Việc nâng cao các tính chất cơ lý của các vật liệu xây dựng và chế phẩm, việc nghiên cứu sản xuất những tổ hợp mới và công nghệ sản xuất vẫn chỉ tồn tại như những phương hướng đặt nền móng cho sự phát triển của công nghiệp xây dựng. Một trong những phương án giải quyết bài toán này đó là sử dụng lưu huỳnh trong xây dựng, các công trình đặc biệt như các nhà máy điện nguyên tử, các công trình xây dựng công nghiệp, đường giao thông .v.v...
Những dữ kiện để sản xuất bê tông lưu huỳnh đó là có nguồn nguyên liệu phong phú cũng như có nhu cầu lớn của nền kinh tế quốc dân về những vật liệu xây dựng mới bền vững lâu dài chịu được các tác động của hóa chất. Trong 10 năm vừa qua, ở các nước công nghiệp phát triển, trong đó có Nga, có xu hướng phát triển sản xuất lưu huỳnh kỹ thuật như một sản phẩm phụ trong quá trình chế biến và lọc dầu mỏ, các chất khí thiên nhiên và khí thải lò nung. Ngay hiện nay, ở một số khu vực của LB NgaOrenburơ, Norinxcơ, Axtrakhan đã tồn đọng một khối lượng lớn lưu huỳnh, mà trữ lượng của nó mỗi năm một tăng lên. Vấn đề xử lý các chất thải có chứa lưu huỳnh của các xí nghiệp công nghiệp vẫn chưa được giải quyết đến tận gốc. Chỉ riêng ở Axtrakhan, lượng lưu huỳnh đã lên tới 2 triệu tấn mỗi năm. Lưu huỳnh thu được hầu như trong tất cả các nhà máy chế biến dầu mỏ. Nhu cầu của ngành công nghiệp hóa chất và các đơn vị tiêu thụ lưu huỳnh truyền thống khác đã được đáp ứng đầy đủ. Chính vì vậy mà vấn đề mở rộng thị trường tiêu thụ lưu huỳnh bằng việc sử dụng cho các ngành mới có nhu cầu nhiều vật liệu đang trở thành mối quan tâm đáng kể.
Việc sử dụng lưu huỳnh, các phế thải có chứa lưu huỳnh và chất kết dính lưu huỳnh trong công nghiệp xây dựng và trong xây dựng đường ở nước Nga đang trở thành một xu hướng có lợi về kinh tế. Có triển vọng hơn cả là sử dụng lưu huỳnh làm chất kết dính, làm thành phần ngâm tẩm và làm phụ gia cho bê tông atphan.
Khi nung lên, lưu huỳnh nóng chảy đóng vai trò thành phần lỏng, còn chất độn hạt nhỏ được đưa vào hỗn hợp ở trạng thái nóng, trong quá trình nguội đi nó làm nền tảng hình thành cấu trúc, trên bề mặt diễn ra quá trình kết tinh của lưu huỳnh. Chất kết dính lưu huỳnh được đặc trưng bằng mác theo độ bền nénB40-B60, được xác định trên các mẫu tiêu chuẩn ở tuổi 1 ngày đêm. Trong trạng thái nung nóng, chất kết dính lưu huỳnh có độ linh động, mà phụ thuộc vào tương quan tỷ lệ của lưu huỳnh và chất độn, phụ thuộc vào thành phần khoáng của chất độn và vào tỷ diện của nó. Các phụ gia biến tính phụ thuộc vào giá trị chức năng của chúng được chia ra thành các phụ gia tăng dẻo, phụ gia làm ổn định, các chất chống mối mọt và khử trùng, và các phụ gia kết hợp.
Các thành phần chứa lưu huỳnh là vật liệu đá nhân tạo được tạo thành từ hỗn hợp được đông cứng và rắn chắc. Chuẩn bị hỗn hợp và tạo hình sản phẩm tiến hành trong trạng thái nóng dưới nhiệt độ 130-150oC. Phụ thuộc vào sự kết hợp của các cốt liệu trơ về độ lớn của các hạt, có thể chế tạo thành các dạng bê tông, vữa và mat-tit. Phụ thuộc vào dung trọng có thể chia thành loại nhẹ, nặng và đặc biệt nặng. Các hỗn hợp chứa lưu huỳnh phụ thuộc vào lượng chi phí chất kết dính lưu huỳnh, có độ linh động khác nhau. Phương pháp đầm hỗn hợp phụ thuộc vào độ linh động của nó, có thể tiến hành không cần tác động rung từ bên ngoài, cần tác động của lực bên ngoài như cán, ép, phun...Tuổi thọ của hỗn hợp lưu huỳnh dưới nhiệt độ 130-150oC hầu như không có giới hạn.
