Từ những năm 1915 việc sử dụng mặt đường nhựa tái chế (RAP - Reclaimed Asphalt Pavement) đã được đề cập. Nhưng phải đến những năm 1970 vấn đề liên quan đến kinh tế và môi trường này đã thúc đẩy phát triển công nghệ sản xuất bê tông nhựa (BTN) có pha chế RAP.

Trạm trộn mẻ được thiết kế phù hợp cho công nghệ tái chế tại trạm của BMT

Từ nhu cầu thực tiễn

Những nghiên cứu về các vấn đề kinh tế và môi trường đã thúc đẩy nền công nghiệp tái chế thép, nhôm, chất dẻo… và các loại vật liệu khác. Trong số đó, mặt đường nhựa là một trong những loại vật liệu có thể tái chế đã được các nhà nghiên cứu và đầu tư trên thế giới đưa vào ứng dụng rộng rãi. Theo nhà nghiên cứu Taylor, mặt đường nhựa tái chế (RAP) đã được đề cập đến từ năm 1915 nhưng nó không được phổ biến rộng rãi. Đến năm 1970, nhu cầu sử dụng RAP trở nên thiết thực do sự gia tăng giá thành của nhựa đường và sự khan hiếm của vật liệu đá. Những vấn đề liên quan đến kinh tế và môi trường này đã thúc đẩy phát triển công nghệ sản xuất bê tông nhựa (BTN) có pha chế RAP[1].

Theo thống kê của nhà nghiên cứu John Sullivan, vào những năm 70 của thế kỉ 20 đã có khoảng 10 triệu tấn RAP (tương ứng 33%) được sử dụng, cho phép giảm đáng kể giá thành của BTN mà vẫn thỏa mãn các đặc tính và chỉ tiêu kĩ thuật[2]. Nhà nghiên cứu Decker liệt kê 5 phương pháp sử dụng RAP: Tái chế nguội tại trạm, tái chế nóng tại trạm, tái chế nguội tại chỗ, tái chế nóng tại chỗ, khôi phục RAP[3].

Trên thực tế thì phương pháp cuối cùng hầu như không được sử dụng. Trong 4 phương pháp còn lại, mỗi phương pháp đều mang đến những ưu, nhược điểm khác nhau và việc lựa chọn phương pháp thích hợp cần phải đặc biệt quan tâm đến điều kiện cụ thể tại nơi áp dụng.

Sản lượng BTN tái chế tại một vài quốc gia trên thế giới

* Công nghệ tái chế nóng tại trạm: Đây là công nghệ tái chế BTN phổ biến nhất trên thế giới và hiện nay được xem như là phương pháp tái chế tiêu chuẩn. Chất lượng BTN tái chế tương đương như BTN truyền thống, thể hiện ở các đặc tính chống lún, chống nứt, chống mỏi và các ảnh hưởng của thời tiết. Thậm chí theo một số nghiên cứu khoa học BTN tái chế nóng còn vượt trội hơn hẳn BTN truyền thống về khả năng kháng nước. Công nghệ này cho phép sử dụng RAP với hàm lượng tối đa cao nhất lên đến 100% tùy thuộc vào cấu tạo trạm trộn và chất lượng RAP. Tái chế nóng tại trạm bao gồm các bước: Cào bóc mặt đường cũ, tồn trữ tại trạm, trộn với vật liệu mới tại trạm, thi công. Trong công nghệ tái chế nóng RAP được gia nhiệt trực tiếp bằng lò rang riêng.

* Công nghệ tái chế nguội tại trạm: Tương tự như công nghệ tái chế nóng tại trạm, chỉ khác ở đặc điểm về cách thức truyền nhiệt cho RAP. Trong công nghệ tái chế nguội này RAP được gia nhiệt gián tiếp thông qua nhiệt lượng của cốt liệu mới. Chất lượng của BTN tái chế theo công nghệ này cũng tương đương với BTN truyền thống về các đặc tính kể trên. Công nghệ này cho phép sử dụng RAP với hàm lượng tối đa cao nhất lên đến 50% tùy thuộc vào cấu tạo trạm trộn và chất lượng RAP. Tái chế nguội tại trạm bao gồm các bước: Cào bóc mặt đường cũ, tồn trữ tại trạm, trộn với vật liệu mới tại trạm, thi công.

