Bê tông Geopolymer là loại bê tông không sử dụng chất kết dính xi măng
pooc lăng thông thường mà là bê tông sử dụng chất kết dính kiềm hoạt hóa
(chất kết dính geopolymer), nó là sản phẩm của phản ứng giữa dung dịch
kiềm và các loại vật liệu có chứa hàm lượng lớn hợp chất silic và nhôm.
Geopolymer là sản phẩm của quá trình phản ứng giữa vật liệu có nguồn gốc silic và nhôm với dung dịch kiềm. Vật liệu này có thể thay thế xi măng trong bê tông. Hiện nay Geopolymer đã và đang được nghiên cứu rộng rãi và cho thấy khả năng là vật liệu xanh hơn thay thế bê tông xi măng trong một số ứng dụng do bê tông geopolymer vừa có các tính chất kỹ thuật tốt, đồng thời giảm khả năng gây hiệu ứng nhà kính khi thay thế xi măng pooclăng.
Các ứng dụng thực tiễn Geopolymer:
• Tẩm kết cấu gỗ chống cháy
• Tấm tường và panel cách điện
• Sản xuất đá nhân tạo trang trí
• Tấm panel bọt cách nhiệt
• Vật liệu xây dựng thô
• Gạch không nung
• Kết cấu chịu lửa
• Kết cấu chống sốc nhiệt
• Ứng dụng làm khuôn đúc nhôm
• Bê tông và chất kết dính geopolymer
• Vật liệu cản lửa và gia cố/sửa chữa
• Vật liệu chống cháy công nghệ cao dùng trong báy bay hoặc ô tô
• Vật liệu nhựa công nghệ cao
![]()
Bê tông Geopolymer dùng lát nền đường cao tốc Westgate,Cảng Melbourne, Victoria, Úc.
Bê tông Geopolymer và đặc tính của Bê tông Geopolymer
Bê tông geopolymer là bê tông sử dụng chất kết dính kiềm hoạt hóa (chất kết dính geopolymer). Trong quá trình chế tạo, nước chỉ đóng vai trò tạo tính công tác, không tham gia tạo cấu trúc Geopolymer, không tham gia phản ứng hóa học mà có thể bị loại ra trong quá trình bảo dưỡng và sấy (không giống như xi măng cần nước để thủy hóa). Nhiều nghiên cứu cho rằng, bảo dưỡng nhiệt cho bê tông geopolymer sử dụng tro bay có hàm lượng vôi thấp sẽ tạo cường độ cao, co khô ít, từ biến thấp, chịu ăn mòn sunphat, chịu axit tốt và có thể sử dụng trong nhiều ứng dụng cơ sở hạ tầng.
Về khả năng chịu lực, Bê tông Geopolymer sử dụng tro bay có thể cho cường độ cao sau vài giờ phản ứng kiềm (60-70 Mpa sau 24h).
Về tính bền, bê tông Geopolymer được cho là chịu nhiệt tốt cả trong điều kiền môi trường thường và khắc nghiệt, có khả năng chịu ăn mòn hóa học cực tốt và tốt nhất là khả năng chịu axit.
Khả năng gắn kết với cốt thép của bê tông geopolymer đã được nghiên cứu và so sánh là tương đương hoặc cao hơn bê tông xi măng sunphat. Tuy nhiên nhìn chung geopolymer chế tạo từ Mê ta cao lanh cần nhiều nước (làm tăng lỗ rỗng) và quá mềm cho nhiều ứng dụng xây dựng thực tế. Dường như rất ít nghiên cứu sử dụng bê tông geopolymer với cốt sợi.
Lợi ích của việc sử dụng bê tông Geopolymer
Việc sử dụng bê tông geopolymer trên cơ cở chất kết dính tro bay kiềm hoạt hóa có khả năng góp phần giảm hiện tượng nóng dần của trái đất. Bê tông geopolymer có khả năng gây hiệu ứng nhà kính giảm 26-45% so với bê tông xi măng thông thường.
