Hiện nay, việc tái chế vật liệu cào bóc mặt đường bê tông asphalt (Reclaimed Asphalt Pavement – RAP) ngày càng được áp dụng rộng rãi nhờ vào những lợi ích nổi bật về mặt kinh tế, kỹ thuật và môi trường. Trong số các phương pháp tái chế, công nghệ tái chế nguội RAP tại trạm trộn bê tông nhựa Asphalt di động đang trở thành lựa chọn phổ biến của nhiều nhà thầu tại các quốc gia như Mỹ, Trung Quốc, Nhật Bản…
Tổng quan về công nghệ tái chế nguội bê tông asphalt
Mục lục
Tái chế lớp mặt đường bê tông asphalt cũ (RAP) là một giải pháp công nghệ mang lại hiệu quả cao trong lĩnh vực xây dựng và bảo trì đường bộ. Việc ứng dụng công nghệ này ngày càng trở nên phổ biến nhờ các ưu điểm như:
- Giảm chi phí xây dựng và bảo trì.
- Tận dụng lại vật liệu cốt liệu và chất kết dính, hạn chế khai thác tài nguyên mới.
- Duy trì hình dạng mặt đường hiện có, giảm yêu cầu tái tạo kết cấu.
- Góp phần bảo vệ môi trường và tiết kiệm năng lượng.
Theo Hiệp hội Tái chế và Nhựa đường Mỹ (ARRA), có bốn phương pháp tái chế chính được sử dụng phổ biến gồm: tái chế nóng, tái chế nóng tại chỗ, tái chế nguội và cải tạo toàn bộ chiều sâu kết cấu mặt đường.
Lựa chọn phương pháp tái chế bê tông nhựa Asphalt phù hợp sẽ phụ thuộc vào nhiều yếu tố, bao gồm mức độ hư hỏng của mặt đường, yêu cầu về cường độ kết cấu, điều kiện thiết bị, kinh nghiệm của nhà thầu, chi phí đầu tư ban đầu cũng như tác động đến giao thông và chi phí bảo trì về lâu dài. Nhờ những tiến bộ công nghệ, đặc biệt trong thiết bị tái chế như máy nghiền, trạm trộn và quy trình tái chế, chất lượng mặt đường sau khi tái chế đã đáp ứng tốt các yêu cầu kỹ thuật, đồng thời mang lại hiệu quả kinh tế đáng kể. Ở Mỹ, các quy định và tiêu chuẩn về tái chế mặt đường đã được nhiều bang và liên bang ban hành nhằm thúc đẩy ứng dụng công nghệ này.
Trong số các phương pháp tái chế, công nghệ tái chế nguội được đánh giá cao nhờ khả năng tiết kiệm năng lượng do không cần gia nhiệt vật liệu RAP trong quá trình sản xuất. Các nghiên cứu thực tế tại Mỹ đã chỉ ra rằng phương pháp này giúp giảm hiện tượng lún vệt bánh xe, hạn chế nứt mỏi, đồng thời cải thiện tuổi thọ mặt đường và tiết kiệm chi phí bảo trì. Nhờ những ưu điểm đó, tái chế nguội đang ngày càng được ứng dụng rộng rãi cho các hệ thống đường cao tốc tại Mỹ.
Hiện nay, có hai phương pháp chính được áp dụng rộng rãi trong tái chế nguội RAP, bao gồm:
- Tái chế nguội tại chỗ (Cold In-place Recycling – CIR)
- Tái chế nguội tại trạm trộn cố định (Cold Central Plant Recycling – CCPR)
Các vật liệu chính được sử dụng trong công nghệ tái chế nguội gồm: bitum bọt hoặc nhũ tương nhựa đường làm chất kết dính, các chất phụ gia hóa học (như vôi thuỷ hoá, xi măng hoặc tro bay) và nước.
Công nghệ tái chế nguội tại chỗ (Cold In-place Recycling – CIR)
Tái chế nguội tại chỗ là phương pháp tái sử dụng mặt đường hiện hữu mà không cần gia nhiệt. Quá trình này diễn ra ngay trên tuyến đường cần cải tạo, tận dụng tối đa lớp nhựa đường cũ (RAP) mà không cần vận chuyển vật liệu đi xa, giúp giảm đáng kể chi phí vận chuyển.
