Phụ gia hóa học cho bê tông trên thế giới và ở Việt Nam
Tình hình phát triển phụ gia cho bê tông trên thế giới: Trên thế giới, phụ gia cho bê tông được quan tâm ngay từ cuối thế kỉ 19. Việc sử dụng CACL2 trong bê tông từ xi măng POOCLĂNG được bắt đầu từ năm 1873 ở Đức và những bản quyền về sử dụng nó bắt đầu từ 1885 ở Anh.
Đặc biệt ở những nước có thời tiết lạnh thì những phụ gia tăng nhanh đỏng rắn như CACL2, trietanol amin, aluminát... được quan tâm nghiên cứu và được sử dụng với số lượng lớn.
Năm 1932, lần đầu tiên ở Mĩ có những công bố về việc sử dụng nước thải sun phít của các nhà máy giấy làm phụ gia hoá dẻo cho bê tông. Bắt đầu từ đó, đã có rất nhiều công trình nghiên cứu ở nhiều nước trên thế giới công bố về ảnh hưởng của lignôsunphônát - thành phần chủ yếu của nước thải nhà máy giấy theo công nghệ sun phít - đến các tính chất khác nhau của xi măng và bê tông. Không dừng lại ở đây, các nhà nghiên cứu trên thế giới đã lần lượt công bố các số liệu của mình về việc sử dụng hàng loạt các nguồn nguyên liệu khác nhau, với bản chất hoá học khác nhau và được chế tạo và xử lí khác nhau để làm phụ gia cho bê tông. Những năm 60 là thời kì bùng nổ các thông tin tư liệu về phụ gia hoá học cho bê tông, phần lớn là về phụ gia hoá dẻo và làm chậm đóng rắn. Bên cạnh lignôsunphônát còn có hàng loạt các phụ gia khác trên cơ sở phế thải các nhà máy rượu, nhà máy đường, trên cơ sở hydroxy-carboxylíc axít tartríc axít, citric axít, gluconíc axít, polysacharít, oligosacharit, các dẫn xuất đường đơn, đường đôi, đường khử... Sự bùng nổ về tư liệu phụ gia bê tông tiếp tục suốt những năm 70 và 80 với các công bố công trình khoa học cũng như bản quyền tác giả về sự kết hợp giữa hai hay nhiều hợp chất khác nhau làm phụ gia nhằm tăng hiệu quả tác dụng của phụ gia và giảm các ảnh hưởng không mong muôn khi sử dụng đơn lẻ.
Cũng vào những năm 60 thế giới đã chứng kiến sự ra đời đầu tiên ở qui mô công nghiệp phụ gia siêu dẻo trên cơ sở naphtalen sunphônát formalđêhýt do công ty KAO sản xuất tại Nhật bản. Tiếp đó là một loại phụ gia siêu dẻo khác trên cơ sở mêlamin sunphônát formalđêhýt cũng được chế tạo thành công ở ĐỨC. Đó là hai loại phụ gla siêu dẻo chính ngày càng được sử dụng nhiều trên khắp thế giới cho đến ngày nay.
Bên cạnh đó, đã có rất nhiều nghiên cứu và ứng dụng các chủng loại phụ gia khác cho bê tông. Các phụ gla nở trên cơ sở Sunphôaluminat, CaO, MgO... được sử dụng trong các công trình xây dựng dân dụng và công nghiệp, trong hồ xi măng trám giếng khoan dầu khí... Các phụ gia polime như các latex styren-butadien, latex acrylíc, các polime dạng bột được sử dụng rất nhiều làm phụ gia kết dính, phụ gia chống thấm, chống ăn mòn cho xây dựng và sử chữa các công trình. Các phụ gia trợ bơm, phụ gia điều chỉnh độ nhớt, phụ gia chống trôi cũng được nghiên cứu và phát triển.
