Nghiên cứu chế tạo bê tông nhẹ Polystyrene sử dụng chất thải công nghiệp

Nghiên cứu chế tạo bê tông nhẹ polystyrene từ chất thải nguy hại, mang lại giải pháp bền vững cho ngành xây dựng và bảo vệ môi trường.

• Tác giả: Ths. Đỗ Doãn Dung
• Trường học: Đại học Công nghiệp Thành phố Hồ Chí Minh
• Chuyên ngành: Khoa học Công nghệ và Quản lý Môi trường
• Đề tài: Nghiên cứu chế tạo bê tông nhẹ Polystyrene từ chất thải công nghiệp
• Loại tài liệu: báo cáo tổng kết đề tài khoa học
• Năm xuất bản: 2018
• Địa điểm: Thành phố Hồ Chí Minh

Tóm tắt

I. Tổng quan về nghiên cứu bê tông nhẹ Polystyrene từ chất thải công nghiệp

Bê tông nhẹ Polystyrene (PC) là một loại vật liệu xây dựng mới, được sản xuất từ xi măng và các hạt xốp EPS, có khả năng thay thế một phần nguyên liệu bằng chất thải công nghiệp không nguy hại. Nghiên cứu này nhằm tìm hiểu và phát triển công nghệ sản xuất bê tông nhẹ PC, đồng thời đánh giá khả năng ứng dụng của nó trong ngành xây dựng tại Việt Nam.

1.1. Định nghĩa và đặc điểm của bê tông nhẹ Polystyrene

Bê tông nhẹ Polystyrene là loại bê tông có khối lượng riêng thấp, thường được sử dụng trong các công trình xây dựng nhằm giảm tải trọng cho kết cấu. Đặc điểm nổi bật của nó là khả năng cách nhiệt và cách âm tốt, giúp tiết kiệm năng lượng trong các công trình.

1.2. Tầm quan trọng của việc sử dụng chất thải công nghiệp

Việc sử dụng chất thải công nghiệp không nguy hại trong sản xuất bê tông nhẹ không chỉ giúp giảm thiểu ô nhiễm môi trường mà còn tiết kiệm chi phí sản xuất. Điều này đặc biệt quan trọng trong bối cảnh Việt Nam đang đối mặt với vấn đề khan hiếm nguyên liệu xây dựng.

II. Thách thức trong việc phát triển bê tông nhẹ Polystyrene

Mặc dù bê tông nhẹ Polystyrene có nhiều ưu điểm, nhưng việc phát triển và ứng dụng nó vẫn gặp phải một số thách thức lớn. Những thách thức này bao gồm việc đảm bảo chất lượng sản phẩm, khả năng cạnh tranh với các loại vật liệu truyền thống và việc xử lý chất thải trong quá trình sản xuất.

2.1. Vấn đề chất lượng và độ bền của bê tông nhẹ

Một trong những thách thức lớn nhất là đảm bảo rằng bê tông nhẹ Polystyrene đạt tiêu chuẩn về cường độ và độ bền. Cần có các nghiên cứu sâu hơn để tối ưu hóa công thức phối trộn và quy trình sản xuất.

2.2. Khả năng cạnh tranh với vật liệu truyền thống

Bê tông nhẹ Polystyrene cần phải chứng minh được tính kinh tế và hiệu quả so với các loại vật liệu xây dựng truyền thống như gạch nung hay bê tông thông thường. Điều này đòi hỏi các nghiên cứu về chi phí sản xuất và lợi ích kinh tế.

III. Phương pháp nghiên cứu bê tông nhẹ Polystyrene từ chất thải công nghiệp

Nghiên cứu này sử dụng các phương pháp khoa học hiện đại để phát triển bê tông nhẹ Polystyrene. Các phương pháp này bao gồm thử nghiệm vật liệu, phân tích hóa học và đánh giá tính chất cơ lý của sản phẩm cuối cùng.

