I. Thủy Tinh Thải và Bê Tông AAC Tổng Quan Tiềm Năng
Bê tông khí chưng áp (AAC) là một loại vật liệu xây dựng nhẹ, xốp, được sản xuất từ hỗn hợp chất kết dính, nguyên liệu chứa oxit silic cao, chất tạo khí và nước. AAC được đóng rắn trong môi trường nhiệt ẩm áp suất cao. Sản phẩm AAC thường ở dạng khối hoặc tấm, không có cốt thép, dùng để xây tường hoặc vách ngăn. Khóa luận nghiên cứu sử dụng thủy tinh thải để thay thế một phần cát trong sản xuất AAC, nhằm giảm chi phí và tận dụng nguồn phế thải. Cùng với sự phát triển của ngành xây dựng, ngành công nghiệp khai thác cát cũng được đẩy mạnh. Tuy nhiên, việc khai thác cát tại các sông có thể làm mất môi trường thủy sinh, phá hủy hệ động – thực vật địa phương, làm mất nơi cư trú và lớp che phủ cho lòng sông. Khi cát bị khai thác khỏi lòng sông, làm xói mòn lòng sông và trực tiếp hạ thấp mực nước ngầm, thay đổi chế độ thủy triều của sông.
1.1. Bê Tông Khí Chưng Áp AAC Định Nghĩa và Phân Loại
Theo TCVN 7959:2017, AAC là bê tông nhẹ có cấu trúc rỗng, được sản xuất từ hỗn hợp gồm chất kết dính, nguyên liệu có hàm lượng oxit silic cao ở dạng bột mịn, chất tạo khí và nước; đóng rắn ở môi trường nhiệt - ẩm áp suất cao trong thiết bị autoclave. Sản phẩm bê tông khí chưng áp là bê tông được sản xuất dưới dạng khối hoặc dạng tấm nhỏ không có thanh cốt gia cường, phù hợp dùng để xây, lắp các kết cấu tường, vách ngăn trong các công trình xây dựng. AAC được phân loại theo cường độ nén (B2, B3, B4, B6, B8) và khối lượng thể tích khô (D400, D500, D600, D700, D800, D900, D1000).
1.2. Thủy Tinh Thải Giải Pháp Tái Chế và Ứng Dụng Xây Dựng
Thủy tinh thải là một nguồn tài nguyên tiềm năng cho ngành xây dựng. Việc sử dụng thủy tinh thải trong bê tông AAC giúp giảm lượng chất thải rắn, tiết kiệm tài nguyên thiên nhiên và giảm tác động môi trường. Khóa luận này tập trung vào việc nghiên cứu ảnh hưởng của thủy tinh thải đến tính chất bê tông AAC, đặc biệt là cường độ nén và khối lượng thể tích khô. Thủy tinh thải từ các nhà máy thường là phần lẫn bột mài sau quá trình gia công cắt gọt. Để tái chế được, chúng phải được loại bỏ đi các tạp chất. Tuy nhiên quá trình này tốn kém chi phí xử lý và không mang lại hiệu quả cao nên các nhà máy sẽ thải bỏ chúng thay vì tái chế.
II. Vấn Đề Khai Thác Cát và Tác Động Môi Trường Nghiêm Trọng
Việc khai thác cát quá mức gây ra nhiều hậu quả nghiêm trọng cho môi trường và xã hội. Khai thác cát tại các sông gây mất môi trường thủy sinh, phá hủy hệ động thực vật, làm mất nơi cư trú của các loài sinh vật. Ngoài ra, còn gây xói mòn lòng sông, hạ thấp mực nước ngầm và thay đổi chế độ thủy triều. Do đó, việc tìm kiếm các nguồn vật liệu thay thế cát là vô cùng cần thiết. Khóa luận này đề xuất sử dụng thủy tinh thải như một giải pháp thay thế tiềm năng, vừa giảm áp lực khai thác cát, vừa giải quyết vấn đề xử lý chất thải.