Bên cạnh đó, chất kết dính geopolymer cũng tận dụng các phế thải của quá trình sản xuất công nghiệp như tro bay của nhà máy nhiệt điện; xỉ lò cao của nhà máy luyện gang, thép;... Cho nên việc sử dụng bê tông geopolymer trong công nghiệp xây dựng còn có thể mang lại nhiều lợi ích khác như: giảm nguy cơ chất thải công nghiệp và diện tích bãi chứa chất thải, cải thiện chất lượng ở tuổi dài ngày của bê tông(co ngót khô rất thấp, từ biến thấp, khả năng chống ăn mòn sunphat và axit rất tốt), từ đó giảm chi phí đầu tư và bảo trì các kết cấu sử dụng bê tông geopolymer,...
Về mặt kinh tế, giá thành của 1 tấn tro bay/xỉ chỉ bằng một phần nhỏ so với giá của 1 tấn xi măng. Vì vậy sau khi tính cả giá của dung dịch kiềm kích hoạt thì giá của bê tông geopolymer tro bay sẽ thấp hơn khoảng 10-30% so với giá của bê tông xi măng.
![]()
Tấm panel bê tông E-Crete 55Mpa đúc sẵn ở Cầu Phố Salmon, Cảng Melbourne, Victoria, Úc.
Những hạn chế của Bê tông Geopolymer
Ngoại trừ các ưu điểm, bê tông geopolymer vẫn được cho là khó có thể phổ biến trên thị trường hiện nay. Lý do chính cho điều này là phần lớn các nhà máy xi măng còn lo ngại về nguy cơ sụt giảm lợi nhuận khi đầu tư.
Trên quan điểm công nghiệp xây dựng, xi măng xanh mới chỉ được đề cập đến như một khái niệm chứ chưa được chứng minh bằng thực tiễn công nghệ. Vẫn còn có sự tranh cãi về khả năng giảm thiểu khí CO2 và tính kinh tế khi xem xét đến giá thành và sự tồn tại của chất hoạt hóa kiềm trong bê tông geopolymer. Rõ ràng là có sự nguy hiểm nhất định khi sử dụng dung dịch kiềm mạnh và dung dịch kiềm mạnh cũng đòi hỏi quá trình sản xuất bê tông phức tạp hơn, điều này dẫn đến gia tăng tiêu thụ năng lượng cũng như phát sinh hiệu ứng nhà kính. Trên thực tế, còn có ít nghiên cứu về các tính chất vật lý của bê tông geopolymer, mặc dù điều này khá phức tạp và cần thiết thực hơn bê tông thường. Ví dụ như: quá trình phản ứng polyme hóa chịu ảnh hưởng rất nhiều bởi nhiệt độ và thường đòi hỏi phải bảo dưỡng ở nhiệt độ cao cùng với sự kiểm soát nghiêm ngặt chế độ nhiệt. Khả năng phát thải các chất kiềm kích hoạt vào môi trường nước và không khí khi sử dụng sản phẩm bê tông geopolymer.
Các ứng dụng thực tiễn Geopolymer:
• Tẩm kết cấu gỗ chống cháy
• Tấm tường và panel cách điện
• Sản xuất đá nhân tạo trang trí
• Tấm panel bọt cách nhiệt
• Vật liệu xây dựng thô
• Gạch không nung
• Kết cấu chịu lửa
• Kết cấu chống sốc nhiệt
• Ứng dụng làm khuôn đúc nhôm
• Bê tông và chất kết dính geopolymer
• Vật liệu cản lửa và gia cố/sửa chữa
• Vật liệu chống cháy công nghệ cao dùng trong báy bay hoặc ô tô
• Vật liệu nhựa công nghệ cao
Bê tông Geopolymer dùng lát nền đường cao tốc Westgate,Cảng Melbourne, Victoria, Úc.
Bê tông Geopolymer và đặc tính của Bê tông Geopolymer
Bê tông geopolymer là bê tông sử dụng chất kết dính kiềm hoạt hóa (chất kết dính geopolymer). Trong quá trình chế tạo, nước chỉ đóng vai trò tạo tính công tác, không tham gia tạo cấu trúc Geopolymer, không tham gia phản ứng hóa học mà có thể bị loại ra trong quá trình bảo dưỡng và sấy (không giống như xi măng cần nước để thủy hóa). Nhiều nghiên cứu cho rằng, bảo dưỡng nhiệt cho bê tông geopolymer sử dụng tro bay có hàm lượng vôi thấp sẽ tạo cường độ cao, co khô ít, từ biến thấp, chịu ăn mòn sunphat, chịu axit tốt và có thể sử dụng trong nhiều ứng dụng cơ sở hạ tầng.
