Thuỷ tinh bọt làm vật liệu xây dựng đường bộ

Thuỷ tinh bọt là một loại vật liệu nhẹ (350 – 400 kg/m ³theo độ dày thiết kế), được sử dụng như là một loại vật liệu cách nhiệt, chống lại sự đóng băng của bề mặt đường và các công trình xây dựng dân dụng khác. Đó còn là loại sản phẩm được dùng trong lĩnh vực xây dựng đảm bảo độ an toàn cao đối với môi trường tự nhiên bằng công nghệ tái chế, không mang tính độc hại và nhiễm bẩn trong quá trình sử dụng.

Những chính sách về môi trường được thoả thuận trên phạm vi toàn cầu đã làm thay đổi cơ bản quan điểm nhận thức của các chuyên gia đầu ngành về vật liệu xây dựng, từ chỗ bất hợp tác đến ủng hộ các luật lệ và chính sách quốc gia trong việc nghiên cứu và ứng dụng các loại công nghệ tái chế, tận dụng các loại phế thải trong xây dựng đường bộ và các công trình xây dựng. Cục Đường bộ Công cộng Na Uy (NPRA) đã khởi xướng chương trình ứng dụng các loại vật liệu tái chế trong xây dựng đường bộ. Để có thể sử dụng như một loại vật liệu trong xây dựng đường bộ, thuỷ tinh bọt phải được sử dụng kết hợp với một loại vật liệu khác nữa theo các tiêu chuẩn hướng dẫn thiết kế. Chủ đề môi trường và những nội dung có liên quan được sử dụng vào quá trình đánh giá vòng đời các vật liệu tái chế thông qua các giai đoạn thiết kế, bảo trì để tránh sự phá huỷ. NPRA đã có truyền thống lâu đời trong việc ứng dụng các vật liệu nhẹ cho nhu cầu xây dựng đường bộ như mùn cưa, bã vỏ cây, các chất liệu loại thải từ việc sản xuất Xenlulô.

Quy trình sản xuất thuỷ tinh dạng bọt

Hiện nay đang có nhiều công trình đầu tư nghiên cứu quy trình sản xuất thuỷ tinh bọt từ thuỷ tinh phế thải. Tại Châu Âu, thuỷ tinh phế thải rất nhiều, được chất thành từng đống. Sản phẩm thuỷ tinh phế thải được xem như là một loại nguyên liệu thô được dùng lại. Thuỷ tinh bọt được sản xuất theo công nghệ tái chế nhằm loại bỏ các chất bẩn và các chất độc hại bằng hệ thống đèn thuỷ ngân, công nghiệp xỉ và tro bay.

Quá trình tái chế căn cứ vào sự thay đổi cuối cùng của thuỷ tinh dạng bột bắt nguồn từ các loại thuỷ tinh phế thải khác nhau trộn với các loại vật liệu có tính chất hoạt hoá giống như là các bon silicat có trong bọt thuỷ tinh. Trong các kim loại nặng, quá trình tái chế làm cho kim loại này nóng chảy và các loại bụi bị tách rời. Khi nguyên liệu thuỷ tinh thô được nghiền nát và chảy trên băng chuyền có nhiệt độ cao, các chất liệu thuỷ tinh sạch được tách ra. Các mảnh thuỷ tinh được làm vỡ thành các mảnh nhỏ trong điều kiện nhiệt độ tăng cao đột ngột trong băng tải.

Chương trình kiểm soát

Với khả năng thoát nước nhanh và thuộc tính cách điện, thuỷ tinh bọt được sử dụng như một loại vật liệu nhẹ, chống được sự trơn trợt do băng tuyết trên mặt đường bộ.

Kết quả đánh giá vật liệu

Các thí nghiệm kiểm tra về khả năng ngậm nước cũng như khả năng chịu tải của loại chất liệu bọt thuỷ tinh cho thấy rằng đây là loại vật liệu có khả năng thấm nước nhanh và đạt độ bền trong khi thay đổi tải trọng, có thuộc tính co giãn lớn nên rất phù hợp khi được sử dụng làm vật liệu xây dựng mặt đường bộ.