2.1. Hậu Quả Khai Thác Cát Mất Môi Trường và Thay Đổi Dòng Chảy
Tình trạng khai thác cát tại các mỏ cát trên các sông và khai thác trái phép nhằm mục tiêu lợi nhuận làm cạn kiệt tài nguyên, thay đổi dòng chảy của sông, xói mòn và sạt lở bờ sông ảnh hưởng đến cuộc sống của người dân. Việc khai thác cát quá mức làm suy thoái môi trường, ảnh hưởng đến sinh kế của người dân địa phương và đe dọa sự bền vững của các hệ sinh thái ven sông.
2.2. AAC Hướng Đi Xanh Thay Thế Gạch Đất Nung Truyền Thống
Bên cạnh đó, sản xuất “xanh” và bảo vệ môi trường đang ngày càng được quan tâm. Các phương pháp sản xuất cũ ảnh hưởng đến môi trường cần phải được thay thế. Gạch đất nung sử dụng than để cấp nhiệt sinh ra một lượng lớn khí CO2 ảnh hưởng đến hệ sinh thái. Việc nghiên cứu sản xuất bê tông khí chưng áp đã ra đời nhằm khắc phục những nhược điểm của phương pháp nung cũ. Tuy gọi là bê tông, nhưng được sử dụng như gạch xây thông thường. Bê tông khí chưng áp đã được chứng nhận là loại vật liệu sản xuất theo quy trình xanh – sạch – thân thiện với môi trường.
III. Phương Pháp Nghiên Cứu Tỷ Lệ Thay Thế Thủy Tinh Thải Tối Ưu
Khóa luận sử dụng phương pháp thực nghiệm để đánh giá ảnh hưởng của thủy tinh thải đến tính chất của bê tông AAC. Các mẫu AAC được chế tạo với các tỷ lệ thay thế thủy tinh thải khác nhau (10%, 20%, 30%, 40%). Các mẫu được kiểm tra các chỉ tiêu cơ lý quan trọng như cường độ nén và khối lượng thể tích khô. Ngoài ra, các phép phân tích FTIR, XRD và SEM cũng được sử dụng để nghiên cứu cấu trúc vi mô của bê tông AAC và xác định thành phần pha của vật liệu. Cát, và thạch cao sẽ được nghiền khô bằng máy nghiền bi. Vừa ra khỏi máy nghiền sẽ được rửa với nước để đưa qua bồn trộn tạo thành hỗn hợp vữa cát.
3.1. Quy Trình Thực Nghiệm Chuẩn Bị Mẫu và Kiểm Tra Tính Chất
Các nguyên liệu được sử dụng trong đề tài này bao gồm: Cát, thạch cao, xi măng, vôi, bột nhôm, thủy tinh thải và nước. Các mẫu bê tông thí nghiệm có tỉ lệ thành phần thủy tinh thải thay thế cát là: 10%, 20%, 30%, 40%. Dùng các phương pháp cơ học như đo cường độ nén và đo khối lượng thể tích khô, kết hợp các phép phân tích FTIR, XRD và SEM.
3.2. Phân Tích Cấu Trúc FTIR XRD SEM Đánh Giá Độ Bền Vật Liệu
Các phép phân tích FTIR, XRD và SEM được sử dụng để nghiên cứu cấu trúc vi mô của bê tông AAC. Kết quả đo phổ hồng ngoại biến đổi FT-IR, kết quả đo XRD và kết quả phân tích SEM giúp đánh giá độ bền và khả năng liên kết của các thành phần trong bê tông AAC.
IV. Kết Quả Ảnh Hưởng Của Thủy Tinh Thải Đến Bê Tông AAC
Kết quả nghiên cứu cho thấy việc sử dụng thủy tinh thải có ảnh hưởng đáng kể đến tính chất của bê tông AAC. Cụ thể, các mẫu có tỷ lệ thay thế thủy tinh thải từ 20% đến 40% đều có khối lượng thể tích khô nằm trong khoảng yêu cầu kỹ thuật của bê tông khí chưng áp đang được bán trên thị trường, cường độ nén cao hơn mẫu đối chứng. Điều này cho thấy thủy tinh thải có thể được sử dụng để thay thế cát trong sản xuất bê tông khí áp.
4.1. Khối Lượng Thể Tích Khô và Cường Độ Nén So Sánh Các Mẫu
So sánh các đặc tính của mẫu thay thế với đối chứng đưa ra kết luận về hiệu quả thay thế của thủy tinh thải cho cát trong sản xuất bê tông khí chưng áp. Kết quả nghiên cứu cho thấy tín hiệu khả quan khi các mẫu 20%, 30% và 40% đều có khối lượng thể tích khô nằm trong khoảng yêu cầu kỹ thuật của bê tông khí chưng áp đang được bán trên thị trường, cường độ nén cao hơn mẫu đối chứng.
