Các nước trên thế giới đang phải đối mặt với việc duy tu bảo dưỡng đường trong liệu kiện lưu lượng giao thông ngày càng tăng với cường độ tải trọng cao. Trong số những lựa chọn để duy tu hoặc nâng cấp đường, quy trình tái sử dụng lại vật liệu làm đường sẵn có đang trở nên ngày càng phổ biến trên thế giới. Các quy trình này cho phép mặt đường được sửa chữa và gia cố bằng vật liệu mặt đường cũ, do đó giảm chi phí cung cấp vật liệu mới. Giảm chi phí và thời gian so với phương pháp thông thường. Tác động tốt một cách đáng kể đến môi trường.
1 Tổng quan
Việt Nam có khoảng 77.952 km đường Ô tô, trong đó: 15.284 km quốc lộ; 16.403 km đường tỉnh; 36.900 km đường huyện; 3.211km đường đô thị; 5.451 km đường chuyên dùng. Ngoài ra còn có 130.000 km đường xã, thôn. Theo quy hoạch mạng đường bộ cao tốc Việt Nam đang được Bộ GTVT trình Chính phủ, nước ta sẽ có hơn 6200km và theo lộ trình thực hiện mỗi nãm nước ta xây dựng hàng trăm km đường cao tốc.
Hàng năm ở nước ta nâng cấp, cải tạo và xây dựng mới hàng trăm km đường, đòi hỏi hàng triệu m3 vật liệu để xây dựng mặt đường. Trong khi đó, vật liệu xây dựng mặt đường phân bố không đều, các mỏ đá tập trung chủ yếu vùng núi phía Bắc và các tỉnh miền Trung, điều kiện khai thác khó khãn, số lượng mỏ đảm bảo chất lượng không nhiều, cự ly vận chuyển xa, giá thành cao. Tài nguyên thiên nhiên có hạn, việc tận dụng tối đa vật liệu hiện có là một giải pháp tiết kiệm về thời gian, chi phí và giảm thiểu tác động môi trường tự nhiên là cần thiết. Việc sử dụng công nghệ tái sinh mặt đường đáp ứng được yêu cầu trên.
11 Công nghệ tái sinh mặt đường
1. Công nghệ tái sinh nguội
1 Một dây chuyền tái sinh đơn giản sử dụng một máy tái sinh bánh lốp như trong hình 1. Máy tái sinh đẩy xe chứa nước phía trước, có một vòi nước nối giữa xe và máy. Hệ thống phun cho phép thành phần nước của vật liệu tái sinh được điều chỉnh một cách chính xác tối ưu.
Phía sau máy tái sinh là hệ đầm nén, thông thường là xe lu rung bánh thép loại lớn. Lớp vật liệu tái sinh được san phẳng bằng máy san. Sau đó tiến hành đầm nén sau cùng để đảm bảo toàn bộ lớp vật liệu tái sinh đầm nén toàn bộ.
Loại máy tái sinh bánh xích được phối hợp với một guồng xoắn trải vật liệu và hệ thống tải. Khi máy tái sinh tiến về phía trước thì guồng xoắn trải vật liệu để hệ bàn là trải vật liệu tái sinh ra. Hệ thống đầm của bàn là đầm nén sơ bộ vật liệu để đạt độ bằng phẳng yêu cầu Quá trình được mô tà trong hình 3.
2. Tái sinh nguội bằng xi măng
Mục đích của việc trộn thêm xi mãng, như xi măng Porland hoặc hỗn hợp xi măng/tro trong quá trình tái sinh là để tăng cường độ vật liệu. Trong quá trình này xi mãng được trộn đều với vật liệu cũ, đồng thời nước được phun vào để độ ẩm của vật liệu đạt được tối ưu.
Sau khi đầm nén, các hạt vật liệu tái sinh sẽ dính kết với nhau tạo ra một lớp vật liệu đồng nhất. Việc này sẽ làm tăng đáng kể sức chịu tải của đường mà không phải tăng thêm cao độ của mặt đường bằng cách trải thêm các lớp vật liệu mới. Khi cần thiết có thể bổ sung thêm một ít vật liệu mới, quá trình tái sinh và gia cố đường cũ được thực hiện cùng một lúc.
