» Nghiên cứu công bố trên Materials cho thấy cát tái chế từ bê tông phế thải, sau khi xử lý và sàng chỉnh kích thước hạt, có thể thay thế hoàn toàn cát tiêu chuẩn trong sản xuất vữa. Kết quả thí nghiệm khẳng định cường độ nén thậm chí còn tăng, mở ra giải pháp bền vững cho lĩnh vực vật liệu xây dựng.
Cát tự nhiên ngày càng khan hiếm và gây áp lực lớn đến môi trường, trong khi lượng bê tông phế thải từ hoạt động xây dựng, phá dỡ không ngừng gia tăng. Việc tận dụng nguồn vật liệu này để sản xuất cát tái chế vừa giảm gánh nặng khai thác tài nguyên, vừa đem lại hiệu quả cơ học tích cực. Kết quả nghiên cứu mới khẳng định tính khả thi của cát tái chế từ bê tông phế thải trong sản xuất vữa xây, gợi mở tiềm năng ứng dụng thực tế cho ngành Xi măng và Xây dựng.
Cốt liệu mịn tái chế từ bê tông phế thải được xử lý bằng phụ gia tạo tinh thể thay thế cát tiêu chuẩn trong vữa xây.
Vì sao cát tái chế từ bê tông phế thải thường kém chất lượng?
Cốt liệu tái chế từ bê tông phế thải từ lâu được xem là một giải pháp thân thiện với môi trường. Tuy vậy, loại cốt liệu này thường không đạt kỳ vọng về tính chất cơ học. Nguyên nhân chính nằm ở độ rỗng cao, khả năng hút nước lớn, sự xuất hiện của các vết nứt vi mô trong vùng tiếp giáp giữa hồ xi măng và cốt liệu, cùng với chất lượng không ổn định do có thể lẫn tạp chất hoặc dính hồ xi măng cũ.
Để khắc phục hạn chế này, các nhà khoa học đã phát triển hai hướng tiếp cận chính. Hướng thứ nhất là “loại bỏ để cải thiện”, sử dụng các phương pháp hóa học hoặc nhiệt để tách bỏ lớp hồ cũ còn bám dính. Hướng thứ hai là “bổ sung để cải thiện”, trong đó các phụ gia, hợp chất tự hàn gắn, chất phủ hoặc phụ gia tạo tinh thể được sử dụng nhằm thẩm thấu và lấp đầy các lỗ rỗng, giúp tăng độ đặc chắc. Đặc biệt, phụ gia tạo tinh thể vốn thường dùng để chống thấm bê tông được kỳ vọng có thể cải thiện tính chất của cát tái chế nhờ khả năng thâm nhập vào cấu trúc hạt và thúc đẩy quá trình kết tinh bên trong.
Cường độ vữa được nâng cao nhưng độ bền chưa cải thiện
Trong nghiên cứu, cát tái chế từ bê tông phế thải được nghiền và sàng chỉnh để có cùng cấp phối hạt với cát tiêu chuẩn. Các mẫu vữa được chế tạo với tỷ lệ thay thế 25%, 50%, 75% và 100% cát tái chế. Để đánh giá hiệu quả của phụ gia tạo tinh thể Admixplus (AD), cát tái chế được xử lý theo 3 cách khác nhau: trộn trực tiếp phụ gia vào hỗn hợp vữa (OPC-X), ngâm cát trong dung dịch phụ gia 15 ngày (OPC-Y) và ngâm trong 45 ngày (OPC-Z).
Các mẫu vữa được kiểm tra bằng nhiều phương pháp: đo tỷ trọng, phân tích nhiệt trọng lượng, hiển vi điện tử quét, nhiễu xạ tia X, huỳnh quang tia X, cùng các thí nghiệm cơ học về nén và uốn, cũng như đánh giá khả năng thấm ion clorua và thấm nước.
Kết quả cho thấy những phát hiện đáng chú ý, vữa với 25- 50% cát tái chế có cường độ nén cao hơn mẫu đối chứng sử dụng hoàn toàn cát tiêu chuẩn, mức tăng có thể đạt tới 15%. Đáng lưu ý, khi chỉ sử dụng cát tái chế, hỗn hợp vữa không cần bổ sung phụ gia siêu dẻo vượt quá định mức chuẩn. Tuy nhiên, khi kết hợp với phụ gia tạo tinh thể, hỗn hợp lại đòi hỏi lượng phụ gia siêu dẻo lớn hơn để duy trì độ linh động, làm giảm tính khả thi khi áp dụng ở quy mô lớn.
Phụ gia tạo tinh thể không mang lại cải thiện về cường độ nén, nhưng có tác động nhất định đến cường độ uốn. Các mẫu OPC-X và OPC-Y có sự cải thiện sau 7 ngày, trong khi mẫu OPC-Z chỉ cho kết quả tích cực muộn hơn, ở tuổi 28 ngày. Về độ bền, kết quả lại chưa đạt kỳ vọng. Khả năng chống thấm nước và kháng ion clorua không được cải thiện, thậm chí trong một số trường hợp còn giảm. Đặc biệt, mẫu OPC-Z cho thấy độ thấm nước lớn hơn cả mẫu dùng cát tiêu chuẩn, có thể do sự tương tác kém giữa phụ gia tạo tinh thể và hồ xi măng, làm suy yếu liên kết ở vùng ITZ.
Kết luận
Nghiên cứu khẳng định cát tái chế từ bê tông phế thải, khi được kiểm soát tốt về cấp phối hạt, hoàn toàn có thể thay thế đến 100 % cát tự nhiên trong sản xuất vữa. Cường độ nén thậm chí có thể được cải thiện rõ rệt mà không cần tăng liều lượng phụ gia hóa dẻo. Tuy nhiên, phụ gia tạo tinh thể hiện chưa chứng minh hiệu quả trong việc nâng cao độ bền và có thể làm tăng nhu cầu phụ gia siêu dẻo, khiến thiết kế cấp phối phức tạp hơn.
Ở giai đoạn hiện tại, ứng dụng thực tiễn nên tập trung tận dụng ưu thế cơ học của cát tái chế từ bê tông phế thải, đồng thời tiếp tục nghiên cứu kết hợp phụ gia khoáng hoặc giải pháp tối ưu hóa cấu trúc để cải thiện độ bền. Với hướng đi này, ngành Xi măng và Xây dựng có thêm lựa chọn bền vững: vừa giảm áp lực lên nguồn cát tự nhiên, vừa tái sử dụng hiệu quả lượng bê tông phế thải đang gia tăng.
Cem.Info
