ cắt nhau tại điểm B. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Chấm điểm A trên trục tung với giá trị tương ứng độ nhớt của nhựa cũ.
Kẻ đường thẳng AB kéo dài, cắt trục tung bên tay phải ở C. Giá trị
trên trục tung bên trái tương ứng với C cho ta giá trị độ nhớt của nhựa mới cần chọn.
Ví dụ 4: Sẽ minh hoạ cụ thể hơn. Giả sử yêu cầu lựa chọn loại nhựa đường mới (độ nhớt) trên cơ sở các thông số đã được thí nghiệm như sau:
Độ nhớt của nhựa đường thiết kế yêu cầu: 2000 poise (AC – 20) Độ nhớt của nhựa đường cũ sau khi thí nghiệm: 46000 poise Phần trăm nhựa đường mới so với tổng hàm lượng nhựa R: 69 Việc chọn loại nhựa đường được tiến hành như sau:
Trên toán đồ Hình 3.1:
Điểm A là độ nhớt của nhựa đường cũ với giá trị 46000 poise (4.6
×104).
Điểm B là giao điểm của 2 đường thẳng song song với 2 trục, trong
đó giá trị ở trục tung là độ nhớt thiết kế mong muốn 2000 poise (2 × 103) và giá trị ở trục hoành là R = 69.
Kẻ đường thẳng AB kéo dài cắt trục tung bên phải tại điểm C. Giá trị điểm C là 700 poise (7 ×102) chính là loại nhựa đường mới được lựa chọn với độ nhớt tương ứng.
Nhựa đường có độ nhớt thiết kế 2000 poise tương ứng với mac nhựa AC - 20 (nhựa 60/70) là loại được sử dụng cho bêtông nhựa thông thường. Loại nhựa có độ nhớt 700 poise được chọn tương ứng với mac nhựa AC – 10. Vậy có nghĩa là loại nhựa mới lựa chọn AC - 10 sau khi được trộn với nhựa đường bị lão hoá có trong RAP (có độ nhớt 46000 poise) với tỷ lệ R = 69 sẽ tạo ra loại nhựa AC – 20 với những dung sai có thể chấp nhận được.
2. Lựa chọn tác nhân tái chế:
Mục đích
Lựa chọn tác nhân tái chế để khi hoà trộn với nhựa đường mới sẽ đạt được loại nhựa với độ nhớt yêu cầu để khi hoà trộn với nhựa đường cũ sẽ tạo ra một hỗn hợp nhựa có độ nhớt phù hợp với yêu cầu thiết kế.
Việc lựa chọn tác nhân tái chế được xác định trên cơ sở sử dụng toán đồ ở
Hình 3.2: Toán đồ xác định tác nhân tái chế trong hỗn hợp BTN tái chế
Tỷ lệ phần trăm nhựa đường mới so với hàm lượng nhựa tổng cộng R Trong đó:
Trục tung biểu thị độ nhớt của nhựa ở 600C theo đơn vị Poise.
Truc hoành biểu thị phần trăm nhựa đường mới so với hàm lượng nhựa tổng cộng R. Đ ộ nhớ t của nhự a ở 60 0 C t he o đơ n v ị P oi se
Hình 3.3: Toán đồ xác định tác nhân tái chế trong hỗn hợp BTN tái chế
Tỷ lệ phần trăm nhựa đường mới so với hàm lượng nhựa tổng cộng R Trong đó:
Trục tung biểu thị độ nhớt của nhựa ở 600C theo đơn vị Poise.
Truc hoành biểu thị phần trăm nhựa đường mới so với hàm lượng
Đ ộ nhớ t của nhự a ở 60 0 C t he o đơ n v ị P oi se
Trình tự theo các bước tiến hành như sau:
Được tiến hành tương tự như với việc lựa chọn loại nhựa mới, chỉ bổ sung thêm 5 điểm, cụ thể như sau:
1. Lựa chọn loại nhựa có cấp độ nhớt thiết kế. Loại nhựa được lựa chọn để thiết kế thông thường là loại AC – 20 (phân theo độ nhớt) hoặc loại nhựa 60 - 70 (phân theo độ kim lún). Ví dụ như đối với nhựa AC – 20 hoặc nhựa 60 - 70 có độ nhớt là 2000 poise.
2. Xác định phần trăm nhựa đường mới (Pnb) so với hàm lượng nhựa tổng cộng (Pb) thì được biểu diễn bằng công thức sau đây:
100. nb b P R P (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
3. Xác định độ nhớt của nhựa cũ trong RAP: đã được xác định bằng thí nghiệm ở Bước 1.
4. Xác định loại nhựa mới để pha trộn vào nhựa cũ nhằm mục đích tạo nên một loại nhựa có độ nhớt đạt được theo thiết kế theo toán đồ ở Hình 3.3. Cụ thể được tiến hành như sau:
Chấm 1 điểm trên trục tung với giá trị tương ứng độ nhớt thiết kế, chấm 1 điểm trên trục hoành tương ứng với giá trị R. Giao của 2 đường song song với các trục sẽ cắt nhau tại điểm B.