Tuy vậy, về tỉ trọng sử dụng phụ gia cho bê tông thì phụ gia hoá dẻo và phụ gia siêu dẻo các loại chiếm ưu thế tuyệt đối. Đối với các nước có khí hậu lạnh thì các phụ gia đóng rắn nhanh và phụ gia lôi khí cũng được áp dụng. Từ năm 1952 đến năm 1956, trên thế giới đã sử dụng lignôsunphônát làm phụ gia cho khoảng 51 triệu m3 bê tông. Vào năm 1960, khoảng 340 sản phẩm phụ gia bê tông khác nhau có mặt trên thị trường ĐỨC và năm 1962 có khoảng 275 tên phụ gia có mặt ở thị trường Anh. Cho đến năm 1968, mỗi năm có khoảng 50 triệu m3 bê tông các loại ở Nhật bản sử dụng phụ gla bê tông, trong đó có phụ gia hoá dẻo và phụ gia lôi khí. Năm 1981 ở Nhật bản có khoảng 12,5% bê tông đúc sẵn và 78% bê tông trộn sẵn sử dụng phụ gia hoá dẻo, Trong năm 1967 tại Mĩ đã sử dụng phụ gia hoá dẻo trong 38-46 trệu m3 bê tông và như vậy tính cho đến năm đó ở Mĩ đã sử dụng phụ gla hoá dẻo cho tất cả khoảng 380 triệu m3 bê tông. Đến năm 1978 thì số lượng bê tông sử dụng phụ gia hoá dẻo hàng năm ở Mĩ đã tăng lên 68 triệu m3. Trong năm 1982, phụ gia hoá học có tính. giảm nước các loại hoá dẻo và siêu dẻo đã được sử đụng cho khoảng 85 triệu m3 bê tông ở Mĩ và 15 triệu m3 bê tông ở Canada. Số liệu này tương đương với khoảng 71% các loại bê tông ở Mĩ và 88% ở Canada. Còn ở Australia thì ít nhất là 85% lượng bê tông là có sử dụng phụ gia cho đến năm 1982. Đối với riêng phụ gia siêu dẻo các loại thì cho đến năm 1984 trên toàn thế giới đã có khoảng 69-76 triệu m3 bê tông sử dụng loại phụ gia này. Tại Mĩ trong những năm đó có khoảng 1,5-2,3 triệu m3 bê tông mỗi năm sử dụng phụ gia siêu dẻo, tương đương với gần 2% tổng sản lượng bê tông ở Mĩ hàng năm. Trong khi đó trong số bê tông có sử dụng phụ gia thì 82% là sử dụng phụ gia hoá dẻo và làm chậm đóng rắn.
Tại Nhật bản trong năm 1980, phụ gia siêu dẻo được sử dụng cho khoảng 2% lượng bê tông trộn sẵn, 78% sản lượng bê tông trộn sẵn sử dụng phụ gia hóa dẻo và 20% là không sử dụng phụ gia.
Theo thông tin của công ty KAO, do nhu cầu bê tông cường độ cao và bê tông chất lượng cao trên thế giới ngày càng nhiều, tỉ trọng bê tông có sử dụng phụ gia siêu dẻo ngày càng cao. Riêng ba nước Mĩ, Canada, Nhật bản thì đến năm 1997 lượng bê tông sử dụng phụ gia siêu dẻo đã chiếm khoảng từ 9 -12% tổng lượng bê tông được chế tạo hàng năm tại nước này.
Tình hình nghiên cứu, sản xuất và tiêu thụ phụ gia cho bê tông ở nước ta hiện nay:
Ở nước ta, việc nghiên cứu phụ gla bê tông dường như mới bắt đầu từ những năm 70. Viện KHCN xây dựng bắt đầu bằng những nghiên cứu sử dụng nước thải của nhả máy giấy để chế tạo phụ gia hoá dẻo và làm chậm đóng rắn cho bê tông LK-1 bằng con đường kết tủa axít và sau đó hoà tan lại. Tiếp đó Viện KHCN-Vật liệu xây dựng đã nghiên cứu cô đặc dịch kiềm đen. Kết quả của nghiên cứu này là sự ra đời một dây chuyền cô đặc chế tạo phụ gia hoá dẻo KDT2 ngay tại nhà máy giấy Hoà bình, phục vụ có hiệu quả cho công trình xây dựng nhà máy thủy điện sông Đà.
Một số cơ sở nghiên cứu vong nước khác cũng đã quan tâm đến lĩnh vực phụ gia cho bê tông. Một vài sản phẩm phụ gia khác đã ra đời. Tuy nhiên trong những năm 80. Việc nghiên cứu và sản xuất phụ gia trong nước vẫn ở mức bột phát, chưa định hưởng rõ ràng.
Cũng trong đầu những năm 80, do nhu cầu chế tạo bê tông lỏng tại công trình xây dựng nhà máy thủy điện sông Đà, Viện KHCN Vật liệu xây dựng đã nghiên cứu và chế tạo thành công phụ gia siêu dẻo SD-83 trên cơ sở naphtalen sunphônát formalđêhýt, mở ra khả năng phát triển dòng phụ gia cao cấp cho bê tông tại Việt nam.
