Tại Việt Nam, dù nguồn tro xỉ từ các nhà máy nhiệt điện và luyện kim nội địa vô cùng dồi dào, việc nghiên cứu và ứng dụng geopolymer cường độ cao vẫn đang ở giai đoạn sơ khởi. Nghiên cứu này trình bày kết quả thực nghiệm về tính công tác và tính chất cơ lý của vữa geopolymer thân thiện môi trường trên nền tro bay (TB) Vĩnh Tân và xỉ hạt lò cao nghiền mịn (GGBFS) Hòa Phát.
Nghiên cứu trình bày kết quả thực nghiệm về tính công tác và tính chất cơ lý của vữa geopolymer thân thiện môi trường trên nền tro bay (TB) Vĩnh Tân và xỉ hạt lò cao nghiền mịn (GGBFS) Hòa Phát. Chất hoạt hóa sử dụng là sodium metasilicate pentahydrate dạng bột khô với hàm lượng cố định 15% theo khối lượng chất kết dính. Năm cấp phối vữa với tỷ lệ TB/GGBFS thay đổi từ 25/75 đến 75/25 được chế tạo ở nhiệt độ phòng và so sánh trực tiếp với vữa xi măng đối chứng PCB40.
Kết quả cho thấy vữa geopolymer có độ chảy xòe vượt trội (185 - 245 mm) so với PCB40 (142 mm). Ở tuổi sớm (3 và 7 ngày), các cấp phối giàu xỉ (25/75 và 35/65) phát triển cường độ nhanh, đạt cường độ nén 7 ngày từ 36,29 đến 36,78 MPa (vượt PCB40 từ 16,3% đến 17,9%) và cường độ uốn 28 ngày đạt cực đại (7,68 - 7,85 MPa). Tuy nhiên, khi hàm lượng TB vượt quá 50%, cường độ chịu lực sụt giảm mạnh do tốc độ phản ứng của TB chậm ở nhiệt độ phòng. Vùng tỷ lệ TB/GGBFS từ 25/75 đến 35/65 được xác định là giải pháp công nghệ tối ưu cho hệ vật liệu này.
Ngành công nghiệp xây dựng toàn cầu hiện đang đối mặt với những áp lực cấp bách trong việc thực hiện lộ trình dịch chuyển carbon thấp nhằm đạt mục tiêu "Net Zero" vào năm 2050. Trong đó, quá trình sản xuất xi măng Poóc-lăng truyền thống (OPC) - chất kết dính chủ đạo trong bê tông - được xác định là nguồn phát thải khí nhà kính lớn, chiếm khoảng 7% tổng lượng CO2 toàn cầu. Theo báo cáo tiến độ mới nhất của Hiệp hội Xi măng và Bê tông Toàn cầu (GCCA), hai phần ba (2/3) lượng CO2 giải phóng từ quá trình này bắt nguồn từ phản ứng phân hủy nhiệt của đá vôi (quá trình nung vôi - calcination), khiến việc cắt giảm phát thải bằng các phương pháp tối ưu hóa năng lượng thông thường đạt tới giới hạn.
Mặc dù các giải pháp như thu hồi và lưu trữ carbon (CCUS) đang bước đầu được triển khai ở quy mô công nghiệp tại một số quốc gia phát triển từ năm 2025, chi phí đầu tư và hạ tầng kỹ thuật của công nghệ này vẫn là rào cản lớn đối với các nền kinh tế đang phát triển [1]. Mặc dù vậy, khối lượng khai thác liên tục ở quy mô lớn này vẫn đang thúc đẩy sự cạn kiệt nhanh chóng các nguồn tài nguyên khoáng sản thô không tái tạo, đặt ra bài toán cấp bách về việc giảm tỷ lệ clinker trong chất kết dính.
