Thảm nhựa đường từ rác thải xây dựng, nhựa và túi nilon

Ngày nay, khi vấn đề bảo vệ môi trường càng trở nên cấp thiết hơn bao giờ hết thì yêu cầu tái chế tất cả các loại rác thải là một vấn đề được tất cả các quốc gia trên thế giới quan tâm trong đó có Việt Nam.

Quá trình công nghiệp hóa, đô thị hóa đòi hỏi xây dựng mới và nâng cấp rất nhiều công trình, từ đó sinh ra lượng rác thải xây dựng, phần lớn là bê tông vẫn chưa được xử lý một cách triệt để và hữu ích, không những thế việc khai thác đá, cát, sỏi quá mức phục vụ cho các công trình xây dựng như hiện nay đã và đang làm cạn kiệt tài nguyên thiên nhiên đe dọa nghiêm trọng tới cảnh quan, môi trường sinh thái và ảnh hưởng tới một số ngành kinh tế khác.

Theo khảo sát mới nhất, trung bình một người Việt Nam trong một năm sử dụng ít nhất 30 kg các sản phẩm có nguồn gốc từ nhựa; vật liệu plastic đã góp phần nâng cao mức độ văn minh của cuộc sống nhưng cũng đặt ra không ít rắc rối liên quan đến công tác bảo vệ môi trường.

Ở nước ta, đã có nhiều công trình nghiên cứu tái chế và xử lý lượng plastic thải bỏ như chế tạo vật liệu bao che từ rác thải nhựa; xử lý chất thải nhựa bằng công nghệ Seraphin,… đem lại kết quả khả quan về mặt kinh tế và môi trường, nhưng vẫn chưa xử lý được triệt để lượng rác thải nhựa và công nghiệp ra môi trường.

Trước thực trạng ấy, chế tạo thảm nhựa đường từ rác thải xây dựng, nhựa và túi nilon mở ra triển vọng mới trong tái chế và sử dụng rác thải tạo vật liệu mới phù hợp theo định hướng của quốc gia về phát triển vật liệu thân thiện với môi trường, đồng thời giảm thiểu lượng rác thải xây dựng, nhựa đưa vào dòng thải, tránh gây ô nhiễm môi trường và thu hồi được nguồn tài nguyên đang cạn kiệt là cát, sỏi theo quy trình đã được tối ưu hóa, cùng với đó là tạo sự kết dính bền chặt và có tính đàn hồi, độ bền của thảm nhựa đường và không tạo ra khí độc gây ô nhiễm.

Theo đó, các thành phần của nghiên cứu là rác thải xây dựng bao gồm các thành phần: xi măng, sắt thép, cát sỏi, bê tông bị phá hủy. Túi nilon được làm từ các nguyên liệu khác nhau nhưng chủ yếu được sản xuất từ hạt nhựa polyetilen (PE) và polypropilen (PP) có nguồn gốc từ dầu mỏ cùng với một số hóa chất phụ gia khác với các đặc tính như: độ bền cơ học tốt, trong suốt, bề mặt bóng mịn, chống thấm nước nhưng chống thẩm thấu khí kém. Nhựa polyetylen dùng để sản xuất túi nilon thường có hai loại: Polyetylen tỷ trọng thấp (Low Density Polyethylene-LDPE) và polyetylen tỷ trọng cao (High Density Polyethylene-HDPE).  

Thành phần cuối là rác thải nhựa được làm từ các nguyên liệu khác nhau nhưng chủ yếu được sản xuất từ hạt nhựa polyetilen, polipropilen, polistiren,… thường được chia làm ba loại có tính chất khác nhau.

Bao gồm nhựa nhiệt là các đơn phân tử có cấu trúc nối tiếp, nằm cạnh nhau, không phân nhánh. Khi bị đun nóng những phân tử này sẽ trượt xa nhau ra làm cho toàn diện vật thể biến dạng theo. Khi nguội lại vật thể đông cứng dần và tồn tại với hình dạng mới trong điều kiện nhiệt độ bình thường. Nhờ thuộc tính nóng chảy và đông cứng này, nhựa nhiệt có thể được ứng dụng và tái tạo lại nhiều lần.

