Hiệu quả sử dụng cao su vụn trong bê tông nhựa chặt tái chế nóng

Việc tái sử dụng bê tông nhựa thu hồi (RAP) và cao su vụn từ lốp xe phế thải là một hướng nghiên cứu có ý nghĩa trong bối cảnh nhu cầu vật liệu cho kết cấu áo đường ngày càng lớn, trong khi nguồn cốt liệu tự nhiên và nhựa đường mới chịu áp lực về khai thác và chi phí. RAP là nguồn vật liệu tái chế có giá trị vì chứa đồng thời cốt liệu cũ và nhựa đường cũ. Khi được xử lý và thiết kế hợp lý, RAP có thể thay thế một phần vật liệu mới trong hỗn hợp bê tông nhựa, qua đó góp phần giảm nhu cầu khai thác tài nguyên và hạn chế khối lượng vật liệu cào bóc phải xử lý [1, 2].

Ảnh minh họa Internet

Tuy nhiên, khó khăn kỹ thuật khi sử dụng RAP nằm ở phần nhựa đường cũ đã bị lão hóa trong quá trình khai thác. Sự hiện diện của nhựa đường lão hóa thường làm hỗn hợp có RAP tăng độ cứng, điều này có thể có lợi cho khả năng chống biến dạng ở nhiệt độ cao nhưng cũng có thể làm giảm khả năng biến dạng của hỗn hợp nếu không được kiểm soát phù hợp [3, 4]. 

Trong khi đó, cao su vụn là vật liệu có tính đàn hồi, có thể được đưa vào hỗn hợp bê tông nhựa theo phương pháp trộn ướt hoặc trộn khô [5]. So với trộn ướt, phương pháp trộn khô có ưu điểm là quy trình gần với sản xuất bê tông nhựa thông thường, không đòi hỏi chế tạo trước nhựa đường cao su và phù hợp hơn với điều kiện áp dụng tại trạm trộn [6].

Vấn đề nghiên cứu đặt ra là: Khi sử dụng BTNCTCN có cỡ hạt lớn nhất danh định 12,5 mm (BTNCTCN 12,5) có 25% RAP, việc bổ sung một lượng nhỏ cao su vụn từ lốp xe phế thải có tạo ra hiệu quả kỹ thuật đủ rõ để xem xét áp dụng hay không, đồng thời mức tăng chi phí có chấp nhận được hay không. Từ đó, bài báo tập trung so sánh hai hỗn hợp BTNCTCN 12,5 cùng sử dụng 25% RAP, gồm hỗn hợp không cao su vụn (R0) và hỗn hợp có 1,0% cao su vụn (R1).

Phương pháp nghiên cứu gồm các bước chính: Lựa chọn vật liệu đầu vào, thiết kế cấp phối BTNCTCN 12,5 sử dụng 25% RAP, xác định hàm lượng nhựa tối ưu, chế tạo hai tổ mẫu R0 và R1, đánh giá các chỉ tiêu cơ học đặc trưng, sau đó xem xét hiệu quả áp dụng thông qua kiểm toán kết cấu áo đường và giá thành rải thảm. Cách tiếp cận này cho phép đánh giá đồng thời hiệu quả kỹ thuật và kinh tế của việc sử dụng cao su vụn trong BTNCTCN.

Từ kết quả thí nghiệm và đánh giá hiệu quả áp dụng của BTNCTCN 12,5 sử dụng 25% RAP khi bổ sung 1,0% cao su vụn, có thể rút ra một số kết luận sau:

- Cấp phối BTNCTCN 12,5 sử dụng 25% RAP được thiết kế nằm trong dải yêu cầu của TCVN 13567-4:2024. Hàm lượng nhựa tối ưu 4,8% được lựa chọn trên cơ sở tính toán dự kiến và kiểm tra bằng thí nghiệm Marshall, sau đó được sử dụng thống nhất cho hai hỗn hợp R0 và R1. Vì vậy, sự khác biệt giữa hai hỗn hợp chủ yếu đến từ việc bổ sung 1,0% cao su vụn.

- Hỗn hợp R1 có độ ổn định Marshall và độ dẻo Marshall cao hơn hỗn hợp R0. Kết quả này cho thấy việc bổ sung 1,0% cao su vụn không làm giảm khả năng chịu tải trong điều kiện nén Marshall, đồng thời làm tăng chuyển vị của mẫu tại thời điểm phá hoại. Như vậy, cao su vụn có tác động tích cực đến trạng thái làm việc của BTNCTCN có RAP trong thí nghiệm Marshall.

- Các chỉ tiêu Rkc khô, Rkc ngâm và TSR của hỗn hợp R1 đều cao hơn hỗn hợp R0. Điều này cho thấy hỗn hợp có cao su vụn có khả năng duy trì cường độ kéo gián tiếp sau ngâm nước tốt hơn. Đây là kết quả có ý nghĩa đối với BTNCTCN sử dụng RAP, vì hỗn hợp tái chế nóng cần được kiểm soát đồng thời về cường độ và độ bền nước.

- Mô-đun đàn hồi của hỗn hợp R1 thấp hơn R0 ở cả ba mức nhiệt độ thí nghiệm 15°C, 30°C và 60°C. Sự giảm mô-đun này cho thấy cao su vụn góp phần làm tăng biến dạng đàn hồi phục hồi của hỗn hợp dưới tác dụng tải trọng. Đối với BTNCTCN có RAP, đây là dấu hiệu có lợi vì nhựa đường cũ trong RAP thường làm hỗn hợp tăng độ cứng. Khi mô-đun giảm nhưng các chỉ tiêu Marshall, Rkc và TSR vẫn được cải thiện, có thể nhận định rằng 1,0% cao su vụn giúp điều chỉnh độ cứng của hỗn hợp theo hướng hợp lý hơn, qua đó hỗ trợ hạn chế nguy cơ nứt do hỗn hợp có RAP quá cứng.

- Kết quả kiểm toán kết cấu áo đường cho thấy cả hai phương án R0 và R1 đều thỏa các điều kiện tính toán về độ võng đàn hồi, cắt trượt trong nền đất và kéo uốn ở đáy lớp bê tông nhựa. Tuy nhiên, phương án R1 có giá thành rải thảm cao hơn khoảng 7,9% so với R0 cho 100 m² lớp BTNCTCN 12,5 dày 7 cm. Phần chi phí tăng thêm chủ yếu do bổ sung cao su vụn. Vì vậy, R1 chưa tạo lợi thế về chi phí xây dựng ban đầu, nhưng có triển vọng khi xét đồng thời hiệu quả kỹ thuật và mục tiêu tận dụng cao su vụn từ lốp xe phế thải.

Từ các kết quả trên, có thể nhận định rằng việc bổ sung 1,0% cao su vụn vào BTNCTCN 12,5 sử dụng 25% RAP là phương án có tiềm năng về mặt kỹ thuật trong phạm vi nghiên cứu.

Xem chi tiết Bài nghiên cứu TẠI ĐÂY:

BuilData