Sử dụng tro bay thay thế một phần cát sông trong xây dựng

Nguyễn Ngọc Sơn, SV Lớp 19XC1, Khoa Kỹ thuật Xây dựng, Trường ĐH Sư phạm Kỹ thuật, ĐH Đà Nẵng đã thử nghiệm chế tạo được các bê tông sử dụng tro bay thay thế 20-60% cát sông. Các bê tông mới này có cường độ và độ bền vượt trội so với bê tông sử dụng hoàn toàn cát sông. Các loại bê tông này hoàn toàn có thể ứng dụng trong xây dựng mặt đường ô tô. Đề tài này đã lọt vào vòng chung kết cuộc thi Sinh viên nghiên cứu khoa học TP Đà Nẵng.

Cạn kiệt nguồn cát sông

Ở Việt Nam, nhu cầu sử dụng cát sông ngày càng tăng cao trong những năm gần đây. Điều này dẫn đến tình trạng thiếu hụt nghiêm trọng nguồn cát sông cho sản xuất bê tông xi măng và vữa. Năm 2020, nguồn cung cấp cát sông từ các khu vực khai thác hợp pháp trong nước chỉ đủ đáp ứng 40 - 50% nhu cầu. Việc tìm kiếm các vật liệu mới để thay thế một phần hoặc toàn bộ cát sông là rất quan trọng. Khai thác quá mức cát sông không những làm cạn kiệt tài nguyên thiên thiên mà còn gây ra các vấn đề môi trường nghiêm trọng như xói lở bờ sông, dịch chuyển dòng chảy, ô nhiễm nước và lũ lụt.

Thí nghiệm đo độ sụt giữa các mẫu bê tông với tỉ lệ sử dụng tro bay khác nhau. (Ảnh: NVCC)

Trong khi đó, Việt Nam hiện có khoảng 29 nhà máy nhiệt điện đốt than đang hoạt động, phát thải ra tổng lượng tro, xỉ thải khoảng 16 triệu tấn/năm, tổng tỷ lệ tiêu thụ tro, xỉ thải tại các nhà máy nhiệt điện khoảng 48%. Tìm giải pháp để tiêu thụ lượng tro, xỉ thải nhiều hơn trong thời gian tới sẽ góp phần bảo vệ môi trường, tiết kiệm diện tích đất làm bãi chứa, giảm sử dụng tài nguyên khoáng sản để sản xuất vật liệu xây dựng, đảm bảo phát triển bền vững.

Chính phủ đã tiếp tục khuyến khích, kêu gọi các nhà nghiên cứu, các bộ, ngành và doanh nghiệp đẩy mạnh việc sử dụng tro, xỉ thải làm nguyên liệu sản xuất vật liệu xây dựng và trong công trình xây dựng.

TS Hồ Văn Quân, Trường ĐH Sư phạm Kỹ thuật, ĐH Đà Nẵng, giảng viên hướng dẫn đề tài cho sinh viên Nguyễn Ngọc Sơn thông tin: “Khi sử dụng tro bay thay thế xi măng trong bê tông tươi, chúng thường gây ra vấn đề chậm phát triển cường độ ở tuổi sớm. Do vậy lượng tro bay thường được sử dụng không quá 15-20%. Đây cũng là lý do chính hạn chế việc sử dụng tro bay trong bê tông”.

Bài toán gia tăng tỉ lệ tro bay

SV Nguyễn Ngọc Sơn Xác đã tiến hành nhiều thí nghiệm với các vật liệu gồm xi măng, phụ gia siêu dẻo, đá dăm, cát sông và tro bay, nước trộn để làm các mẫu bê tông xi măng. Các thí nghiệm này nhằm xác định ảnh hưởng của tro bay đến một số tính chất của bê tông tươi, tính chất cơ học và độ bền của bê tông cứng.

Một số mẫu trụ trong thí nghiệm sử dụng một phần tro bay thay thế cát sông trong bê tông xi măng, đề tài nghiên cứu khoa học của SV Nguyễn Ngọc Sơn. (Ảnh: NVCC)

Nguyễn Ngọc Sơn so sánh: “Với hỗn hợp bê tông không tro bay thì chỉ cần sử dụng phụ gia siêu dẻo 2,25 kg/m3. Đối đối với các hỗn hợp bê tông có tỉ lệ 20 tro bay 40 tro bay và 60 tro bay thì phụ gia siêu dẻo tăng lên tương ứng là 2,70, 4,05 và 5,85 kg/m3 để đạt độ sụt 4 - 6 cm. Như vậy, khi sử dụng tro bay thay thế 20 - 60% cát sông làm giảm độ sụt của các hỗn hợp bê tông, lượng tro bay thay thế cát sông càng nhiều thì lượng phụ gia siêu dẻo càng nhiều. Điều này là do các hạt tro bay mịn, tỉ diện bề mặt thấm ướt lớn nên cần lượng phụ gia siêu dẻo nhiều hơn để làm ướt khi nhào trộn”.

Nguyễn Ngọc Sơn đã phân tích các mẫu bê tông xi măng ở 7 và 28 ngày tuổi. Trong đó, các mẫu có bê tông đối chứng sử dụng 100% cát sông, các bê tông thay thế cát sông lần lượt là 20% tro bay, 40% tro bay và 60% tro bay theo thể tích.

Kết quả phân tích mẫu cho thấy: “Nếu tro bay được thay thế một phần cát sông có thể sẽ không làm chậm sự phát triển cường độ ở tuổi sớm mà có thể còn gia tăng cường độ về lâu dài, đồng thời lượng tro bay được sử dụng sẽ nhiều hơn, góp phần giải quyết được vấn đề tồn chứa tro bay, giảm thiểu được việc khai thác và sử dụng cát sông” – Nguyễn Ngọc Sơn thông tin.

"Kết quả nghiên cứu của SV Nguyễn Ngọc Sơn cho thấy hoàn toàn có thể sử dụng các loại bê tông xi măng sử dụng 20 - 60% tro bay thay thế cát sông để xây dựng mặt đường ô tô, đặc biệt là những nơi có nhà máy nhiệt điện hoạt động sẽ mang lại cả lợi ích kinh tế và môi trường. Việc sử dụng tro bay thay thế một phần cát sông còn có thể giảm được giá thành xây dựng, đặc biệt là những vùng lân cận các nhà máy nhiệt điện đốt than đang hoạt động" - TS Hồ Văn Quân, Trường ĐH Sư phạm Kỹ thuật, ĐH Đà Nẵng cho biết.