Trạm trộn bê tông nhựa nóng còn gọi là trạm atphal (asphalt mixing plant) là một xưởng sản xuất hỗn hợp bê tông nhựa nóng bằng cách trộn các hạt đá cát nóng với nhựa đường lỏng, bột khoáng và chất phụ gia để xây dựng mặt đường ô tô, bề mặt sân bay, bến cảng ... Trạm gồm nhiều cụm thiết bị thuộc các lĩnh vực kỹ thuật khác nhau, được kết nối thành một dây chuyền có thể điều khiển tự động hoặc bán tự động.
Sản phẩm của trạm trộn bê tông nhựa nóng là hỗn hợp bê tông nhựa nóng được tạo thành từ các hạt đá có đường kính trung bình dưới 26 mm và cát vàng ở nhiệt độ khoảng 200°C, chất kết dính là nhựa đường lỏng ở nhiệt độ khoảng 150°C, bột đá và chất phụ gia có nhiệt độ môi trường; chúng được định lượng theo các tỷ lệ định trước rồi trộn đều với nhau, các quá trình này được thực hiện ở ngay trong các thiết bị của trạm.
Trạm trộn bê tông nhựa nóng được phân loại như sau:
- Theo cách bố trí các cụm thiết bị, trạm trộn bê tông nhựa nóng có hai loại: bố trí theo phương đứng và theo phương ngang.
- Theo năng suất có loại nhỏ đạt năng suất tới 40T/h, loại vừa từ 50T/h đến 70T/h loại lớn từ 80T/h đến 160T/h, loại rất lớn có năng suất đạt trên 200T/h.
- Theo khả năng cơ động có loại cố định lắp trên móng bê tông, trạm có khả năng dễ cơ động lắp trên móng thép nổi và loại cơ động nhanh lắp trên các rơ moóc.
- Theo phương pháp lọc bụi, trạm trộn bê tông nhựa nóng có loại lọc bằng xiclo dạng khô, lọc ướt dùng nước và lọc bằng hệ thống túi vải, tương ứng với hiệu quả lọc bụi trung bình là 95%, 98% và 99,9%. Chi phí đầu tư và khai thác của phương pháp lọc bụi bằng hệ thống túi vải là cao nhất trong ba phương pháp trên.
- Theo cách trộn để tạo ra hỗn hợp bê tông nhựa nóng có các loại: trộn cưỡng bức chu kỳ, trộn cưỡng bức liên tục, trộn tự do chu kỳ, trộn tự do liên tục. Loại trộn cưỡng bức chu kỳ cho sản phẩm có chất lượng cao nhất nên hay dùng.
Cấu tạo và hoạt động[sửa]
Cấu tạo chung của các trạm trộn bê tông nhựa nóng loại cưỡng bức chu kỳ gồm các cụm máy được mô tả trên hình bên. Quá trình sản xuất hỗn hợp bê tông nhựa nóng ở trạm trộn gồm các công đoạn được nêu dưới đây.
Đầu tiên là hoạt động tập kết đá, cát, bột đá, nhựa và chất phụ gia vào các thiết bị chứa tương ứng. Cấp và định lượng sơ bộ đá cát theo tỷ lệ định trước từ hệ thống phễu chứa qua các băng tải tới tang sấy. Sấy nóng đá cát trong tang sấy đạt nhiệt độ 200°C-220°C.
Với các trạm trộn bê tông nhựa nóng trộn cưỡng bức chu kỳ cần định lượng vật liệu từng mẻ trộn theo tỷ lệ phần trăm tính bằng kg qua phễu cân. Do đó phải chuyển đá cát nóng từ tang sấy qua băng gầu nóng vào thiết bị sàng, qua đó chúng được phân loại thành các cỡ hạt 0-5 mm; 5-12,5 mm; 12,5-25,4 mm... rồi được chứa trong các ngăn của phễu chứa (hot bin); các hạt quá cỡ được xả ra ngoài. Từ các ngăn chứa, các hạt cốt liệu được xả vào phễu cân để cân đong chính xác từng thành phần hạt theo tỷ lệ cấp phối định trước.
Song song với các thao tác trên là việc sấy nóng và bảo ôn nhựa đường ở nhiệt độ 155°C trong các bồn nấu nhựa có dung tích từ 25m3 đến 60m3, rồi bơm lên bình cân nhựa. Đồng thời định lượng và cấp bột đá, chất phụ gia vào các phễu chứa tương ứng rồi xả vào buồng trộn sau khi đã xả đá cát.
