Bài viết giới thiệu về công trình nghiên cứu sử dụng cát biển thay thế cát tự nhiên cho bê tông xi măng của tập thể giảng viên Bộ môn VLXD, Khoa Công trình, Đại học Thủy Lợi.

Cát là một vật liệu không thể thiếu được trong xây dựng để sản xuất bê tông, vữa xây dựng, gạch không nung... Thực tế, tại Việt Nam nhu cầu về cát để  phục vụ cho các công trình xây dựng luôn ở mức cao. Theo dự báo số lượng cát được sử dụng sẽ ngày càng tăng cao hơn. Cụ thể, năm 2015 nhu cầu cát xây dựng là khoảng 92 triệu m³ và dự kiến đến năm 2020 là 130 triệu m³/năm.

Ở nước ta, trước kia cũng như hiện nay phần lớn chỉ dùng cát vàng (là cát hạt trung hoặc hạt lớn) để chế tạo bê tông xi măng, nhưng nguồn cát vàng chỉ có ở một số nơi trên các sông suối, nên vấn đề khai thác và vận chuyển cát vàng từ những nơi đó đến chân công trình là rất khó khăn và tốn kém. Hiện nay, cùng với việc siết chặt quản lý khai thác cát, nguồn cát tự nhiên đang ngày càng khan hiếm vì việc bồi lắng, tái tạo các mỏ cát ngày càng hạn chế do việc đầu tư các công trình thủy điện ở thượng nguồn. Chính vì vậy việc tìm ra các nguồn vật liệu thay thế cát truyền thống để bình ổn thị trường và góp phần vào việc phát triển bền vững đang là vấn đề thời sự nóng và có tính cấp thiết cao.

Hình: Cát tự nhiên ngày càng khan hiếm  và dự báo đến năm 2020 sẽ không còn cát phục vụ cho hoạt động san lấp.

Để giải quyết vấn đề trên đã có nhiều giải pháp được đưa ra như sử dụng cát nhân tạo, chế tạo bê tông không cát… Tuy nhiên vì nhiều lý do khác nhau, các giải pháp trên đều chưa chứng minh được tính hiệu quả và do đó chưa được áp dụng rộng rãi.  Trong khi đó, cát mịn ở biển lại có trải dài trên cả nước, trữ lượng vô cùng lớn nên việc nghiên cứu sử dụng cát mịn biển thay cát vàng để chế tạo bê tông xi măng có ý nghĩa rất lớn trong vấn đề giảm giá thành xây dựng, đảm bảo tốc độ thi công, giảm khó khăn trong khâu khai thác và vận chuyển đối với các miền vùng sâu, vùng xa- đặc biệt là đối với các công trình ven biển, hải đảo. Vấn đề đặt ra là phải xử lý được các tác nhân có hại trong cát biển đối với chất lượng bê tông (xâm thực clo, sulfate).

Đứng trước thực trạng và nhu cầu cấp thiết của ngành xây dựng nói trên, nhóm nghiên cứu của Bộ môn VLXD, khoa Công trình, trường đại học Thủy lợi đã tiến hành thực hiện đề tài nghiên cứu khoa học “Nghiên cứu tính chất cát biển ở một số vùng biển tại Việt nam và tính khả thi khi sử dụng cát biển làm cốt liệu cho bê tông xi măng” do TS. Hoàng Quốc Gia chủ trì. Trong khuôn khổ nghiên cứu, nhiều mẫu cát biển ở các vùng biển khác nhau ở Việt Nam được phân tích tính chất cơ lý và thành phần hóa học. Sau đó các mẫu cát biển này tiếp tục được sử dụng để chế tạo bê tông xi măng và so sánh tính chất với bê tông sử dụng cốt liệu cát song thông thường.

  Hình: Chế tạo và nghiên cứu tính chất bê tông cát biển tại phòng thí nghiệm LAS XD 381 – Trường ĐH Thủy lợi.

Kết quả nghiên cứu cho thấy việc sử dụng cát biển để chế tạo bê tông xi măng là hoàn toàn khả thi. Việc tính toán thiết kế thành phần của bê tông cát biển hoàn toàn tương tự như khi sử dụng cát sông. Tuy nhiên bê tông cát biển thể hiện 1 số tính chất đặc biệt về sự biến thiên cường độ ở tuổi dài ngày. Hiểu rõ tính chất bê tông cát biển giúp chúng ta có sự điều chỉnh hợp lý vể thiết kế thành phần bê tông cát biển để gúp bê tông đạt yêu cầu kỹ thuật.

Hình: Sự biến thiên cường độ bê tông cát biển (MPa) theo thời gian (ngày)

Nghiên cứu này có thể tiếp tục được mở rộng trong tương lai bằng việc sử dụng một số thành phần vật liệu khác như các loại phụ gia khoáng vật hoạt tính để nâng cao tính chất của bê tông sử dụng cát biển. Chúng ta cũng có thể hoàn toàn tính đến việc sử dụng cả nước biển và cát biển đồng thời để chế tạo bê tông. Việc này sẽ giúp mở rộng phạm vi áp dụng của cát biển, đặc biệt là đối với các vùng ven biển, hải đảo.