Hiện nay, rất nhiều quốc lộ lớn trên cả nước xảy ra hư hỏng hàng loạt do hằn lún của vệt bánh xe. TS. Lương Xuân Chiểu đánh giá vấn đề này chính nằm ở chất lượng của nhựa đường. Loại nhựa đường được sử dụng đại trà thời hiện nay là nhựa mác 60/70 có nhiệt độ hóa mềm thấp, khả năng ổn định với nhiệt thấp. Đối với vấn đề làm đường, nhiệt độ đóng vai trò rất quan trọng. Mức nhiệt ngoài trời cao, kết hợp hấp thụ nhiệt mặt đường sẽ gây chảy nhựa và suy yếu mặt đường, nhựa bị đẩy trồi lên phía trên, lưu lượng xe lớn dẫn đến lún đường.

Với mong muốn khắc phục triệt để vấn đề này, nhóm nghiên cứu đã cùng các đồng nghiệp của mình tìm kiếm giải pháp cải thiện tính năng ổn định nhiệt, tăng khả năng chống hằn lún vệt bánh xe. “Qua nhiều thử nghiệm, chúng tôi nhận ra rằng, việc tăng cường chất phụ gia sẽ giúp tăng tính năng của nhựa đường”. Trong nhiều tháng, nhóm nghiên cứu đã lần lượt thử rất nhiều loại phụ gia thương mại để so sánh hiệu quả, thậm chí đã sáng tạo ra công nghệ trộn phụ gia SBS trực tiếp tại trạm trộn.

Các dự án của nhóm nghiên cứu có kết quả tốt, chứng minh đây là hướng đi đúng và hiệu quả. Tuy nhiên, các loại phu gia của nhóm đang sử dụng như SBS, SBR, TTP… đều là những loại phụ gia nhập khẩu có giá thành cao. Lúc này, một vấn đề khác lại nảy sinh ra với cả nhóm chính là: Làm thế nào để hạ giá thành của chất phụ gia xuống thấp nhất có thể mà vẫn giữ được hiệu quả của nó?

Băn khoăn với bài toán kinh tế cho giá thành phụ phẩm. Nhóm nghiên cứu biết được rằng, nhiều nước đang bắt đầu chuyển hướng sử dụng các loại nhựa phế thải làm phụ gia sản xuất bê tông, nhựa làm đường,  với phương pháp trộn nhựa phế thải với nhựa đường. Trong đó, rất nhiều nước có khí hậu và điều kiện phát triển tương tự Việt Nam như Iran, Sudan, Pakistan, Malaysia, …. Thậm chí, Ấn Độ là nước đi đầu khi đã tiến hành thi công hàng trăm km đường đảm bảo khai thác tốt trong điều kiện nóng ẩm. Nhóm nghiên cứu đã tiếp cận theo hướng sử dụng phế thải nhựa như là một loại phụ gia trộn trực tiếp tại trạm trộn. “Chúng tôi đã mạnh dạn đưa rác thải nhựa vào như một phụ gia trộn trực tiếp tại trạm trộn để tăng tính năng ổn định nhiệt cho bê tông nhựa” - TS. Lương Xuân Chiểu nói.

Trong những bước đi đầu tiên, nhóm nghiên cứu đã xác định được thành phần nguyên liệu cần có như các loại đá, bột khoáng, nhựa đường và phế thải nhựa. Ông Chiểu cho rằng, khi trộn bột khoáng với nhựa đường, thành phần hạt mịn trong bột khoáng có kích thước hạt nhỏ hơn chiều dày màng nhựa, sẽ giúp làm cứng nhựa đường và tạo nên hỗn hợp mastic. Hỗn hợp này, có nhiều tính năng ưu việt như tăng bám dính giữa đá và nhựa, tăng độ ổn định, tăng độ bền trong môi trường ẩm ướt, giảm nứt gãy và đùn trồi.

Nhựa phế thải sau khi mua về sẽ được sơ chế, băm nhỏ dạng hạt với đường kính 1 đến 2mm hoặc sao cho có kích thước nhỏ hơn 4 cm x 4cm. Điều này sẽ giúp cho việc đảm bảo được chất lượng của đường cũng như mỹ quan của bề mặt đường. 

