Nghiên cứu khoa học

Chuyện về bộ TCVN của UHPC

Chuyện về bộ TCVN của UHPC

Nguyễn Hoàng Linh Nguyễn Hoàng Linh - 07:00, 12/05/2024

Tạp chí Xây dựng - Bộ xây dựngViệc nghiên cứu sử dụng phụ gia khoáng thay thế một phần xi măng trong bê tông tính năng siêu cao UHPC có ý nghĩa to lớn về mặt kỹ thuật, kinh tế và môi trường, góp phần vào mục tiêu phát triển xây dựng xanh bền vững.

Trong bài phỏng vấn đăng trên Tạp chí Xây dựng số tháng 3/2024, TS Trần Bá Việt  đã có một câu cảm thán khiến không ít người cảm thấy chạnh lòng: “Những người làm khoa học chỉ có sản phẩm thôi, ở đây tôi nhấn mạnh là sản phẩm đích thực, có kiểm nghiệm, kiểm chứng và được đánh giá với đầy đủ cơ sở khoa học. Còn đưa được khoa học công nghệ vào thực tiễn lại là những bước đi, mà đôi khi, chúng tôi thật khó hiểu, khó lý giải nổi”. 

Ông là tác giả của một số sáng chế về “Bê tông tính năng siêu cao - UHPC” sử dụng vật liệu sẵn có và thiết kế cấp phối phù hợp, được Cục Sở hữu trí tuệ cấp bằng vào tháng 6/2023.

Một câu hỏi đặt ra, tại sao một sản phẩm nghiên cứu có tính hữu ích và khả năng ứng dụng cao ở một đất nước đang khao khát vươn lên như Việt Nam và trong một xu thế của thời đại là kinh tế xanh… mà số phận lại bị thờ ơ như đứa con bị bỏ rơi vậy?

Theo các nhà nghiên cứu, có 5 công nghệ xanh của 2024 và lâu xa hơn nữa đang được quan tâm trên toàn cầu:

Đứng đầu là công nghệ xây dựng xanh: Trước thực tế đáng báo động về ảnh hưởng tác động của ngành công nghiệp xây dựng với môi trường sống, cảnh quan và hệ sinh thái, nhiều chuyên gia đô thị nhận định, phát triển công trình xanh và xây dựng ít carbon sẽ là một trong những giải pháp bền vững để giải quyết các vấn đề ô nhiễm môi trường, nâng cao chất lượng sống.

Thứ hai, công nghệ thu hồi và lưu trữ carbon: Một câu hỏi ngày càng cấp bách cũng được đặt ra cho các nhà nghiên cứu là phải làm gì nếu nhiệt độ toàn cầu tăng quá mức 1,5oC. Muốn thế phải thúc đẩy công nghệ thu hồi và lưu trữ carbon, lấy carbon từ khí quyển và sử dụng nó để tạo ra tổng hợp nhiên liệu. 

Thứ ba, công nghệ lưu trữ năng lượng tái tạo: Trong quá trình chuyển đổi sang năng lượng tái tạo, một vấn đề quan trọng là tìm ra cách cung cấp năng lượng sạch một nhất quán. Để thực hiện được điều này, chúng ta cần có khả năng lưu trữ số lượng lớn trong thời gian dài với chi phí thấp.

Thứ tư, công nghệ sử dụng phổ biến Hydro: Một số người dự đoán rằng đến năm 2050, Hydro cuối cùng sẽ cung cấp năng lượng cho hơn 400 triệu ôtô, lên tới 20 triệu xe buýt và hơn 20% số tàu khách. So với phương tiện chạy bằng động cơ đốt, xe chạy bằng Hydro thân thiện với môi trường hơn nhiều. 

Thứ năm, công nghệ tái chế (hoàn thành xử lý chất thải): Tái chế để biến chất thải thành vật liệu hoặc sản phẩm mới, có thể sử dụng được. Các công ty và tổ chức đổi mới trên khắp thế giới đang tìm kiếm cách tái chế chất thải hiện có thành nhiên liệu, phân bón đến quần áo và xe đạp. 

Kể ra như vậy để thấy rằng, công nghệ xây dựng xanh đang có vai trò quan trọng như thế nào đối với bất cứ sự phát triển kinh tế của một quốc gia nào, và với Việt Nam chắc chắn không loại trừ.

Vậy các sản phẩm “Bê tông tính năng siêu cao - UHPC” sử dụng vật liệu sẵn có và thiết kế cấp phối phù hợp của TS Trần Bá Việt liệu có thể được liệt vào dòng sản phẩm công nghệ xây dựng xanh không?

