Tái chế bê tông có lựa chọn

Tác giả: Tiến sỹ Martin Reformat & André Trümer, Công ty Loesche GmbH, Đức
Đăng trên Tạp chí Global Cement Magazine số tháng 9/2024, Tr.58-60
Người dịch: Nguyễn Thị Kim Lan.

Trong khuôn khổ GIẢI PHÁP CHÌA KHÓA XANH, LOESCHE đưa ra một giải pháp tái chế hoàn toàn bê tông nghiền trên quy mô công nghiệp để có thể sử dụng được cho sản xuất xi măng.
Mỗi năm, trên thế giới thải ra hơn 3 tỷ tấn vật liệu xây dựng và phá dỡ, tương đương với khoảng 340.000 tấn/giờ. Việc tái chế một tấn đá, cát và xi măng từ bê tông cũ thành bê tông mới thường bị hạn chế do các thành phần tạp chất. Nhu cầu nước của đá xi măng, thành phần xi măng tái chế được nghiền mịn của bê tông, cũng ngăn cản việc mở rộng áp dụng. Tuy nhiên, những nỗ lực tái chế vật liệu xây dựng theo cách thức chất lượng cao đang dần tăng lên trên thế giới.
Đã có các phương pháp khác nhau cho xử lý có lựa chọn bê tông cũ. Bên cạnh sự tác động thông thường hoặc nghiền bằng con lăn, nghiền điện áp cao dưới nước và cải tiến máy đập hàm cũng cho thấy khả năng nghiền nhỏ bê tông có chọn lọc. Tuy nhiên, một vài trong số các công nghệ này vẫn đang trong giai đoạn phát triển hoặc có thể chỉ được áp dụng trên quy mô nhỏ. Giải pháp S/CRETE của LOESCHE, trái lại, cho thấy một quy trình ‘nghiền có lựa chọn’ trên quy mô lớn để phân tách cốt liệu thô và mịn và đá xi măng.
Nghiền có lựa chọn
Khái niệm cơ bản của nghiền có lựa chọn nhằm mục đích phân tách các vật liệu đa thành phần thành các thành phần riêng biệt bằng cách mài nghiền, hơn là đập nghiền. Khả năng nghiền các thành phần trong bê tông thay đổi đáng kể (xem Hình 1). Liên quan tới sự thay đổi này, thì quá trình nghiền được thiết kế chỉ dành riêng cho việc nghiền đá xi măng và các thành phần khác giữ nguyên hình dạng và kích thước ban đầu của chúng. Trong máy nghiền của LOESCHE, đá vụn bê tông đã qua nghiền được nạp tập trung vào bàn nghiền quay và được vận chuyển đi bên dưới các con lăn nghiền bằng lực ly tâm. Một lớp liệu hình thành giữa các con lăn và bàn nghiền, được hạn chế bởi vành chặn khi bị nạp tràn. Điều này được kiểm soát bằng cách cài đặt các thông số thích hợp chẳng hạn như tốc độ quay của bàn nghiền, cũng như độ nghiêng và áp lực của các con lăn nghiền. Liệu sau đó chịu áp lực cắt và chà xát kết hợp trên lớp nghiền.

Máy nghiền của LOESCHE dùng cho tái chế bê tông là một phát triển thêm dựa vào công nghệ ban đầu do LOESCHE phát triển. Một sự khác biệt đó là do áp lực nghiền cần thiết thấp hơn, hệ thống thủy lực có thể được đơn giản hóa đáng kể. Một ưu điểm nữa đó là loại máy nghiền này có trọng lượng nhẹ hơn do thân máy nghiền và cơ cấu truyền lực nhẹ hơn.

