Báo cáo khoa học: "SỬ DỤNG CHẤT PHẾ THẢI TRONG HỖN HỢP BÊ TÔNG NHỰA XÂY DỰNG ĐƯỜNG Ô TÔ" potx

I. GIỚI THIỆU
Vật liệu phế thải mà đặc biệt là chất thải
rắn đang trở thành gánh nặng cho các đô thị,
đặc biệt là tại các đô thị lớn. Ở nước ta hiện
nay, vùng dân cư này có dân số chỉ chiếm
khoảng 24% dân số của cả nước, nhưng lại
phát sinh đến hơn 6 triệu tấn rác mỗi năm,
bằng một nửa tổng lượng chất thải sinh hoạt
của cả nước. Trong thành phần các chất thải
có các thành phần như cao su, pin, dung môi,
nhựa, kim loại, thuỷ tinh , là những thứ độc
hại và khó phân huỷ. Dự báo đến năm 2010,
sẽ có thêm khoảng 10 triệu cư dân sống trong
các vùng đô thị, kéo theo sự gia tăng 60% chất
thải sinh hoạt và lượng các chất thải nguy hại
(như chất thải bệnh viện, công nghiệp và sử
dụng thuốc trừ sâu) tăng lên 3 lần.(1) (Nguồn:
báo cáo diễn biến môi trường Việt Nam do Bộ
Tài nguyên Môi trường, Ngân hàng Thế giới
và Cơ quan phát triển quốc tế Canada thực
hiện).
SỬ DỤNG CHẤT PHẾ THẢI
TRONG HỖN HỢP BÊ TÔNG NHỰA XÂY DỰNG ĐƯỜNG Ô TÔ



Th.S. LÊ VĨNH AN
Bộ môn Đường bộ
TS. ĐÀO VĂN ĐÔNG

Bộ môn Vật liệu xây dựng
Trường Đại học Giao thông Vận tải


Tóm tắt: Bài báo bàn luận về khả năng sử dụng các chất phế thải rắn để sử dụng như
một thành phần của bê tông nhựa. Việc tận dụng các chất thải trong xây dựng đường là một
hướng nghiên cứu không chỉ với mục đích làm phong phú hơn nguồn nguyên liệu mà còn có ý
nghĩa xã hội lớn, là một trong những phương pháp xử lý chất thải, khắc phục các hậu quả của
chúng gây ra với môi trường sống.
Summary: The article discusses the applicability of using solid waste as a component of
asphalt mix. Making use of waste materials in road construction is a direction of research not
only to widen the construction material sources but also overcome enviromental problems
caused by solid waste.


Rất nhiều loại vật liệu phế thải là kết quả
từ các quá trình sản xuất, các ngành công
nghiệp dịch vụ, rác thải sinh hoạt và phụ
phẩm từ ngành mỏ. Không chỉ giá thành để xử
lý các vật liệu phế thải đang là một gánh nặng
cho các đô thị, các khu khai thác mỏ, khu
công nghiệp mà điều quan tâm hơn chính là
ảnh hưởng bất lợi của môi trường đến đời
sống con người.
Hiện nay, người ta chưa có các giải pháp
tích cực nào để tận dụng các loại phế thải này
mà chủ yếu là tìm cách loại bỏ, thậm chí dùng
cả đến các biện pháp cực đoan. Trong khi đó,
để giải quyết được lượng rác khổng lồ như
hiện nay cần thực hiện đồng bộ 3 biện pháp:

giảm thiểu việc tạo ra chất thải, tái sử dụng
chất thải đó và tái chế chất thải. Thực hiện tốt
hai biện pháp sau là cách để bảo tồn tài
nguyên thiên nhiên đất nước.
Công nghệ sản xuất hỗn hợp bê tông
nhựa hiện nay đang tập trung vào việc tái chế
hỗn hợp bê tông nhựa mặt đường cũ. Hiện các
cơ quan chủ quan của ngành giao thông vận
tải như Bộ Giao thông vận tải và Cục Đường
bộ Việt Nam đang có các đề tài về tái chế bê
tông nhựa cũ mặt đường. Cùng với xu thế này,
vấn đề sử dụng chất thải trong bê tông nhựa
làm đường như được đề cập ở đây là giải pháp
tốt tăng cường nguồn vật liệu cho xây dựng
đường, góp phần giải quyết chất thải.
Các giải pháp chủ yếu được bàn luận ở
đây nghiên cứu khả năng sử dụng các phương
pháp cơ học kết hợp với các phương pháp hoá
lý để đưa vật liệu phế thải vào hỗn hợp bê
tông asphalt nhằm tạo thành một loại vật liệu
có cường độ và độ ổn định nhất định đáp ứng
được yêu cầu đề ra.
II. NGUỒN CHẤT THẢI VÀ CÁC CHẤT
THẢI CÓ THỂ ĐƯA VÀO HỖN HỢP BÊ
TÔNG NHỰA
Các loại vật liệu phế thải có thể đưa vào
hỗn hợp bê tông nhựa được phân thành các
loại như sau:
Phế thải từ các ngành công nghiệp như:

xenlulô, dăm gỗ, mùn cưa, tro bay
Các loại rác thải sinh hoạt như: cao su
phế thải, thuỷ tinh thải, các vật liệu nhựa,
composit thải
Các sản phẩm thừa của ngành công
nghiệp khai thác mỏ
Chất phế thải dạng xenlulô:
Chất thải xenlulô được phân loại theo
nguồn gốc hình thành:
+ Các chất thải trong ngành nông nghiệp
như rơm rạ, các thân cây bỏ…
+ Các chất thải ngành công nghiệp như
chất thải trong quá trình chế biến thực phẩm,
chất thải trong công nghiệp chế biến gỗ và
giấy…
+ Chất thải đô thị như các loại phế thải
gỗ xây dựng hay các thân cây bị loại
Cũng đã từng có nghiên cứu về việc sử
dụng phế thải có gốc xenlulô để đưa vào bê
tông nhựa làm đường. Người ta đưa xenlulo
vào hỗn hợp như là một dạng của thành phần
rắn (là cốt liệu trong bê tông nhựa thông
thường). Tuy nhiên, kết quả cho thấy là loại
bê tông nhựa tạo ra không có đặc tính cơ lý
tương thích, đáp ứng được với chỉ tiêu cơ lý
yêu cầu của bê tông nhựa làm đường. Hay nói
cách khác, chất thải gốc xenlulo nếu sử dụng
theo cách này sẽ không tương thích với các
loại thành phần khác của hỗn hợp.
Giải pháp tốt hơn để có thể đưa dạng chất

thải này vào bê tông nhựa là sử dụng chúng
thông qua quá trình nhiệt phân loại các dạng
chất thải xenlulô không phù hợp. Quá trình
nhiệt phân - hydro hóa sau đó có thể cho một
sản phẩm dạng dầu thích hợp cho việc sử
dụng như là một thành phần của bê tông nhựa
làm đường. Một nghiên cứu trong phạm vi
hẹp đã cho thấy kết quả không khác biệt lớn
so với hỗn hợp bê tông nhựa trộn nóng thông
thường.
Để có thể đánh giá tính tương thích và
hiệu quả của các loại dầu-xenlulo thu được từ
quá trình xử lý hóa nhiệt các loại rác thải khác
nhau sử dụng như là một thành phần của bê
tông nhựa, cần phải mở rộng thí nghiệm và
các thử nghiệm hiện trường.


Chất thải sinh hoạt dạng rắn: cao su, gỗ,
nhựa và các loại composit khác:
Đã có rất nhiều nghiên cứu để sử dụng
phế thải dạng này. Có hai hướng chính cho
việc nghiên cứu sử dụng chất phế thải dạng
này là xử lý hóa lỏng và xử lý khối. Hóa lỏng
chất dẻo cho sản phẩm là dầu (70% - 80%),
sản phẩm khí (5% - 20%) và sản phẩm rắn
(5% - 10%). Trong quá trình thực hiện, người
ta cũng đã nghiên cứu sử dụng các chất xúc
tác để tăng cường hiệu suất thu hồi dầu. Hóa
lỏng cao su là quá trình nghiền nhỏ cao su sau