3.1. Quy trình sản xuất bê tông nhẹ Polystyrene

Quy trình sản xuất bao gồm việc phối trộn xi măng, hạt xốp EPS và chất thải công nghiệp không nguy hại. Các tỷ lệ phối trộn được điều chỉnh để đạt được khối lượng riêng và cường độ chịu nén mong muốn.

3.2. Phân tích tính chất vật lý và hóa học

Các mẫu bê tông nhẹ được phân tích để xác định các tính chất vật lý như khối lượng riêng, cường độ chịu nén và khả năng chống thấm. Phân tích hóa học cũng được thực hiện để đảm bảo rằng các thành phần sử dụng không gây hại cho sức khỏe con người và môi trường.

IV. Kết quả nghiên cứu và ứng dụng thực tiễn của bê tông nhẹ Polystyrene

Kết quả nghiên cứu cho thấy bê tông nhẹ Polystyrene có thể đạt được các tiêu chí về cường độ và khối lượng riêng tương tự như gạch AAC. Sản phẩm này có thể được ứng dụng rộng rãi trong các công trình xây dựng, đặc biệt là trong các dự án cần tiết kiệm năng lượng.

4.1. Đánh giá cường độ và khối lượng riêng của bê tông nhẹ

Các mẫu bê tông nhẹ Polystyrene đã được thử nghiệm cho thấy cường độ chịu nén đạt yêu cầu tối thiểu, đồng thời khối lượng riêng cũng nằm trong khoảng cho phép. Điều này chứng tỏ khả năng ứng dụng của nó trong xây dựng.

4.2. Ứng dụng thực tiễn trong ngành xây dựng

Bê tông nhẹ Polystyrene có thể được sử dụng trong các công trình nhà ở, văn phòng và các công trình công cộng. Việc sử dụng loại vật liệu này không chỉ giúp tiết kiệm chi phí mà còn góp phần bảo vệ môi trường.

V. Kết luận và triển vọng tương lai của bê tông nhẹ Polystyrene

Bê tông nhẹ Polystyrene từ chất thải công nghiệp không nguy hại là một giải pháp tiềm năng cho ngành xây dựng tại Việt Nam. Nghiên cứu này mở ra hướng đi mới cho việc phát triển vật liệu xây dựng bền vững và thân thiện với môi trường.

5.1. Tóm tắt kết quả nghiên cứu

Nghiên cứu đã chỉ ra rằng bê tông nhẹ Polystyrene có thể được sản xuất với chất lượng cao, đáp ứng các tiêu chí kỹ thuật cần thiết cho ngành xây dựng. Điều này mở ra cơ hội cho việc phát triển các sản phẩm bê tông nhẹ khác trong tương lai.

5.2. Triển vọng phát triển và ứng dụng

Với sự phát triển của công nghệ và nhu cầu ngày càng cao về vật liệu xây dựng bền vững, bê tông nhẹ Polystyrene có thể trở thành một lựa chọn hàng đầu trong ngành xây dựng. Cần tiếp tục nghiên cứu và phát triển để tối ưu hóa quy trình sản xuất và mở rộng ứng dụng của nó.

