Từ phế thải trong các nhà máy nhiệt điện, nhóm nghiên cứu của TS Lê Văn Quang đã phối trộn thành công để làm bê tông có độ kết cấu cao cho các công trình xây dựng.

Thay thế 80% xi măng

TS Lê Văn Quang và cộng sự thuộc Phân viện Vật liệu xây dựng miền Nam vừa hoàn thành nghiên cứu sử dụng vật liệu tro bay làm bê tông thay thế xi măng, góp phần bảo vệ môi trường.

TS Quang cho biết, trong những năm tới, vật liệu xây dựng nước ta chắc chắn vẫn là một lĩnh vực quan trọng, có đóng góp đáng kể đến sự nghiệp phát triển của đất nước nói chung cũng như đối với ngành xây dựng nói riêng.

Đến năm 2030, dự báo sản lượng một số chủng loại vật liệu xây dựng chủ yếu ước đạt như sau: Xi măng 125 - 145 triệu tấn (xuất khẩu 25 - 35 triệu tấn), bê tông 250 - 270 triệu m3 các loại.

Bê tông chứa hơn 50% hàm lượng tro bay theo khối lượng thay thế xi măng portland được coi là bê tông hàm lượng tro bay cao “High Volume Fly Ash Concrete” (HVFC). Nó 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, đó là một ưu điểm so với bê tông geopolymer trong ngành xây dựng.

Tro bay thường được đề xuất thay thế xi măng tới 35% tổng khối lượng xi măng portland theo ACI 211, ACI 232. Tuy nhiên, nếu xét về tổng thể ở thời gian dài, các nhà nghiên cứu cho rằng việc thay thế xi măng bằng tro bay có thể lên tới 50% hoặc lớn hơn.

TS Lê Văn Quang và cộng sự đã nghiên cứu loại bê tông sử dụng hàm lượng tro bay thay thế đến 80% xi măng portland. Loại bê tông này sử dụng cho mục đích kết cấu trong công trình xây dựng, tiết kiệm tài nguyên thiên nhiên và hạn chế ô nhiễm môi trường. Qua đó làm chủ công nghệ chế tạo bê tông hàm lượng tro bay cao sử dụng cho kết cấu trong công trình xây dựng.

Sau 2 năm nghiên cứu triển khai, nhóm đã chế tạo thành công bê tông hàm lượng tro bay cao. Bê tông HVFC có các tính chất về độ bền lâu như độ thấm ion clo đạt khoảng giá trị từ 310 đến 458 culông và thuộc nhóm có khả năng thấm ion rất thấp.

Độ nở thanh vữa trong môi trường sulfate đạt ở giá trị từ 0,036 đến 0,044%, giá trị này nhỏ hơn 0,05% ở tuổi 180 ngày và thuộc nhóm chất kết dính có khả năng kháng sulfate cao.

Ngoài ra, khả năng bảo vệ ăn mòn cốt thép của bê tông HVFC cũng cho kết quả vượt trội hơn với bê tông thường, khi độ pH đạt khoảng 11,61 đến 11,82 (cao hơn mẫu đối chứng pH 10,66 ở tuổi 180 ngày); hàm lượng ion hòa tan trong a xít của bê tông HVFC đều có giá trị thấp khoảng từ 0,020 - 0,025% và nằm trong giới hạn cho phép về ngưỡng ăn mòn theo các tiêu chuẩn thế giới hiện hành.

Kết quả về điện thế ăn mòn đo được theo phương pháp gia tốc chu kỳ khô + nhiệt - ẩm đều cho giá trị thấp < -350mV nằm dưới ngưỡng xác suất 90% cốt thép có thể bị ăn mòn.

Giải quyết vấn đề tro xỉ nhiệt điện

Theo chia sẻ của TS Lê Văn Quang, nhóm nghiên cứu cũng đã ứng dụng bê tông HVFC ở tỷ lệ 80% tro bay thay thế xi măng vào sản xuất 20 cọc vuông bê tông cốt thép, có sử dụng thép dự ứng lực căng trước.

Kết quả thực nghiệm tại nhà máy cho thấy, mô-đun uốn nứt đều đạt yêu cầu, hoàn toàn phù hợp với yêu cầu và thiết kế cọc đã đặt ra ban đầu.

Phân tích đánh giá hiệu quả kinh tế kỹ thuật cho thấy, bê tông HVFC có giá thành tương đương với bê tông thương phẩm thông thường.

Bê tông sử dụng tro bay thay thế xi măng trong sản xuất có các ưu điểm như: Các cấp phối tối ưu đã được lựa chọn phù hợp với yêu cầu cường độ nén ≥ 40 MPa, độ bền cao, các tính chất khác đều vượt trội hơn so với bê tông đối chứng, đặc biệt về các tính chất độ bền lâu.

Việc sử dụng tro bay trong sản xuất xi măng giúp giảm lượng lớn chất thải công nghiệp của các nhà máy nhiệt điện mà vẫn đáp ứng được yêu cầu kỹ thuật của các tiêu chuẩn hiện hành.

Theo nhóm nghiên cứu, có thể sử dụng các dây chuyền, thiết bị sản xuất bê tông chất lượng cao để sản xuất bê tông hàm lượng tro bay cao, do công nghệ trộn hỗn hợp bê tông tương tự nhau.

Bê tông hàm lượng tro bay cao có chất lượng tương đương so với bê tông chất lượng cao không sử dụng tro bay, chi phí sản xuất tương đương, có thể sử dụng trong các công trình xây dựng khác nhau mà vẫn đảm bảo được yêu cầu thiết kế công trình.

“Kết quả đề tài này sẽ là một trong những bước đi trong việc thiết kế, chế tạo vật liệu phục vụ nhu cầu đời sống, xã hội; góp phần giải quyết vấn đề phát thải tro xỉ và giảm thiểu phát thải khí CO2 trong ngành công nghiệp bê tông; hạn chế ô nhiễm môi trường, góp phần đa dạng hóa các nguồn nguyên liệu thay thế xi măng portland bằng sử dụng phế thải ở hàm lượng lớn, tiết kiệm tài nguyên thiên nhiên”, TS Quang nói.