Trong các công trình xây dựng của ngành dầu khí như: Giàn khoan ngoài khơi, nhà máy lọc dầu, các kho chứa sản phẩm dầu khí cũng như các tòa nhà kết cấu thép chịu lực trên thế giới luôn có yêu cầu về hệ vật liệu chống cháy thụ động để bảo vệ các kết cấu thép và các khu vực làm việc của nhân viên nhằm đảm bảo an toàn cho công trình và cho người lao động khi có hỏa hoạn xảy ra. Ở một số quốc gia như: Nga, Mỹ, Nhật… các quy định về sử dụng vật liệu để đảm bảo an toàn cho người và cho công trình xây dựng khi có cháy xả ra đã được đặt ra từ lâu và thường xuyên được xem xét điều chỉnh, bổ sung nhằm đáp ứng nhu cầu phát triển ngày càng nhanh chóng của xã hội.
Vật liệu chống cháy cách nhiệt dạng vữa phun được sử dụng khá phổ biến trong các công trình công nghiệp, công trình dầu khí, hóa chất. Một số sản phẩm đặc biệt đáp ứng được các yêu cầu thẩm mỹ còn có thể sử dụng trong các công trình dân dụng, nội thất. Hiện nay trên thế giới có nhiều loại sản phẩm vữa phủ chống cháy, tuy nhiên tập trung vào 2 loại chủ yếu sau:
Loại thứ nhất: Vữa chống cháy thông thường. Đây là hệ vật liệu một thành phần được phối trộn sẵn từ các cốt liệu nặng có nguồn gốc khoáng sản tự nhiên, xi măng và các phụ gia hoạt tính điều chỉnh, được thiết kế để thi công bằng phương pháp phun lớp phủ chống cháy bảo vệ cho các kết cấu kim loại của các công trình dầu khí, nhà cao tầng và các công trình không bị biến dạng hay mất khả năng chịu lực khi xảy ra hỏa hoạn và duy trì an toàn cho người làm việc. Vật liệu này rất dễ dàng thi công và bảo trì, sửa chữa trong những điều kiện thời tiết khác nhau. Loại vữa này sau khi được thi công sẽ tạo nên một lớp phủ rắn như đá, có khả năng chịu được sự tác động nhiệt của đám cháy nhiên liệu cường độ cao đặc biệt là dạng phun lửa.
Loại thứ hai: Vữa chống cháy cách nhiệt. Đây là loại cao cấp hơn và là vữa chống cháy nhẹ cách nhiệt được thiết kế để thi công phun bảo vệ các kết cấu kim loại cho các dàn khoan ngoài khơi, tàu thủy và các kết cấu yêu cầu tiêu chuẩn chống cháy cao và tải trọng nhẹ. Đây là hệ vật liệu một thành phần được phối trộn sẵn từ các cốt liệu nhẹ chịu nhiệt, cách nhiệt có nguồn gốc khoáng sản tự nhiệt đã qua xử lý nhiệt, xi măng chịu nhiệt và các phụ gia hoạt tính, điều chỉnh. Với hệ vật liệu này, khi thi công xong cũng tạo nên một lớp phủ rắn như đá, có khả năng chịu tác động nhiệt của đám cháy nhiên liệu cường độ cao, đặc biệt là dạng phun lửa.
Ở Việt Nam, yêu cầu về sử dụng các dạng vật liệu không nguy hiểm cháy trong công trình xây dựng đã dược đề ra từ lâu, trong các văn bản pháp quy kỹ thuật, như: TCVN 2622:1995; chương 11 của Quy chuẩn xây dựng Việt Nam - 1997; Điều 15 của Luật Phòng cháy chữa cháy. Tuy nhiên, các vấn đề liên quan đến vật liệu được đề cập trong những văn bản này nhìn chung còn chưa cụ thể. Năm 2010, Bộ Xây dựng ban hành Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia An toàn cháy cho nhà và công trình với nội dung liên quan đến các đặc tính kỹ thuật về cháy của vật liệu xây dựng và cấu kiện xây dựng đã được đề cập chi tiết và thuận lợi hơn cho việc áp dụng vào thực tế. Những quy định nêu trong Quy chuẩn này nhìn chung đã bám sát theo các hệ thống tiêu chuẩn hiện nay của một số quốc gia châu Âu.
Nhiều loại vật liệu hoặc sản phẩm xây dựng phục vụ đảm bảo an toàn cháy đang được sử dụng ở Việt Nam hiện nay được nhập khẩu từ nước ngoài. Điều này đặt ra vấn đề cần nghiên cứu và phát triển các vật liệu và hệ thống sản phâm thay thế trong nước phù hợp với các điều kiện địa phương và giúp hạ giá thành xây dựng. Với sản phẩm vữa phun phủ chống cháy ở Việt Nam hiện nay có rất nhiều hãng nước ngoài cung cấp gói dịch vụ tư vấn, thi công chống cháy trọn gói. Tuy nhiên hiện chưa có đề tài hay công trình nào đề cập đến việc chế tạo vữa phun phủ chống cháy. Vì vậy, khi đề tài này được áp dụng vào thực tiễn sẽ tạo ra giá trị tăng hàng triệu USD/năm, sản phẩm sản xuất ra có giá thành chỉ bằng 50 - 60% so với giá chào bán sản phẩm cùng loại của các hãng nước ngoài.