Sự rắn chắc của hỗn hợp đó là một quá trình vật lý, diễn ra do kết quả nguội đi của hỗn hợp. Quá trình này kèm theo sự kết tinh của lưu huỳnh trên bề mặt các cốt liệu, dẫn tới sự xi măng kết liên kết tất cả các thành phần trong một cấu trúc toàn khối mônolit, trong đó kể cả khi nhiệt độ âm và ở dưới nước. Theo các kết quả khai thác đưa vào sản xuất các vật liệu và chế phẩm có sử dụng xi măng lưu huỳnh, đã đạt được các chỉ tiêu kỹ thuật-kinh tế quan trọng. Thí dụ như, giảm được giá thành và giá xuất xưởng tới 40-50%, tiết kiệm được nước kỹ thuật...
Các kết cấu tường từ bê tông lưu huỳnh nhẹ có các chỉ tiêu nhiệt kỹ thuật ổn định cao, độ bền hóa học cao dưới tác động của các loại dầu mỡ, dung dịch các muối và axit.
Độ bền dính bám của cốt thép với bê tông lưu huỳnh không thấp hơn so với bê tông xi măng. Sự bảo vệ cốt thép trong bê tông lưu huỳnh được bảo đảm bằng độ đặc của bê tông, còn trong một số trường hợp là nhờ có lớp bảo vệ được xem xét quy định trong dự án. Các kết cấu bê tông lưu huỳnh có thể được gia cường bằng cốt sợi thủy tinh chất dẻo, sợi thủy tinh, bằng các thanh có nguồn gốc thực vật.
Mức phát xạ tự nhiên thấp của các hỗn hợp lưu huỳnh cho phép sử dụng chúng trong các công trình có chức năng đặc biệt khác nhau, cũng như cải thiện đáng kể môi trường sinh thái của con người khi sử dụng chúng trong xây dựng nhà ở có các chỉ tiêu thẩm mỹ cao và chất lượng trang trí nghệ thuật kiến trúc cao. Điều đó cho phép sử dụng chúng trong sản xuất một nhóm lớn các chi tiết kiến trúc, các tượng đài, kể cả các gam mầu trang trí.
Bê tông lưu huỳnh là vật liệu chính khi xây dựng các vỏ bảo vệ môi trường tự nhiên của các nhà máy điện nguyên tử AES.Sự thay thế toàn phần hoặc một phần bê tông xi măng bằng bê tông lưu huỳnh trong các công trình đó nâng cao được hiệu quả, độ bền vững lâu dàivĩnh cửu, độ ổn định, độ an toàn trong khai thác sử dụng chúng.
Thí dụ, một trong những phương hướng có triển vọng đó là sản xuất các ống có chức năng khác nhau. Trong đó, trên cơ sở chất kết dính lưu huỳnh có thể sử dụng các thiết bị công nghệ tạo hình tương ứng với điều kiện giữ được nhiệt độ của hỗn hợp trong phạm vi 140-150oC trong thời gian của toàn bộ quá trình đổ và đầm. Với mục đích đó, cần phải thực hiện những cải tiến hoàn thiện công nghệ không lớn các thiết bị hiện có về sản xuất ống, mà cần phải giải quyết trong từng trường hợp cụ thể. Việc chuẩn bị thành phần hỗn hợp thi công trên cơ sở lưu huỳnh được thực hiện trong Nhà máy bê tông atphan hiện đại hoặc trên một thiết bị chuyên dụng.
Đặc biệt quan trọng là việc ngâm tẩm các vật liệu xây dựng trong lưu huỳnh nóng chảy. Các kết quả cho thấy rằng, các chế phẩm sau khi được xử lý như trên, các tính chất cơ-lý của chúng được nâng cao đáng kể. Việc ngâm tẩm gồm có nung nóng và sấy khô chế phẩm, nhúng chế phẩm vào chất nóng chảy, ngâm tẩm, lấy chế phẩm ra khỏi chất nóng chảy, để nguội.
