Quá trình đô thị hóa diễn ra với tốc độ chưa từng có, cùng làn sóng đầu tư mạnh mẽ vào hạ tầng, nhà ở và các công trình giao thông trên toàn cầu đang đẩy nhu cầu sử dụng cát xây dựng lên mức cao kỷ lục. Trước thực trạng đó, thế giới đang bước vào một "cuộc cách mạng" vật liệu xây dựng với trọng tâm là phát triển cát nhân tạo (manufactured sand - M-Sand) nhằm từng bước thay thế cát tự nhiên.
>> Thử nghiệm sử dụng cát nhân tạo từ đá thải mỏ kết hợp tro bay nhiệt điện trong chế tạo bê tông
>> Giải pháp cấp bách sử dụng cát nhân tạo thay thế một phần cát tự nhiên
>> Tạo cơ chế khuyến khích sản xuất và sử dụng cát nhân tạo
Theo Chương trình Môi trường Liên Hợp Quốc (UNEP), cát hiện là loại tài nguyên được khai thác nhiều thứ hai trên thế giới sau nước, với nhu cầu ước tính khoảng 50 tỷ tấn mỗi năm. Tuy nhiên, nguồn cát tự nhiên, đặc biệt là cát sông đạt tiêu chuẩn xây dựng, đang ngày càng khan hiếm, trong khi giá vật liệu liên tục tăng và hoạt động khai thác quá mức gây ra nhiều hệ lụy nghiêm trọng đối với môi trường.
Nhiều quốc gia đã chuyển hướng sang phát triển cát nhân tạo như một giải pháp lâu dài.
Cát tự nhiên ngày càng trở thành tài nguyên khan hiếm
Theo UNEP, nhu cầu cát toàn cầu đã vượt xa khả năng bồi đắp tự nhiên của các dòng sông. Việc khai thác quá mức đang làm thay đổi dòng chảy, gia tăng sạt lở bờ sông, xói lở bờ biển, suy giảm đa dạng sinh học, ảnh hưởng đến nguồn nước ngầm cũng như sinh kế của hàng triệu người sống phụ thuộc vào hệ sinh thái sông ngòi.
Không chỉ thiếu hụt về trữ lượng, nhiều quốc gia còn phải đối mặt với tình trạng khai thác cát trái phép, buôn bán cát xuyên biên giới và cạnh tranh nguồn tài nguyên ngày càng gay gắt. Cát vì thế đang được nhiều chuyên gia xem là một trong những loại tài nguyên chiến lược của thế kỷ XXI.
Cát nhân tạo trở thành xu hướng toàn cầu
Tại Trung Quốc, khoảng 80% lượng cát sử dụng trong xây dựng hiện nay là cát nhân tạo. Kết quả này đến từ việc nước này siết chặt quản lý khai thác cát sông, cấm khai thác tại nhiều lưu vực trọng điểm, đồng thời khuyến khích doanh nghiệp đầu tư dây chuyền nghiền đá công nghệ cao, đáp ứng các tiêu chuẩn kỹ thuật khắt khe cho bê tông và các công trình hạ tầng quy mô lớn.
Ấn Độ - quốc gia có tốc độ đô thị hóa thuộc nhóm nhanh nhất thế giới - cũng đang thúc đẩy mạnh việc sử dụng M-Sand nhằm giảm áp lực lên các dòng sông. Nhiều bang đã ban hành chính sách ưu tiên sử dụng cát nhân tạo trong các dự án công, đồng thời kiểm soát nghiêm hoạt động khai thác cát tự nhiên.
Nhật Bản là một trong những quốc gia tiên phong xây dựng hệ thống tiêu chuẩn chất lượng nghiêm ngặt đối với cát nhân tạo. Theo tiêu chuẩn công nghiệp JIS, cát nghiền phải đáp ứng các yêu cầu chặt chẽ về thành phần hạt, độ sạch, độ bền và khả năng liên kết với xi măng. Nhờ đó, cát nhân tạo không chỉ thay thế hoàn toàn cát tự nhiên trong nhiều công trình mà còn giúp nâng cao chất lượng bê tông và kéo dài tuổi thọ công trình.
Tại châu Âu, nhiều quốc gia như Đức, Anh và Cộng hòa Séc đang thúc đẩy mô hình kinh tế tuần hoàn trong ngành vật liệu xây dựng. Bê tông phế thải, tro bay từ các nhà máy nhiệt điện, xỉ công nghiệp và thủy tinh tái chế được xử lý, nghiền thành cốt liệu mịn để sản xuất cát nhân tạo. Cách làm này vừa giảm lượng chất thải phải chôn lấp, vừa hạn chế khai thác tài nguyên thiên nhiên và giảm phát thải khí nhà kính.