Khi sử dụng công nghệ tái tạo này thì chi phí khai thác mỏ, nghiền sàng, vận chuyển... được giảm đáng kể. Môi trường cũng có lợi vì không phải khai thác đá nghiền và vận chuyển.
Các chất kết dính dạng xi măng được cung cấp trong quá trình tái tạo bằng cách:
+ Dải bột xi măng khô lên mặt đường trước khi máy tái sinh bằng tay hoặc bằng máy. Máy tái sinh sẽ chạy qua lớp xi măng bột và trộn đều với vật liệu cũ trong một quá trình.
+ Tạo ra một hỗn hợp nhão nhũ tương xi măng bằng một máy trộn đặc biệt. Trong máy này xi măng và nước được trộn theo một tỷ lệ chính xác, được bơm định lượng bằng vi xử lý. Máy trộn được đi trước máy tái sinh, nối với nhau qua một ống mềm như hình 3.
Máy trộn đảm bảo tỷ lệ nước/ xi mãng chính xác, và không bị thất thoát xi mãng do mưa, gió...
3. Tái sinh nguội tái chỗ bằng bitumen bọt
Bitumen bọt được sử dụng ngày càng rộng rãi trên thế giới như một phương pháp xử lý mặt đường có hiệu quả kinh tế cao. Việc sử dụng bitumen bọt cho phép bitumen có độ thẩm thấu trung bình có thể được trộn với vật liệu nguội trực tiếp mà không phải hâm nóng vật liệu lên. Việc này sẽ tiết kiệm thời gian và chi phí.
Quá trình này bao gồm việc đưa vào một tỷ lệ chính xác nước nguội vào bitumen nóng, tạo ra bọt bitumen làm tăng thể tích bitumen và năng lượng bề mặt, cho phép bitumen trộn đều với vật liệu tái sinh.
Quá trình tạo bọt được thực hiện trong một khoang thiết kế đặc biệt. Để đảm bảo cho nước được phun sương hoàn toàn, một lượng khí được phun vào, làm tăng đặc tính của bitumen bọt. Quá trình được mô tả ở hình 4.
3. 1. Quy trình tái sinh nguội tại chỗ dùng bitumen bọt
Nước và bitumen bọt được đưa vào khoang trộn của máy tái sinh qua hệ thống phun và được trộn đều với vật liệu tái sinh.
Bitumen bọt được tạo ra trong máy tái sinh bằng một thanh phun thiết kế đặc biệt. Hệ thống tái sinh dùng máy bánh xích được mô tả ở hình 5.
Bitumen nóng đýa qua ống từ xe bồn chứa đặt trước máy tái sinh. Nước để tạo bọt cũng đặt trong xe chứa phía trước, như trong hình 6.
Nếu trong thiết kế có yêu cầu sử dụng thêm bột xi mãng hoặc bột vôi, các bột này có thể dài ngay trên mặt đường trước máy tái sinh. Hoặc có thể dùng máy trộn như đã mô tả ở trên.
Việc đầm nén sau khi tái sinh: Lớp vật liệu sau khi tái sinh có thể đầm nén đạt độ chặt tối thiểu 98% theo AASHTO.
3.2. Kinh nghiệm trong việc sử dụng bitumen bọt Việc sử dụng bitumen bọt ngày càng rộng rãi trên thế giới vì các lý do sau:
+ Bitumen bọt tạo ra lớp dính kết bitumen có chất lượng cao như bê tông nhựa nóng (trộn bằng trạm trộn).
+ Vật liệu tái sinh bằng bitumen bọt có độ đàn hồi cao, không bị nứt gãy.
+ Sau khi tái sinh và đầm nén, giao thông có thể thiết lập được ngay.
Tuy nhiên nguyên nhân chính mà bitumen bọt được sử dụng rộng rãi là tính hiệu quả kinh tế của nó. Bitumen bọt có thể sử dụng bằng bitumen có độ thẩm thấu thường để trộn với vật liệu nguội, mà không cần phải nung nóng vật liệu hoặc phải sử dụng bitumen đã được nhũ tương hoá.
