Bê tông xỉ thép – Vật liệu đột phá với nhiều tiềm năng đầy hứa hẹn

Bê tông xỉ thép là gì?

Một loại vật liệu mới đang được nghiên cứu và phát triển trong ngành xây dựng – bê tông xỉ thép. Hãy cùng tìm hiểu nó là gì và tiềm năng của loại vật liệu mới này.

No-Fines Concrete with Steel Slag Samples by L.Korat et al. (2015). Image via ResearchGate. Licensed Under CC BY-SA 3.0

Ngành xây dựng là một trong những ngành lớn nhất trên thế giới, và xi măng và bê tông thực sự là những khối xây dựng nên thành công của ngành này. Phát triển từ những hang động thời tiền sử cho đến những tòa nhà chọc trời cao chót vót ngày nay, các kết cấu bê tông đã và sẽ tiếp tục là những thành phần quan trọng của nền văn minh hiện đại, cung cấp sự hỗ trợ lâu dài, đáng tin cậy cho các tòa nhà, đường, cầu, đường hầm và đập. Nhiều đến mức bê tông là vật liệu được tiêu thụ nhiều nhất trên Trái đất, chỉ đứng sau nước , trong khi thép được sử dụng để gia cố và cho đến nay vẫn là kim loại được sử dụng phổ biến nhất. Nhưng điều này không phải không có chi phí môi trường cao: bê tông chiếm 8% lượng khí thải CO2 toàn cầu, phần lớn trong số đó đến từ việc khai thác và vận chuyển các vật liệu tổng hợp như cát, sỏi và đá dăm.

Một phần quan trọng trong việc xây dựng các thành phố lành mạnh hơn là làm cho bê tông bền vững hơn, nhưng điều này đi kèm với nhiều thách thức. Việc ngừng sản xuất bê tông đơn giản là không thể thực hiện được và việc thay thế nó hoàn toàn là một cách tiếp cận lâu dài hơn mà dường như vẫn nằm ngoài tầm với. Vì vậy, ngày nay người ta quan tâm đến việc tìm cách giảm tác động môi trường của vật liệu mà không ảnh hưởng đến hiệu suất cao của nó. Nhưng tìm ở đâu? Nghiên cứu gần đây cho thấy rằng một giải pháp có thể được tìm thấy trong chất thải công nghiệp được tái chế, đặc biệt là trong sản phẩm phụ của quá trình luyện thép được gọi là xỉ thép . Dưới đây, chúng tôi sẽ bật mí tiềm năng đầy hứa hẹn của nó trong ngành kiến ​​trúc và xây dựng.

© Nordroden / Shutterstock

Thay thế cốt liệu tự nhiên bằng chất thải công nghiệp

Cốt liệu là một trong những thành phần quan trọng nhất của bê tông; khoảng ba phần tư thể tích của nó bao gồm các cốt liệu mịn và thô liên kết với nhau bằng xi măng. Điều này có nghĩa là tất cả các tính chất cơ bản của bê tông – độ bền, độ bền cơ học, khả năng sử dụng, v.v. – đều có mối liên hệ chặt chẽ với chất lượng và loại cốt liệu. Được sử dụng không mệt mỏi trong nhiều thập kỷ, hầu hết các cốt liệu tự nhiên thường được sử dụng cho hỗn hợp bê tông đều khan hiếm, cho thấy các vấn đề liên quan đến độ bền và việc khai thác chúng đã gây ra lượng ô nhiễm lớn . Vì nghiên cứu năm 2021 này gợi ý: “Việc sử dụng tài nguyên thiên nhiên không kiểm soát đã gây ra những vấn đề nghiêm trọng về môi trường trong nhiều năm. Chẳng hạn, cát sỏi lấy bừa bãi từ lòng suối đã gây ra những thiệt hại về môi trường.” Do đó, việc thay thế cốt liệu tự nhiên trở thành một giải pháp thay thế để giải quyết vấn đề bền vững.

© lenina11only / Shutterstock

Mặc dù tiềm năng kiến ​​trúc quy mô lớn của nó vẫn đang được nghiên cứu và thử nghiệm, xỉ thép có thể có một tương lai đầy hứa hẹn trong ngành xây dựng như một chất thay thế một phần cho xi măng hoặc cốt liệu. Một số cuộc điều tra đã khám phá điều này trong suốt nhiều năm, và nhiều nhà nghiên cứu và kỹ sư đã nhận thấy có thể sử dụng xỉ thép làm cốt liệu bê tông phù hợp. Được coi là một trong những vật liệu phế thải đáng khuyến khích nhất, xỉ thép là sản phẩm phụ không thể tránh khỏi của quá trình sản xuất thép. Nó được sản xuất với số lượng lớn trong quá trình tách thép nóng chảy khỏi tạp chất trong lò luyện thép. Xỉ xuất hiện dưới dạng chất lỏng nóng chảy nóng chảy và là một dung dịch phức tạp của silicat và oxit đông cứng lại khi làm mát, tạo ra vật liệu dạng hạt, thủy tinh sau đó được nghiền thành kích thước thích hợp để sử dụng làm cốt liệu trong bê tông (hoặc được xử lý thêm để sản xuất sản phẩm khác).

Xỉ vừa dồi dào vừa có giá trị tiềm tàng. Biplob Pramanik – Kỹ sư nước của Đại học RMIT Melbourne cho biết: “Ngành sản xuất thép toàn cầu sản xuất hơn 130 triệu tấn xỉ thép mỗi năm. Theo dữ liệu từ Hiệp hội Thép Thế giới , 15,7 triệu tấn xỉ thép này xuất hiện dưới dạng sản phẩm phụ chỉ riêng ở Châu Âu, trong đó 11,5 triệu tấn được tái chế . Lượng xỉ thép khổng lồ được sản xuất bởi các nhà máy thép trên khắp thế giới là động lực chính để tái chế vật liệu này, thậm chí còn hơn thế nếu biết rằng nó sẽ bị loại bỏ.