Trích đoạn nội dung tài liệu

IUH1819 BỘ CÔNG THƯƠNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH BÁO CÁO TỔNG KẾT ĐỀ TÀI KHOA HỌC KẾT QUẢ THỰC HIỆN ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC CẤP TRƯỜNG Tên đề tài: Nghiên cứu chế tạo bê tông nhẹ (Polystyrene concrete) có sử dụng chất thải công nghiệp không nguy hại Mã số đề tài: 171.4041 Chủ nhiệm đề tài: Đỗ Doãn Dung Đơn vị thực hiện: Viện Khoa học Công nghệ và Quản lý Môi trường LỜI CẢM ƠN Để có thể hoàn thành đề tài nghiên cứu này, nhóm nghiên cứu xin chân thành cảm ơn: Trường Đại học Công nghiệp đã chấp thuận cho phép tiến hành nghiên cứu với sự hỗ trợ về tài chính theo mã số 171.4041 Các phòng ban liên quan đã hỗ trợ nhóm nghiên cứu về mặt thủ tục hành chính Phòng Sau đại học và Tạp chí ĐHCN đã hỗ trợ thúc đẩy để các kết quả nghiên cứu này được công bố nhanh nhất giúp đề tài có thể hoàn thành theo kế hoạch Công ty xi măng FICO – Nhà Bè đã hỗ trợ chuyên gia và trang thiết bị cần thiết để thực hiện nghiên cứu Viện KHCN&QL Môi trường đã tạo điều kiện về thời gian để tôi thực hiện đề tài Các đồng nghiệp, bạn bè hỗ trợ với những đóng góp ý kiến về mặt chuyên môn Thành viên nhóm nghiên cứu, và sinh viên đã cố gắng hết sức để hoàn thành nghiên cứu này với kế quả tốt nhất Gia đình đã hỗ trợ về mặt thời gian và tinh thần để có thể hoàn thành nghiên cứu này i PHẦN I. THÔNG TIN CHUNG I. Thông tin tổng quát 1. Tên đề tài: Nghiên cứu chế tạo bê tông nhẹ (Polystyrene concrete) có sử dụng chất thải công nghiệp không nguy hại 2. Danh sách chủ trì, thành viên tham gia thực hiện đề tài Họ và tên TT Đơn vị công tác Vai trò thực hiện đề tài (học hàm, học vị) 01 Ths. Đỗ Doãn Dung Viện KHCN&QLMT Chủ nhiệm đề tài 02 TS. Vũ Bảo Khánh Vitec Sài Gòn Thư ký đề tài 03 TS. Vũ Văn Vân ĐH Nguyễn Tất Thành Viết báo cáo 04 TS. Giang Ngọc Hà ĐH Công nghiệp- Thực phẩm Xử lý số liệu. 05 Trần Thị Phúc Ngân ĐHCN TPHCM Thực hiện thí nghiệm, ghi lại kết quả. 06 Lai Trung Quốc ĐHCN TPHCM Thực hiện thí nghiệm, ghi lại kết quả. Đơn vị chủ trì: 5. Thời gian thực hiện: 1. Theo hợp đồng: từ tháng 12 năm 2017 đến tháng 03 năm 2018. Gia hạn (nếu có): đến tháng 09 năm 2018 1. Thực hiện thực tế: từ tháng 12 năm 2017 đến tháng 8 năm 2018 6. Những thay đổi so với thuyết minh ban đầu (nếu có): (Về mục tiêu, nội dung, phương pháp, kết quả nghiên cứu và tổ chức thực hiện; Nguyên nhân; Ý kiến của Cơ quan quản lý) Ý kiến của cơ quan quản lý:………………………………………………………………………. Tổng kinh phí được phê duyệt của đề tài: 55 000 000 triệu đồng. Kết quả nghiên cứu 1. Đặt vấn đề Nhận thức được các tác động xấu đến môi trường do quá trình sản xuất gạch đất sét nung đem lại, Chính phủ đã có quyết định số 567/QĐ-TTg về việc phát triển vật liệu không nung đến năm 2020 [29], bao gồm gạch xi măng – cốt liệu, gạch nhẹ và gạch khác. Trong các chủng loại sản phẩm, gạch nhẹ từ bê tông nhẹ đã được khuyến khích đưa vào sử dụng ở nhiều nơi [24, 26, 27, 28, 29]. Ở thị trường trong nước, gạch bê tông nhẹ phổ biến nhất hiện nay là gạch bê tông khí chưng áp (bê