đó hóa lỏng ở 400
0
C và dưới áp suất hydro
thấp. Sản phẩm thu được là là dầu (50 % -
60%), sản phẩm khí (5% - 10%) và còn lại là
muội than (30% - 40%). Phương pháp xử lý
khối là người ra sử dụng phối hợp phương
pháp nhiệt học và hóa học để tái chế lại các
sản phẩm này để sử dụng. Một trong những
sản phẩm được biết đến của phương pháp này
là việc sản xuất “gạch” từ cao su phế thải để
làm móng nhà cao tầng như là một giải pháp
chống động đất hiệu quả. Quá trình sản xuất là
làm chảy cao su phế thải để tách các sợi bố,
sợi kim loại sau đó thêm các chất phụ gia cần
thiết để có thể đóng thành các viên “gạch”.
Các nhà khoa học Mỹ đã thực hiện một
nghiên cứu khả thi một nhà máy xử lý các loại
chất dẻo và săm lốp cao su phế thải với công
suất 300 tấn/ngày. Các sản tái chế này được
sử dụng làm một thành phần trong sản xuất
xăm lốp mới, để sản xuất và nhựa đường, ép
thành các tấm nền, … Ở Việt Nam cũng đã có
những nghiên cứu thành công sản xuất vật
liệu từ săm lốp phế thải. Một quy trình xử lý
cao su phế thải cũng đang được nghiên cứu để
xây dựng. Đã có một nhà máy đang được xây
dựng Việt Nam chế biến cao su phế liệu, chủ
yếu là các loại lốp xe hơi, xe máy phế thải
thành bột cao su được đặt tại Khu công nghiệp

Tam Phước, huyện Long Thành, tỉnh Đồng
Nai. Nhà máy được xây dựng với công suất
10.000 tấn/năm với vốn đầu tư 50 tỷ đồng.
Nhựa đường cao su (rubber asphat) hay
là nhựa đường có phụ gia là cao su đã được sử
dụng như là một giải pháp hữu hiệu để cải
thiện tính chất của bê tông nhựa làm mặt
đường ô tô, như là tăng độ dính bám giữa cốt
liệu và nhựa đường, cải thiện tính ổn định
nhiệt của bê tông nhựa, tăng khả năng chịu cắt
trượt của hỗn hợp bê tông nhựa. Nhũ tương
nhựa đường có phụ gia là cao su hiện nay
đang là một ứng dụng tốt cho chất dính bám
trong thi công bê tông nhựa mặt đường và lớp
kết dính cho các cấu trúc láng mặt đường.
Cao su phế thải có thể được đưa vào
trong bê tông nhựa làm mặt đường theo hai
cách chính. Thứ nhất, nó được đưa vào ngay
trong thành phần của chất dính bám bằng
phương pháp hóa lỏng hoặc từ bột. Cao su phế
thải được hóa lỏng loại trừ các sợi bố, sợi vải
sau đó đưa vào với tỉ lệ nhất định và khuấy
trộn đều với chất dính kết nhựa đường hoặc
bột cao su được đưa vào với tỉ lệ nhất định để
khuấy trộn nóng với nhựa đường. Thứ hai cao
su phế thải có thể chế biến thành từng mảnh
nhỏ và trộn cùng với cốt liệu trong sản xuất
hỗn hợp bê tông nhựa. Phương pháp này chắc
chắn sẽ còn gây tranh cãi về cơ chế hoạt động,
quá trình hoạt động và khả năng tương tác của

các mảnh cao su với các thành phần khác của
hỗn hợp với công nghệ phối trộn. Tuy nhiên,
nó thực sự là một giải pháp nghiên cứu thử
nghiệm áp dụng cần quan tâm. Một số nghiên
cứu khoa học trước đây của Bộ môn Đường
bộ - Đại học Giao thông Vận tải cũng đã thử
nghiệm trong phòng các chỉ tiêu cơ lý của
mẫu hỗn hợp bê tông nhựa có sử dụng các
mảnh túi ni lông phế thải đưa vào trong chất
dính kết nhựa đường bằng phương pháp


