1. Giới thiệu:
Xỉ hạt lò cao (GBFS - Granulated Blast Furnace Slag) là sản phẩm phụ của quá trình sản xuất gang trong lò cao. Sơ đồ công nghệ quá trình sản xuất gang thép và tạo ra xỉ hạt lò cao tại Khu liên hợp gang thép Hòa Phát Hải Dương như hình 1:
Nhờ được làm lạnh cực nhanh bằng nước áp lực cao, xỉ hạt lò cao là một loại phụ gia khoáng hoạt tính rất tốt cho xi măng, bê tông và đã được sử dụng từ rất lâu trên thế giới cũng như ở Việt Nam.
2. Tình hình nghiên cứu trong và ngoài nước:
2.1. Ở nước ngoài:
Năm 1892 người Đức đã phát hiện ra xỉ hạt lò cao có chứa các oxit hoạt tính và có khả năng phản ứng với vôi tạo thành chất kết dính. Năm 1895 ở Đức đã bắt đầu sản xuất xi măng xỉ vôi và sau đó xỉ hạt lò cao được sử dụng phổ biến làm phụ gia thủy hoạt tính cho xi măng Poóc lăng. Do có độ bền cao trong môi trường nước và đặc biệt là trong môi trường xâm thực nước biển nên xi măng poóc lăng xỉ lò cao trở nên nổi tiếng và được sử dụng nhiều ở Châu Âu vào thế kỷ 19.
Đến năm 1958 ở Nam Phi lần đầu tiên người ta đã sấy khô và nghiền mịn xỉ hạt lò cao thành bột và đưa vào hỗn hợp bê tông trộn sẵn. Năm 1982, Hoa Kỳ đã ban hành Tiêu chuẩn Xỉ hạt lò cao cho Bê tông và Vữa (Standard of Granulated Blast Furnace Slag for Concrete and Mortar- ASTM C989-82) và sửa đổi nó vào năm 1989. Năm 1986, Nhật Bản đã đưa ra Tiêu chuẩn Bột xỉ lò cao cho Bê tông (Slag Powder for Concrete Standard) và sửa đổi nó vào năm 1995 (JISA6206-1995). Năm 2002, Trung Quốc đã ban hành Tiêu chuẩn Phụ gia khoáng cho bê tông hiệu suất cao và bê tông cường độ cao (Mineral Admixture for High-Strength and High-Efficiency Concrete - GB/T18736-2002). Trong tiêu chuẩn này bột xỉ được gọi là "phụ gia khoáng" và được phân loại như là thành phần thứ sáu của bê tông. Kể từ đó, bột xỉ lò cao nghiền mịn đã được cung cấp trực tiếp cho các trạm bê tông trộn sẵn, các nhà máy bê tông đúc sẵn. Năm 2012 ở Nhật Bản đã bán ra 25,885 tấn xỉ lò cao, trong đó sử dụng cho xi măng trong nước là 31,6% và xuất khẩu 37,5% [8]. Hiện nay Trung Quốc là nước sử dụng bột xỉ lò cao nghiền mịn làm phụ gia cho bê tông và xi măng nhiều nhất thế giới với sản lượng 235 – 240 triệu tấn bột xỉ/năm [15] chiếm khoảng 10% sản lượng xi măng (năm 2016 là 2,4 tỷ tấn [14]).
2.2. Ở Việt Nam:
Từ năm 1986 Viện Vật liệu Xây dựng đã nghiên cứu ứng dụng xỉ hạt lò cao làm phụ gia hoạt tính cho xi măng và trình Nhà nước ban hành 2 tiêu chuẩn liên quan là TCVN 4315:1986 “Xỉ hạt lò cao dùng để sản xuất xi măng” và TCVN 4316:1986 “Xi măng poóc lăng xỉ lò cao”. Hai tiêu chuẩn này đã được soát xét năm 2007 và hiện nay vẫn đang có hiệu lực áp dụng.