Lựa chọn chất kết dính: Xi măng Pooc lăng. Xi măng sử dụng trong sản xuất vữa vừa đóng vài trò là chất kết dính vừa đóng vai trò trực tiếp tới cường độ sản phẩm. Chính vì vậy, để sản phẩm có chất lượng tốt cần có nguyên liệu tốt, tỷ lệ thành phầm và sử dụng tối ưu nguyên liệu. Xi măng có cường độ cao, ít các phụ gia độn thì có chất lượng sản phẩm càng tốt. Do vậy loại xi măng sản xuất thích hợp là loại xi măng PC. Nước ta có nhiều nhà máy sản xuất xi măng, tuy nhiên chủ yếu là sản xuất các loại xi măng hỗn hợp PCB30 và PCB40. Hiện tại chỉ còn một số ít nhà máy sản xuất xi măng Pooc lăng PC40, trong đó có nhà máy xi măng Bút Sơn với công nghệ lò quay hiện đại, chất lượng sản phẩm ổn định. Để thuận lợi cho quá trình sản xuất thực nghiệm cũng như ở quy mô công nghiệp sau này, xi măng Bút Sơn được nhóm nghiên cứu lựa chọn trong quá trình nghiên cứu của đề tài.
Phương pháp nghiên cứu: Ứng dụng phương pháp nghiên cứu thực nghiệm trong ngành vật liệu xây dựng, kiểm chứng bởi các tiêu chuẩn phương pháp thử quốc tế và trong nước để đánh giá tính chống cháy của vật liệu. Các chỉ tiêu cơ lý khác nhau của sản phẩm được đánh giá bằng các tiêu chuẩn Việt Nam hiện hành.
Quá trình nghiên cứu chế tạo vữa cách nhiệt chống cháy Cemgun 250 trong phòng thí nghiệm được triển khai theo các bước sau: Nghiên cứu lựa chọn thành phần vữa; nghiên cứu khả năng chống cháy của vữa. Về nghiên cứu cấp phối cơ sở, trước hết lượng chất kết dính xi măng Pooc lăng được xác định theo phương pháp thiết kế cấp phối bê tông hạt nhỏ, tỷ lệ nước/xi măng cần thiết để đảm bảo cường độ định trước. Tro bay được sử dụng làm phụ gia giảm nước, có tác dụng hạn chế suy giảm cường độ ở nhiệt độ cao do SiO2 hoạt tính phản ứng với CaO sinh ra. Hàm lượng tro bay được lựa chọn để khảo sát là từ 5-10%. Sau khi tiến hành thí nghiệm, nhóm nghiên cứu đưa ra nhận xét, khi tăng hàm lượng phụ gia SD 0,08 - 0,24% với điều kiện thí nghiệm ở nhiệt độ 22 - 26oC thì: Cường độ nén của mẫu sau 28 ngày đều tăng cao so với khi tăng lượng xi măng và đạt giá trị 29,6 MPa với mẫu có hàm lượng phụ gia SD 0,08%, đạt yêu cầu đặt ra là 25 MPa; độ co của mẫu tại 1.000oC giảm từ 0,47% xuống còn 0,21% khi dùng 0,08% phụ gia siêu dẻo.
Nghiên cứu chế tạo vữa cách nhiệt Vermiculite/Perlit 750. Cũng giống như vữa cách nhiệt chống cháy Cemgun, việc xây dựng cấp phối cơ sở của vữa cách nhiệt Vermiculite/Perlit 750 phải dựa trên cường độ yêu cầu của sản phẩm. Do Vermiculite là cốt liệu nhẹ có độ hút nước rất cao, vì vậy trong qua trình xác định cấp phối tối ưu, đề tài sử dụng phụ gia phân tán với hàm lượng 0,5% để có thể phân tán đồng đều cốt liệu - kết dính trong quá trình trộn. Khi sử dụng 0,5% phụ gia phân tán, quá trình trộn vữa rất dễ dàng, hàm lượng nước thấp, sản phẩm có cường độ đạt yêu cầu. Để xác định hàm lượng chất phân tán tối ưu, đề tài thí nghiệm với các hàm lượng phụ gia phân tán khác nhau. Khi hàm lượng phụ gia phân tán tăng từ 0,2 - 1%, lượng nước trộn giảm, khối lượng thể tích tăng rõ rệt, cường độ sau sấy và sau nung cũng tăng lên. Tuy nhiên, khi hàm lượng phân tán sử dụng với hàm lượng 0,85% thì cường độ sau nung suy giảm so với sử dụng ở mức 0,65% phụ gia phân tán. Do đó, đề tài lựa chọn hàm lượng phụ gia phân tán sử dụng vữa trong cốt liệu nhẹ Vermiculite là 0,65%.
Trên cơ sở kết quả nghiên cứu trong phòng thí nghiệm, kết quả quá trình sản xuất thử nghiệm ứng dụng thử sản phẩm vào thực tiễn, nhóm đề tài đã tiến hành xây dựng quy trình công nghệ sản xuất sản phẩm nhằm mục đích xây dựng một quy trình sản xuất chuẩn cho loại sản phẩm này để có thể chuyển giao công nghệ cho các đơn vị muốn đầu tư sản xuất. Thiết kế công nghệ được thiết lập dựa trên các cơ sở sau: Yêu cầu về sản lượng, chủng loại sản phẩm và yêu cầu chất lượng; nhu cầu về nguyên liệu đầu vào, giải pháp cung ứng; phương án bố trí dây chuyền mặt bằng; hợp lý hóa công nghệ, tiết kiệm chi phí xây dựng, tăng hiệu quả sản xuất; điều khiển dễ dàng, có khả năng mở rộng quy mô sản xuất; tiêu chuẩn vệ sinh môi trường trong khu công nghiệm trên quy mô sản xuất thực nghiệm chế tạo sản phẩm của đề tài.
TS. Lưu Thị Hồng - ThS. Nguyễn Thị Kim
Viện VLXD (Bộ Xây dựng)