Cải thiện sức mạnh, độ bền và tính bền vững môi trường

© GaViAl / Shutterstock

Sử dụng xỉ thép trong bê tông cuối cùng sẽ làm giảm lượng chất thải do ngành thép tạo ra. Chất thải công nghiệp có khả năng gây ô nhiễm cao, vì vậy việc tạo cho nó một giá trị mới là một cách tuyệt vời để đóng góp vào nền kinh tế tuần hoàn. Đồng thời, bê tông xỉ thép làm giảm nhu cầu về vật liệu cốt liệu thô, ngăn chặn việc khai thác các tài nguyên thiên nhiên hạn chế và giảm lượng khí thải CO2 trong khi vẫn duy trì chất lượng vật lý vượt trội của bê tông.

Vì không thể ngừng sản xuất xi măng và bê tông, tốt nhất nên chuyển sang tái chế chất thải công nghiệp, đây là một vấn đề môi trường khác, như một giải pháp thay thế cho vấn đề hiện tại. – Gencel và cộng sự, 2021

Một lý do khác khiến bê tông xỉ thép thu hút được nhiều sự chú ý trong những năm gần đây là nó mang lại một loạt lợi ích ngoài tính bền vững về môi trường. Khi bê tông được đổ và bảo dưỡng, các hạt xỉ thép trở thành một phần không thể thiếu của ma trận bê tông, hoạt động như một chất độn và giúp cải thiện mật độ của bê tông – từ đó cải thiện cường độ và độ bền của bê tông.

Bởi vì xỉ thép là một vật liệu rất dày đặc và cứng, nó có khả năng chống chịu thời tiết và chịu được tải trọng và áp suất cao hơn so với các loại cốt liệu truyền thống như sỏi và đá vôi nghiền. Trên thực tế, các nhà khoa học Úc đã tạo ra loại bê tông mới bằng thép phế thải và kết quả là bê tông cứng hơn 17% . Những người khác phát hiện ra rằng các mẫu có cốt liệu xỉ thép có cường độ nén cao hơn đáng kể so với các mẫu có đá vôi nghiền nhỏ và thể tích lỗ rỗng thấm giảm khi tỷ lệ xỉ thép tăng lên, điều này mang lại khả năng thi công tốt hơn và dễ dàng đặt và hoàn thiện hơn. Nó cũng có hệ số giãn nở nhiệt thấp hơn so với cốt liệu truyền thống, có nghĩa là nó có thể làm giảm vết nứt do co ngót trong kết cấu bê tông.

Wind Tower / AGi Architects. Image Courtesy of AGi architects

Xỉ thép có thể mang lại những lợi ích to lớn cả về môi trường, kinh tế và phát triển bền vững. Nó có thể thay thế xi măng portland với tỷ lệ thay thế lên tới 45% với các giá trị cường độ nén đáng kể. – Gencel và cộng sự, 2021

Một vật liệu đột phá với tiềm năng phi thường

Do độ bền cơ học, độ xốp, khả năng chống mài mòn và hấp thụ nước, xỉ thép đã được sử dụng làm cốt liệu mịn và thô cho hỗn hợp đường nhựa , cũng như nguyên liệu thô cho clinker, làm đá ba lát cho đường sắt và làm vật liệu lấp đầy trong các cuộc khai quật khác nhau. Nhờ nghiên cứu và thử nghiệm tiên tiến, việc sử dụng nó trong bê tông ngày càng được công nhận vì các đặc tính vật lý và môi trường của nó. Điều đó có nghĩa là bê tông xỉ thép có thể sớm mở rộng sang các mục đích sử dụng khác. Ví dụ, làm vật liệu thích hợp cho các kết cấu bê tông cường độ cao như sàn cầu và tòa nhà chọc trời, hoặc cho bất kỳ tòa nhà nào khác theo truyền thống được xây dựng bằng bê tông thông thường và có thể sử dụng độ bền và tính bền vững cao hơn. Các kỹ sư, kiến ​​trúc sư và nhà thiết kế có thể tận dụng những phẩm chất đầy hứa hẹn này và đưa vật liệu này vào sử dụng hiệu quả vì họ hướng tới các tòa nhà khỏe mạnh hơn, tốt hơn.

Tuy nhiên, điều quan trọng cần lưu ý là bê tông xỉ thép không được nghiên cứu kỹ lưỡng như bê tông truyền thống. Cách bê tông xỉ thép được phát triển ngày nay vẫn còn một số hạn chế – trong đó có khả năng giãn nở do sự hiện diện của sắt kim loại trong bê tông. xỉ và các phản ứng khác với các thành phần bê tông có thể không mong muốn về lâu dài. Nhưng ngay cả khi là một vật liệu đột phá, bê tông xỉ thép vẫn có tiềm năng phi thường. Và khi thế giới ngày càng trở nên ấm hơn, những vật liệu đổi mới có tính chất này sẽ luôn đáng để khám phá.

Theo Valeria Montjoy – Archdaily.com

HGPT tạm dịch

Xem thêm về kết cấu thép nhằm giảm chi phí xây dựng

CÔNG TY CƠ KHÍ HÀ GIANG PHƯỚC TƯỜNG (HGPT MECHANICAL)

Địa chỉ: Đường số 8, KCN Hoà Cầm, P.Hòa Thọ Tây, Q.Cẩm Lệ, TP. Đà Nẵng

Hotline: 0903283779 – 0914113116

Email: info@hgpt.vn – Website: https://hgpt.vn/

Fanpage: https://www.facebook.com/cokhihagiangphuoctuong