Tại các thành phố lớn của Việt Nam như Hà Nội và TP. Hồ Chí Minh, số lượng công trình cao tầng đang gia tăng nhanh chóng. Điều này đặt ra yêu cầu cấp thiết về việc giảm trọng lượng vật liệu kết cấu và tường ngăn chia nhằm giảm tải trọng tổng thể cho công trình, đồng thời vẫn phải duy trì hoặc cải thiện độ bền vật liệu.

 

Bên cạnh đó, việc sản xuất gạch đất sét nung truyền thống gây ra nhiều tác động tiêu cực đến môi trường. Cụ thể, để sản xuất 1 tỷ viên gạch đất sét nung tiêu chuẩn, cần tiêu tốn khoảng 1.500.000 m3 đất sét (tương đương 75 ha đất nông nghiệp với độ sâu khai thác 2m) và 150.000 tấn than. Quá trình này đồng thời thải ra khoảng 0,57 triệu tấn khí CO2 gây hiệu ứng nhà kính cùng nhiều loại khí độc hại khác. Do đó, việc nghiên cứu và phát triển các loại gạch nhẹ không nung thân thiện môi trường, với phát thải CO2​ thấp trong quá trình sản xuất, là một yêu cầu cấp thiết từ thực tiễn.

Gạch nhẹ không nung thân thiện với môi trường đang nhận được sự quan tâm và ứng dụng rộng rãi trên thế giới. Loại vật liệu mới này tận dụng hiệu quả các nguồn phế thải công nghiệp nhiệt điện và luyện kim như tro bay, xỉ lò cao. Khi phối trộn các nguồn nguyên liệu thải này với chất hoạt hóa, vật liệu sẽ đạt cường độ cần thiết mà không cần qua bất kỳ quá trình xử lý nhiệt độ cao nào như gạch truyền thống. Điều này giúp giảm đáng kể năng lượng sản xuất. Ngoài ra, gạch nhẹ không nung còn có khả năng cách âm tốt, cách nhiệt cao với hệ số dẫn nhiệt nhỏ (dưới 1,0 W/m.K) và không sinh ra các hợp chất độc hại như vật liệu cách nhiệt polyurethane. Vì vậy, phát triển sản xuất và sử dụng gạch không nung nhẹ thân thiện với môi trường là xu thế tất yếu, hướng tới xây dựng bền vững.

Mục tiêu chính của nghiên cứu này là phát triển công nghệ sản xuất vật liệu xây không nung (VLXKN) mới, cụ thể là block bê tông geopolymer nhẹ lắp ghép. Nhóm nghiên cứu do TS. Tống Tôn Kiên và các cộng sự tại Trường Đại học Xây dựng Hà Nội đã tập trung vào việc tận dụng hiệu quả các nguồn nguyên liệu địa phương sẵn có và phế thải công nghiệp (như tro xỉ nhiệt điện và xỉ lò cao hạt hóa nghiền mịn - XLC) để tạo ra một sản phẩm bền vững và thân thiện với môi trường. Đề tài "Nghiên cứu chế tạo block bê tông geopolymer nhẹ, ứng dụng cho kết cấu vách ngăn lắp ghép trong công trình nhà cao tầng" là minh chứng cho hướng đi này.

Nghiên cứu tập trung vào việc lựa chọn chất tạo rỗng và đề xuất cấp phối vật liệu hợp lý để tạo ra sản phẩm gạch block không nung có khối lượng thể tích khoảng 600-1200 kg/m3, đồng thời đạt yêu cầu về cường độ và các tính năng khác, đảm bảo khả năng ứng dụng tốt làm kết cấu vách ngăn lắp ghép trong công trình nhà cao tầng. Sản phẩm block bê tông nhẹ geopolymer có nhiều ưu điểm về tính năng cơ học: cường độ chịu kéo và nén tốt, biến dạng co ngót ít, chịu nhiệt tốt. Đặc biệt, việc sử dụng công nghệ tạo rỗng bằng bọt khí (foam) hoặc bằng hạt xốp (styrofoam) sẽ mang lại khả năng cách âm, cách nhiệt vượt trội.

Qua các kết quả nghiên cứu, đề tài đưa ra một số kết luận như sau:

Đề tài đã chế tạo thành công hỗn hợp bê tông geopolymer nhẹ và block bê tông nhẹ để ứng dụng cho kết cấu vách ngăn lắp ghép trong các công trình nhà cao tầng. Sản phẩm block bê tông geopolymer có khối lượng thể tích từ 700-1000 kg/m3 và cường độ nén đạt 3,2-13,5 MPa. Những sản phẩm này được tạo ra dựa trên việc sử dụng phụ gia khoáng xỉ lò cao, tro bay, kết hợp với các nguồn nguyên liệu địa phương.

Nghiên cứu cũng đã xác định được các quy luật ảnh hưởng của thành phần cấp phối đến tính chất của bê tông geopolymer, bao gồm tỷ lệ xỉ lò cao – tro bay, hàm lượng kiềm M+, mô đun kiềm AM, tỉ lệ N/CKD và hàm lượng thể tích hạt xốp. Từ đó, đề tài đã tìm ra tỷ lệ vật liệu hợp lý để chế tạo block bê tông nhẹ có kích thước 300x300x100mm đạt mác B>3,5 và khối lượng thể tích D<1000 theo TCVN 9029:2017. Cụ thể, tỷ lệ này là: 60% tro bay kết hợp với 40% xỉ lò cao, M+=5, AM=1, N/CKD=0,3 và HX=50% thể tích.

Ngoài ra, đề tài đã thiết lập quy trình công nghệ và đề xuất các thiết bị phù hợp để sản xuất sản phẩm bê tông geopolymer. Đồng thời, đã xây dựng được hướng dẫn kỹ thuật chi tiết từ khâu lựa chọn vật liệu đầu vào, thiết kế cấp phối đến trộn hỗn hợp, tạo hình và bảo dưỡng sản phẩm.

Việc sử dụng tấm tường bê tông geopolymer nhẹ làm kết cấu vách ngăn trong nhà cao tầng mang lại hiệu quả vượt trội về kinh tế-kỹ thuật-môi trường so với tường gạch đất sét nung truyền thống. Cụ thể, sản phẩm giúp:

• Giảm trên 42% trọng lượng kết cấu tường.
• Tiết kiệm hơn 43% chi phí vận chuyển vật liệu.
• Giảm phát thải nhà kính CO2 trên 46%.
• Giảm tới trên 333 lần mức tiêu thụ năng lượng khi sản xuất vật liệu so với tường gạch rỗng đất sét nung.

Để tiếp tục phát triển và ứng dụng rộng rãi, đề tài kiến nghị cần tiếp tục nghiên cứu ảnh hưởng của kích thước hạt xốp và vi cấu trúc bê tông geopolymer. Đồng thời, nghiên cứu sản xuất thử và đánh giá ứng xử của kết cấu tấm tường bê tông geopolymer nhẹ khi chịu tải trọng thực tế, từ đó tiếp tục đánh giá chính xác hiệu quả giảm chi phí tổng thể của công trình sử dụng kết cấu tường bê tông geopolymer nhẹ làm vách ngăn lắp ghép.

Có thể tìm đọc toàn văn báo cáo kết quả nghiên cứu (mã số 21203/2022) tại Cục Thông tin, Thống kê.

P.T.T (NASTIS)