Các bước quá trình
Máy nghiền được vận hành đồng thời ở chế độ dòng chảy khí và dòng chảy tràn để một lượng liệu đáng kể thoát ra qua vòng đệm thông hơi, được thiết kế đặc biệt cho sàng phân loại dòng chảy ngược. Lúc này, hoạt động lựa chọn và phân loại ban đầu diễn ra, bằng cách xả liệu thô xuống dưới qua máng ‘thải bỏ’.
Kích thước hạt đá dăm bê tông cấp có thể lên tới 100mm. Kích thước hạt này gần tương ứng với kích thước hạt thường được tạo ra ở nhà máy đập nghiền. Đá dăm bê tông thu được từ cốt thép qua các bước lựa chọn đầu nguồn trước khi được cấp vào máy  nghiền.
Dòng khí mang liệu mịn hơn đi tới bước phân loại thứ hai, máy phân loại động  học. Máy phân loại này phân tách đá vôi ra khỏi cát và cốt liệu. Các vật liệu này được đưa trở lại quá trình nghiền qua phễu đá dăm. Cát được đẩy ra ngoài qua phễu trước khi nó quay trở lại bàn nghiền. Điều này đặc biệt được khuyến nghị đối với những lượng lớn tạp chất hữu cơ và các tạp chất khác, vì chúng tích tụ lại trong bước quá trình này.

Các bước tiếp theo có thể được bổ sung thêm sau bước nghiền có lựa để tăng độ tinh khiết của liệu mịn và thô, chẳng hạn như việc lựa chọn và sàng phân loại theo tỷ trọng. Các thử nghiệm cần thiết được thực hiện ở máy nghiền phòng thí nghiệm và Trung tâm thử nghiệm của LOESCHE (xem Hình 3).
Sử dụng các sản phẩm tạo ra
Nghiền có lựa chọn tạo ra 3 loại sản phẩm: Cốt liệu thô (>4mm), cốt liệu mịn (0-4mm) và liệu mịn (<125 μm) (xem bên dưới).

Cốt liệu thô, cũng được biết đến là cuội sỏi, đã được sử dụng trong nhiều thập kỷ như là một loại vật liệu thay thế cho sản xuất bê tông. Nghiền có lựa chọn có thể đạt được độ tinh khiết cuội sỏi lên tới 95% không có ảnh hưởng xấu tới chất lượng của bê tông. Liệu mịn, chủ yếu là đá xi măng, có thể thay thế lên tới 35% hàm lượng clinker nếu thỏa mãn các điều kiện biên như hàm lượng sunfat và hàm lượng clorua đạt được theo (DIN EN 197-6:2023). Trong xi măng, liệu mịn là liệu trơ và có tác dụng điền đầy là chính, nhưng cũng có thể góp phần vào độ hoạt tính, đặc biệt là khi chế tạo bê tông với clinker được khử nước. Ngoài ra, liệu mịn có thể được sử dụng làm vật liệu thu nhận CO₂, vì các pha khoáng chất trong đá xi măng, chủ yếu là portlandite Ca(OH)₂ và các pha C-S-H, có xu hướng tạo thành canxi carbonate CaCO₃ khi có mặt CO₂. Đây là một quá trình tự nhiên có thể được gia tốc bằng cách sử dụng các gòng khí thải giàu CO₂ trong các thiết bị phụ trợ. Đá xi măng cũng có thể là một loại vật liệu thay thế cho bột liệu clinker, mang lại tiềm năng to lớn của loại vật liệu mịn này cho sản xuất xi măng bền vững.
Kết luận
Quá trình nghiền có lựa chọn trong máy nghiền con lăn đứng của LOESCHE được cấp bằng sáng chế này chứng tỏ rằng nó có khả năng tái chế hoàn toàn bê tông trên quy mô công nghiệp. Các lợi ích của công nghệ S/CRETE như sau:

1. Không tiêu hao nước;
2. Nhu cầu năng lượng ít;
3. Dấu chân carbon của nhà máy thấp;
4. Có thể mở rộng quy mô theo mọi kích thước (bao gồm cả các nhà máy di động);
5. Có thể áp dụng cho tất cả các loại bê tông.

Khả năng áp dụng các vật liệu được sản xuất ra là đa dạng và có thể giảm thiểu lượng CO₂ ngoài việc sử dụng thông thường làm cốt liệu trong bê tông tươi. Mục đích của việc tái chế bê tông chính là vì một nền kinh tế tuần hoàn khép kín. Tuy nhiên, điều này chỉ có thể đạt được nếu tất cả các bên có liên quan hiểu rõ tính bền vững là một  phương châm cho hành động.