Từ năm 1994 đến năm 2000, Viện Vật liệu Xây dựng cũng đã sử dụng xỉ hạt lò cao Thái Nguyên để nghiên cứu và sản xuất xi măng poóc lăng xỉ bền sun phát cấp cho Trường Sa theo tiêu chuẩn Liên Xô cũ (GOST 22266-76) và nghiên cứu xi măng ít tỏa nhiệt sử dụng cho công trình bê tông khối lớn [1, 2]. Một số nhà máy ở Thái Nguyên cũng đã sản xuất xi măng poóc lăng hỗn hợp (PCB) sử dụng xỉ hạt lò cao Thái Nguyên để nghiền chung cùng với clanhke, thạch cao và một số loại phụ gia khoáng khác. Tuy nhiên, do lượng xỉ hạt lò cao Thái Nguyên có không nhiều nên việc sử dụng không phổ biến.
Từ năm 2002 - 2006, trước nhu cầu của thực tế về phụ gia khoáng cho xi măng, Viện Vật liệu Xây dựng đã hợp tác với Hiệp hội xỉ Nhật Bản, Taiheiyo Cement và Holcim Việt Nam trong việc nghiên cứu ứng dụng xỉ hạt lò cao vào sản xuất xi măng tại Việt Nam [3] và nghiên cứu sản xuất xi măng bền sun phát (chịu mặn) mác cao phục vụ cho xây dựng các công trình quốc phòng và công nghiệp trên biển và ven biển [4]. Qua kết quả nghiên cứu và ứng dụng thực tế, nhà nước đã cho phép một số đơn vị nhập khẩu xỉ hạt của Nhật Bản về sử dụng với quorta mỗi năm 100 – 200 ngàn tấn.
Đồng hành với sự phát triển của ngành xây dựng và đất nước, từ năm 2006 Tập đoàn Hòa Phát đã đầu tư Khu liên hợp sản xuất gang thép Hòa Phát tại Kinh Môn – Hải Dương với công nghệ khép kín từ khâu chế biến nguyên liệu, luyện cốc, luyện gang, tinh luyện và cán thép v.v.. Cùng với việc tăng trưởng sản lượng gang và thép thì sản lượng xỉ hạt lò cao cũng ngày một tăng lên. Một số nhà máy, trạm nghiền xi măng đã sử dụng xỉ hạt lò cao Hòa Phát làm phụ gia khoáng hoạt tính trong sản xuất xi măng PCB40, xi măng bền sun phát, xi măng ít tỏa nhiệt như XM Hoàng Thạch, Hải Phòng, Thành Công, Hải Vân, Cẩm Phả, Sài Gòn, FICO, Kiên Lương... theo công nghệ nghiền chung với clanhke, thạch cao và một vài loại phụ gia khoáng khác.
Song song với việc sử dụng ở các nhà máy xi măng, một số nhà khoa học cũng đã có những nghiên cứu bổ sung trong lĩnh vực này như sử dụng xỉ lò cao làm phụ gia để sản xuất xi măng portland xỉ [5], xi măng ít tỏa nhiệt [6] và bê tông cường độ cao [7], [12].
Để nâng cao giá trị sử dụng của xỉ hạt lò cao làm vật liệu xây dựng, năm 2015 Viện Vật liệu Xây dựng đã được Bộ Xây dựng giao nghiên cứu, biên soạn và trình Bộ KHCN ban hành TCVN 11586:2016 “Xỉ hạt lò cao nghiền mịn cho Bê tông và Vữa xây dựng” [10] và ngày 16/5/2017 Bộ Xây dựng đã ban hành “Chỉ dẫn kỹ thuật – Xỉ gang và xỉ thép sử dụng làm vật liệu xây dựng” kèm theo quyết định số 430/QĐ-BXD [11]. Đây là những tài liệu kỹ thuật và cơ sở pháp lý rất quan trọng tạo điều kiện cho việc sản xuất và sử dụng xỉ hạt lò cao nghiền mịn ở Việt Nam sẽ ngày càng phổ biến.
(Còn nữa)
VLXD.org - TS. Mai Văn Thanh