Công nghệ tuyển rửa cát – Giải pháp giải tỏa cơn khát vật liệu cát XD

Việt Nam cũng như nhiều nước trong khu vực và trên thế giới, việc tìm lời giải cho bài toán thỏa mãn cơn khát về cát xây dựng đang ngày càng trở nên cấp bách. Theo Viện Vật liệu xây dựng, ước tính thị trường xây dựng, chỉ riêng cho chế tạo bê tông và vữa, mỗi năm nước ta tiêu thụ 130 triệu m3 cát xây dựng (số liệu thống kê năm 2018). Với tốc độ phát triển của ngành xây dựng như hiện nay, dự báo đến năm 2025 sẽ cần khoảng 170-190 triệu m3 cát/năm, đến năm 2030 khoảng 200-220 triệu m3 cát/năm.
Bên cạnh cát nhân tạo (cát nghiền) thì cát tự nhiên vẫn là nguồn cung chủ yếu hiện nay cho thị trường vật liệu cát xây dựng. Tài nguyên cát được coi là nguồn tài nguyên sử dụng nhiều thứ hai sau tài nguyên nước trên thế giới. Ở nước ta, cát được khai thác từ rất nhiều nguồn như từ cát sông, suối, cát đồi núi, cát biển… nhưng chất lượng không đồng đều và chỉ có số ít đáp ứng tiêu chuẩn sử dụng được cho bê tông và vữa. Thêm vào đó, nhu cầu tự cung tự cấp vật liệu cát tại các địa phương cũng rất lớn, việc vận chuyển cát sạch từ các nơi khác đến để sử dụng cho địa phương rất tốn kém do chi phí vận chuyển cao. Do đó để tiết kiệm chi phí, các địa phương thường sử dụng các nguồn cát hiện có, thậm chí chấp nhận sử dụng cả nguồn cát bẩn không đáp ứng yêu cầu dùng cho xây dựng. Cát sau khi được vận chuyển từ mỏ về thẳng các công trình, thường chỉ qua sàng lọc thủ công bằng lưới thô sơ, chỉ loại bỏ được rác và đá, sỏi lớn, không loại bỏ được các tạp chất có hại cho công trình như bụi, bùn, sét, tạp chất hữu cơ…

Bảng 1.Trọng lượng bụi, bùn, sét, tạp chất hữu cơ trong cát chưa tuyển rửa khi pha trộn vào mỗi bao ximăng (50kg)

Khi sử dụng cát khai thác từ mỏ chưa qua tuyển rửa, các tạp chất trong cát bẩn sẽ khiến cho bê tông và vữa không đặc chắc, dễ hút ẩm khiến cho bề mặt công trình xây dựng dễ bị bong tróc, rạn nứt, nấm mốc…, phải duy tu bảo dưỡng rất tốn kém, lãng phí lớn cho nhân dân và xã hội.
Theo chiến lược phát triển vật liệu xây dựng Việt Nam thời kỳ 2021-2030, định hướng đến năm 2050 của Quyết định số 1266/QĐ-TTg do Thủ tướng Chính phủ phê duyệt ngày 18/08/2020, đã nêu rõ: sử dụng công nghệ khai thác tiên tiến kết hợp với tuyển rửa loại bỏ tạp chất để nâng cao chất lượng cát, từng bước hạn chế sử dụng cát sông làm vật liệu san lấp, không sử dụng cát sông đạt tiêu chuẩn kỹ thuật dùng cho bê tông làm vật liệu san lấp, đẩy mạnh việc sản xuất sử dụng cát nước lợ, cát mịn, cát biển đi kèm với các giải pháp kỹ thuật, phấn đấu đạt mục tiêu sử dụng thay thế cho 10% lượng dùng cát thiên nhiên trong xây dựng. Ngày 17/09/2020, Bộ Xây dựng đã có văn bản số 4516/BXD-VLXD gửi UBND các tỉnh, thành phố trực thuộc TW yêu cầu triển khai thực hiện Quyết định 1266/QĐ-TTg của Thủ tướng Chính phủ.

