Thông qua việc thực hiện dự án khoa học và công nghệ (KH&CN) cấp quốc gia “Hoàn thiện công nghệ chế tạo vật liệu geopolyme trên cơ sở nguồn nguyên liệu tại chỗ sử dụng cho các công trình ven biển và hải đảo”, các kỹ sư, cán bộ kỹ thuật thuộc Công ty Cổ phần đầu tư xây dựng thương mại Việt Pháp đã nghiên cứu, chế tạo thành công bê tông geopolyme có cường độ cao, thân thiện với môi trường và bền trong môi trường xâm thực.
khoa họckhoa - công nghệ đổi sáng tạo học - công nghệ đổi sáng tạo Sản xuất bê tông bền môi trường biển từ nguồn nguyên liệu chỗ TS Nguyễn Mạnh Tuấn Công ty Cổ phần đầu tư xây dựng thương mại Việt Pháp Thông qua việc thực dự án khoa học cơng nghệ (KH&CN) cấp quốc gia “Hồn thiện cơng nghệ chế tạo vật liệu geopolyme sở nguồn nguyên liệu chỗ sử dụng cho cơng trình ven biển hải đảo”, kỹ sư, cán kỹ thuật thuộc Công ty Cổ phần đầu tư xây dựng thương mại Việt Pháp (Công ty Việt Pháp) nghiên cứu, chế tạo thành cơng bê tơng geopolyme có cường độ cao, thân thiện với môi trường bền môi trường xâm thực Sản phẩm chế tạo từ nguồn nguyên liệu dồi chỗ xỉ lò cao, tro bay, cát mặn nước biển…, đáp ứng hiệu nhu cầu xây dựng cơng trình vùng biển đảo, đồng thời giúp giải lượng đáng kể chất thải từ nhà máy gang thép, nhiệt điện Tìm lời giải cho cơng trình bê tơng cốt thép vùng biển đảo Việt Nam có bờ biển dài 3.200 km, với gần 3.000 đảo lớn nhỏ Vì thế, cơng tác phát triển sở hạ tầng phục cho kinh tế biển mục tiêu quốc phòng cấp thiết Tuy nhiên, việc xây dựng cơng trình ven biển hải đảo gặp nhiều khó khăn thiếu hụt nguồn nguyên liệu thích hợp để chế tạo vật liệu bê tơng Như biết, loại bê tông thông thường chế tạo cách phối trộn xi măng Portland (OPC) với nước cốt liệu cát, đá, với yêu cầu hàm lượng ion clo thấp (TCVN 4506:2012) nên sử dụng cát nước biển Trên giới, có số nghiên cứu khử mặn cho nước biển sử dụng nước mưa thay cho nước Tuy nhiên, việc xây dựng nhà máy khử mặn vùng hải đảo khó khăn, cộng với trình khử mặn cho nước biển tiêu tốn nhiều lượng Ở Việt Nam, việc sử dụng nước mưa cho sản xuất bê tơng khơng có tính khả thi cao, khu vực khan nước thường có lượng mưa thấp, chí chưa đủ phục vụ nhu cầu sinh hoạt Như vậy, việc khử mặn nước biển hay sử dụng nước mưa ý nghĩa mặt khoa học tính thực tế Hiện Việt Nam, để sản xuất bê tơng cho cơng trình hải đảo ven biển phải dựa vào nguồn nguyên vật liệu (xi măng, nước ngọt, cát, đá) vận chuyển từ đất liền, chi phí tốn Do xây dựng môi trường ven biển, bị xâm thực nghiêm trọng, gây phá hoại kết cấu, nên tuổi thọ cơng trình bị giảm đáng kể Chi phí để sửa chữa, khắc phục hậu tượng ăn mòn bê tơng cốt thép mơi trường biển chiếm tới 30-70% tổng mức đầu tư xây dựng công trình Để hạn chế tốc độ xâm thực, TCVN 9139:2012 đưa yêu cầu kỹ thuật nguyên vật liệu thành phần bê tông để tăng độ bền cho cơng trình xây dựng Trong có yêu cầu cụ thể mác bê tông tối thiểu, mác chống thấm bê tông, chiều dày lớp bảo vệ loại xi măng sử dụng Tuy nhiên, loại bê tông từ xi măng bền sulphate, bê tơng cường độ Ăn mòn bê tơng cốt thép cơng trình ven biển Số năm 2018 25 Khoa học - Cơng nghệ đổi sáng tạo cao thử nghiệm bị ăn mòn nứt vỡ Trong năm gần đây, nhiều nghiên cứu nước hướng đến việc sử dụng phụ gia khống bê tơng bê tơng cường độ cao nhằm hạn chế tác nhân gây ăn mòn kết cấu bê tơng bê tơng cốt thép Một số khác lại hướng tới việc sử dụng cát mặn để chế tạo bê tông, nghiên cứu nhà khoa học thuộc Hội xây dựng TP Hồ Chí Minh, Cơng ty Cổ phần đầu tư xây