Cuối những năm 80 đầu 90, nền kinh tế mở cửa ca nước ta đã thu hút nhiều nhà doanh nghiệp nước ngoài đến mở thị trường tại Việt nam. Trong lĩnh vực hoá phẩm xây dựng, công ty SIKA Thụy sĩ rồi tiếp đó các công ty khác như MBT Thụy sĩ, GRACE Mĩ, Fosroc Anh, SKW Đức... đã ào ạt đưa vào thị trường trong nước hàng loạt sản phẩm phụ gia bê tông dưới nhiều tên thương phẩm khác nhau, tạo nên mặt thị trưởng hoá phẩm xây dựng sôi động. Với tính chuyên nghiệp cao, với tiềm năng lớn sẵn có về kĩ thuật và kinh tế, với kinh nghiệm thị trường sâu sắc, các công ty nước ngoài nhanh chóng chiếm lĩnh tuyệt đại đa số thị trưởng hoá phẩm đang hình thành và phát triển mạnh mẽ ỡ nước ta. Tuy nhiên cần thấy mặt tích cực của sự có mặt các công ty hoá phẩm lớn trên thế giới tại Việt nam: Các nhà thi công xây dựng và các nhà sản xuất vật liệu xây dựng được tiếp cận và sử dụng rất nhiều chủng loại sản phẩm khác nhau của công nghiệp hoá phẩm xây dựng, được biết và áp dụng nhiều công nghệ mới khi sử dụng các sản phẩm này, có điều kiện để nâng cao chất lượng sản phẩm và công tnnh xây dựng..., các nhà nghiên cứu thấy được sự trạng lớn của lĩnh vực hoá phẩm xây dựng, tính đa dạng về chủng loại sản phẩm cũng như địa chỉ và phương thức áp dụng, có điều kiện mở cho việc chọn hướng nghiên cứu của mình, đồng thời dễ dàng có được các số liệu so sánh với các sản phẩm cùng loại đang có mặt trên thị trường; các cơ sở sản xuất và kinh doanh có được một thị trường đã khai phá rộng lớn, có thêm nhiều kinh nghiệm trạng việc đánh giá và làm thị trường, học được Các phương án và thủ thuật kinh doanh, chọn các sản phẩm mũi nhọn, có khả năng tiêu thụ lớn... Như được kích thích bởi một thị trường hoá phẩm xây dựng đầy tiềm năng, nhiều cơ sở trong nước đã đầu tư nghiên cứu và đưa ra thị trướng thêm nhiều sản phẩm phụ gia bê tông khác nhau như: PLACC-02A, SELFLLL-2010S, SELFLLL-2010R... Liên hiệp QUANG-HOA-ĐIỆN-TƯ, BENIT-1, BENIT-2, BENIT-3 Viện KHKT Thủy lợi, PUZÔLIT, PA95 CIENCO 1, ZECAGI Viện KHKT Giao thong vận tải, Viện KT Quân sự, SACA Viện KHCN Vật liệu xây dựng... Các sản phẩm này đã góp phần làm phong phú thêm cho thị trường phụ gia bê tông, đồng thời khẳng định khả năng nghiên cứu, sản xuất và đáp ứng thị trường về mặt hàng này của các cơ sở trong nước. Về mặt nguyên liệu cho sản xuất phụ gia bê tông, các cơ sở trqng nước đã tận dụng tối đa các nguồn vật tư sẵn có, đặc biệt là phế thải hoặc các sản phẩm phụ của các ngành công nông nghiệp. Các phụ gia dẻo hoá và làm chậm đóng rắn thưởng được sản xuất từ các phế thải của các nhà máy giấy, nhà máy đường, nhà máy sản xuất bia rượu... Cũng có những phụ gla bê tông được chế tạo từ những nguyên liệu dễ kiếm trong nưởc như bentônít, alunít, puzôlan, cao lanh... Một số loại phụ gia cao cấp như phụ gia siêu dẻo trên cơ sở naphtalen sunphônát formalđêhýt và mêlamin sunphônát formalđêhýt được tổng hợp bằng con đường hoá học trên cơ sở tận dụng tối đa nguyên liệu trong nước.
Mặc dù có những nỗ lực rất lớn, cho đến nay tổng thị phần của tất cả các cơ sở sản xuất trong nước còn rất khiêm tốn: phần lớn thị phần hoá phẩm xây dựng nói chung và phụ gia bê tông nói riêng vẫn do các cóng ty nước ngoài nắm giữ.
Trong lĩnh vực hoá phẩm xây dựng ở nước ta hiện nay, nhập khẩu vẫn chiếm đại đa số, chỉ có khác về hình thức: thay vì phải ki hợp đồng ngoại. chuyển tiền ra nước ngoài và vận chuyển sản phẩm về nước thì các nhà sử dung hoá phẩm xây dưng trong nước đưa tiền cho các công ty 100% vốn nước ngoài tại Việt nam và lấy hàng ho đã mang sẵn vào. Trong khi đó rất nhiều loại sản phẩm các cơ sở sản xuất trong nước có thể đáp ứng được với chất lượng tốt: ví dụ đối với phụ gla cho bê tông thì phụ gia hoá dẻo và làm chậm đóng rắn hoàn toàn trong khả năng của các đơn vị trong nước.
