Nghiên cứu vật liệu thay thế cát san lấp

Công đoạn thu gom bùn thải ở nhà máy phục vụ nghiên cứu.

PGS.TS Huỳnh Trọng Phước đã nghĩ đến giải pháp vật liệu thay thế an toàn cho môi trường, dồi dào nguồn cung.

Tận dụng phụ phẩm công nghiệp

Việc thiếu cát san lấp nền tại nhiều dự án cao tốc, đường giao thông trọng điểm ở Đồng bằng sông Cửu Long cũng như nhiều tỉnh phía Nam đang ngày càng trầm trọng. Trên cả nước, hầu hết các công trình giao thông trọng điểm đều đang gặp khó khăn trong việc tìm nguồn đất, cát san lấp mặt bằng.

Việc thiếu nguồn cát san lấp đã được cảnh báo từ nhiều năm nay. Bởi các mỏ cát đang được khai thác trên những con sông từ miền Bắc đến miền Trung, khu vực Đông Nam Bộ và đặc biệt là những dòng sông ở Đồng bằng sông Cửu Long ngày càng cạn kiệt, hết trữ lượng khai thác.

PGS.TS Huỳnh Trọng Phước, giảng viên Trường Bách khoa, Trường ĐH Cần Thơ và các cộng sự đã nghĩ đến nguồn nguyên liệu dồi dào chưa được sử dụng là các loại phụ phẩm công nghiệp (bùn lắng, tro xỉ nhiệt điện than, xỉ lò đốt rác…) để làm vật liệu san lấp.

PGS Phước cho biết, nghiên cứu được thực hiện khi ông làm tiến sĩ tại Đại học Khoa học và Kỹ thuật Quốc gia Đài Loan 7 năm trước. Khi đó một doanh nghiệp xử lý nước thải tại Đài Bắc đặt hàng nghiên cứu dùng bùn lắng sẵn có tại nhà máy làm thành vật liệu để san lấp nội bộ trong khuôn viên.

TS Phước cùng nhóm nghiên cứu đã phát triển công thức phối trộn bùn lắng với tro bay cùng một lượng nhỏ xi măng và phụ gia khác để làm thành vật liệu cường độ thấp có kiểm soát (CLSM). Xi măng và phụ gia được thêm vào sẽ tạo môi trường thuận lợi cho tro bay và bùn lắng tham gia các phản ứng hóa học, tạo thành vật liệu CLSM có khả năng chịu lực.

PGS.TS Huỳnh Trọng Phước cho biết, loại bùn lắng trong nhà máy xử lý nước thải chứa hàm lượng khá cao silic dioxide (SiO2) và nhôm oxide (Al2O3) gần tương đồng với thành phần của tro bay có trong các nhà máy nhiệt điện than. Khối lượng riêng và thành phần hạt của hai loại vật liệu này không chênh nhau nhiều nên rất thích hợp phối trộn làm thành vật liệu CLSM.

Tương ứng với phụ phẩm công nghiệp ở mỗi nguồn sẽ có công thức xử lý, tỷ lệ kết hợp các thành phần khác nhau. Vật liệu mới thay thế cát san lấp có thể được điều chỉnh các tính chất theo từng mục đích ứng dụng khác nhau để làm bê tông hay vật liệu san lấp vì có độ cứng và chịu lực khác nhau ở từng công thức.

Nguồn nguyên liệu dồi dào, bền vững

Sau nhiều lần thử trong phòng thí nghiệm, đánh giá và hiệu chỉnh các khâu, nhóm đã tối ưu hóa công thức để sản phẩm đạt yêu cầu sử dụng. Đây cũng là bước khó khăn và mất nhiều thời gian nhất, phải tính toán thiết kế, phối trộn.

Nhóm phải thử đi thử lại khá nhiều lần vì mỗi lần điều chỉnh một lượng nhỏ thành phần, đặc tính của sản phẩm sẽ thay đổi nhiều. Ngoài ra, phương pháp và quy trình trộn, dạng thiết bị sử dụng cũng tác động nhiều đến kết quả nghiên cứu.

So sánh với vật liệu san lấp cát truyền thống, PGS Phước cho rằng đây là hai phương pháp hoàn toàn khác nhau. Khi san lấp bằng cát thông thường dựa vào năng lượng lu lèn để đầm chặt vật liệu đến một độ chặt thiết kế thì nghiệm thu.

Còn CLSM là dạng vật liệu cường độ thấp có kiểm soát, như một dạng bê tông được thiết kế với tính chất phục vụ cho từng mục đích khác nhau, tức hoàn toàn có thể điều chỉnh theo yêu cầu sử dụng. Yêu cầu về chất lượng càng cao thì chi phí sản xuất cũng sẽ tăng tương ứng.

Theo PGS Phước, để ứng dụng tại Việt Nam, cần xây dựng bộ tiêu chuẩn kỹ thuật làm cơ sở tính toán định mức nguyên vật liệu, để đưa vào công trình cầu đường dùng vốn ngân sách.

Nghiên cứu này yêu cầu nguồn nguyên liệu phải đảm bảo tính ổn định, liên tục để thực hiện các công trình quy mô lớn. Với tro bay có thể đáp ứng, song về bùn thải theo PGS Phước khó thỏa mãn vì các hệ thống xử lý nước mất 1 - 2 năm mới nạo vét một lần.

Có thể giải quyết việc này bằng cách nghiên cứu sử dụng nguồn tài nguyên khác thay thế bùn thải hoặc thay đổi công thức tăng giảm tỷ lệ nguyên liệu nhưng vẫn đáp ứng yêu cầu.

Với những kết quả nghiên cứu đã công bố, việc sản xuất vật liệu thay thế cát san lấp từ phụ phẩm công nghiệp là rất có tiềm năng nhân rộng vào thực tiễn. Vấn đề cốt lõi là nguồn nguyên liệu đầu vào phải có chất lượng ổn định và phải đảm bảo đủ số lượng cho sản xuất ở quy mô công nghiệp.

Sắp tới đây, từ hàm lượng lớn tro bay nhiệt điện than, PGS Phước sẽ thực hiện thử nghiệm công trình trải bê tông cho lớp mặt của tuyến đường nông thôn dài khoảng 200m tại thị trấn Cái Tắc (huyện Châu Thành A, Hậu Giang).

Nhật Phong