1. Xe rải xi măng, 2. Xe chở nước, 3. Xe chở bitum nóng, 4. Thiết bị cào bóc chuyên dụng, 5. Máy rải bê tông nhựa,
6. Hệ thống xe lu, 7 Trống cào, 8. lớp mặt bê tông nhựa bị cào bóc (RAP), 9. Xi măng được rải trước khi thi công,
10. Hệ thống phun ẩm và bitum bọt, 11. Băng chuyền, 12. Thiết bị tạo bitum bọt tích hợp trong thiết bị cào bóc mặt đường,
13. Bitum bọtHình 1: Công nghệ tái chế lớp mặt bê tông nhựa tại chỗ
Chất kết dính, thường là nhũ tương bitum hoặc bitum bọt, được trộn vào vật liệu RAP với tỷ lệ thích hợp. Để gia tăng độ ổn định của hỗn hợp, có thể bổ sung xi măng poóc lăng, tro bay hoặc vôi sống. Quy trình thi công bao gồm các bước: nghiền nhỏ lớp mặt đường cũ, sàng lọc vật liệu RAP, trộn với chất kết dính, sau đó rải và lu lèn.
Trong quá trình tái chế, một hệ thống thiết bị chuyên dụng thường được sử dụng, bao gồm máy nghiền, sàng lọc và trạm trộn. Hỗn hợp tái chế sau khi xử lý sẽ được đưa vào máy rải và lu lèn tương tự như hỗn hợp bê tông asphalt thông thường. Độ sâu tái chế mặt đường thường dao động từ 75 – 100 mm.
Những lợi ích chính của công nghệ CIR bao gồm:
- Cải thiện khả năng chịu tải của mặt đường.
- Xử lý hiệu quả các vết nứt, giảm hiện tượng lão hóa của lớp nhựa đường.
- Cải thiện độ êm thuận của mặt đường, giúp nâng cao chất lượng giao thông.
- Giảm thiểu nhu cầu vận chuyển vật liệu, hạn chế ô nhiễm môi trường.
Tham khảo thêm quy trình thi công thảm bê tông nhựa nóng chuẩn của T&C Việt Nam
Ứng dụng công nghệ CIR tại Việt Nam
Tại Việt Nam, công nghệ CIR sử dụng nhũ tương kết hợp với xi măng hoặc bitum bọt kết hợp với xi măng đã được triển khai từ năm 2008. Bộ Giao thông Vận tải đã ban hành các tiêu chuẩn hướng dẫn thiết kế, thi công và nghiệm thu cho công nghệ này, gồm:
- TCVN 13150-1: 2020 – Hướng dẫn thiết kế thành phần hỗn hợp tái chế.
- TCVN 13150-2: 2020 – Hướng dẫn thi công và nghiệm thu công trình.
- TCVN 13150-3: 2024 – Hướng dẫn đánh giá chất lượng mặt đường tái chế.
Hiện nay, công nghệ tái chế nguội tại chỗ bằng bitum bọt kết hợp với xi măng chủ yếu sử dụng thiết bị của Wirtgen, trong khi công nghệ sử dụng nhũ tương kết hợp với xi măng phổ biến với công nghệ của Sakai.
- Bitum bọt + xi măng:
- Tỷ lệ bitum bọt: 2,5 – 4,5%.
- Tỷ lệ xi măng: 1,0 – 1,5%.
- Độ sâu tái chế trung bình: 12 – 18 cm.
- Nhũ tương + xi măng:
- Tỷ lệ nhũ tương CSS-1: 4,0 – 5,0%.
- Tỷ lệ xi măng: 1,0 – 1,5%.
- Độ sâu tái chế trung bình: 12 – 20 cm.