Ngay cả các quốc gia Trung Đông như UAE hay Saudi Arabia - nơi sở hữu trữ lượng cát sa mạc rất lớn - cũng phải đầu tư phát triển cát nhân tạo vì cát sa mạc có hạt quá tròn, bề mặt nhẵn, không tạo được liên kết tốt với xi măng nên không phù hợp để sản xuất bê tông chất lượng cao.
Công nghệ giúp cát nhân tạo ngày càng vượt trội
Nếu như trước đây cát nghiền từng bị đánh giá thấp do hình dạng hạt không đồng đều và chứa nhiều bụi đá, thì sự phát triển của công nghệ nghiền và phân loại hiện đại đã thay đổi hoàn toàn quan điểm này.
Các dây chuyền sản xuất thế hệ mới sử dụng máy nghiền VSI (Vertical Shaft Impact), hệ thống tạo hình hạt, sàng phân loại và rửa cát khép kín giúp tạo ra sản phẩm có thành phần hạt đồng đều, hàm lượng bột mịn được kiểm soát và đáp ứng các tiêu chuẩn quốc tế dành cho bê tông cường độ cao.
Nhiều nghiên cứu cho thấy, khi được sản xuất đúng quy trình, cát nhân tạo có thể mang lại cường độ bê tông tương đương hoặc cao hơn cát tự nhiên, đồng thời giúp kiểm soát chất lượng vật liệu ổn định hơn do không phụ thuộc vào điều kiện tự nhiên của từng mỏ cát.
Việt Nam đứng trước cơ hội lớn
Trước thực tế nguồn cát sông ngày càng suy giảm, việc tìm kiếm nguồn vật liệu thay thế đã trở thành yêu cầu tất yếu và được Chính phủ Việt Nam đưa vào Chiến lược phát triển vật liệu xây dựng giai đoạn 2021-2030, tầm nhìn đến năm 2050 nhằm giảm dần sự phụ thuộc vào nguồn cát tự nhiên.
Tại Việt Nam, cát nhân tạo (cát nghiền) được sản xuất từ đá granit, đá basalt, đá cát kết hoặc từ xà bần, vật liệu xây dựng tái chế. Theo khảo sát, nước ta sở hữu nguồn nguyên liệu rất dồi dào để sản xuất cát nhân tạo với trữ lượng lớn, phân bố rộng tại Tây Bắc, Tây Nguyên, Đồng Nai, Bình Dương và nhiều địa phương khác.
Các loại đá có đặc tính vật lý tốt như granit, basalt hoặc đá cát kết có thể nghiền thành hạt có hình dạng, độ tròn và độ mịn tương đương cát tự nhiên. Đặc biệt, cát nhân tạo sạch, ít tạp chất, giúp tiết kiệm xi măng, tăng độ bền bê tông và kéo dài tuổi thọ công trình.
Hiện nhiều doanh nghiệp trong nước đã đầu tư dây chuyền sản xuất cát nhân tạo và đưa vào sử dụng trong bê tông thương phẩm, bê tông đúc sẵn và các dự án hạ tầng, bước đầu cho kết quả tích cực. Một số địa phương như Lâm Đồng, Điện Biên, Quảng Ninh đã tận dụng đá phong hóa, đá thải từ các mỏ khai thác để sản xuất cát nghiền, tạo nguồn cung mới thay thế cát sông.
Hiện nay Thanh Hóa được cho là địa phương đi đầu trong phát triển sản xuất cát nhân tạo nhằm giải quyết tình trạng thiếu hụt cát tự nhiên, với hàng chục doanh nghiệp đầu tư dây chuyền hiện đại và đặt mục tiêu tỷ lệ sử dụng cát nghiền lớn trong ngành xây dựng. Theo báo cáo của Sở Xây dựng Thanh Hóa, toàn tỉnh hiện có 24 đơn vị có mỏ đá đã đầu tư lắp đặt thêm dây chuyền sản xuất cát nhân tạo, với tổng công suất thiết kế khoảng 2,13 triệu m3/năm.
Từ giải pháp thay thế đến ngành công nghiệp mới
Các chuyên gia nhận định, trong bối cảnh nhu cầu xây dựng của Việt Nam tiếp tục tăng mạnh, còn nguồn cát tự nhiên ngày càng khan hiếm và chịu sự quản lý chặt chẽ hơn, cát nhân tạo sẽ không còn là giải pháp mang tính tình thế mà sẽ trở thành một trong những vật liệu chủ lực của ngành xây dựng trong nhiều thập kỷ tới.
Không chỉ đơn thuần thay thế cát sông, sự phát triển của ngành công nghiệp cát nhân tạo còn mở ra cơ hội hình thành chuỗi giá trị mới trong lĩnh vực vật liệu xây dựng, từ khai thác đá, tái chế chất thải xây dựng, chế tạo thiết bị nghiền sàng đến các công nghệ kiểm soát chất lượng vật liệu.
BuilData