* Công nghệ tái chế nóng tại chỗ: Công nghệ này được phát triển mạnh mẽ trong những thập niên trước mặc dù việc ứng dụng gặp nhiều hạn chế. Lợi ích của công nghệ này là tiết kiệm chi phí vận chuyển và tồn trữ RAP. Tuy nhiên hạn chế lớn nhất của công nghệ là không làm thay đổi gì trong chất lượng mặt đường. Đối với mặt đường có kết cấu không chuẩn, bám dính kém hoặc cần nâng cấp, tăng khả năng thoát nước thì công nghệ này không phải là sự lựa chọn thích hợp. Về mặt địa lý, công nghệ này thích hợp trong công tác sửa chữa tái lập các mặt đường ở khu vực vùng sâu, vùng xa - những nơi không thích hợp lập trạm trộn. Như vậy, khi đã có trạm trộn hoặc nơi tiện lợi để lập trạm thì việc ứng dụng công nghệ tái chế tại trạm lại tiết kiệm chi phí đầu tư và đảm bảo các đặc tính kỹ thuật vượt trội hơn hẳn tái chế tại chỗ. Công nghệ này bao gồm các bước: Gia nhiệt mặt đường cũ, nghiền vật liệu, tái chế bằng phụ gia, trộn và thảm lại.

* Công nghệ tái chế nguội tại chỗ: Tương tự như tái chế nóng tại chỗ về cách thức và quá trình tái chế, chỉ khác nhau ở chỗ đối với công nghệ này RAP không được gia nhiệt mà sử dụng các loại phụ gia khác nhau (nhũ tương, bitum bọt,…) để liên kết vật liệu và hình thành cường độ. Công nghệ này gồm các bước: Nghiền mặt đường cũ, trộn với chất tái sinh và vật liệu mới, thảm lại.

(-) –Không có dữ liệu

Công nghệ nào là ưu việt?

Như vậy, để lựa chọn phương pháp tái chế thích hợp cho từng điều kiện chúng ta cần phải cân nhấc nhiều yếu tố: Địa lý, kỹ thuật, kinh tế, nhân lực… đồng thời cũng nên tham khảo tình hình sử dụng của các nước bạn. Theo thống kê của Hiệp hội đường nhựa châu Âu (Europe Asphalt Pavement Association) năm 2011, tại các quốc gia tiên tiến thì lượng RAP được sử dụng với khối lượng rất lớn, lên đến trên 70% (Nhật Bản), 85% (Canada) trên tổng sản lượng mặt đường nhựa toàn quốc. Trong các công nghệ thì việc lựa chọn công nghệ tái chế nóng tại trạm luôn được chọn hàng đầu, chiếm đa phần trong tổng sản lượng tái chế. Tại Australia, Mỹ, Đức, Canada trên 80% tái chế sử dụng công nghệ tái chế nóng.

Theo báo cáo của Cục giao thông Minnesota (Minnesota Department of Transportaion), công nghệ tái chế nóng BTN tại trạm là phương pháp được dùng phổ biến và mang lại hiệu quả cao nhất nhờ những ưu điểm sau[4]: Kiểm soát tốt chất lượng BTN như sản xuất BTN nhựa thông thường; Tiết kiệm chi phí từ 20 - 30%; Không lãng phí tài nguyên đá và nhựa; Không gây ô nhiễm môi trường.

Theo thống kê của Tập đoàn Shell hiện nay có 80 - 90% mặt đường BTN được đưa vào tái chế tại các nước: Đức, Mỹ, Bỉ, Hà Lan, Luxembourg; 50 - 60% tại Trung Quốc, Slovenia, Thụy Điển, Thụy Sỹ và Đan Mạch. Trong quá trình tái chế khoảng từ 20 - 35% RAP được đưa vào trộn với hỗn hợp BTN mới. Hiện nay đã có nhiều công nghệ trạm trộn tại châu Âu, Nhật Bản… cho phép tái chế với hàm lượng RAP lên đến 100%. Công nghệ tái chế nóng BTN tại trạm trên thế giới đã bước vào giai đoạn thương mại từ những thập niên cuối của thế kỉ XX. Năm 2006, tại Đức, Luxembourg, Hà Lan lượng BTN có chứa RAP được sản xuất ra chiếm đến 90% tổng lượng BTN toàn quốc.