Tất cả các loại vật liệu trên sẽ được trộn đều với nhau trong buồng trộn để tạo ra hỗn hợp bê tông nhựa nóng qua hai giai đoạn: trộn khô các loại cốt liệu chưa có nhựa và trộn ướt là trộn có nhựa đường lỏng. Thời gian trộn khô từ 10 đến 20 giây, thời gian trộn ướt từ 25 đến 40 giây. Sau quá trình trộn đều, nhựa lỏng sẽ bao bọc các hạt vật liệu để tạo ra lực dính kết giữa chúng và tạo thành hỗn hợp bê tông nhựa nóng. Sau đó sản phẩm được xả ra khỏi buồng trộn vào phương tiện vận chuyển trong khoảng từ 3 đến 6 giây- kết thúc một chu kỳ trộn kéo dài từ 45 đến 60 giây. Khối lượng mỗi mẻ trộn từ 650, 700, 850, 1050, 1350, 1600, 2000 đến 3000 kg tương ứng với năng suất của trạm trộn từ 40, 50, 60, 80, 100, 120, 150, và 250 T/h. Các buồng trộn thường có dạng nằm ngang, bên trong có hai trục lắp các cánh trộn quay ngược chiều nhau. Buồng trộn có đáy xả sản phẩm được đóng mở bằng xi lanh khí nén.
Khói bụi và hơi ẩm tạo ra trong tang sấy đá cát được xử lý bằng hệ thống lọc bụi gồm quạt hút bụi, các ống dẫn, xiclo lọc bụi hoặc buồng lọc có các túi vải amiăng, ống khói thoát khói bụi có chiều cao từ 16 đến 20 m.
Toàn bộ hoạt động của trạm trộn bê tông nhựa nóng được điều khiển từ buồng điều khiển trung tâm (cabin) trong đó có tủ điện động lực, bàn điều khiển có hệ thống máy tính và màn hình công nghệ, các thiết bị xử lý tín hiệu kết nối với các thiết bị đo nhiệt độ, các đầu cân điện tử (load cell) lắp trên các buồng cân vật liệu và cân nhựa đường lỏng… Hoạt động của toàn bộ trạm được tự động hóa nhờ có chương trình phần mềm chuyên dụng điều khiển hệ thống rơ le điện, van phân phối khí và xi lanh khí đóng mở các cửa cân – xả vật liệu hay sản phẩm.
Nguồn năng lượng dùng ở trạm trộn bê tông nhựa nóng gồm có nguồn điện 380V để dẫn động các động cơ điện hoặc sấy nóng dầu FO, dầu nặng FO hoặc điezel cấp cho các đầu đốt tạo ra ngọn lửa sấy nóng đá cát hoặc sấy dầu truyền nhiệt cho việc nấu nhựa theo cách truyền nhiệt gián tiếp. Công suất điện cấp cho các trạm trộn bê tông nhựa nóng thường từ 120kW đến 400 kW tùy theo năng suất của trạm.
Lịch sử[sửa]
Trạm trộn bê tông nhựa nóng ra đời từ giữa thế kỷ 20 tại Mỹ, Nga, Đức, Pháp, Ý, Anh, Nhật… và một số nước khác khi công nghệ làm đường ô tô cao cấp từ đá và nhựa đường đòi hỏi vật liệu có thành phần cấp phối tốt hơn, quy trình thi công hiện đại hơn.
Các trạm trộn Standar của Mỹ ra đời những năm 60 của thế kỷ 20 có năng suất từ 25 đến 60T/h và loại lớn có năng suất 150T/h có kết cấu cồng kềnh, hệ điều khiển lạc hậu và gây ô nhiễm môi trường đã được thay thế bởi thế hệ các trạm hiện đại có năng suất lớn tới 320T/h. Ở Nga các trạm D325 có năng suất 20T/h điều khiển bằng tay đến các trạm D508, D597, D610 có năng suất 30 đến 60T/h điều khiển cơ điện bán tự động ra đời từ những năm 1950 – 1960 cũng đã được thay bằng các trạm lớn hơn và hiện đại hơn. Nhưng tốc độ phát triển các trạm bê tông nhựa ở các nước Đức, Nhật, Hàn Quốc, Trung Quốc là nhanh hơn cả. Nước Đức có các hãng Teltomat (Cộng hòa dân chủ Đức cũ), Linhop, Benihoven… đã sản xuất được các trạm trộn hiện đại, năng suất từ 100, 120 đến 160T/h và lớn hơn, đều đảm bảo ít ô nhiễm môi trường. Ngay từ sau năm 1950, Nhật Bản đã chế tạo các trạm có năng suất tới 60T/h bởi hãng Niigatar là loại trạm chưa tiên tiến thì đến trước năm 2000 họ đã có những trạm hiện đại có năng suất trên 200 T/h. Hàn Quốc với hãng DONGSUNG, SPECO,… đã có trạm 120-200T/h có hệ thống lọc bụi túi vải. Trung Quốc có hãng KALONG chế tạo được các trạm có năng suất trên 300T/h.