Do có nhiều ưu điểm nổi bật của vật liệu sử dụng bitumen so với xi mãng, ta có thể giảm đáng kể bề dài vật liệu, kể cả móng và mặt đường. đường dùng bitumen có độ đàn hồi cao hơn. Xem hình 7.1
3.3. Trạm tái sinh nguội vật liệu Thay vì tái sinh nguội vật liệu tại chỗ, ta có thể tạo ra vật liệu có bitumen tại một trạm trộn cố định có thiết kế đặc biệt. Trạm trộn có thể sừ dụng bitumen bọt hoặc nhũ tương bitumen, được thiết kế di động để có thể bắt đầu sản xuất chỉ trong vài giờ. Trước khi cốt liệu được đưa vào khoang chứa kép.
Mỗi khoang có cứa định lượng riêng, cho phép trộn tỷ lệ 2 loại vật liệu khác nhau. Sau đó cốt liệu đưa vào nồi trộn 2 trục ngang bằng bãng tải. Xi măng / vôi bột được đưa vào bằng vít tải. Sau đó bitumen bọt hoặc nhũ tương bitumen được trộn vào.
4. Tái sinh nóng
Dây chuyền công nghệ của phương pháp này bao gồm tổ hợp máy sấy nóng mặt đường, xe chở vật liệu thêm, máy tái sinh và cuối cùng là xe lu (xem hình 8).
Tốc độ làm việc của dây chuyền là 3m/phút. Công suất 1 ca máy 4000 - 6000m2. Khả nãng tái tạo độ sâu nhỏ nhất là 3cm và lớn nhất là 6cm.
Đối với công nghệ tái sinh nóng có các ưu điểm hình:
+ Tiết kiệm chi phí;
+ Tốc độ thi công nhanh;
+ Giảm việc ngừng giao thông và
+ Không ảnh hưởng đến môi trường.
Công nghệ tái sinh nóng có thể dùng khi:
+ Bổ sung bê tông asphalt mới;
+ Bổ sung bitumen;
+ Thêm chất phụ gia;
+ Bổ sung asphalt mới cống với bitumen hoặc phụ gia mới.
Hình 10: Cấu trúc máy tái tạo mặt đường rải nóng
Điều kiện áp dụng:
+ Thích hợp nhất khi phần đường hỏng tập trung ở lớp asphalt
+ Không có tác dụng lâu dai nếu phần đường bị hỏng do lớp nền yếu.
Theo tính tóan của các dự án (sử dụng các máy tái tạo của hãng Wirtgen) khi:
+ Tái tạo mặt đường với chiều sâu 4 cm có bổ sung bitumen tiết kiệm 57% giá thành
Điều kiện áp dụng:
+ Thích hợp nhất khi phần đường hỏng tập trung ở lớp asphalt
+ Không có tác dụng lâu dai nếu phần đường bị hỏng do lớp nền yếu.
Theo tính tóan của các dự án (sử dụng các máy tái tạo của hãng Wirtgen) khi:
+ Tái tạo mặt đường với chiều sâu 4 cm có bổ sung bitumen tiết kiệm 57% giá thành
+ Tái tạo mặt đường với chiều sâu 4 cm có bổ sung bitumen và trộn thêm 25% bê tông asphalt tiết kiệm được 40% giá thành
+ Tái tạo mặt đường với chiều sâu 4 cm có bổ sung thêm 2 cm lớp mặt tiết kiệm được 23% giá thành.
III Các kiến nghị
Công nghệ tái sinh mặt đường tuy kinh phí đầu tư ban đầu tương đối lớn nhưng đã được các nước trên thế giới và các nước trong khu vực Đông Nam á dùng hàng chục nãm nay, mang lại hiệu quả đầu tư rõ rệt.
Việc áp dụng công nghệ này trong việc cải tạo, nâng cấp mở rộng đường ở Việt Nam trong giai đoạn hiện này là cần được nghiên cứu, xem xét.
+ Cho phép nghiên cứu và biên soạn quy trình thi công và nghiệm thu (tạm thời) công nghệ tái tạo mặt đường; và cho phép nghiên cứu và làm thử nghiệm công nghệ tái tạo đường tại một số dự án, đặc biệt tại các đô thị lớn như TP. Hà Nội và TP. Hồ Chí Minh từ đó rút ra những kinh nghiệm.
+ Trong các dự án đầu tư nâng cấp mở rộng cần xem xét tái tạo mặt đường cũ . Đối các đường đô thị khi duy tu, trung tu, đại tu cần đặc biệt quan tâm đến công nghệ này