Hội KHKT Xây dựng TP. Hồ Chí Minh chế tạo thành công vữa xi măng - cát nhiễm mặn, nước mặn sử dụng trong xây dựng

Theo TS Trần Đình Lương, công nghệ bêtông truyền thống không cho phép sử dụng cát lẫn sét, phù sa và cát nhiễm mặn, nước mặn. Đây là khó khăn lớn cho vùng ven biển, ven sông và vùng hải đảo có mặnxâm nhập vì phải mua và vận chuyển cát sạch, nước ngọt từ xa tới nên giá thành xây dựng tăng cao, gây nhiều trở ngại, hạn chế rất lớn trong việc phát triển kinh tế - xã hội. Nhóm các nhà khoa họcthuộc Hội KHKT Xây dựng TP Hồ Chí Minh do TS Nguyễn Hồng Bỉnh đứng đầu đi tìm nguyên nhân phá hoại vữa, bêtông khi dùng vật liệu nhiễm mặn và lẫn sét.

Với sét, trong cát ẩm và trong nước (có phù sa) hạt sét đã trương nở nên khi vữa khô sẽ co ngót gây rạn nứt, cường độ kém.

Với muối, trong nước NaCl phân ly thành Na+ và Cl- khi gặp ximăng trong đó có Fe2O3, MgO, Al2O3 cũng bị phân ly trong quá trình thuỷ hoá xi măng nên các thành phần Fe+++, Al+++ và Mg+ hút các ion Cl-tạo nên các phức tan sắt Clorua, phức tan Nhôm Clorua và Magne Clorua tác dụng với nước thành các Hydroxid Fe(OH)3, Al(OH)3, MgOH không bền, xốp và trương nở nhiều lần nên khi vữa khô sẽ bị nứt, cònNa kết hợp với nước tạo thành NaOH cản trở sự đông kết của vữa.

Để khắc phục những nguyên nhân gây phá hoại vữa ximăng - cát khi dùng cát nước nhiễm mặn, Nhóm nghiên cứu đã nghĩ tới các tổ hợp polime vô cơ và họ axít hữu cơ trong chất phụ gia và tiến hành thínghiệm các tổ hợp thành phần tạo nên chất phụ gia. Từ năm 1996 Nhóm đã bắt đầu nghiên cứu chế tạo ra các chất phụ gia CSB và CSSB cùng công nghệ MICLAYCO, phối trộn các cốt liệu xi măng, cát nhiễmmặn, nước mặn, chất phụ gia CSSB và trình độ kỹ thuật trung bình (thợ hồ nông thôn) là có thể sản xuất được vữa xây, trát hoặc trộn bêtông, làm gạch lát nền vv… với vật liệu tại chỗ, giá thànhrẻ.

Qua nhiều lần thí nghiệm, đến ngày 22/04/2004, Nhóm đã dùng cát biển, nước biển tại Cần Giờ - Tp Hồ Chí Minh đúc mẫu gồm: cát mịn có màu hơi đen lẫn ít phù sa và nước có độ mặn 28 0/00, đá mi bụi (d=0,1ữ5mm) với liều lượng như sau cho một m3 bêtông dự kiến Mac 150: ximăng PCB30: 226kg; cát biển: 0,381m3; nước biển: 200lít; phụ gia CSSB: 0.1 lít, sau đó nén xác định cường độ R28 mẫu1: 48kg/cm2;mẫu 2: 161kg/cm2. Cường độ sau 3 tháng R91 mẫu1: 158,1kg/cm2; mẫu 2: 181,6kg/cm2.

Cơ chế tác dung của chất phụ gia CSSB trong quá trình thuỷ hoá ximăng được giải thích như sau:

Nước muối NaCl trong cát và dung dịch bị phân ly thành Na+ , Cl-

Na trong môi trường kiềm (OH) của vữa ximăng kết hợp với acid hữu cơ thành muối gốc hữu cơ.

- Cl- được phóng thích, trong trong điều kiện xúc tác thích hợp sẽ taọ thành Chloride acid hữu cơ.

- Muối hữu cơ (carboxylate) lại kết hợp với Chloride acid hữu cơ (Chloride cabrboxylic) thành phần hữu cơ lớn hơn và đẩy NaCl ra dưới dạng muối rắn không phân ly.

Cụ thể là trong thành phần phụ gia có các muối gốc acid hưũ cơ và acid béo các muối này tác dụng với các chất xúc tác có trong phụ gia là H2SO4, H3PO4 để taọ các muối trung tính, phản ứng xảy ra:

Như vậy nguyên lý cuả quá trình là sự hấp thụ muối điện ly của nước biển để taọ thành một chất muối hữu cơ trung gian và một acid chloride hữu cơ trung gian, hai chất trung gian này kết hợp thành một phân tử mới và đẩy muối NaCl ra ngoài dưới dạng kết tinh. Giai đoạn cuối cùng này chỉ xảy ra khi sự ninh kết phát triển nhanh do quá trình đông cứng của vưã bêtông.

Các kết quả mới sáng taọ của đề tài đã thu được dưới tác động của phụ gia khử các cation chính trong cát và đất như Na+, Ca++, Mg++, Fe+++ và sự điện hoá mạnh mẽ cố định các Anion Cl-, SO4-- thành các hợp chất trơ. Đồng thời tác động trao đổi ion và làm kết tủa các chất còn trong cát và nước biển. Được biết đề tài đã tham gia dự thi và đoạt giải khuyến khích ở hội thi Sáng taọ kỹ thuật thành phố Hồ Chí Minh năm 2002 về công nghệ cải taọ đất cát mặn, nước mặn tạo thành cốt liệu cho vữa xi măng - cát dùng xây trát hoặc phối trộn bê tông.