Công nghệ tái chế nóng BTN tại trạm cũng như phương pháp thiết kế hỗn hợp BTN có chứa RAP hiện nay đã không còn là bí mật thuộc bất kì cơ quan, quốc gia nào. Tại châu Âu, trên 95% các trạm sản xuất BTN được thiết kế để có thể sử dụng RAP theo công nghệ tái chế nóng. Phương pháp thiết kế RAP có thể được tìm thấy dễ dàng trong nhiều tài liệu mở trên Internet. Phổ biến nhất là phương pháp thiết kế Superpave theo John Bukowski. Năm 2001, dựa theo phương pháp của Bukowski, Viện nghiên cứu Giao thông Quốc gia Mỹ (Transportation research board - Nation Research Council) đã đưa ra tiêu chuẩn về thiết kế BTN có chứa RAP. Năm 2002, Cục giao thông Minnesota ban hành tiêu chuẩn thiết kế RAP theo cả phương pháp Superpave và Marshall/Hveem[4]. Châu Âu ban hành tiêu chuẩn kĩ thuật EN 13108-8 dành cho BTN chứa RAP năm 2005. Tiểu chuẩn ngành sản xuất BTN của New Zealand TNZ M/10: 2005 cũng có đưa ra yêu cầu và chỉ tiêu kĩ thuật cho RAP. Ngoài ra qua quá trình nghiên cứu và thử nghiệm một vài con đường ở tiểu bang Florida, nhóm các nhà nghiên cứu Sungho Kim, Thomas Byron, Gregory A. Sholar, Jaeseoung Kim thuộc Sở Giao thông Florida cũng công bố tiêu chuẩn thiết kế BTN chứa RAP REV 1-17-2, FA 2-6-12 trong bảng báo cáo năm 2007.

Mặc dù công nghệ tái chế đã phát triển mạnh mẽ ở các nước trên thế giới, tuy nhiên công nghệ này vẫn còn là điều mới lạ đối với nước ta.Trong quá trình khai thác do chịu tác dụng của tải trọng trùng phục cũng như chịu ảnh hưởng của các điều kiện môi trường nên không tránh khỏi hư hỏng và đến một thời điểm nào đó cần phải tiến hành nâng cấp, tăng cường. Giải pháp xử lý của nước ta hiện nay là cào bỏ lớp bê tông nhựa cũ và thay thế bằng lớp bê tông nhựa mới hoặc phủ chồng thêm một lớp bê tông nhựa mới lên lớp mặt đường cũ. Theo tình hình thực tế, lượng vật liệu cào bóc của mặt đường cũ hiện nay ở nước ta hầu như chưa có tái sử dụng lại và trở thành rác thải công nghiệp, tạo gánh nặng cho môi trường. Các giải pháp này đưa đến nhiều bất lợi cho kinh tế và môi trường: lãng phí vật liệu, ô nhiễm môi trường, cạn kiệt tài nguyên đá và nhựa…

[1] Taylor, N. H., “Life Expectancy of Recycled Asphalt Paving,” Recycling of Bituminous Pavements, L.E. Wood, ed., ASTM STP 662, American Society of Testing and Materials, Philadelphia, Pennsylvania, 1978, pp. 3-15.

[2] Sullivan, J., “Pavement Recycling Executive Summary and Report,” FHWA-SA-95-060, Federal Highway Administration, Washington, D.C., March 1996.

[3] Decker, D. S., “State of the Practice for use of RAP in Hot Mix Asphalt,” Journal of the Association of Asphalt Paving Technologists, Volume 66, 1997, pp. 704.

[4] Michael S. Sondag, Bruce A. Chadbourn, Andrew Drescher. Investigation of recycled asphalt pavement (RAP) mixtures. Minnesota Department of Transportation. Final report 2002. 94 p.

TS. Võ Đại Tú
Trưởng bộ phận R&D Công ty Cổ phần Đầu tư Xây dựng BMT