Biến tro xỉ, bùn thải thành vật liệu thay thế cát đắp nền đường

Phát triển và sử dụng nguồn vật liệu thay thế cát tự nhiên

Cát tự nhiên (cát sông) đang được dùng với hai mục đích chính. Một loại chất lượng cao dùng chế tạo vữa và bêtông, còn gọi là cát cốt liệu xây dựng. Một loại cát tự nhiên chất lượng thấp hơn được dùng đắp nền đường, nền công trình dân dụng. Theo Viện Vật liệu xây dựng (Bộ Xây dựng), trung bình mỗi năm nhu cầu cát cốt liệu xây dựng trên cả nước khoảng 130 triệu m3, cát san lấp 550 triệu m3.

Tuy nhiên, hiện nay, nguồn cát tự nhiên ở nhiều địa phương còn thiếu hụt. Trong đó, trữ lượng cát tự nhiên (cát sông) dùng để san lấp của đồng bằng sông Cửu Long khoảng 37 triệu m3. Trong khi đó, riêng về hạ tầng giao thông, 6 tuyến cao tốc triển khai giai đoạn 2022 - 2025 ở khu vực này cần gần 50 triệu m3 cát. Ngoài ra, các dự án giao thông cấp tỉnh cần khoảng 36 triệu m3 cát trong các năm 2023-2024. 

Tại nhiều dự án giao thông ở miền Bắc và miền Trung, nguồn cát tự nhiên đang bị đẩy giá cao do khan hiếm hơn so với 3 năm trước. Trong tương lai, cát tự nhiên sẽ ít dần do cát từ thượng nguồn đổ về ít, không đủ bù đắp lượng cát được khai thác. Nếu đào cát ồ ạt sẽ làm cho đáy sông ngày càng sâu thêm, nguy cơ sạt lở lớn.

Vật liệu thay thế cho cát tự nhiên có công suất lớn nhất hiện nay là cát nhân tạo (cát nghiền) từ các mỏ đá. Lợi thế của cát nghiền là giá thành 200.000 - 250.000 đồng/m3, trong khi giá cát sông 400.000 - 500.000 đồng/m3 nên có thể giảm chi phí xây dựng. Trong khi, cát nghiền không khả thi nếu sử dụng san lấp do đơn giá của Nhà nước cho cát san lấp khoảng 80.000 đồng/m3. Giá cao nên cát nghiền chủ yếu dùng cho bêtông và vữa, không phù hợp để làm cát san lấp và đắp nền cho dự án giao thông.

Cát biển là nguồn vật liệu thay thể triển vọng bởi Việt Nam có 30 vùng biển có thể khai thác với tổng tài nguyên dự báo gần 150 tỷ m3. Tuy nhiên, hiện mới có tiêu chuẩn TCVN 13754:2023 cát nhiễm mặn cho bêtông và vữa, chưa có tiêu chuẩn cát biển làm vật liệu thay thế cát san lấp. Việc thí điểm cát biển đắp nền đường mới ở quy mô nhỏ trong đó, cấp thiết kế thấp hơn đường cao tốc, chất lượng cát biển mới chỉ được nghiên cứu cho một khu vực (mỏ cát biển tỉnh Trà Vinh), các quy chuẩn kỹ thuật, tiêu chuẩn về độ mặn đối với cây trồng vật nuôi chưa đầy đủ.

Vì vậy, việc sử dụng đại trà vật liệu cát biển cần được tiếp tục thí điểm mở rộng ở các dự án với cấp quy mô, cấp thiết kế cao hơn, cũng như thí điểm ở các điều kiện tự nhiên, điều kiện môi trường, nguồn vật liệu cát biển khác nhau để có cơ sở đánh giá một cách toàn diện.

Tro xỉ, bùn nạo vét có thể thay thế cát đắp nền đường

Theo ông Lê Việt Hùng, Phó Giám đốc Trung tâm Xi măng và bêtông (Viện Vật liệu xây dựng), cho rằng có thể thay thế cát san lấp bằng tro xỉ nhiệt điện, xỉ ngành luyện kim như xỉ lò cao, xỉ thép.

Nguồn tro xỉ nhiệt điện có thể sử dụng đắp nền hoặc là nguyên liệu sản xuất xi măng có tiềm năng, bởi tro xỉ nhiệt điện tại Việt Nam là rất lớn (tới từ 30 nhà máy nhiệt điện), mỗi năm có khoảng 16 triệu tấn.

