Sử dụng chất thải trong sản xuất vật liệu xây dựng (VLXD) từ lâu đã được ứng dụng tại nhiều nước trên thế giới. Trong phạm vi bài viết này, chúng ta cùng tìm hiểu về việc ứng dụng sử dụng các chất thải công nghiệp trong sản xuất các VLXD cơ bản tại Liên bang Nga.
Để cải thiện các chỉ số kinh tế kỹ thuật cơ bản trong ngành công nghiệp sản xuất vật liệu xây dựng (VLXD) cần ứng dụng các công nghệ tiên tiến trong tái chế chất thải của các ngành luyện kim, năng lượng và nhiều ngành khác. Nhờ thành phần hóa học đặc thù, các chất thải này giúp giảm đáng kể lượng xi măng, clinker tiêu hao trong sản xuất bê tông. Ngoài ra, thông qua xử lý, một số loại chất thải còn có thể thay thế các thành phần tự nhiên của xi măng và bê tông.
Tro xỉ thải từ các nhà máy nhiệt điện và các loại đá quặng từ quá trình khai thác nguyên liệu luyện kim, chất thải của quá trình làm giàu quặng, xỉ phospho, thạch cao phosopho... là những dạng chất thải công nghiệp cơ bản nhất - với khối lượng lên tới hàng trăm tiêu tấn - có triển vọng ứng dụng rộng rãi trong sản xuất các vật liệu xây dựng cơ bản, trong đó có xi măng pooclăng thành phần tro xỉ, chất kết dính có tro kiềm. Ứng dụng chất thải công nghiệp sẽ đáp ứng việc phổ biến rộng rãi các loại cốt liệu nhẹ mới, hiệu quả cao; chế tạo và ứng dụng các loại phụ gia đa năng mới cho bê tông.
Chất thải các ngành công nghiệp luyện kim, năng lượng và một số ngành khác được sử dụng rộng rãi để sản xuất bê tông và cho hiệu quả kinh tế to lớn, giảm chi phí nguyên liệu đầu vào và năng lượng tiêu thụ cho ngành xây dựng, cải thiện môi trường sinh thái.
Thành phần quan trọng nhất của bê tông - xi măng - đòi hỏi tiêu hao năng lượng nhiều nhất để sản xuất. Ứng dụng các phụ gia khoáng trong thành phần xi măng, hoặc ứng dụng trực tiếp trong bê tông là giải pháp hiệu quả giúp giảm lượng xi măng trong bê tông, gián tiếp giảm nhu cầu năng lượng cho sản xuất.
Tro xỉ thải từ các nhà máy nhiệt điện và các loại đá quặng từ quá trình khai thác nguyên liệu luyện kim, chất thải của quá trình làm giàu quặng, xỉ phospho, thạch cao phosopho... là những dạng chất thải công nghiệp cơ bản nhất - với khối lượng lên tới hàng trăm tiêu tấn - có triển vọng ứng dụng rộng rãi trong sản xuất các vật liệu xây dựng cơ bản, trong đó có xi măng pooclăng thành phần tro xỉ, chất kết dính có tro kiềm. Ứng dụng chất thải công nghiệp sẽ đáp ứng việc phổ biến rộng rãi các loại cốt liệu nhẹ mới, hiệu quả cao; chế tạo và ứng dụng các loại phụ gia đa năng mới cho bê tông.
Chất thải các ngành công nghiệp luyện kim, năng lượng và một số ngành khác được sử dụng rộng rãi để sản xuất bê tông và cho hiệu quả kinh tế to lớn, giảm chi phí nguyên liệu đầu vào và năng lượng tiêu thụ cho ngành xây dựng, cải thiện môi trường sinh thái.
Thành phần quan trọng nhất của bê tông - xi măng - đòi hỏi tiêu hao năng lượng nhiều nhất để sản xuất. Ứng dụng các phụ gia khoáng trong thành phần xi măng, hoặc ứng dụng trực tiếp trong bê tông là giải pháp hiệu quả giúp giảm lượng xi măng trong bê tông, gián tiếp giảm nhu cầu năng lượng cho sản xuất.
Xỉ lò cao được ứng dụng phổ biến trong sản xuất xi măng và bê tông tại Nga
Tại Nga, phụ gia được sử dụng phổ biến hơn cả trong bê tông đa cấu tử là xỉ lò cao - sản phẩm phụ trong quá trình đúc gang từ quặng sắt, với khối lượng 0,4 - 0,65 tấn/01 tấn gang.
Khoảng 80% xỉ lò cao được xử lý để sản xuất xi măng. Trong khi đó, đá dăm, đá bọt có tỉ lệ tương ứng là 65, 30 và 5%.
Trong thành phần xi măng pooclăng, xỉ lò cao chiếm khoảng 20%. Với xi măng xỉ sản xuất trong nước, xỉ lò cao có thể chiếm tới 50%.
Xỉ lò cao được ứng dụng nhiều nhất tại Nhật Bản và Trung Quốc. Để tiết kiệm xi măng, các nhà sản xuất thường áp dụng phương pháp nghiền mịn xỉ lò cao trong các máy nghiền tới khi đạt được tỉ diện bề mặt 250 - 300m2/kg. Để tiết kiệm 10 - 10% xi măng, xỉ thường được đưa vào bê tông theo một lượng tương đương lượng xi măng được thay thế. Việc co xỉ vào thay thế một phần cát (với khối lượng thể tích khoảng 150 - 200kg/m3) sẽ cho phép tiết kiệm đồng thời một phần xi măng.