Trước hết, cần nhắc lại, Bê tông tính năng siêu cao (Ultra High Performance Concrete - UHPC) là một sản phẩm bê tông thế hệ mới được nghiên cứu và phát triển trên thế giới từ những năm 1990 với các đặc tính vượt trội về cả tính chất cơ học và độ bền lâu so với bê tông thường và bê tông cường độ cao.

Bên cạnh đó, loại bê tông này còn có khả năng uốn và kéo (do có cốt sợi phân tán) như các loại vật liệu đàn hồi - dẻo, hay có thể thay thế bê tông cốt thép thông thường, với khối lượng kết cấu giảm tới 60 - 70%. 

Các ứng dụng thực tế của bê tông UHPC cũng đã thực hiện đối với kết cấu cầu, kết cấu vượt nhịp lớn... ở một số nước trên thế giới như Hoa Kỳ khoảng 300 cây cầu UHPC, Canada khoảng 99 cây cầu UHPC, Malaysia khoảng 230 cây cầu UHPC, Trung Quốc, Hàn Quốc, Nhật Bản... 

Tuy nhiên, theo TS Trần Bá Việt, Việt Nam có những điều kiện thuận lợi trong việc tận dụng nguyên liệu tự nhiên, sẵn có. Một số nghiên cứu thăm dò của Viện Vật liệu xây dựng (Bộ Xây dựng), Công ty CP Sáng tạo công nghệ Việt Nam, Đại học Xây dựng Hà Nội, đã cho thấy, có thể sử dụng cát trắng thạch anh ven biển, hàm lượng thạch anh thấp hơn yêu cầu cát cho công nghiệp thủy tinh - là cát trắng tận thu ven biển, với các thành phần hạt phù hợp làm cốt liệu nhỏ và cốt liệu mịn trong cấp phối bê tông tính năng siêu cao UHPC. 

Cát thạch anh tự nhiên có hàm lượng SiO2 chỉ từ 90 - 96% so với cát thủy tinh có yêu cầu SiO2 từ 98 - 99,5%. Nguồn cát này hiện nay đang làm vật liệu san nền, có nhiều tại Cam Ranh, Đà Nẵng, Quảng Bình, Quảng Nam, Bình Định và một số nơi khác, nên phù hợp với việc tận dụng để chế tạo ra bê tông tính năng siêu cao UHPC, đem lại hiệu quả cao trong sử dụng tài nguyên, giá trị thặng dư lớn khi nhân rộng trong sản xuất công nghiệp. 

Có thể nói, đây là điều kiện thuận lợi về tài nguyên với chất lượng cao, cho phép giảm giá thành của sản phẩm UHPC. Từ đó, sẽ tạo điều kiện đưa sản phẩm UHPC có thể được sử dụng rộng rãi cho các công trình dân dụng hoặc hạ tầng với giá thành cạnh tranh với bê tông cốt thép truyền thống.

Các nghiên cứu gần đây đã chỉ ra có thể sử dụng 10% tro bay FA, 15 - 30% xỉ hạt lò cao nghiền mịn, 7 - 10% silicafume thay thế cho xi măng để sản xuất bê tông tính năng siêu cao UHPC. Các nguyên liệu này là phụ phẩm công nghiệp luyện kim, nhiệt điện và đều phát sinh trong quá trình sản xuất công nghiệp tại Việt Nam.

Các phụ gia khoáng hoạt tính tro bay, xỉ hạt lò cao nghiền mịn, SF, tro trấu nghiền mịn khi sử dụng trong bê tông sẽ có phản ứng với sản phẩm thủy hóa của xi măng là phản ứng pozơlanic tạo ra các sản phẩm dạng CSH độ thấp bazit và làm cho UHPC đạt cường độ cao, bền lâu với môi trường ăn mòn hơn. 

Với những thông tin tóm tắt trên đây, chúng ta hoàn toàn có thể nhận định rằng, đây là một sản phẩm của công nghệ xây dựng xanh “thứ thiệt”, bởi những con số đầy thuyết phục khi đã đáp ứng yêu cầu thứ 5 của công nghệ xanh nêu ở trên.

Theo kết quả dự toán được các cơ quan quản lý Nhà nước của Bộ GTVT, của các tỉnh cho thấy, đối với chi phí trực tiếp, cầu UHPC so với cầu bê tông cốt thép (BTCT) thông thường xấp xỉ bằng nhau.

