Bê tông chất lượng siêu cao (UHPC) là thế hệ bê tông mới với các tính chất vượt trội về tính công tác, tính chất cơ học (cường độ nén > 120 MPa), và độ bền lâu. Tuy vậy, việc phát triển bê tông này dẫn đến tác động bất lợi lớn về môi trường khi lượng xi măng sử dụng (thông thường) là 900-1000 kg/m3. Do vậy việc nghiên cứu sử dụng phụ gia khoáng thay thế từng phần xi măng trong bê tông UHPC vừa có ý nghĩa về khoa học, đồng thời có ý nghĩa rất to lớn về môi trường, kinh tế và cả về khía cạnh xây dựng phát triển bền vững.
Bài báo này nghiên cứu đánh giá hiệu quả phát thải CO2 (theo cách tiếp cận vòng đời sản phẩm) của UHPC sử dụng đơn phụ gia khoáng tro bay (FA), silica fume (SF) và hỗn hợp của chúng. Kết quả cho thấy lượng phát thải CO2 giảm 23,3%, 44,3%, 30,9% khi sử dụng FA, SF, và hỗn hợp SF+FA thay thế xi măng.
Xây dựng là một ngành sản xuất vật chất lớn, giúp nâng cao chất lượng cuộc sống và đáp ứng các nhu cầu kinh tế - xã hội của cá nhân, xã hội và quốc gia [1]. Tuy nhiên, lĩnh vực này lại có tác động đáng kể đến môi trường và chiếm tỷ trọng lớn trong tổng tác động môi trường toàn cầu [2] với khoảng 30-40% phát thải carbon [3, 4] và 40% năng lượng tiêu thụ [5, 6].
Vào năm 2015, tất cả quốc gia thành viên Liên hợp quốc đã thông qua Mục tiêu phát triển bền vững (Sustainable Development Goals – SDGs), hay còn gọi là Mục tiêu toàn cầu gồm 17 mục tiêu trọng tâm, 169 mục tiêu cụ thể và 232 chỉ tiêu [7]. Đây là sự nối tiếp của Mục tiêu phát triển Thiên niên kỷ (Millennium Development Goals – MDGs), được thông qua ở trụ sở chính Liên hợp quốc vào tháng 9 năm 2000. Một trong các mục tiêu trọng tâm của SDGs là hành động ứng phó với biến đổi khí hậu.
Do đó, để đạt được các mục tiêu phát triển bền vững nói chung và giảm thiểu được các gánh nặng cho môi trường nói riêng, đối với ngành xây dựng, đây vừa là thách thức, vừa là cơ hội. Ngành công nghiệp vật liệu xây dựng là ngành sản xuất, cung ứng các loại vật liệu, cấu kiện xây dựng, là đầu vào cho các công trình xây dựng.
Đối với một công trình xây dựng, vật liệu xây dựng giữ vai trò đặc biệt quan trọng, chiếm đến 60% chi phí đầu tư xây dựng công trình. Hai loại vật liệu được sử dụng phổ biến nhất trong xây dựng hiện nay là bê tông và thép, tuy nhiên hai loại vật liệu này lại chiếm tỷ trọng lớn trong tổng phát thải CO2 toàn cầu.
Số liệu thống kê năm 2012 cho thấy, sản lượng xi măng trên toàn thế giới đạt xấp xỉ 3,8 tỷ tấn, phát thải khoảng 3,2 tỷ tấn CO2, chiếm 8% mức phát thải khí CO2 hàng năm [8]. Hàm lượng cacbon trong sản xuất thép thay đổi tuỳ thuộc vào kỹ thuật sản xuất, bình quân 1,9 tấn CO2 phát thải trên 1 tấn thép thành phẩm [9]. Để giảm thiểu các tác động môi trường gây ra bởi việc sản xuất bê tông và thép, các loại vật liệu thay thế đã được nghiên cứu, chế tạo, như bê tông tái chế [10–12], bê tông UHPC, thép không gỉ, . .