ii tông AAC). Gạch bê tông bọt, gạch tổ ong… cũng được sử dụng, nhưng với tổng sản lượng sản xuất cao nhất trên khắp cả nước so với các loại gạch không nung khác vẫn thấp hơn gạch bê tông AAC [20, 30, 33, 34, 35]. So với gạch nung truyền thống, điểm mạnh của gạch AAC là có khối lượng riêng nhẹ nên dễ dàng cho vận chuyển và thi công. Tuy nhiên, gạch AAC đòi hỏi sử dụng vữa xây chuyên biệt và yêu cầu nghiêm ngặt về quy trình thi công [20]. Trong khi đó, Gạch tổ ong, gạch bê tông cốt liệu, các khối xây…có khối lượng riêng lớn nên tốn công trong quá trình vận chuyển và thi công. Bên cạnh đó, Sau một thời gian triển khai Quyết định 567/QĐ-TTG, sản phẩm gạch không nung nhìn chung sau khi đưa vào sử dụng có nhiều khiếm khuyết như: tường bị thấm, tường bị nứt, hiện tượng tách lớp giữ lớp vữa xây và vật liệu xây [15, 16, 25, 37, 50]. Ngoài ra, cát vẫn là nguyên liệu không thể thiếu để sản xuất các bê tông AAC, gạch cốt liệu … trong khi vấn đề khan hiếm cát sử dụng trong xây dựng đang được quan tâm. Đó đang là những thách thức lớn cho mục tiêu thay thế hoàn toàn gạch nung cho ngành xây dựng. Hiện nay, Bê tông Polystyrene là loại bê tông nhẹ mới nhất và đang được sử dụng trong xây dựng cơ bản ở các nước tiên tiến như Hoa Kỳ, Nga, Canada… [1, 13, 32] Loại bê tông này đặc trưng với độ hút ẩm dưới 8% và khối lượng riêng tương đương bê tông AAC. Để thi công bằng gạch bê tông Polystyrene, người thợ xây chỉ cần sử dụng vữa xây thông thường và cách thức xây tương tự gạch nung truyền thống. Bên cạnh đó, ngoài việc sử dụng nguyên liệu chính là xi măng và các hạt xốp EPS, bê tông polystyrene còn có thể sử dụng các chất thải công nghiệp không nguy hại thay thế một phần nguyên liệu sản xuất [2, 4, 9, 22]. Về đặc tính sản phẩm, bê tông Polystyrene là giải pháp để khắc phục các nhược điểm của các loại gạch bê tông nhẹ hiện có tại Việt Nam, và hỗ trợ thúc đẩy công tác bảo vệ môi trường, và có thể mở ra hướng để thay đổi được hoàn toàn gạch nung. Tại Việt Nam, cũng có những đề tài nghiên cứu liên quan đến việc ứng dụng hạt EPS để tạo rỗng cho bê tông. Tiêu biểu là đề tài “Khảo sát tối ưu thành phần của bê tông nhẹ tạo rỗng bằng hạt EPS để sản xuất panel tường và panel sàn dùng cho công trình nhà ở lắp ghép” [14]. Sản phẩm thu được có khối lượng riêng từ 850 – 1300 kg/m3 vẫn còn cao hơn nhiều so với gạch AAC và gạch bê tông bọt. Và sản phẩm của nghiên cứu này vẫn có sử dụng cát làm cốt liệu. Vì thế, cần nghiên cứu thêm để tìm ra sản phẩm bê tông polystyrene (Polystyrene concrete - PC) tối ưu có khối lượng riêng và cường độ tương tự gạch AAC với mục đích sử dụng là làm vật liệu xây không chịu lực. Với mong muốn tự chủ về năng lượng và giảm tỷ trọng kinh tế dựa vào việc xuất khẩu nguyên liệu thô như dầu mỏ, Việt Nam đã cấp phép đầu tư cho nhiều nhà máy lọc dầu trải dài trên lãnh thổ. Tuy nhiên, cả nước mới chỉ có nhà máy lọc hoá dầu Bình Sơn đang hoạt động ổn định với công suất trên 10.000 triệu thùng dầu/năm. Trong quá trình hoạt động một lượng chất thải rắn công nghiệp đáng