4.2. Phân Tích FTIR XRD SEM Giải Thích Cơ Chế Tăng Cường
Việc phân tích kết quả FTIR, XRD, SEM giúp giải thích cơ chế tăng cường của thủy tinh thải trong bê tông AAC. Các phân tích này cung cấp thông tin về sự hình thành các pha khoáng mới và sự thay đổi cấu trúc vi mô của vật liệu.
V. Ứng Dụng Thủy Tinh Thải Giảm Chi Phí Sản Xuất Bê Tông
Việc sử dụng thủy tinh thải trong sản xuất bê tông AAC không chỉ mang lại lợi ích về môi trường mà còn giúp giảm chi phí sản xuất. Thủy tinh thải thường có giá thành thấp hơn so với cát tự nhiên, giúp giảm giá thành sản phẩm. Hơn nữa, việc tận dụng thủy tinh thải giúp giảm chi phí xử lý chất thải và tạo ra một chu trình sản xuất khép kín và bền vững. Nay, đề tài của chúng tôi Nghiên cứu thay thế thủy tinh thải cho cát trong gạch bê tông khí chưng áp mong muốn góp phần tạo ra sản phẩm xanh lại vừa giải quyết được vấn đề rác thải của ngành công nghiệp thủy tinh.
5.1. Tiết Kiệm Chi Phí So Sánh Giá Thành và Hiệu Quả Kinh Tế
Đề tài này góp phần làm rõ tính chất của bê tông khí chưng áp từ nguồn thủy tinh thải với SiO2 vô định hình so với cát SiO2 tinh thể. Từ đó tìm ra cấp phối có hàm lượng thay thế thủy tinh thải cho cát cao nhưng vẫn đảm bảo cường độ, giảm chi phí và đạt hiệu quả kinh tế cao.
5.2. Tạo Ra Sản Phẩm Xanh Vòng Đời Sản Phẩm Bền Vững
Ý nghĩa thực tiễn của nghiên cứu: giải quyết vấn đề rác thải công nghiệp của ngành sản xuất thủy tinh, ô nhiễm môi trường từ quá trình nung gạch đất sét truyền thống, và bảo vệ môi trường nhằm hạn chế quá trình khai thác cát xây dựng đồng thời tiết kiệm chi phí sản xuất, thi công các công trình.
VI. Tương Lai Triển Vọng Ứng Dụng Rộng Rãi Thủy Tinh Thải AAC
Nghiên cứu này mở ra triển vọng ứng dụng rộng rãi thủy tinh thải trong sản xuất bê tông AAC, góp phần vào sự phát triển bền vững của ngành xây dựng. Cần có thêm nhiều nghiên cứu sâu hơn để tối ưu hóa tỷ lệ thay thế thủy tinh thải và đánh giá các tính chất khác của bê tông AAC, như độ bền hóa học và khả năng chống cháy. Đồng thời, cần có các chính sách khuyến khích sử dụng vật liệu xây dựng tái chế để thúc đẩy quá trình chuyển đổi sang một nền kinh tế tuần hoàn.
6.1. Nghiên Cứu Mở Rộng Độ Bền Hóa Học và Khả Năng Chống Cháy
Trong tương lai, loại bê tông này được trông đợi sẽ thay thế hoàn toàn cho gạch đất nung. Vừa hạn chế tình trạng khai thác đất sét làm gạch, vừa hạn chế quy trình đốt than, và có thể sản xuất với quy mô công nghiệp.
6.2. Chính Sách Hỗ Trợ Thúc Đẩy Vật Liệu Xây Dựng Tái Chế
Cần xây dựng các tiêu chuẩn và quy chuẩn kỹ thuật cụ thể cho việc sử dụng thủy tinh thải trong bê tông AAC. Các cơ quan nhà nước cần có chính sách khuyến khích và hỗ trợ các doanh nghiệp sản xuất và sử dụng vật liệu xây dựng tái chế để thúc đẩy sự phát triển của ngành này.