Việc ngâm tẩm có thể tiến hành tới độ sâu khác nhau phụ thuộc vào mục tiêu đề ra. Phân biệt ngâm tẩm bề mặtsâu 1-2 mm, ngâm tẩm một phầntới 50% diện tích tiết diện và ngâm tẩm toàn phần. Khi ngâm tẩm trên bề mặt, trong kết cấu tạo thành một màng đặc bảo vệ, làm tăng độ bền của bê tông đối với các tác động từ bên ngoài, trong đó khả năng chịu lực của kết cấu lại không tăng lên. Sự ngâm tẩm một phần hoặc toàn phần kết cấu, cùng một lúc tăng được độ bền đối với các tác động bên ngoài và cả khả năng chịu lực của kết cấu. Tốc độ và độ sâu ngâm tẩm phụ thuộc vào điều kiện ngâm tẩmáp suất khí quyển bình thường, chân không, áp suất cao hoặc kết hợp giữa chúng. Những nghiên cứu được thực hiện trên các loại bê tôngnặng, nhẹ, bê tông tro, bê tông cát, amiăng xi măng, gốm chịu axit, gỗ, đá thiên nhiên, giấy, cac-tông, vật liệu dệt, bê tông polimesilicat và hàng loạt các vật liệu khác.
So với việc tẩm các mônome thì việc tẩm trong lưu huỳnh nóng chảy về công nghệ đơn giản hơn đáng kể, rẻ hơn. Sự kết tinh của lưu huỳnh trong không gian lỗ rỗng chỉ phụ thuộc vào nhiệt độ, sự tổn thất lưu huỳnh sau khi tẩm ít hơn.
Sự ngâm tẩm các loại bê tông làm tăng đáng kể cường độ và độ đặc của chúng, giảm sự xâm nhập của các chất lỏng và khí vào chúng, tăng độ chịu băng giá, độ bền khí quyển, độ bền đối với tác động của các môi trường xâm thực.
Công nghệ ngâm tẩm trong lưu huỳnh nóng chảy, ngoài các loại bê tông có thể sử dụng để gia cường các loại vật liệu xây dựng rỗng khác bất kỳ, như gỗ, amiăng xi măng, gạch, đá thiên nhiên...
| ' border=0 src='/image/images?img_id=com.vportal.portlet.vcms.model.VcmsArticle.4472.650' /> |
| |
Chất kết dính lưu huỳnh có cường độ cao hơn so với xi măng, nhanh sau vài giờ đạt cường độ thiết kế.
Giá thành của chất kết dính lưu huỳnh thấp hơn 1,2-1,5 lần so với xi măng. Công nghệ thu các chế phẩm có lỗ rỗng lớn trên cơ sở chất kết dính lưu huỳnh đơn giản, cho phép tạo ra vật liệu rẻ với các tính chất tốt hơn có các chỉ tiêu khai thác sử dụng tốt hơn. Các chất độn tạo khung có thể dùng là các cốt liệu nhẹ và nặng, gỗ hoặc phoi bào...
Một hướng đặc biệt sử dụng lưu huỳnh đó là sản xuất bê tông atphan lưu huỳnh. Hỗn hợp bê tông atphan lưu huỳnh có độ linh động cao. Điều đó cho phép đổ bê tông mặt đường tốt hơn, năng suất cao hơn. Lưu huỳnh có thể đưa vào thành phần bê tông dưới dạng chất nóng chảy, cũng như dạng bột, mà trong thành phần hỗn hợp có vai trò của chất độnlỏng, được nhỏ thành hạt cực mịn vào hỗn hợp trong quá trình trộn và đổ bê tông. Khi nguội chúng chuyển thành các tinh thể-hạt cứng, đóng vai trò như chất độn. Việc cho lưu huỳnh vào thành phần chất nóng chảy không chỉ tiết kiệm được bitum, mà còn làm tăng độ chịu mài mòn cũng như độ bền nhiệt của mặt đường. Điều này đặc biệt quan trọng đối với các khu vực khí hậu nóng phía nam của nước Nga.
