Nghiên cứu thành công bê tông sử dụng tro bay thay thế 80% lượng xi măng

Ứng dụng công nghệ mới

Bê tông là một trong những vật liệu xây dựng bền vững nhất về mặt sản xuất và bảo trì so với các vật liệu xây dựng khác. Tuy nhiên, thành phần chính trong bê tông là xi măng (chiếm 5-20% khối lượng bê tông). Đây là vật liệu chiếm hơn 74-81% lượng phát khí thải gây hiệu ứng nhà kính.

Trong khi đó, tại Việt Nam đang có hơn 25 triệu tấn tro, xỉ được thải ra mỗi năm chủ yếu từ các nhà máy điện trên cả nước. Hầu hết lượng tro, xỉ này được vận chuyển ra ngoài bãi thải. Nếu lượng tro xỉ không được tái chế sử dụng, đến năm 2030 ước tính tồn trữ cả nước lên đến 422 triệu tấn. Về lâu dài, tro bay sẽ tác động xấu đến môi trường, chiếm diện tích đất để tồn chứa lớn, lãng phí nguồn tài nguyên.

Trên thế giới, một số nước đã nghiên cứu dùng tro bay thay thế xi măng làm vật liệu đúc bê tông “xanh” (thân thiện môi trường) với tỷ lệ khuyến cáo thay thế 35% tổng khối lượng xi măng Portland (ACI 211, ACI 232). Tuy nhiên, nhiều nhà nghiên cứu cho rằng việc thay thế xi măng bằng tro bay có thể lên đến 50% hoặc lớn hơn. Loại bê tông này thậm chí còn có một số tính chất vượt trội, được gọi là HVFC (High Volume Fly Ash Concrete).

Xuất phát từ các yếu tố trên, nhóm nghiên cứu của Phân viện Vật liệu xây dựng miền Nam (Viện Vật liệu xây dựng - Bộ Xây dựng) triển khai nhiệm vụ khoa học - công nghệ "Nghiên cứu chế tạo bê tông hàm lượng tro bay cao dùng cho các kết cấu công trình xây dựng", với hàm lượng tro bay thay thế xi măng lên đến 80%. 

Theo Tiến sĩ Lê Văn Quang, Chủ nhiệm nhiệm vụ, HVFC khác hoàn toàn với bê tông hệ Geopolymer (có thể thay thế tro bay 100%). HVFC không yêu cầu bảo dưỡng nhiệt, không đòi hỏi sử dụng kiềm cao. Tuy nhiên HVFC có nhược điểm lớn là phát triển cường độ chậm, đặc biệt ở tuổi sớm. Điều này khiến HVFC làm giảm tiến độ thi công, khai thác công trình, khó sử dụng trong thời tiết lạnh...

Cũng theo Tiến sĩ Lê Văn Quang, nếu sử dụng bê tông HVFC cho mục đích kết cấu, buộc phải cải thiện cường độ tuổi sớm. “Vì vậy, ngoài mục đích sử dụng hàm lượng tro bay cao thay thế xi măng Portland đến 80% để chế tạo bê tông cho mục đích kết cấu, chúng tôi còn nghiên cứu để thúc đẩy sự phát triển cường độ sớm cho loại bê tông này, ngoài những biện pháp truyền thống đã có”, Tiến sĩ Lê Văn Quang nhấn mạnh.

Mở ra hướng ứng dụng mới

Để chế tạo bê tông HVFC, nhóm nghiên cứu sử dụng nguyên vật liệu là xi măng PC40 Nghi Sơn, tro bay của nhà máy nhiệt điện Duyên Hải 1, cốt liệu nhỏ (cát sông, cát nghiền), cốt liệu lớn (đá dăm), nước, vôi bột hydrat Ca(OH)2. Ngoài ra, nhóm còn sử dụng các phụ gia siêu dẻo, Silica fume và hỗn hợp hóa chất tăng tốc, đông kết sớm và tăng cường độ sớm cho bê tông HVFC. “Lượng vôi Ca(OH)2 được bổ sung hợp lý vào trong bê tông để tham gia vào phản ứng Puzolanic với tro bay cũng như bảo đảm tính kiềm để bảo vệ cốt thép”, Tiến sĩ Lê Văn Quang giải thích.

Kết quả, nhóm nghiên cứu đã chế tạo được bê tông HVFC, với tỷ lệ tro bay thay thế xi măng lên tới 80%, đáp ứng được các tính chất cơ học như cường độ nén, uốn, nén chẻ, mô-đun đàn hồi và độ co ngót khô. Kết quả thử nghiệm cho thấy bê tông HVFC hoàn toàn có thể ứng dụng vào thực tế nhờ vào việc đã cải thiện được cường độ ở tuổi sớm và vẫn tiếp tục phát triển cường độ mạnh mẽ ở những tuổi muộn, vượt rất nhiều so với yêu cầu đề ra.

Nhóm nghiên cứu cũng đã ứng dụng bê tông HVFC tỷ lệ 80% tro bay thay thế xi măng vào sản xuất cọc vuông bê tông cốt thép. Sản phẩm dùng tốt trong ép móng cọc công trình.

Đánh giá đề tài, Phó Giám đốc Phân Viện Vật liệu Xây dựng Miền Nam Nguyễn Hữu Tài nhận định, bê tông HVFC có giá thành tương đương với bê tông thương phẩm thông thường nên về cơ bản có thể có tính khả thi cao. Hơn nữa việc sử dụng lên đến 80% tro bay thay thế xi măng có thể giải quyết được vấn đề ô nhiễm môi trường đối với chất thải tro xỉ nhiệt điện, tiết kiệm tài nguyên, cũng như giảm phát thải khí nhà kính. 

Đề tài này mới được Sở Khoa học và Công nghệ thành phố Hồ Chí Minh nghiệm thu. Phó Giáo sư, Tiến sĩ Vũ Hồng Nghiệp, Chủ tịch Hội đồng nghiệm thu đề tài cho biết cả 5/5 thành viên hội đồng đều đánh giá nghiên cứu đạt mọi yêu cầu đề ra và đạt yêu cầu so với đơn đặt hàng của Sở. Sản phẩm có tính ứng dụng cao, mở ra cơ hội chế tạo sản phẩm bê tông ứng dụng trong nhiều lĩnh vực đời sống xã hội.