Nhờ các ưu điểm về kinh tế và tính bền vững, công nghệ tái chế nguội RAP đang ngày càng được ứng dụng rộng rãi trong thi công thảm bê tông nhựa nóng chuyên nghiệp tại Việt Nam và nhiều quốc gia khác trên thế giới nhằm cải tạo, nâng cấp hệ thống hạ tầng giao thông theo hướng hiện đại, thân thiện với môi trường.
Công nghệ tái chế nguội vật liệu RAP ở trạm trộn (CCPR)
Phương pháp này cũng cho phép sử dụng hoàn toàn 100% vật liệu RAP. Tuy nhiên, điểm khác biệt giữa công nghệ CCPR và CIR nằm ở quy trình xử lý vật liệu RAP. Đối với CCPR, vật liệu RAP được bóc tách từ mặt đường bê tông asphalt cũ, sau đó được vận chuyển đến trạm trộn cố định để tiến hành nghiền nhỏ, sàng lọc và phân loại nhằm đảm bảo thành phần cấp phối hạt đạt yêu cầu. Tiếp theo, RAP sẽ được trộn với chất kết dính và phụ gia tại trạm trước khi được đưa đến công trường để thi công.
Việc thực hiện sản xuất hỗn hợp tái chế nguội CCPR tại trạm trộn giúp cải thiện khả năng kiểm soát chất lượng vật liệu, đồng thời tạo thuận lợi cho việc triển khai trong các dự án xây dựng quy mô lớn. Bên cạnh đó, công nghệ CCPR có thể áp dụng cho lớp asphalt tái chế có độ dày lớn hơn so với CIR, mở rộng phạm vi ứng dụng của phương pháp này. Thông thường, độ dày của lớp CCPR dao động trong khoảng 10 – 20 cm và có thể thi công thành nhiều lớp để tăng tổng độ dày kết cấu.
Với kinh nghiệm dày dặn trong lĩnh vực tái chế mặt đường, Hiệp hội Tái chế (ARRA) vào năm 2015 đã phát triển các phương pháp thiết kế hỗn hợp mới dành cho công nghệ tái chế nguội. Các nghiên cứu này tập trung vào hỗn hợp RAP sử dụng chất kết dính nhựa đường dạng bọt và nhũ tương, nhằm điều chỉnh các tiêu chuẩn về vật liệu cũng như tiêu chí kỹ thuật cần thiết.
Có thể thấy, công nghệ tái chế nguội bê tông asphalt hiện nay được xem là một giải pháp tái tạo mặt đường bền vững và tiết kiệm chi phí. Tuy nhiên, các nghiên cứu so sánh chi tiết giữa tái chế nguội tại chỗ (CIR) và tái chế nguội tại trạm trộn (CCPR) về hiệu suất kỹ thuật, chi phí vòng đời và tác động môi trường vẫn còn hạn chế. Việc tiếp tục nghiên cứu đánh giá công nghệ này sẽ giúp các cơ quan quản lý, chủ đầu tư và nhà thầu lựa chọn phương pháp tái chế phù hợp với điều kiện thực tế. Vì vậy, nghiên cứu và ứng dụng công nghệ tái chế nguội RAP tại trạm trộn di động tại Việt Nam là một hướng đi cần thiết và có ý nghĩa khoa học, thực tiễn. Việc ứng dụng công nghệ hiện đại này sẽ giúp xây dựng kết cấu mặt đường có chi phí hợp lý, ít tác động đến môi trường, tiết kiệm tài nguyên và nâng cao khả năng kiểm soát chất lượng.
Một số kết quả nghiên cứu ban đầu về công nghệ tái chế nguội bê tông asphalt tại trạm trộn
Năm 2022, nhóm nghiên cứu tại Trường Đại học Giao thông Vận tải đã thực hiện đề tài khoa học cấp Bộ GTVT với nội dung “Nghiên cứu công nghệ tái chế nguội bê tông asphalt tại trạm trộn và khả năng ứng dụng trong xây dựng đường ô tô ở Việt Nam”. Kết quả nghiên cứu đã thành công trong việc thiết kế và chế tạo hỗn hợp bê tông asphalt tái chế nguội sử dụng hoàn toàn 100% RAP, kết hợp với nhũ tương và xi măng ngay tại trạm trộn. Các chỉ tiêu kỹ thuật của hỗn hợp được kiểm tra và đều đáp ứng yêu cầu theo tiêu chuẩn AASHTO MP31 (Bảng 1).