Bọt thuỷ tinh là loại chất liệu có độ bền cao, chịu được sự thay đổi của nhiệt độ môi trường (trong điều kiện khô hoặc ẩm ướt, nóng hoặc những vùng băng tuyết) nên đã trở thành loại vật liệu có nhiều ưu điểm nổi trội trong sử dụng để xây dựng đường, nhất là mặt đường những vùng có nhiệt độ thấp.

Một đặc điểm nổi trội nữa của vật liệu thuỷ tinh bọt so với các vật liệu xây dựng khác đó là độ nhẹ của nó. Các sản phẩm về thuỷ tinh bọt đã được kiểm tra từ phòng thí nghiệm của Hasopor thuộc NPRA cho thấy rằng theo tiêu chuẩn thiết kết thì một mét khối thuỷ tinh bọt có trọng lượng là 350 kg. So với các loại vật liệu xây dựng khác thì thuỷ tinh bọt đã đạt được tiêu chuẩn nhẹ lý tưởng.

Sau khi trộn với các loại vật liệu khác và được lấp đầy các lỗ hổng trong kết cấu của tấm vật liệu, độ biến dạng chỉ có từ 1 – 2% trong trường hợp lớp rải mặt đường dày chịu tải tối đa. Trải qua 3 năm thử nghiệm trong điều kiện thời tiết khắc nghiệt, thuỷ tinh bọt dùng để xây dựng đường bộ đã đạt được độ biến dạng gần như tuyệt đối - nhỏ hơn 1%.

Công trình đường bộ số 6 tại Eggemarka phía bắc thành phố Steinkjer là một công trình xây dựng thử nghiệm với loại vật liệu tái chế - thuỷ tinh bọt. Công trình này bao gồm một con đường đắp cao hơn 15 mét nằm trên một đường hầm bê tông cao 6 mét. Công trình này đã được xây dựng và đưa vào khai thác trong thời gian gần một năm. Thuỷ tinh bọt cùng các loại vật liệu khác được đúc thành từng khối dày từ 1 – 1.5 mét được gắn với khung kim loại làm giá đỡ đặt lên trên đường hầm bê tông. Mặt đường khi đã hoàn thành chịu được tải trọng của xe với lực chịu tải tương đương 40kN/m ². Có thể sử dụng thuỷ tinh bọt cho việc xây dựng những công trình nằm trên địa hình dốc từ 5 – 25%.

Từ những phế thải tưởng như bỏ đi, tại Na Uy các nhà khoa học đã tiến hành nghiên cứu, thí nghiệm và tạo ra được một loại vật liệu xây dựng mới, đó là thuỷ tinh bọt. Thuỷ tinh bọt (thuỷ tinh đã nghiền nát) được kết hợp với các chất liệu khác sẽ cho ra đời các sản phẩm có tính cách nhiệt, cách điện tốt. Trong xây dựng đường bộ, thuỷ tinh bột đã được thử nghiệm để xây dựng mặt đường bộ với các tính năng chống trơn trượt, thoát nước nhanh, chịu tải tốt và ít biến dạng trong mọi điều kiện tải trọng và thời tiết khác nhau.

Chương trình kiểm soát và các thí nghiệm kiểm tra đánh giá đã đưa ra kết luận rằng loại vật liệu xây dựng này có thể áp dụng trong các dự án xây dựng đường bộ nếu chi phí giá thành của nó cạnh tranh được với các loại vật liệu xây dựng thông thường khác. Thế vật liệu xây dựng mới sẽ góp phần giải quyết vấn đề môi trường (thu gom phế thải thuỷ tinh - thuỷ tinh bọt trong xây dựng lại không ô nhiễm như những vật liệu khác) và có ý nghĩa quan trọng về mặt kinh tế (thay thế những vật liệu đắt tiền khác).

Nguồn: Tạp chí Cầu đường Việt Nam, số 11/2005, trang 59-60