Nhựa cứng gồm bên trong là các cao phân tử nối kết nằm cùng với nhau, tạo thành những mạng lưới nối kết rất chặt chẽ. Với nhiệt độ cao (tương đối khi so sánh với nhựa nhiệt) không thể làm cho cấu trúc các phân tử thay đổi, do đó hình dạng vật thể bên ngoài cũng không thay đổi. Nhựa cứng có độ bền cao với tác dụng của nhiệt và tính cách điện rất tốt. Trái với nhựa nhiệt, nhựa cứng không thể nấu chảy để sử dụng lại nhiều lần.

Nhựa đàn hồi gồm các cao phân tử nối kết rối loạn không theo thứ tự với nhau. Khi vật thể bị nén thì tất cả cấu trúc cao phân tử bên trong cũng biến đổi theo. Khi để vật thể tự do, tất cả cấu trúc phân tử rối loạn đó sẽ trở về vị trí lúc ban đầu.

Bên cạnh đó, còn có bê tông nhựa, còn gọi là bê tông Asphalt là một loại sản phẩm quan trọng của nhựa đường (bitumen), được sử dụng nhiều nhất làm vật liệu trong công trình đường bộ. Bê tông Asphalt được chế tạo bằng phương pháp trộn bitumen với các hạt vật liệu khác như cát, đá dăm, sỏi cuội có kích thước khác nhau tùy theo yêu cầu của từng loại sản phẩm. Bê tông nhựa được sử dụng chủ yếu làm kết cấu mặt đường mềm.

Từ những thành phần đó, các nhà nghiên cứu thực hiện nghiên cứu theo quy trình phá hủy bê tông truyền thống để thu hồi cát, sỏi và chất phụ gia bằng các dung dịch có tính ăn mòn, tái chế rác thải đồng thời nghiên cứu độ kết dính giữa các thành phần để đi đến chế tạo thảm nhựa đường.

Trong đó, quy trình tái chế là rác thải xây dựng, nhựa và túi nilon được dùng nghiền nhỏ, thu hồi cát, sỏi sau nấu lên (chứ không đốt) thành một nguyên liệu, kết hợp với một chất phụ gia. Với công nghệ này, chúng ta có thể tái chế rác thải xây dựng, nhựa và túi nilon thành một vật liệu rất tốt để sử dụng thay thế những vật liệu xây dựng truyền thống như bê tông, nhựa đường,… Loại vật liệu này có đặc điểm rất bền trước các lực va đập. 

Về nghiên cứu sự kết dính, các nhà nghiên cứu thực hiện trộn rác thải nhựa và túi nilon đã cắt nhỏ, để khô với cát, sỏi và bột mịn thu hồi từ rác thải xây dựng theo tỉ lệ 1:1 sau đó đun nóng ở các nhiệt độ khác nhau. Có 4 mức nhiệt là 105oC, 125oC, 135oC và 145oC.