Tại đồng bằng sông Cửu Long, nguồn cát mịn tập trung nhiều ở Đồng Tháp, An Giang, Bến Tre với trữ lượng rất dồi dào (hơn 850 triệu m3). Tuy nhiên, chất lượng nguồn cát này chứa hàm lượng bụi, bùn, sét và tạp chất hữu cơ từ 10%-15%, đặc biệt mô-đun độ lớn chủ yếu tập trung từ 0,7 – 2,0. Muốn sử dụng nguồn cát này bắt buộc phải qua tuyển rửa loại bỏ tạp chất mới đáp ứng được các yêu cầu sử dụng chế tạo bê tông và vữa. Vì vậy nguồn cát này hiện tại chủ yếu chỉ dành cho san lấp, dẫn đến sự lãng phí lớn nguồn tài nguyên thiên nhiên. (Theo kết quả nghiên cứu của đề tài Nghiên cứu sử dụng cát mịn vùng đồng bằng sông Cửu Long chế tạo bê tông và vữa xây dựng đã được Bộ Xây dựng, Hội đồng KHKT chuyên ngành Bộ Xây dựng nghiệm thu ngày 30/05/2014).
Nguồn cát biển với trữ lượng lớn cũng đang được coi là một trong giải pháp để giải tỏa cơn khát vật liệu cát hiện nay, hạn chế việc khai thác cát sông quá mức. Theo số liệu của Liên đoàn Địa chất và Khoáng sản biển (Tổng cục Địa chất và Khoáng sản Việt Nam), vùng biển từ 0 – 100m nước của nước ta có 30 vùng triển vọng với tổng tài nguyên dự báo gần 150 tỷ m3. Trong đó các vùng biển tỉnh Bình Thuận, Bà Rịa – Vũng Tàu, Sóc Trăng, Phú Quốc – Hà Tiên, Hải Phòng – Quảng Ninh… rất có triển vọng để quy hoạch thăm dò, khai thác.
Tuy nhiên, cát biển, cát nhiễm mặn chứa hàm lượng ion Cl- cao vượt mức cho phép nên khi sử dụng cho bê tông và vữa phải được tuyển rửa, khử muối trước khi đưa vào sử dụng, để đảm bảo không ăn mòn các vật liệu cốt thép trong bê tông. Theo tiêu chuẩn TCVN 7570:2006, hàm lượng ion Cl- hòa tan trong axit không lớn hơn 0.01% đối với bêtông dự ứng lực và 0.05% đối với các loại bêtông và vữa khác.
Như vậy để đảm bảo chất lượng cát xây dựng, trước khi đưa vào lưu thông và sử dụng, cũng như các loại vật liệu khác, cát phải được chứng nhận hợp quy và công bố hợp quy. Để đáp ứng quy định này, việc tuyển rửa cát để loại bỏ các tạp chất là rất cần thiết.
Nhu cầu cấp thiết của các đơn vị khai thác cát hiện nay chính là áp dụng công nghệ tuyển rửa cát để có thể cung ứng được nguồn sản phẩm cát sạch ổn định, đáp ứng tiêu chuẩn của Bộ Xây dựng, đồng thời giá thành cát không bị đẩy lên quá cao, khó cạnh tranh với các loại cát lậu, cát không qua tuyển rửa trên thị trường.
Từ năm 2014, đề tài Nghiên cứu sử dụng cát mịn vùng đồng bằng sông Cửu Long chế tạo bê tông và vữa xây dựng đã được Bộ Xây dựng, Hội đồng KHKT chuyên ngành Bộ Xây dựng đánh giá cao, có ý nghĩa kinh tế – kỹ thuật lớn. Với mục tiêu nghiên cứu sử dụng cát mịn vùng ĐBSCL làm cốt liệu chế tạo bê tông tới mác 60MPa và vữa xây dựng; xây dựng hướng dẫn sử dụng cát mịn vùng ĐBSCL để chế tạo bê tông và vữa xây dựng; lập quy trình xử lý cát nhiễm mặn, lẫn nhiều tạp chất, đề tài đã đưa ra được quy trình xử lý sàng rửa để loại bỏ các tạp chất có hại trong cát. Cát sau khi sàng rửa có các tính chất cơ lý đạt yêu cầu theo tiêu chuẩn hiện hành. Sau nhiều năm tiếp tục không ngừng nghiên cứu, cải tiến, ứng dụng, triển khai công nghệ sàng lọc tuyển rửa cát biển, cát bẩn, cát đồi núi, cát sông, suối… thành cát sạch đáp ứng các tiêu chuẩn kỹ thuật của Bộ Xây dựng dùng cho bê tông và vữa, hệ thống thiết bị áp dụng công nghệ tuyển rửa cát của tác giả hiện đã được triển khai thành công tại các tỉnh Thanh Hóa, Cần Thơ, Tiền Giang, Long An, An Giang, Sóc Trăng, Phú Quốc…Có thể nói công nghệ tuyển rửa cát sạch này đang được coi là một trong những giải pháp nhằm giải tỏa cơn khát vật liệu cát sạch hiện nay tại các địa phương.