kể bị thải ra và yêu cầu phải có giải pháp xử lý và quản lý thích hợp. Trong số đó có xúc tác FCC bị mất hoạt tính (hay còn gọi là xúc tác qua sử dụng- gọi tắt là “RFCC”) hàng năm được thải ra nhiều nhất. Khi hoạt động ổn định, trung bình mỗi ngày nhà máy thải ra từ 15- 20 tấn RFCC, thậm chí có ngày lên đến 25 tấn, tương đương với 6500- 8500 tấn RFCC cần phải được xử lý hàng năm. Hàng năm, nhà máy phải tiêu tốn một phần lợi nhuận kinh doanh cho công tác xử lý RFCC bằng biện pháp chôn lấp. Có thể thấy trước khi nhiều nhà máy lọc dầu đi vào hoạt động, ví dụ như nhà máy lọc dầu Nghi Sơn dự kiến sẽ đi vào hoạt động trong năm 2018 với công suất gấp 3 lần nhà máy lọc dầu Bình Sơn [6], lượng RFCC thải bỏ sẽ rất lớn, đòi hỏi chi phí cao để xử lý theo quy định. Hiện nay, việc tái sử dụng RFCC đã được triển khai thương mại hóa trên thế giới như sử dụng RFCC như nguyên liệu sản xuất xi măng tại nhà máy Boral (Úc), Holcim (Mỹ) [3], và đây là ứng dụng phổ biến nhất của RFCC. Tại Oman, RFCC thải ra tại nhà máy lọc dầu Sohar Refinery có kích thước rất mịn được trộn sống làm phụ gia khoáng trong sản xuất xi măng với tỉ lệ phối trộn 0,5-5% khối lượng và phối trộn này dùng để sản xuất gạch đất sét nung; trong khi đó, RFCC từ nhà máy iii Mina Al-Fahal có kích thước hạt lớn hơn 2mm được thử nghiệm sử dụng như cốt liệu thô [9]. Tại Việt Nam, cũng có những đề tài nghiên cứu liên quan đến đến việc tái sử dụng RFCC từ nhà máy Bình Sơn nhằm giúp tiết kiệm phần kinh phí xử lý môi trường cũng như tận dụng lại nguồn nguyên liệu. Đề tài Bộ Khoa học Công nghệ (mã số 11395/2015) [21] tập trung vào quy trình khôi phục hoạt tính xúc tác RFCC thải sử dụng cho các quá trình cracking dầu nhờn thải, tuy nhiên chỉ dừng ở quy mô nhỏ chưa phát triển thành công nghệ. Hay đề tài hợp tác giữa trường Đại học Huế và Công ty CP Cơ-Điện-Môi trường Lilama phát triển quy trình sản xuất gạch không nung, tuy nhiên sản phẩm không tiêu thụ được [4], [11]. Nhà máy cũng đã cấp kinh phí cho Viện Dầu khí nghiên cứu khả năng sử dụng chất xúc tác RFCC đã qua giai đoạn nghiền (RFCC-N) làm phụ gia xi măng với tỉ lệ phối trộn lên tới 15% xúc tác RFCC. Tuy nhiên, trong các nghiên cứu này RFCC phải trải qua giai đoạn nghiền trước khi phối trộn và hầu như không có nghiên cứu nào xem xét khả năng sử dụng RFCC không nghiền cho loại bê tông nhẹ PC. Mục tiêu Với vấn đề đặt ra ở mục một, mục tiêu tổng quan của nghiên cứu là tìm ra cấp phối tối ưu của bê tông nhẹ PC có có sử dụng RFCC không nghiền đạt được 2 tiêu chí về cường độ chịu nén tối thiểu (R) và khối lượng riêng (D) tương tự gạch ACC là R28 ngày ≥ 2,5 Mpa và D50 ≈ 459-549 kg/m3. Để đạt được mục tiêu trên các nội dung nghiên cứu được cụ thể hóa như trong khung nghiên cứu sau: Hình 2. Khung nghiên cứu thiết kế cấp phối bê tông PC có sử dụng RFCC-KN đạt các tiêu chí R28 ngày ≥ 2,5 Mpa và D50 ≈ 459-549 kg/m3 Đầu tiên, loại xi măng PCB50 được sử dụng như là cơ sở để xác định công thức phối trộn đạt yêu cầu kĩ thuật, trong quá trình đúc mẫu này là xi măng PCB 50.