Về khả năng chịu lực, Bê tông Geopolymer sử dụng tro bay có thể cho cường độ cao sau vài giờ phản ứng kiềm (60-70 Mpa sau 24h).
Về tính bền, bê tông Geopolymer được cho là chịu nhiệt tốt cả trong điều kiền môi trường thường và khắc nghiệt, có khả năng chịu ăn mòn hóa học cực tốt và tốt nhất là khả năng chịu axit.
Khả năng gắn kết với cốt thép của bê tông geopolymer đã được nghiên cứu và so sánh là tương đương hoặc cao hơn bê tông xi măng sunphat. Tuy nhiên nhìn chung geopolymer chế tạo từ Mê ta cao lanh cần nhiều nước (làm tăng lỗ rỗng) và quá mềm cho nhiều ứng dụng xây dựng thực tế. Dường như rất ít nghiên cứu sử dụng bê tông geopolymer với cốt sợi.
Lợi ích của việc sử dụng bê tông Geopolymer
Việc sử dụng bê tông geopolymer trên cơ cở chất kết dính tro bay kiềm hoạt hóa có khả năng góp phần giảm hiện tượng nóng dần của trái đất. Bê tông geopolymer có khả năng gây hiệu ứng nhà kính giảm 26-45% so với bê tông xi măng thông thường.
Bên cạnh đó, chất kết dính geopolymer cũng tận dụng các phế thải của quá trình sản xuất công nghiệp như tro bay của nhà máy nhiệt điện; xỉ lò cao của nhà máy luyện gang, thép;... Cho nên việc sử dụng bê tông geopolymer trong công nghiệp xây dựng còn có thể mang lại nhiều lợi ích khác như: giảm nguy cơ chất thải công nghiệp và diện tích bãi chứa chất thải, cải thiện chất lượng ở tuổi dài ngày của bê tông(co ngót khô rất thấp, từ biến thấp, khả năng chống ăn mòn sunphat và axit rất tốt), từ đó giảm chi phí đầu tư và bảo trì các kết cấu sử dụng bê tông geopolymer,...
Về mặt kinh tế, giá thành của 1 tấn tro bay/xỉ chỉ bằng một phần nhỏ so với giá của 1 tấn xi măng. Vì vậy sau khi tính cả giá của dung dịch kiềm kích hoạt thì giá của bê tông geopolymer tro bay sẽ thấp hơn khoảng 10-30% so với giá của bê tông xi măng.
Tấm panel bê tông E-Crete 55Mpa đúc sẵn ở Cầu Phố Salmon, Cảng Melbourne, Victoria, Úc.
Những hạn chế của Bê tông Geopolymer
Ngoại trừ các ưu điểm, bê tông geopolymer vẫn được cho là khó có thể phổ biến trên thị trường hiện nay. Lý do chính cho điều này là phần lớn các nhà máy xi măng còn lo ngại về nguy cơ sụt giảm lợi nhuận khi đầu tư.
Trên quan điểm công nghiệp xây dựng, xi măng xanh mới chỉ được đề cập đến như một khái niệm chứ chưa được chứng minh bằng thực tiễn công nghệ. Vẫn còn có sự tranh cãi về khả năng giảm thiểu khí CO2 và tính kinh tế khi xem xét đến giá thành và sự tồn tại của chất hoạt hóa kiềm trong bê tông geopolymer. Rõ ràng là có sự nguy hiểm nhất định khi sử dụng dung dịch kiềm mạnh và dung dịch kiềm mạnh cũng đòi hỏi quá trình sản xuất bê tông phức tạp hơn, điều này dẫn đến gia tăng tiêu thụ năng lượng cũng như phát sinh hiệu ứng nhà kính. Trên thực tế, còn có ít nghiên cứu về các tính chất vật lý của bê tông geopolymer, mặc dù điều này khá phức tạp và cần thiết thực hơn bê tông thường. Ví dụ như: quá trình phản ứng polyme hóa chịu ảnh hưởng rất nhiều bởi nhiệt độ và thường đòi hỏi phải bảo dưỡng ở nhiệt độ cao cùng với sự kiểm soát nghiêm ngặt chế độ nhiệt. Khả năng phát thải các chất kiềm kích hoạt vào môi trường nước và không khí khi sử dụng sản phẩm bê tông geopolymer.
Mạnh Thân (TH)