Theo thống kê của Bộ Xây dựng, lượng phát thải tro, xỉ từ 29 nhà máy nhiệt điện trên cả nước trong năm 2022 là khoảng 16 triệu tấn và sẽ tăng lên 20 triệu tấn vào năm 2025. Hiện cả nước còn khoảng 48 triệu tấn tro xỉ tồn đọng tại các bãi, cần được tái chế để giảm ô nhiễm môi trường và thay thế cát tự nhiên ở các dự án giao thông.

Nguồn xỉ lò cao tại nhà máy thép ước tính mỗi năm 4,6 triệu tấn, xỉ thép 3,9 triệu tấn cũng là vật liệu thay thế. Không chỉ sử dụng đắp nền, san lấp, đây còn là cốt liệu cho bêtông. Lợi thế của vật liệu này là giá rẻ, tương đương giá cát san lấp, tuy nhiên nhà máy thép tập trung ở miền Bắc, miền Trung; miền Nam nơi dự án cao tốc Bắc Nam đang thiếu cát, chỉ có một số nhà máy thép tại Bà Rịa – Vũng Tàu.

Bên cạnh đó, thạch cao phốt pho từ các nhà máy sản xuất phân bón DAP có thể làm phụ gia cho xi măng hoặc làm vật liệu san lấp. Công suất mỗi nhà máy có thể khai thác gần 2 triệu tấn mỗi năm. Đuôi quặng ngành chế biến mỏ, đất đá thải than từ các mỏ than ở Quảng Ninh có thể làm vật liệu san nền tiềm năng. Hàng năm các mỏ than đổ ra bãi thải khoảng 150 triệu m3 đất đá, chiếm dụng hàng nghìn hecta đất.

Bùn thải nạo vét tại sông cũng có thể là nguồn vật liệu đắp nền, vừa góp phần bảo vệ môi trường. Tuy nhiên, bùn thải có độ ẩm cao, chứa đất sét và các tạp chất hữu cơ nên phải qua xử lý như giảm ẩm, phối trộn với các vật liệu khác như cát, đá nếu sử dụng làm vật liệu đắp nền.

Thực tế ở nhiều nước châu Âu như Anh, Hà Lan, thì bùn, chất nạo vét được ưu tiên tái sử dụng cho các mục đích xây dựng, một số nơi dùng bùn nạo vét để bồi đắp các khu vực ven biển, vùng đất bị tác động của thủy triều, vùng đầm lầy ngập mặn…

Phát triển và sử dụng nguồn vật liệu thay thế cát tự nhiên

Cát tự nhiên (cát sông) đang được dùng với hai mục đích chính. Một loại chất lượng cao dùng chế tạo vữa và bêtông, còn gọi là cát cốt liệu xây dựng. Một loại cát tự nhiên chất lượng thấp hơn được dùng đắp nền đường, nền công trình dân dụng. Theo Viện Vật liệu xây dựng (Bộ Xây dựng), trung bình mỗi năm nhu cầu cát cốt liệu xây dựng trên cả nước khoảng 130 triệu m3, cát san lấp 550 triệu m3.

Tuy nhiên, hiện nay, nguồn cát tự nhiên ở nhiều địa phương còn thiếu hụt. Trong đó, trữ lượng cát tự nhiên (cát sông) dùng để san lấp của đồng bằng sông Cửu Long khoảng 37 triệu m3. Trong khi đó, riêng về hạ tầng giao thông, 6 tuyến cao tốc triển khai giai đoạn 2022 - 2025 ở khu vực này cần gần 50 triệu m3 cát. Ngoài ra, các dự án giao thông cấp tỉnh cần khoảng 36 triệu m3 cát trong các năm 2023-2024. 

Tại nhiều dự án giao thông ở miền Bắc và miền Trung, nguồn cát tự nhiên đang bị đẩy giá cao do khan hiếm hơn so với 3 năm trước. Trong tương lai, cát tự nhiên sẽ ít dần do cát từ thượng nguồn đổ về ít, không đủ bù đắp lượng cát được khai thác. Nếu đào cát ồ ạt sẽ làm cho đáy sông ngày càng sâu thêm, nguy cơ sạt lở lớn.

Vật liệu thay thế cho cát tự nhiên có công suất lớn nhất hiện nay là cát nhân tạo (cát nghiền) từ các mỏ đá. Lợi thế của cát nghiền là giá thành 200.000 - 250.000 đồng/m3, trong khi giá cát sông 400.000 - 500.000 đồng/m3 nên có thể giảm chi phí xây dựng. Trong khi, cát nghiền không khả thi nếu sử dụng san lấp do đơn giá của Nhà nước cho cát san lấp khoảng 80.000 đồng/m3. Giá cao nên cát nghiền chủ yếu dùng cho bêtông và vữa, không phù hợp để làm cát san lấp và đắp nền cho dự án giao thông.