Việt Nam tuy chưa có nền công nghiệp chế tạo máy phát triển nhưng cũng đã đạt những mốc son đáng kể trong lĩnh vực chế tạo trạm trộn bê tông nhựa nóng. Trạm trộn đầu tiên có năng suất 30T/h điều khiển tự động lọc bụi kiểu khô ra đời năm 1993 do các Nhà khoa học của Trường Đại học Giao thông vận tải thiết kế và chuyển giao công nghệ cho Công ty Cơ khí 1-5 chế tạo, đặt nền tảng cho quá trình phát triển công nghiệp chế tạo khoảng 500 trạm có năng suất từ 30 đến 120 tấn/h ở Việt Nam. Đặc biệt hệ móng thép nổi cho trạm trộn bê tông nhựa nóng là sản phẩm sáng tạo của các nhà khoa học Trường Đại học Giao thông vận tải Hà Nội - Việt Nam đã được trưng bày lần đầu tiên trên thế giới tại Hội chợ triển lãm quốc tế Giảng Võ - Hà Nội năm 1994. Tới năm 2007 giải pháp móng thép nổi cho trạm trộn bê tông nhựa nóng được giới thiệu lần thứ hai tại Hội chợ Quốc tế máy xây dựng lần thứ 9 ở Bắc Kinh - Trung Quốc. Giải pháp này đã mang lại lợi ích kinh tế rất lớn cho quá trình lắp đặt và di dời trạm trộn. Nhà nước Việt Nam đã ghi nhận sự đóng góp này bằng Giải nhất Giải thưởng sáng tạo Việt Nam VIFOTEC năm 1997 cho PGS. TS Nguyễn Văn Hợp, TS Nguyễn Bính và các cộng sự. Bên cạnh Công ty Cơ khí 1-5 còn có Công ty Cơ khí Công trình, Công ty TNHH Kiên Cường… cũng chế tạo được trạm trộn bê tông nhựa nóng. Từ năm 2010 Công ty TNHH VinaBima tuy mới chế tạo trạm bê tông nhựa nóng, nhưng đã làm chủ được công nghệ tạo ra được các trạm có năng suất 120 tấn/h với mức độ hiện đại như của Hàn Quốc. Tính đến năm 2017, tổng số trạm trộn bê tông nhựa nóng đang dùng ở Việt Nam có khoảng 750 trạm có năng suất từ 30 T/h đến 250 T/h do các nước: Mỹ, Nhật, Hàn Quốc, Việt Nam, Đức, Nga, Ý chế tạo. Các trạm này được phân bố trên khắp lãnh thổ Việt Nam, nhưng tập trung nhiều dọc các Quốc lộ và ở khu vực Hà Nội, Tp HCM và lân cận. Riêng các trạm trộn bê tông nhựa nóng kiểu trộn tự do liên tục có năng suất 25 T/h do Việt Nam chế tạo từ những năm 1993 là loại nhỏ có chất lượng bê tông nhựa nóng khó kiểm soát, quy trình vận hành không thuận tiện nên đã dừng sản xuất từ năm 2000.
Ngày nay xu hướng phát triển các trạm trộn bê tông nhựa nóng trên thế giới đang tập trung vào việc chế tạo các trạm có năng suất rất lớn và khả năng lọc bụi rất tốt để giảm thiểu ô nhiễm môi trường. Tiên phong cho hướng này là hãng BENIHOVEN của Đức, ASTEC của Mỹ, SPECO của Hàn Quốc, hãng KALONG của Trung Quốc. Hướng tiếp theo là chế tạo các trạm tái chế được vật liệu bóc ra từ mặt đường bê tông nhựa theo công nghệ bóc nguội để tái tạo thành bê tông nhựa nóng với mức tận dụng được tới 25% và tới 65% vật liệu tái chế. Hãng ASTEC của Mỹ đã chế tạo ra các trạm loại này với năng suất tới 350T/h. Trạm loại này dùng tang sấy kép (doulbe bared) có hệ thống cánh trộn nằm giữa hai lớp vỏ, trộn theo nguyên lý cưỡng bức liên tục.
Tài liệu tham khảo[sửa]
- Nguyễn Bính, Nguyễn Hữu Chí, Nguyễn Quang Phúc – Kỹ thuật khai thác đội máy thi công mặt đường bê tông nhựa- Nxb Xây dựng, Hà Nội- 2016.
- Nguyễn Bính, Nguyễn Văn Hợp, Nguyễn Tiến Hưng – Hồ sơ kỹ thuật trạm bê tông nhựa nóng điều khiển tự động kiểu trộn cưỡng bức chu kỳ… - Trung tâm Nghiên cứu Thực nghiệm Máy xây dựng, Trường Đại học Giao thông Vận tải – Hà Nội 2005.
- Nguyễn Bính- Kinh tế máy xây dựng – Nxb Xây dựng, Hà Nội - 2004
- Trần Quang Quý, Nguyễn Văn Vịnh, Nguyễn Bính – Máy sản xuất vật liệu xây dựng – Nxb GTVT, Hà Nội - 2001.
- Bộ Khoa học và Công nghệ …– Các Công trình và sản phẩm được giải thưởng sáng tạo khoa học – Công nghệ Việt Nam, Hà Nội - 1997
- И.П.Бородачева, Справочник контруктора дорожник машины –“Машиностроение” Москва -1973