dựng Thạch Anh Tuy nhiên, nghiên cứu sử dụng chất kết dính để gắn kết hạt cốt liệu xi măng Portland, khiến độ bền bê tông môi trường xâm thực mạnh không cao Để giải cách triệt để vấn đề nêu trên, Công ty Việt Pháp đặt mục tiêu chế tạo loại vật liệu có cường độ cao, thân thiện với môi trường bền môi trường xâm thực sở tận dụng nguồn nguyên liệu dồi chỗ (cát mặn, nước biển) Qua trình phân tích cho thấy, vật liệu geopolyme giải tốt vấn đề Rất nhiều nghiên cứu vật liệu geopolyme thực giới kể từ năm 1970 khẳng định điều đó, đầu giáo sư Davidovits (Pháp) Bê tông geopolyme có nhiều ưu điểm như: Cường độ cao, tốc độ đóng rắn nhanh; khả chống mài mòn cao, chịu xâm thực tốt; cho phép giảm hiệu ứng nhà kính từ 26-45% so với bê tông xi măng thông thường Bê tông geopolyme chưa sử dụng rộng rãi chất kết dính geopolyme đề cập nhiều nghiên cứu chưa triển khai sử dụng rộng rãi thực tiễn Bên cạnh đó, tồn tranh cãi giá thành việc sử dụng chất hoạt hóa kiềm dạng lỏng 26 Các cơng trình ứng dụng vật liệu Australia khơng thuận tiện cho q trình thi cơng công trường Tuy nhiên, nhược điểm khắc phục triệt để sử dụng loại geopolyme dạng bột (có tên gọi onecrete) kết hợp với chất thải cơng nghiệp xỉ lò cao (nhà máy luyện gang thép), tro bay (nhà máy nhiệt điện) Onecrete vật liệu bền với môi trường xâm thực Tập đoàn APTES (Advanced Protective Technology for Engineering Structures) thuộc Đại học Melbourne (Australia) phối hợp với Viện Kỹ thuật cơng trình xây dựng (Trường Đại học Xây dựng) nghiên cứu, chế tạo Môi trường kiềm vật liệu kích hoạt phản ứng geopolyme hóa, giúp phụ gia khống kết dính hạt cốt liệu, tạo thành khối đồng có cường độ cao, chống ăn mòn sulphate tốt Onecrete đánh giá loại vật liệu thân thiện với mơi trường phát thải khí nhà kính giảm thiểu nguy chất thải cơng nghiệp Rất nhiều cơng trình vùng ven biển Australia sử dụng vật liệu thay Số năm 2018 cho bê tơng thường Trên sở hợp tác với Viện Kỹ thuật công trình xây dựng cơng nghệ chế tạo onecrete, Cơng ty Việt Pháp đề xuất Bộ KH&CN phê duyệt thực dự án “Hồn thiện cơng nghệ chế tạo vật liệu geopolyme sở nguồn nguyên liệu chỗ sử dụng cho cơng trình ven biển hải đảo” thuộc Chương trình “Hỗ trợ phát triển doanh nghiệp KH&CN tổ chức KH&CN thực chế tự chủ, tự chịu trách nhiệm” (Chương trình 592) Dự án có nhiệm vụ ứng dụng cơng nghệ vật liệu nêu trên, tiếp tục nghiên cứu hoàn thiện quy trình cơng nghệ, dây chuyền thiết bị để sản xuất thử nghiệm vật liệu geopolyme sở nguồn nguyên liệu sẵn có thành phố Hải Phòng vùng lân cận tro bay Nhà máy nhiệt điện Phả Lại, xỉ lò cao Nhà máy thép Hòa Phát, cát mặn, nước biển; đồng thời nghiên cứu, cải tiến điều chỉnh công nghệ sản xuất cho phù hợp với điều kiện thực tế thành phố Hải Phòng khoa học - cơng nghệ đổi sáng tạo Hiệu dự án Ngay sau ký kết hợp đồng thực dự án, Công ty Việt Pháp nhận chuyển giao cơng nghệ từ phía Viện Kỹ thuật cơng trình xây dựng Tập đồn APTES Qua q trình nghiên cứu hồn thiện cơng nghệ theo điều kiện thực tế thành phố Hải Phòng, doanh nghiệp tạo loại bê tông với cường độ tối thiểu đạt 30 Mpa sở nguồn nguyên liệu chỗ (cát mặn nước biển), hồn tồn khơng sử dụng xi măng, sản phẩm có khả chống ăn mòn, xâm thực tốt, thích hợp cho cơng trình ven biển hải đảo Việc nghiên cứu, ứng dụng sản xuất vật liệu geopolyme thay bê tông thường mang lại lợi ích kinh tế to lớn cho địa phương ven biển hải đảo Khi so sánh giá vật liệu bê tông thường với vật liệu geopolyme sử dụng cát mặn nước