Về phía các cơ quan quản lí nhà nước cũng đã coi việc hỗ trợ và bảo trợ các cơ sở sản xuất hoá phẩm xây dựng là hỗ trợ cho sản xuất chủng loai sản phẩm kĩ thuật có hàm lượng chất xám cao và hoàn toàn có thể thay thế được hàng nhập khẩu nhằm nâng cao nội lực.
Thêm về phụ gia hóa dẻo chậm đóng rắn
Từ các số liệu sử dung phụ gia bê tông ở một số nước phát triển trên thế giới như đã đề cập trong phần A có thể thấy phu gia hoá dẻo và làm chậm đóng rắn cho bê tông vãn là chủng loai phụ gia chiếm tỉ trọng tiêu thu lớn trong công nghiệp bê tông và xây dưng. Do đặc thù khí hâu nắng nóng ả nước ta, việc sử dung phụ gia hoá dẻo và làm chậm đóng rắn mang lại nhiều ưu điểm đặc biệt.
Mặt khác xi măng sản xuất trong nước có chất lượng ngày càng cao, trong xây dựng cơ bản, tỉ lệ bê tông yêu cầu cường đô cao, chất lượng cao hoặc các tính năng đặc biệt khác chưa nhiều. Vì thế ưu tiên phát triển và sử dụng phụ gia hoá dẻo và làm chậm đóng rắn ở nước ta là hướng đi phù hợp. Trong nghiên cứu phát triển loại phụ gia này nên chọn nguồn nguyên liệu là phế thải hoặc các sản phẩm phụ của các ngành công nông nghiệp trong nước, tiếp đó là vấn đề giải quyết môi trường, tuy nhiên không thể coi nhẹ chất lượng của sản phẩm cuối cùng, vấn đề ổn định chất lượng sản phẩm cũng như hàng loạt các tính năng sử dụng khác.
Thêm về phụ gia siêu dẻo
Mặc dù chiếm một tỉ trong khiêm tốn trong họ phụ gia bê tông, phụ gia siêu dẻo với các tính năng khác nhau đóng một vai trò quan trọng trong công nghiệp bê tông và ngành xây dựng. Loại phụ gia này không thể thiếu được trong sản xuất bê tông lỏng, bê tông cọc nhồi, bê tông cưởng độ cao, bê tông yêu cầu độ đặc chắc cao sử dụng trong các môi trường xâm thực. Hiện nay đã có một số cơ sở trong nước sản xuất và đưa ra thị trưởng các sản phẩm phụ gia siêu dẻo đóng rắn thường. Phụ gia siêu dẻo đóng rắn chậm với các tính năng kĩ thuật hoàn toàn tương đương với các sản phẩm cùng loại của các công ty nước ngoài bán trên thị trường Việt nam. Tuy nhiên cần có những nghiên cứu và đưa ra thị trướng nhiều sản phẩm hơn nữa với các phẩm cấp chất lương khác nhau. Đáp ứng tính đa dạng hoá sản phẩm và đáp ứng hẹp cho từng yêu cầu kĩ thuật của từng công trình.
Đối với hỗn hợp bê tông trộn sẵn với tỉ lệ nước xi măng thấp và rất thấp trường hợp chế tạo bê tông cường độ cao, bê tông chất lượng cao thì tẩn thất độ sụt bê tông là một vấn đề rất lớn. Đặc biệt trong điều kiện nắng nóng ở nước ta vấn đề tổn thất độ sụt của loại bê tông này dường như rất khó khống chế. Hiện nay trên thế giới đã đưa vào sử dụng phụ gia siêu dẻo thế hệ mới. cho phép khống chế độ sụt của bê tông rất tốt trong khoảng 01 - 02 giờ đầu mà hoàn toàn không ảnh hưởng đến sự phát triển cường độ của bê tông. Loại phu gia siêu đéo mới này đặc biệt thích hợp đối với bê tông có tỉ lệ nước/xi măng thấp hoặc rất thấp có thể xuồng tới 0,15.
Ngoài hai dòng phụ gia bê tông cơ bản hoá dẻo và siêu dẻo, một số loại phụ gia khác cũng cần nghiên cứu và phát triển, vì mặc dù số lương tiêu thụ không nhiều nhưng chúng lại không thể thiếu được trong một số yêu cầu cụ thể về công nghệ và kĩ thuật của công trình. Trước hết phải kể đến phụ gia nở, trong xây dựng dân dụng có thể sử dụng loại phụ gia này để giảm khả năng nứt của bê tông và vữa, tăng khả năng chống thấm nước. Tuy nhiên chúng còn được sừ dụng trong các chi tiết kết cấu quan trọng của công trình như bê tông đầu cọc, hồ và vữa xi măng bơm cho các kết cẩu bê tông cốt thép căng sau... Chúng cũng là một thành phần không thể thiếu được trong các vật liệu khô trộn sẵn không co.
Nguồn tin: Thông tin KHCN VLXD, số 11/ 2005