Khi sử dụng xỉ có khối lượng thể tích tối ưu 150 - 200kg/m3 (cao hơn khối lượng thể tích của xi măng clinker) có thể tiết kiệm 40 - 70% xi măng trong thành phần bê tông, đồng thời cường độ bê tông vẫn tăng lên đáng kể.
Nhiều nghiên cứu cho thấy, việc sử dụng xỉ có tỉ diện lớn kết hợp với các phụ gia siêu dẻo có thể sản xuất được bê tông có cường độ tối thiểu 80MPa.
Trong các loại xỉ luyện kim cho hiệu quả cao khi ứng dụng vào sản xuất bê tông và bê tông cốt thép, cần nhắc tới oxit silic (SiO2) - được hình thành trong quá trình sản xuất ferosilic, có tỉ diện cao 20.000kg/m2. Trong bê tông, thành phần hợp lý của oxit silic sẽ khoảng 8-14%.
Kinh nghiệm của nhà máy VLXD Cheliabinsk (Nga) về việc đưa oxit silic vào vữa bê tông đã được phổ biến rộng rãi. Sử dụng oxit silic cho phép tiết kiệm tới 80% xi măng; sản xuất được bê tông cường độ cao (có thể đạt 100MPa và cao hơn); loại trừ được công đoạn xử lý nhiệt đối với bê tông mác B15 và B25 (M200 - M300); thu được bê tông bền sunphát và có tính chống thấm cao. Do đó, đây là nguyên liệu đặc biệt quan trọng khi sản xuất các ống bê tông cốt thép, bể bơi, xây cọc chống, cột... Sử dụng oxit silic kèm việc ứng dụng các phụ gia hóa học - ví dụ phụ gia tăng độ ninh kết cho bê tông (natri sulphat) có thể loại trừ việc hình thành chất gỉ muối nhờ tương tác giữa oxit silic không định hình và sulphat natri với việc gia cường kết cấu.
Khoảng 80% xỉ lò cao được xử lý để sản xuất xi măng. Trong khi đó, đá dăm, đá bọt có tỉ lệ tương ứng là 65, 30 và 5%.
Trong thành phần xi măng pooclăng, xỉ lò cao chiếm khoảng 20%. Với xi măng xỉ sản xuất trong nước, xỉ lò cao có thể chiếm tới 50%.
Xỉ lò cao được ứng dụng nhiều nhất tại Nhật Bản và Trung Quốc. Để tiết kiệm xi măng, các nhà sản xuất thường áp dụng phương pháp nghiền mịn xỉ lò cao trong các máy nghiền tới khi đạt được tỉ diện bề mặt 250 - 300m2/kg. Để tiết kiệm 10 - 10% xi măng, xỉ thường được đưa vào bê tông theo một lượng tương đương lượng xi măng được thay thế. Việc co xỉ vào thay thế một phần cát (với khối lượng thể tích khoảng 150 - 200kg/m3) sẽ cho phép tiết kiệm đồng thời một phần xi măng.
Khi sử dụng xỉ có khối lượng thể tích tối ưu 150 - 200kg/m3 (cao hơn khối lượng thể tích của xi măng clinker) có thể tiết kiệm 40 - 70% xi măng trong thành phần bê tông, đồng thời cường độ bê tông vẫn tăng lên đáng kể.
Nhiều nghiên cứu cho thấy, việc sử dụng xỉ có tỉ diện lớn kết hợp với các phụ gia siêu dẻo có thể sản xuất được bê tông có cường độ tối thiểu 80MPa.
Trong các loại xỉ luyện kim cho hiệu quả cao khi ứng dụng vào sản xuất bê tông và bê tông cốt thép, cần nhắc tới oxit silic (SiO2) - được hình thành trong quá trình sản xuất ferosilic, có tỉ diện cao 20.000kg/m2. Trong bê tông, thành phần hợp lý của oxit silic sẽ khoảng 8-14%.
Kinh nghiệm của nhà máy VLXD Cheliabinsk (Nga) về việc đưa oxit silic vào vữa bê tông đã được phổ biến rộng rãi. Sử dụng oxit silic cho phép tiết kiệm tới 80% xi măng; sản xuất được bê tông cường độ cao (có thể đạt 100MPa và cao hơn); loại trừ được công đoạn xử lý nhiệt đối với bê tông mác B15 và B25 (M200 - M300); thu được bê tông bền sunphát và có tính chống thấm cao. Do đó, đây là nguyên liệu đặc biệt quan trọng khi sản xuất các ống bê tông cốt thép, bể bơi, xây cọc chống, cột... Sử dụng oxit silic kèm việc ứng dụng các phụ gia hóa học - ví dụ phụ gia tăng độ ninh kết cho bê tông (natri sulphat) có thể loại trừ việc hình thành chất gỉ muối nhờ tương tác giữa oxit silic không định hình và sulphat natri với việc gia cường kết cấu.
(còn nữa)
VLXD.org (Nguồn: Tạp chí KHCN Xây dựng)