khuấy cơ học kết hợp gia nhiệt.
Sản phẩm thừa của ngành công nghiệp
khai thác mỏ và của các lò cao:
Than thải (bìa của các mỏ than) hiện
đang là một vấn đề nan giải của ngành khai
thác than. Sử dụng thông thường nhất cho loại
vật liệu này là làm chất đốt sinh hoạt. Tuy
nhiên, người ta cũng đã nghiên cứu để có
được chất kết dính hoặc thậm chí vừa là tạo
chất kết dính, vừa là một thành phần của cốt
liệu trong hỗn hợp mặt đường. Một số hóa
chất được sử dụng như là chất phụ gia để kích
ứng và duy trì than hoạt tính và có thể làm cho
loại hỗn hợp này chậm lão hóa. Một đoạn thử
nghiệm bằng loại vật liệu này đã được thực
hiện xây dựng ở Việt Nam và đang trong quá
trình theo dõi đánh giá.
Tro bay lò cao được biết đến để sử dụng

như là một loại vật liệu xây dựng hữu hiệu.
Với bê tông nhựa, tro bay có thể được đưa vào
như là bột khoáng làm tăng dính bám, tăng
khả năng chống lại biến dạng không hồi phục
và độ bền của hỗn hợp. Đây còn là giải pháp
cho chi phí thấp hơn so với sử dụng bột đá.
III. ĐỊNH HƯỚNG NGHIÊN CỨU ĐƯA
CAO SU PHẾ THẢI VÀO THÀNH PHẦN
CỦA HỖN HỢP BÊ TÔNG NHỰA
Nghiên cứu đưa cao su phế thải vào
thành phần của hỗn hợp bê tông nhựa có thể
triển khai theo cả hai hướng phụ thuộc vào
sản phẩm của chế biến phế thải cao su. Với
sản phẩm chế biến phế thải là các mảnh cao su
cắt nhỏ, chúng sẽ được đưa vào quá trình trộn
hỗn hợp cùng với cốt liệu. Phương pháp luận
nghiên cứu cơ bản theo hướng này là thực
nghiệm. Kế hoạch thực nghiệm cần được xây
dựng để xác định được kích cỡ hợp lý của các
mảnh cao su, các điều chỉnh về nhiệt độ trộn,
thời gian trộn… so với bê tông nhựa thông
thường, các tính chất cơ lý cơ bản của bê tông
nhựa để có được các kết luận về khả năng sử
dụng, phương pháp sử dụng và các bước công
nghệ trong trộn, rải và đầm nén. Với sản phẩm
chế biến phế thải là bột, cao su dạng bột này
được đưa vào trộn trước với chất dính kết kết
hợp gia nhiệt. Các phân tích trên cơ sở lý
thuyết về tương tác giữa nhựa đường và bột
cao su cần được tiến hành để xác định cơ chế

làm việc của bột cao su phế thải trong hỗn
hợp. Chương trình nghiên cứu thực nghiệm về
các vấn đề như hàm lượng của bột cao su phế
thải, nhiệt độ trộn, thời gian trộn, các tính chất
cơ lý của hỗn hợp cần được xây dựng.
Sử dụng phế thải cao su trong xây dựng
đường ô tô, cụ thể là đưa vào làm một thành
phần trong hỗn hợp bê tông nhựa là một
hướng nghiên cứu khả thi và có tính ứng dụng
cao. Cao su đưa vào trong hỗn hợp bê tông
nhựa cải thiện một số đặc tính của nó trong
quá trình khai thác. Đây là giải pháp kinh tế
và có ý nghĩa cải thiện môi trường.

Tài liệu tham khảo
[1]. An Overview of Waste Materials in Hot Mix
Asphalt - Prithvi S.Kandhai - National Center for
Asphalt Technology - NCAT Report.
[2]. Rubber - Modified Asphalt for Better Road
Pavement – Worsak Kanok-Nukulchai/Sak
Kongsuvan/ Attasit Sawatparnich/Pruthipong
Singhatiraj - Asian Institute of Technology.
[3]. Báo cáo diễn biến môi trường Việt Nam 2004
- Bộ Tài nguyên Môi trường - Ngân hàng Thế giới
- Cơ quan phát triển Quốc tế Canada
[4]. Characterization of Hot Mix Asphalt
Containing High Recycled Asphalt Pavement
Content with Crumb Rubber Additives -
SamuelB.Cooper, Jr-B.S.C.E. Louisiana State
University

♦