Cát biển là nguồn vật liệu thay thể triển vọng bởi Việt Nam có 30 vùng biển có thể khai thác với tổng tài nguyên dự báo gần 150 tỷ m3. Tuy nhiên, hiện mới có tiêu chuẩn TCVN 13754:2023 cát nhiễm mặn cho bêtông và vữa, chưa có tiêu chuẩn cát biển làm vật liệu thay thế cát san lấp. Việc thí điểm cát biển đắp nền đường mới ở quy mô nhỏ trong đó, cấp thiết kế thấp hơn đường cao tốc, chất lượng cát biển mới chỉ được nghiên cứu cho một khu vực (mỏ cát biển tỉnh Trà Vinh), các quy chuẩn kỹ thuật, tiêu chuẩn về độ mặn đối với cây trồng vật nuôi chưa đầy đủ.

Vì vậy, việc sử dụng đại trà vật liệu cát biển cần được tiếp tục thí điểm mở rộng ở các dự án với cấp quy mô, cấp thiết kế cao hơn, cũng như thí điểm ở các điều kiện tự nhiên, điều kiện môi trường, nguồn vật liệu cát biển khác nhau để có cơ sở đánh giá một cách toàn diện.

Tro xỉ, bùn nạo vét có thể thay thế cát đắp nền đường

Theo ông Lê Việt Hùng, Phó Giám đốc Trung tâm Xi măng và bêtông (Viện Vật liệu xây dựng), cho rằng có thể thay thế cát san lấp bằng tro xỉ nhiệt điện, xỉ ngành luyện kim như xỉ lò cao, xỉ thép.

Nguồn tro xỉ nhiệt điện có thể sử dụng đắp nền hoặc là nguyên liệu sản xuất xi măng có tiềm năng, bởi tro xỉ nhiệt điện tại Việt Nam là rất lớn (tới từ 30 nhà máy nhiệt điện), mỗi năm có khoảng 16 triệu tấn.

Theo thống kê của Bộ Xây dựng, lượng phát thải tro, xỉ từ 29 nhà máy nhiệt điện trên cả nước trong năm 2022 là khoảng 16 triệu tấn và sẽ tăng lên 20 triệu tấn vào năm 2025. Hiện cả nước còn khoảng 48 triệu tấn tro xỉ tồn đọng tại các bãi, cần được tái chế để giảm ô nhiễm môi trường và thay thế cát tự nhiên ở các dự án giao thông.

Nguồn xỉ lò cao tại nhà máy thép ước tính mỗi năm 4,6 triệu tấn, xỉ thép 3,9 triệu tấn cũng là vật liệu thay thế. Không chỉ sử dụng đắp nền, san lấp, đây còn là cốt liệu cho bêtông. Lợi thế của vật liệu này là giá rẻ, tương đương giá cát san lấp, tuy nhiên nhà máy thép tập trung ở miền Bắc, miền Trung; miền Nam nơi dự án cao tốc Bắc Nam đang thiếu cát, chỉ có một số nhà máy thép tại Bà Rịa – Vũng Tàu.

Bên cạnh đó, thạch cao phốt pho từ các nhà máy sản xuất phân bón DAP có thể làm phụ gia cho xi măng hoặc làm vật liệu san lấp. Công suất mỗi nhà máy có thể khai thác gần 2 triệu tấn mỗi năm. Đuôi quặng ngành chế biến mỏ, đất đá thải than từ các mỏ than ở Quảng Ninh có thể làm vật liệu san nền tiềm năng. Hàng năm các mỏ than đổ ra bãi thải khoảng 150 triệu m3 đất đá, chiếm dụng hàng nghìn hecta đất.

Bùn thải nạo vét tại sông cũng có thể là nguồn vật liệu đắp nền, vừa góp phần bảo vệ môi trường. Tuy nhiên, bùn thải có độ ẩm cao, chứa đất sét và các tạp chất hữu cơ nên phải qua xử lý như giảm ẩm, phối trộn với các vật liệu khác như cát, đá nếu sử dụng làm vật liệu đắp nền.

Thực tế ở nhiều nước châu Âu như Anh, Hà Lan, thì bùn, chất nạo vét được ưu tiên tái sử dụng cho các mục đích xây dựng, một số nơi dùng bùn nạo vét để bồi đắp các khu vực ven biển, vùng đất bị tác động của thủy triều, vùng đầm lầy ngập mặn…