Bảng 1: Các thông số kỹ thuật của hỗn hợp bê tông asphalt tái chế nguội
| Chỉ tiêu | Kết quả thí nghiệm | Yêu cầu (AASHTO MP31-22) | ||
| Độ ổn định Marshall (kN) | 8,6 | ≥ 5,56 | ||
| Độ ổn định Marshall còn lại | 0,86 | ≥ 0,7 | ||
| Độ bong bật (%) | 1,2 | ≤ 7% | ||
| Mô đun đàn hồi kéo gián tiếp (MR) (MPa) | 3000 – 4000 | – | ||
| Mô đun đàn hồi tĩnh (E) (MPa) | ||||
| – 15°C | 600 – 700 | – | ||
| – 30°C | 350 – 400 | – | ||
| – 60°C | 260 – 320 | – | ||
| Mô đun đàn hồi động (|E*|), MPa | 2500 – 3000 | – |
Dựa trên các kết quả nghiên cứu thực nghiệm trong phòng thí nghiệm, nhóm nghiên cứu đã tiến hành sản xuất thử nghiệm và triển khai thi công thí điểm trên thực tế nhằm đánh giá hiệu quả của công nghệ CCPR.
Quy trình sản xuất hỗn hợp asphalt tái chế nguội tại trạm trộn bao gồm các bước sau:
- Cào bóc lớp mặt đường cũ;
- Vận chuyển vật liệu RAP đến trạm trộn;
- Thiết kế và sản xuất hỗn hợp tái chế tại trạm;
- Vận chuyển hỗn hợp đến công trường và tiến hành thi công.
Để đánh giá mức độ ảnh hưởng của công nghệ đến môi trường, nghiên cứu đã tiến hành phân tích mức tiêu thụ năng lượng và phát thải khí nhà kính của công nghệ CCPR, đồng thời so sánh với các phương pháp sản xuất hỗn hợp bê tông asphalt khác, bao gồm:
- Bê tông asphalt nóng truyền thống (HMA);
- Bê tông asphalt tái chế nóng sử dụng 20% RAP (HCPR);
- Bê tông asphalt tái chế ấm với 20% RAP (WCPR).
Kết quả tính toán lượng phát thải CO₂ thể hiện trong Hình 3 cho thấy, so với công nghệ HMA truyền thống, các công nghệ tái chế giúp giảm phát thải khí nhà kính như sau:
- Tái chế nguội: Giảm 40,4%.
- Tái chế ấm: Giảm 15,7%.
- Tái chế nóng: Giảm 13,3%.
Ngoài ra, dữ liệu từ Hình trên cho thấy công nghệ CCPR giúp tiết kiệm hơn 40% năng lượng so với công nghệ tái chế nóng và tái chế ấm, đồng thời tiết kiệm hơn 50% so với công nghệ HMA truyền thống, nhờ việc sử dụng hoàn toàn 100% RAP và loại bỏ nhu cầu gia nhiệt cốt liệu.
Tổng kết
Từ các kết quả nghiên cứu thực nghiệm trong phòng thí nghiệm và thực tiễn thi công, cùng với phân tích về mức tiêu thụ năng lượng và phát thải khí nhà kính, có thể khẳng định rằng công nghệ CCPR là một giải pháp mang lại hiệu quả vượt trội về kinh tế, kỹ thuật và môi trường. Đối với ngành công nghiệp xây dựng mặt đường bê tông asphalt, đây được xem là một công nghệ “xanh”, góp phần giảm thiểu tác động tiêu cực đến môi trường, đồng thời tối ưu hóa nguồn tài nguyên và chi phí trong xây dựng đường bộ.
Nếu có nhu cầu xem báo giá thi công thảm bê tông nhựa nóng tại Hà Nội, đừng ngại liên hệ ngay với T&C Việt Nam để được cung cấp và tư vấn liền tay nhé.