Nhóm nghiên cứu cho rằng, không phải loại nhựa nào cũng có thể sử dụng để làm đường. Trong quá trình thử nghiệm với nhiều loại nhựa khác nhau, nhóm nghiên cứu nhận thấy, các loại nhựa có nguồn gốc LDPE làm túi nylon, bao gói; HDPE làm bao gói, chai đựng; PET làm chai đựng nước có thể sử dụng được. Để đảm bảo tính đồng nhất, họ phân loại hỗn hợp nhựa phế thải. Trường hợp không phân loại được, phải gộp lượng mẫu lớn cho đồng đều và thử nghiệm kiểm tra với lô sản phẩm đó.

Cái khó của phương pháp này là phải tìm ra công thức phù hợp cho nguyên vật liệu. Để có được định lượng phù hợp, nhóm nghiên cứu quyết định tiến hành quá trình “thử - sai” nhằm xem xét hiệu quả của từng tỷ lệ một. Theo đó, nhóm nhận thấy định lượng các thành phần theo tỷ lệ phần trăm khối lượng: cốt liệu đá các loại (từ 87% đến 91%), bột khoáng (từ 4% đến 7%), nhựa đường (từ 4% đến 5%) và phế thải nhựa (từ 0,3% đến 0,6%) sẽ cho ra hiệu quả cao nhất.

Theo đó, nhóm tiến hành sấy và sàng cốt liệu đá để phân loại cốt liệu theo kích cỡ. Lượng đá theo các đường dẫn khác nhau đối với từng kích cỡ để đi đến buồng cân theo định lượng, sau đó đi vào buồng trộn và được trộn đều. Các nhà khoa học tiếp tục bổ sung phế thải nhựa, bột khoáng theo những đường dẫn riêng và trộn đều hỗn hợp trong thời gian 10 giây, đảm bảo nhiệt độ trong buồng trộn từ 170 đến 190 độ C. Trong khi hỗn hợp trong buồng trộn đang được trộn, nhóm nghiên cứu tiếp tục nung nóng nhựa đường và phun đều vào buồng trộn bằng bơm phun. Chờ máy trộn đều từ 36 đến 45 giây, thành phẩm hỗn hợp bê tông nhựa mà họ thu được đã sẵn sàng đưa vào thi công.

Để kiểm chứng hiệu quả của sản phẩm, nhóm nghiên cứu đã tiến hành rải thử nghiệm đoạn đường dài 30m, rộng 3,25m trên tỉnh lộ 421B. Kết quả cho thấy, bê tông nhựa sử dụng phụ gia phế thải nhựa sau một thời gian khai thác vẫn có bề mặt, độ đồng đều, bằng phẳng tốt hơn các vị trí lân cận sử dụng bê tông nhựa thông thường.

Nếu áp dụng trong thực tiễn, mỗi một km đường cấp III-ĐB, mặt đường bê tông nhựa rộng 11m có hai lớp BTN tổng chiều dày 12cm sẽ tiêu thụ 12,9 tấn nilon phế thải. Điều này giúp giải quyết lượng rác thải đáng kể mà còn tiết kiệm được chi phí khi không phải sử dụng phụ gia tương ứng gần 800 triệu đồng. Chưa kể, phần đường này sẽ giúp giảm thiểu số lần sửa chữa, cải tạo định kỳ do hư hại. Với những lợi ích lớn này, nghiên cứu của nhóm đã được Cục Sở hữu Trí tuệ (Bộ Khoa học và Công nghệ) cấp bằng độc quyền giải pháp hữu ích số 2-0002810 vào tháng 2/2022.

TS. Lương Xuân Chiểu cho biết cả nhóm vẫn đang tiếp tục triển khai các nghiên cứu bên lề để hoàn thiện quy trình công nghệ. “Trong phương pháp của mình, chúng tôi vẫn chưa tối ưu được công đoạn phân loại nhựa. Mong rằng chúng tôi sẽ hoàn thiện thiết bị và công nghệ thu gom, xử lý phân loại rác thải có chứa nhựa trong thời gian tới".