Thật vậy, đã có nhiều nghiên cứu chứng minh rằng các loại vật liệu thay thế này thể hiện hiệu quả tốt hơn xét trên quan điểm vòng đời [13–15]. Trong các vật liệu xây dựng, bê tông là vật liệu được sử dụng nhiều nhất trên thế giới, nhiều gấp 2 lần so với tổng lượng các vật liệu xây dựng còn lại, điều này ảnh hưởng rất lớn đến sự phát triển bền vững đối với ngành xây dựng.
Theo Mehta [16] đề xuất, sự phát triển bền vững của bê tông có thể được thực hiện bằng 3 giải pháp chính: (1) giảm lượng bê tông tiêu thụ bằng biện pháp nâng cao chất lượng, độ bền của bê tông hoặc thay thế bằng các vật liệu mới; (2) giảm lượng xi măng sử dụng bằng cách tính toán tối ưu thành phần hạt, sử dụng phụ gia hóa học, ...; (3) thay thế xi măng sử dụng bằng các phụ gia khoáng như tro bay, xỉ lò cao hạt hóa nghiền mịn, silica fume, tro trấu, ...
Đối với bê tông việc tối ưu thành phần hạt kết hợp sử dụng các loại phụ gia khoáng để nâng cao chất lượng, tăng độ bền lâu cho bê tông là hướng đi phù hợp nhằm giảm lượng CO2 phát thải tăng tính bền vững trong công trình xây dựng. Bên cạnh đó, một trong những thế hệ bê tông đang được quan tâm nghiên cứu và ứng dụng đó là Bê tông chất lượng siêu cao (UHPC), đây là loại bê tông có độ chảy cao, cường độ nén rất cao, cường độ uốn lớn (khi sử dụng cốt sợi), độ thấm thấp và độ bền cao [17], Theo ASTM C1856 [18], UHPC có cường độ nén đặc trưng trên 120 MPa, với các yêu cầu về độ bền, độ dẻo dai được xác định.
Với các đặc tính vượt trội như vậy, nên việc sử dụng UHPC trong xây dựng sẽ là một giải pháp hiệu quả để giảm được kích thước của cấu kiện, đồng thời giảm lượng bê tông sử dụng cho các công trình. Vật liệu để chế tạo UHPC thông thường bao gồm cát quắc với kích thước lớn nhất khoảng 600μm, xi măng, phụ gia khoáng, nước và phụ gia siêu dẻo. Trong đó, lượng xi măng khoảng 900-1000 kg/m3 [19] và đây là nhược điểm lớn nhất của loại bê tông này bởi vì sẽ làm tăng giá thành sản phẩm và ảnh hưởng đến tính chất kỹ thuật, đồng thời việc sử dụng nhiều xi măng sẽ kéo theo sự ảnh hưởng về môi trường do lượng khí cacbonic thải ra trong quá trình sản xuất xi măng [20].
Theo thống kê, vào năm 2012 trên thế giới có hoảng 3,3 tỷ tấn xi măng đã được sản xuất và con số này có thể tăng gấp đôi sau 25 năm [21]. Trên thực tế việc sản xuất 1 tấn xi măng sẽ phát sinh khoảng 0,82 tấn CO2 [22], điều này kéo theo hậu quả khoảng 2 tỷ tấn CO2 bị thải ra hàng năm, chiếm 6-7% tổng lượng CO2 thải ra.
Do vậy việc nghiên cứu sử dụng phụ gia khoáng thay thế từng phần xi măng trong bê tông UHPC vừa có ý nghĩa về khoa học, đồng thời có ý nghĩa rất to lớn về môi trường, kinh tế và cả về khía cạnh xây dựng phát triển bền vững. Trong số các phụ gia khoáng dùng cho bê tông, tro bay được đánh giá là có triển vọng để thay thế xi măng trong UHPC, với hiệu quả đạt được về kỹ thuật, về kinh tế và môi trường.
Xem chi tiết Bài nghiên cứu TẠI ĐÂY:
Build.Data