Việc chuẩn bị các hỗn hợp bi tum-lưu huỳnh theo công nghệ nóng, kết hợp các thao tác của chuẩn bị các thành phần lưu huỳnh và các thành phần bê tông atphan với việc cho thêm lưu huỳnh vào thành phần của bê tông atphan, cho phép giảm được chi phí bitum tới 20-35%, làm tăng khả năng dễ đỏ khuôn của hỗn hợp do độ dính thấp hơn của lưu huỳnh so với bi tum dưới nhiệt độ 150oC, nâng cao được chất lượng mặt đường do tăng khả năng chịu nhiệt và thời hạn sử dụng của mặt đường.
Các hỗn hợp trên có thể dùng cho việc sửa chữa đường giao thông. Thí dụ như làm dải phân cách được khai thác sử dụng trên đường giao thông trong điều kiện tác động xâm thực phức tạp của các dung dịch muối và nhiệt độ thay đổi. Sự tác động mạnh hơn cả của môi trường xâm thực đối với phần phía dưới của dải phân cách, tiếp xúc với phần đi qua của đường. Để giải quyết cơ bản vấn đề nâng cao tuổi thọ của các dải phân cách, cần phải thay đổi quan điểm kỹ thuật của việc chế tạo chúng, chuyển sang bảo vệ chống ăn mòn bước đầu cho chúng, khi mà các tính chất về độ bền và bảo vệ được kết hợp trong cùng một vật liệu, nhằm đạt được các yêu cầu trên trong việc chế tạo các dải phân cách đường giao thông từ bê tông lưu huỳnh.
Các công nghệ này được áp dụng trong việc chế tạo và sửa chữa các kết cấu và chế phẩm khác trong thi công đường giao thông các rãnh, máng, bảo vệ và gia cố ta luy, các cột cây số và các cọc, tấm bảo vệ.... Đoạn đường xây dựng thực nghiệm công nghiệp các công việc sửa chữa có thể được trang bị đồng bộ thiết bị sản xuất ở nước Nga.
Sự phát triển sản xuất bê tông lưu huỳnh giải quyết được không chỉ các vấn đề kinh tế-kỹ thuật mà còn các vấn đề sinh thái. Để làm được việc đó đã nghiên cứu chế tạo thành công một thế hệ mới các vật liệu compozit. Chúng đảm bảo độ an toàn cho các thiết bị khỏi tác động của bức xạ âm thanh. Ở nước Nga, các hỗn hợp âm thanh thấp trên cơ sở lưu huỳnh đã được chế tạo lần đầu tiên. Các thành phần và kết cấu của chúng dùng để xây dựng các công trình đặc biệt, trong đó có các công trình phòng thí nghiệm ngầm sâu dưới đất, để nghiên cứu các quá trình nhiệt hạch, xảy ra ở các vùng trung tâm của mặt trời, cũng như để nghiên cứu các tính chất của nơtron.
Giá thành của bê tông lưu huỳnh thấp hơn so với bê tông xi măng, còn các tính chất cơ-lý của bê tông lưu huỳnh lại cao hơn nhiều tính chịu băng giá, chống thấm nước, độ bền hóa học....
Ngày nay, đã tạo ra được những điều kiện để khai thác ứng dụng công nghệ bê tông lưu huỳnh trên cơ sở những kết quả của các công trình nghiên cứu và thiết bị trong nước Nga. Căn cứ vào trữ lượng lưu huỳnh kỹ thuật và nhờ có các nhà máy sản xuất bê tông atphan hiện đang hoạt động, mà việc xây dựng một chương trình liên bang về sản xuất bê tông lưu huỳnh và bê tông atphan lưu huỳnh với các nguồn nguyên liệu địa phương và phế thải công nghiệp có chứa lưu huỳnh là việc làm hợp lý. Các nguồn tài chính, kế hoạch giải ngân và trả tiền theo các năm của các dự án đầu tư có thể được quyết định bởi các tổ chức chuyên ngành của mỗi vùng, có tính đến các thời hạn hoàn vốn đầu tư, được phê chuẩn bởi kế hoạch kinh doanh của các tổ chức sản xuất trong khu vực.
Đinh Bá Lô
Theo Báo Xây dựng Nga N14/2006