Bảng 1. Nhận xét các mẫu thực nghiệm

Mẫu	Sản phẩm	Độ chịu lực
Rác thải nhựa và túi nilon được thu gom về cắt nhỏ, để khô và trộn với cát, sỏi, bột mịn thu hồi từ rác thải xây dựng theo tỉ lệ 1:1 sau đó đun nóng ở nhiệt độ 105oC.	Đã thấy rõ sự kết dính tuy nhiên sự kết dính chưa bền chặt.	Dễ vỡ.
Rác thải nhựa và túi nilon được thu gom về cắt nhỏ, để khô và trộn với cát, sỏi, bột mịn thu hồi từ rác thải xây dựng theo tỉ lệ 1:1 sau đó đun nóng ở nhiệt độ 125oC.	Sự kết dính bền chặt hơn.	Chắc chắn hơn tuy nhiên chưa chịu được sự tác dụng của lực mạnh có độ đàn hồi tuy nhiên chưa cao.
Rác thải nhựa và túi nilon được thu gom về cắt nhỏ, để khô và trộn với cát, sỏi, bột mịn thu hồi từ rác thải xây dựng theo tỉ lệ 1:1 sau đó đun nóng ở nhiệt độ 135oC.	Sự kết dính bền chặt hơn.	Chịu được lực tác dụng mạnh hơn, nặng hơn và có độ đàn hồi cao hơn và chịu được các dung dịch có tính axít, nước mặn.
Rác thải nhựa và túi nilon được thu gom về cắt nhỏ, để khô và trộn với cát, sỏi, bột mịn thu hồi từ rác thải xây dựng theo tỉ lệ 1:1 sau đó đun nóng ở nhiệt độ 145oC.	Sự kết dính bền chặt nhất và sản phẩm mịn nhất.	Chịu được tác dụng lực lớn, độ đàn hồi lớn nhất và chịu được các dung dịch có tính axít, nước mặn.

 

Thông qua nghiên cứu độ kết dính đã có được sự đánh giá về tỷ lệ và nhiệt độ thích hợp cho việc chế tạo thảm nhựa đường.

Cuối cùng đi tới chế tạo thảm nhựa đường với nguyên liệu được chuẩn bị bao gồm rác thải xây dựng (cát, sỏi và bột đá đã được thu hồi), nhựa và túi nilon phơi khô nguyên liệu để đảm bảo nguyên liệu không bị ẩm, có độ bền sản phẩm cao, sắt thép dạng thanh các hộp bánh bằng kim loại, bếp lò, ống dẫn khí, khuôn tạo khối bằng thép và dung dịch nước vôi trong.

Quá trình chế tạo bắt đầu từ việc chuẩn bị ép và làm phẳng bề mặt. Các nhà nghiên cứu chuẩn bị các khuôn tạo khối theo các kích cỡ chuẩn, sử dụng thích hợp cho từng mục đích cụ thể. Khuôn ép được chế tạo từ thép tấm. Sau đó, cho hỗn hợp thảm nhựa đường từ rác thải xây dựng, nhựa và túi nilon vào khuôn ép sau đó, chúng em sử dụng bay để nén và làm phẳng bề mặt. Kết quả tạo ra được các mẫu bề mặt khác nhau dựa vào từng mục đích sử dụng để làm đường mọi vị trí và địa hình khác nhau.

Quá trình thí nghiệm và nghiên cứu được thực hiện tại phòng thí nghiệm trường Đại học Xây dựng Hà Nội. Thảm nhựa đường được tạo ra là kết quả của sự tận dụng rác thải xây dựng, nhựa, túi nilon dễ làm, tạo ra sản phẩm đông cứng nhanh và có tính đàn hồi, có thể thay thế được vật liệu truyền thống. Các tấm thảm nhựa đường được tạo ra từ bốn mẫu trộn và đun nóng ở các mức nhiệt độ khác ta thấy được độ kết dính của các vật liệu là khác nhau và độ bền cơ học khác nhau.

Có thể thấy, dưới sự sáng tạo không ngừng cùng sự tìm tòi đột phá của các nghiên cứu sinh mở ra con đường mới để rác thải xây dựng, nhựa và túi nilon có thể tận dụng vào việc chế tạo vật liệu mới phù hợp theo định hướng của quốc gia về phát triển vật liệu thân thiện với môi trường, đồng thời giảm thiểu lượng nhựa đưa vào dòng thải tránh gây ô nhiễm môi trường và thu hồi được nguồn tài nguyên đang ngày càng cạn kiệt là cát, sỏi.

Tài liệu tham khảo

[1] https://moitruongxanhvn.com/giai-phap-xu-ly-rac-thai-xay-dung-hieu-qua/.

[2] https://baotainguyenmoitruong.vn/tai-che-rac-thai-xay-dung-gop-phan-bao-ve-moi-truong-296519.html

[3] Nguyễn Văn Hiệu Viện khoa học vật liệu Tái chế rác thải thành vật liệu hữu dụng (10-11-2019).