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

Tóm tắt

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.

Hiện nay, khi mà 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 lí 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.

Trong công nghiệp và xây dựng, vật liệu nhựa (plastic) cũng chiếm thị phần trong nhiều lĩnh vực như cấp thoát nước, trang trí,… 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.

Trong cuộc sống hằng ngày, chúng ta thường bắt gặp những hình ảnh chưa đẹp mắt khi những đống rác thải nhựa và túi nilon chất cao như núi xuất hiện ngày càng nhiều ở các khu dân cư; thậm trí chúng còn “ngang nhiên” có mặt ở không ít những danh lam thắng cảnh, khu du lịch hoặc di tích lịch sử.

Những vẫn nạn ấy đã và đang vang lên hồi chuông cảnh báo đối với cuộc sống của con người, và đe dọa nghiêm trọng tới môi trường sống của chúng ta. Tại Việt Nam 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,… Các biện pháp xử lý ấy đã 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 áy, 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.

1. Đối tượng và nội dung nghiên cứu :
   1. Đối tượng nghiên cứu :

Rác thải xây dựng, nhựa, túi nilon và các chất phụ gia phù hợp nhằm sản xuất thảm nhựa đường và thu hồi được nguồn tài nguyên đang cạn kiệt là cát, sỏi.

Các quá trình nghiên cứu và thực nghiệm được tiến hành tại phòng thí nghiệm của nhà trường và phòng thí nghiệm của Trường Đại học Xây dựng Hà Nội.

2.2- Nội dung nghiên cứu:

       2.11-Cơ sở nghiên cứu dự án:

1. a) Thành phần của rác thải xây dựng:
2. Rác thải xây dựng bao gồm các thành phần: Xi măng, sắt thép, cát sỏi, bê tông bị phá hủy.
3.    b) Thành phần của túi nilon:
4. 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. 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). Túi nilon có các đặc tính như: độ bền cơ học tốt, trong suốt, bề mặt bóng mịn, chống thấm nước nhưng chống thẩm thấu khí kém.
5.  c) Thành phần của rác thải nhựa:
6. 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.
7. - Nhựa nhiệt: 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.
8. - Nhựa cứng: Bên trong nó 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 xử dụng lại nhiều lần.
9. - Nhựa đàn hồi: Bên trong nó 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.
10. d) Bê tông nhựa:
11. 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.

e) Phá hủy bê tông truyền thống để thu hồi cát, sỏi và chất phụ gia:

- Nghiền nhỏ rác thải xây dựng là bê tông truyền thống để thu hồi cát, sỏi và bột mịn bằng máy nghiền đá.

- Tạo ra các dung dịch có tính ăn mòn và phá hủy bê tông bằng các hợp chất có chứa gốc Clo (Cl).

- Tạo ra hỗn hợp từ vôi sống (Calcium oxide - CaO) và các hợp chất khác để phá hủy bê tông.

  f) Cơ sở để tạo vật liệu:

Rác thải xây dựng, nhựa và túi nilon rất hữu dụng cho mọi người, nhưng nếu đem thải ra môi trường, đốt ở nhiệt độ bình thường sẽ tạo ra khí thải có chất độc dioxin và Furan, là những chất có khả năng gây ung thư đối với con người.

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.

Nghiên cứu việc thu hồi cát, sỏi và tạo nhựa đường từ rác thải xây dựng, nhựa và túi nilon:

Trong phạm vi của dự án, rác thải xây dựng, nhựa và túi nilon trong sinh hoạt hàng ngày được tận dụng để tạo ra thảm nhựa đường.

a) Nghiên cứu sự kết dính của rác thải xây dựng với rác thải nhựa và túi nilon:

  Thực hiện nghiên cứu thu hồi cát, sỏi và tạo hỗn hợp bột đá từ rác thải xây dựng bằng cách tạo ra các dung dịch ăn mòn phá hủy cấu trúc bê tông truyền thống qua đó thu hồi được nguồn tài nguyên quý giá là cát, sỏi. Ngoài ra, sử dụng phương pháp nghiền để tạo ra bột mịn dùng để phục vụ cho việc xây dựng và tạo thảm nhựa đường.

Thực hiện nghiên cứu sự kết dính của hỗn hợp rác thải xây dựng, nhựa và túi nilon trong bốn trường hợp ở các nhiệt độ khác nhau theo tỉ lệ trộn:

- 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 105^oC.

- 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 125^oC.

 - 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 135^oC.

- 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 145^oC.

b) Chế tạo thảm nhựa đường từ rác thải xây dựng, nhựa và túi nilon:

Cách thực hiện làm thảm nhựa đường từ rác thải xây dựng, nhựa và túi nilon như sau:

- Chuẩn bị nguyên liệu: Nguyên liệu 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.

- Chuẩn bị ép và làm phẳng bề mặt:

+ 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.

+ 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. .

+ Ngoài ra còn tạo các khối theo từng mục đích sử dụng để làm đường mọi vị trí và địa hình khác nhau.

- Cách tiến hành tạo thảm nhựa đường:

+ 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 105^oC.

+ 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 125^oC.

+ 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 135^oC.

+ 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 145^oC.

1. Kết quả:
   1. Sự kết dính của rác thải xây dựng với rác thải nhựa và túi nilon:

Dựa vào các thông số cường độ và chi tiết kĩ thuật ở hình 1 và hình 2, có thể rút ra các nhận xét các mẫu thí nghiệm ở bảng 1.

Bảng 1. Nhận xét các mẫu thực nghiệm

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

Sản phẩm đạt được: Tạo ra các bề mặt của đoạn thảm nhựa đường trong khuôn khổ của dự án (Hình 3)

1. Kết quả của dự án:

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.

1. Kết luận:

Như vậy, rác thải xây dựng, nhựa và túi nilon có thể tận dụng để 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.

Hoàng Thanh Sơn¹, Dương Tuệ Lâm¹, Dương Quốc Trọng²

                                ¹ Trường THPT Chuyên Bắc Giang, ² Trường THCS Lê Quý Đôn

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).