Kết quả thí nghiệm cát nhiễm mặn sông Thị Vải – Vũng Tàu ngày 23/03/2018 của Trung tâm Tư vấn chống ăn mòn và xây dựng – Viện Khoa học Công nghệ Xây dựng (IBST) cho thấy hàm lượng ion Cl- trước khi được tuyển rửa đang ở mức 0,255%. Tuy nhiên sau khi được xử lý bằng công nghệ tuyển rửa cát, hàm lượng ion Cl- xuống còn 0,043%.
Kết quả thí nghiệm cát nhiễm mặn Phú Quốc của Trung tâm Tư vấn chống ăn mòn và xây dựng – Viện Khoa học Công nghệ Xây dựng ngày 22/01/2019 cho thấy hàm lượng ion Cl- trước khi được tuyển rửa đang ở mức 0,38%. Sau khi được xử lý bằng công nghệ tuyển rửa cát, hàm lượng ion Cl- xuống còn 0,009%.
Báo cáo kết quả lấy mẫu và thí nghiệm cát và cát nhiễm mặn tại Phú Quốc của Viện Chuyên ngành Bê tông – Viện Khoa học Công nghệ Xây dựng ngày 22/01/2019, mẫu cát nhiễm mặn Phú Quốc sau khi lọc rửa bằng công nghệ tuyển rửa cát của tác giả, hàm lượng bụi bùn sét trong cát giảm từ 1,5% (trước xử lý) về 0,2% sau xử lý, đạt yêu cầu kỹ thuật, sử dụng cho bê tông và vữa, theo tiêu chuẩn 7570:2006. Mẫu cát chưa xử lý có hàm lượng ion Cl- không đảm bảo dùng cho sản xuất bê tông và vữa. Mẫu cát sau khi xử lý có hàm lượng ion Cl- đạt yêu cầu sử dụng cho chế tạo các loại bê tông và vữa. Sau khi loại bỏ các tạp chất và bụi bẩn, mẫu cát sau xử lý có thành phần cỡ hạt ít thay đổi (module độ lớn thay đổi từ 1,7 xuống 1,6 sau khi xử lý).
Theo các kết quả thí nghiệm và báo cáo trên, cát sông, cát biển, cát nhiễm mặn sau khi xử lý bằng công nghệ tuyển rửa cát của tác giả đều đáp ứng tiêu chuẩn TCVN 7572: 2006, sử dụng cho sản xuất các loại bê tông và vữa. Tỷ lệ bụi, bùn, sét, tạp chất hữu cơ dưới 1%, đạt tiêu chuẩn để sản xuất vữa khô chất lượng cao, cát lọc nước, cát phun phá sét, cát tiêu chuẩn để thử nghiệm ximăng…
Nếu sử dụng cát sạch đã qua tuyển rửa để phối trộn, cường độ bêtông sẽ tăng từ 10%-20% và giảm lượng ximăng dùng để phối trộn từ 10%-17% (Theo tài liệu của Quatest 3 năm 2007 và đề tài nghiên cứu khoa học của Trường Đại học Cần Thơ năm 2014).
Đặc biệt nếu sử dụng cát sạch đã qua tuyển rửa, dự kiến sẽ tiết kiệm chi phí vật liệu đầu vào cho công trình xây dựng khoảng 115.000 đồng/m3 (kết quả phân tích đối với cát đầu nguồn sông Tiền, sông Hậu được tuyển rửa tại mỏ). Cụ thể, chi phí qua hệ thống tuyển rửa cát sạch tại mỏ tối đa 50.000 đồng/m3. Trong khi đó chi phí cát nếu chưa qua tuyển rửa bao gồm: sàng khô lưới thủ công 60.000 đồng/m3 cát (nhưng không loại bỏ được bụi, bùn sét và tạp chất hữu cơ); chi phí vận chuyển tạp chất có trong cát từ mỏ về công trình: 25.000 đồng/m3 (chất có hại cho công trình); chi phí do sử dụng cát bẩn nên phải tăng ít nhất phải trên 10% xi măng, tương đương 80.000 đồng/m3 cát để đạt mác bê tông theo tiêu chuẩn của Bộ Xây dựng. Như vậy, tổng cộng thiệt hại cho mỗi m3 cát khi sử dụng cát chưa qua tuyển rửa là 165.000 đồng.
Nhờ các lợi ích kinh tế, xã hội và khả năng triển khai ứng dụng rộng rãi trong thực tiễn, công nghệ tuyển rửa cát của tác giả đã đạt được nhiều giải thưởng trong nước và quốc tế, đặc biệt là bằng khen của Thủ tướng Chính phủ và Giải thưởng nhà sáng chế xuất sắc nhất của Tổ chức SHTT thế giới (WIPO). Công nghệ tuyển rửa cát cũng đã được Cục Sở hữu trí tuệ cấp bằng sáng chế độc quyền số 16065 ngày 3/10/2016.
Với nhiều hình thức hợp tác đầu tư chuyển giao công nghệ, gia công lắp đặt hệ thống thiết bị áp dụng công nghệ, dự kiến công nghệ tuyển rửa cát của tác giả trong thời gian tới sẽ tiếp tục được nhân rộng và phát triển khắp các tỉnh thành cả nước nếu nhận được sự hỗ trợ tích cực từ phía các cơ quan ban ngành và các chủ đầu tư, nhà thầu lớn, góp phần giải quyết tình trạng khan hiếm vật liệu cát xây dựng hiện nay tại Việt Nam.

Võ Tấn Dũng

Công ty Cổ phần Cát Đá Việt Sàng Rửa Sạch.

E-mail: [email protected]