Tuy nhiên, nếu tính chi phí theo vòng đời của cầu dân sinh bằng BTCT thường là 50 năm, trong khi đó cầu UHPC là 150 năm, thì chi phí tính theo vòng đời của cầu UHPC chỉ bằng khoảng 50% chi phí theo vòng đời của cầu dân sinh BTCT thường.

Công nghệ UHPC có tính năng ưu việt như thế cùng với sự sáng tạo của các nhà nghiên cứu khoa học Việt Nam đã biến chúng thành một sản phẩm xanh, vậy tại sao lại áp dụng vào thực tiễn lại khó khăn?

   

Đến đây, hẳn nhiều người còn nhớ sự lận đận của Bộ GTVT trong cả chục năm trời về việc tìm công nghệ phù hợp để sửa chữa mặt cầu Thăng Long (Hà Nội). Cầu được khởi công xây dựng ngày 26/11/1974, đến tháng 5/1985 được thông xe và đưa vào sử dụng. Từ đó đến sau này, mặt cầu thường xuyên xuất hiện các hư hỏng.

Năm 1999, cầu được cào bóc 3 cm lớp trên và thảm phủ lớp bê tông nhựa mới. Năm 2009, cầu được thay thế lớp phủ mặt cầu cũ bằng công nghệ vật liệu SMA. Tuy nhiên, sau 1 - 2 tháng lại xuất hiện hư hỏng, như mặt đường rạn nứt, bê tông nhựa không dính bám với bản mặt thép, trồi lún bê tông nhựa, hư hỏng khe con giãn...

Tới tháng 3/2010 sữa chữa đợt 1, tháng 01/2012 sửa chữa tiếp đợt 2, song mặt cầu vẫn tiếp tục bong tróc, chỉ nửa năm sau đó, tháng 7 - 8/2012, tiếp tục sửa chữa đợt 3. Sau khi sửa chữa, tháng 9/2012, với lưu lượng giao thông khoảng 20 nghìn lượt xe cộ đi lại trong ngày, mặt cầu lại tiếp tục bong tróc, nứt dọc.

Tới năm 2018, mặt đường bị rạn nứt khoảng 8.730 m2, hằn lún trên diện rộng, 4 trong 8 khe co giãn của cầu Thăng Long bị hỏng.

Cuối cùng, công nghệ UHPC đã được áp dụng vào năm 2021. Các nhà thi công đã cho hàn đinh neo Plasma liên kết với bản thép sau đó lắp đặt lưới cốt thép và rải bê tông cốt sợi thép siêu tính năng UHPC có cường độ chịu nén gấp 3 lần bê tông thông thường, sau đó quét keo epoxy dính bám trước khi thảm bê tông nhựa polime dày tối thiểu 4 cm. 

Các chuyên gia cho hay, với phương án này, mặt cầu sẽ đảm bảo tuổi thọ của lớp bê tông siêu tính năng UHPC tương đương với bản thép mặt cầu, tối thiểu là 30 năm và lớp phủ bê tông nhựa Polime là từ 5 - 10 năm.

Tuy nhiên, cho đến nay, công nghệ UHPC chỉ đang được áp dụng thưa thớt tại Việt Nam. Để có thể được ứng dụng phổ biến trong thực tiễn, TS Trần Bá Việt mong muốn Bộ Xây dựng cùng phối hợp với Bộ KHCN sớm ban hành bộ TCVN về UHPC.

Bộ GTVT phối hợp với Bộ Xây dựng ban hành định mức cầu UHPC với các nhịp và tải trọng khác nhau. Bộ GTVT quyết định chủ trương làm một số đoạn cao tốc đang thiếu cát trầm trọng bằng công nghệ dầm UHPC nhịp lớn…

Với việc này, khi áp dụng cầu UHPC sẽ giảm 22% phát thải carbon so với giải pháp cầu BTCT thông thường, tính cho 1m2 mặt cầu cùng nhịp, cùng tải trọng (số liệu của WB sau khi thử nghiệm xây dựng 3 cầu UHPC tại 3 tỉnh ở Việt Nam), và tiết kiệm 65% khối lượng nguyên vật liệu tài nguyên.

Thiết nghĩ, đây không chỉ là mong muốn đáng trân trọng của một nhà nghiên cứu khoa học tâm huyết, mà còn là nhu cầu tất yếu của một quốc gia trong nỗ lực phát triển nền kinh tế xanh.

Ý kiến của bạn