Trước thực trạng đó, vật liệu geopolymer (hay chất kết dính kiềm hoạt hóa) nổi lên như một giải pháp công nghệ cốt lõi định hướng phát triển bền vững. Khác với hệ nền bê tông truyền thống, geopolymer loại bỏ hoàn toàn sự phụ thuộc vào xi măng Poóc-lăng. Thay vào đó, cường độ liên kết được kiến tạo thông qua phản ứng hóa học giữa các tiền chất giàu luminosilicate và dung dịch kích hoạt kiềm mạnh. Cơ chế của quá trình geopolymer hóa (geopolymerization) diễn ra theo chuỗi chuyển hóa từ sự hòa tan cấu trúc vô định hình của oxit silic (SiO2) và nhôm (Al2O3), tiếp nối bằng sự khuếch tán oligomer và kết thúc bằng pha trùng ngưng tạo dựng cấu trúc mạng lưới không gian ba chiều bền vững [2, 3].
Việc tái sử dụng các phụ phẩm công nghiệp như TB và xỉ lò cao nghiền mịn (GGBFS) không chỉ tối ưu hóa chi phí xử lý chất thải mà còn mang lại cho vật liệu mới những đặc tính cơ lý vượt trội. TB, nhờ cấu trúc hình học dạng hạt cầu mịn, đóng vai trò gia tăng độ linh động và tính công tác của hỗn hợp tươi. Tuy nhiên, hệ geopolymer nền 100% TB thường bộc lộ hạn chế về tốc độ đóng rắn chậm và sự chậm phát triển cường độ trong điều kiện bảo dưỡng ở nhiệt độ phòng. Ngược lại, xỉ lò cao sở hữu hàm lượng oxit canxi (CaO) cao, tạo khả năng phản ứng thủy lực nội tại mạnh mẽ, giúp rút ngắn thời gian ninh kết và thúc đẩy sự phát triển cường độ sớm tại nhiệt độ thường.
Sự kết hợp tương hỗ giữa TB và GGBFS dẫn đến sự hình thành đồng thời của hệ gel phức hợp C - (A) - S - H và N - A - S – H [3]. Sự tương tác này giúp hoàn thiện cấu trúc vi mô, giảm độ rỗng xốp và tăng cường đáng kể độ bền nén của vật liệu. Các kết quả thực nghiệm gần đây chỉ ra rằng bê tông geopolymer sử dụng hệ nền phối trộn TB + GGBFS có thể đạt cường độ nén cao, dao động từ 50 MPa đến trên 90 MPa [1], đồng thời thể hiện khả năng kháng xâm thực và chống thấm vượt trội so với bê tông sử dụng xi măng truyền thống.
Tại Việt Nam, dù nguồn tro xỉ từ các nhà máy nhiệt điện và luyện kim nội địa vô cùng dồi dào, việc nghiên cứu và ứng dụng geopolymer cường độ cao vẫn đang ở giai đoạn sơ khởi. Tiến trình triển khai thực tế hiện đang đối mặt với nhiều rào cản kỹ thuật lớn do thiếu hệ thống tiêu chuẩn thiết kế cấp phối chính thức cũng như sự khan hiếm dữ liệu thực nghiệm về độ bền lâu dài (durability). Bên cạnh đó, vai trò của các tác nhân tinh chỉnh cấu trúc như silica fume hay phụ gia siêu dẻo thế hệ mới cũng vô cùng quan trọng nhằm kiểm soát tính công tác và kiến trúc lỗ rỗng của hệ chất kết dính kiềm hoạt hóa này [1, 4].
Xuất phát từ khoảng trống nghiên cứu đó, bài báo khảo sát định lượng ảnh hưởng của chất kích hoạt Natri metasilicate (Na2SiO3) và tỷ lệ phối trộn TB/GGBFS đến các đặc tính công tác và cơ lý của hệ chất kết dính geopolymer trong sự đối sánh với xi măng PBC40. Nghiên cứu tập trung tối ưu hóa cấp phối nhằm đạt cường độ cao dưới điều kiện bảo dưỡng thủy hóa tự nhiên, cung cấp cơ sở dữ liệu thực nghiệm tin cậy cho lộ trình thương mại hóa vật liệu xanh tại Việt Nam.
Xem chi tiết Bài nghiên cứu TẠI ĐÂY:
Build.Data