biển, vật liệu có đơn giá cao (bảng 1) Tuy nhiên, tính chi phí vận chuyển nguyên vật liệu, cộng với chi phí bảo trì, bảo dưỡng độ bền cơng trình sử dụng bê tơng thường mơi trường xâm thực (20 năm bê tông thường 50 năm vật liệu geopolyme) việc sử dụng chất kết dính geopolyme cho thấy ưu vượt trội Theo số liệu thống kê, chi phí sửa chữa bảo dưỡng định kỳ cơng trình ven biển, hải đảo lên tới 70% tổng mức đầu tư xây dựng cơng trình, gánh nặng lớn cho ngân sách địa phương Đánh giá tác động tới môi trường, dự án sử dụng nguyên liệu sẵn có địa phương cát mặn, nước biển thay cho cát vàng nước mở hướng cho cơng tác xây dựng cơng trình, giảm khai thác cát tràn lan - nguyên Bảng So sánh giá thành vật liệu cho m3 bê tông thường bê tông sử dụng cát mặn, nước biển Nguyên liệu Đơn vị Bê tông thường Giá (đồng) Vật liệu Xi măng PCB40 Hoàng Thạch kg 1.550 450 Giá thành 697.500 Bê tông cát mặn, nước biển Vật liệu Giá thành - Tro bay kg 900 - 200 180.000 Xỉ lò cao kg 1.000 - 220 220.000 Phụ gia Onecrete kg 44.000 - 30 1.320.000 Cát mặn kg - 690 Cát vàng kg 320 700 224.000 - Đá dăm kg 200 1.150 230.000 1.150 Nước sản xuất m3 9.796 0,17 1.665 - Nước biển m3 0,17 TỔNG 1.153.165 nhân gây tượng sạt lở bờ sơng, đe dọa tính mạng, đời sống hàng vạn hộ dân Theo Quy hoạch phát triển hệ thống sản xuất hệ thống phân phối thép giai đoạn đến 2020, có xét đến năm 2025 Bộ Cơng thương (Quyết định số 694/QĐ-BCT) tổng lượng xỉ thải ngành công nghiệp thép năm 2025 23 triệu Cũng theo Bộ Công thương, Quy hoạch phát triển điện lực Việt Nam giai đoạn 2011-2020 có xét đến năm 2030 (Quy hoạch điện VII), nhiều nhà máy nhiệt điện đầu tư xây dựng đưa vào vận hành nhằm tăng tổng công suất điện sản xuất từ nhiệt điện lên 35.000 MW vào năm 2020 75.000 MW vào năm 2030, kéo theo lượng tro xỉ thải hàng năm 25 triệu vào năm 2020 38 triệu vào năm 2030 Chính thế, việc tái sử dụng loại phế thải cơng nghiệp góp phần giảm đáng kể chi phí xử lý, loại bỏ chúng Các nghiên cứu rằng, lượng phát thải khí CO2 q trình sản xuất xi măng Portland OPC gây cao gấp lần so với sử dụng 230.000 1.950.000 vật liệu geopolyme dùng phế thải công nghiệp nêu Tuổi thọ cơng trình nâng cao khơng mang lại lợi ích kinh tế việc bảo trì, sửa chữa mà góp phần giảm đáng kể lượng phế thải xây dựng phá dỡ cơng trình hư hỏng, tạo môi trường, cảnh quan xanh, sạch, giúp ổn định sống người dân địa phương ven biển hải đảo, tiền đề quan trọng để phát triển kinh tế biển, đảm bảo an ninh, quốc phòng cho vùng biển hải đảo quốc gia Về phía Cơng ty Việt Pháp, thành cơng dự án giúp doanh nghiệp tạo công ăn việc làm ổn định cho khoảng 20 lao động trực tiếp địa phương, với thu nhập trung bình 60 triệu đồng/người/ năm Đây sở để đơn vị đăng ký chứng nhận doanh nghiệp khoa học công nghệ, khẳng định vai trò mũi nhọn mơ hình trình phát triển kinh tế - xã hội đất nước ? Số năm 2018 27 ... thành vật liệu cho m3 bê tông thường bê tông sử dụng cát mặn, nước biển Nguyên liệu Đơn vị Bê tông thường Giá (đồng) Vật liệu Xi măng PCB40 Hoàng Thạch kg 1.550 450 Giá thành 697.500 Bê tông cát... bền bê tông môi trường xâm thực mạnh không cao Để giải cách triệt để vấn đề nêu trên, Công ty Việt Pháp đặt mục tiêu chế tạo loại vật liệu có cường độ cao, thân thiện với mơi trường bền môi trường. .. bị ăn mòn nứt vỡ Trong năm gần đây, nhiều nghiên cứu nước hướng đến việc sử dụng phụ gia khoáng bê tông bê tông cường độ cao nhằm hạn chế tác nhân gây ăn mòn kết cấu bê tông bê tông cốt thép Một