Tiềm năng tái chế kính phế thải trong sản xuất “Bê tông xanh truyền sáng” tại Việt Nam

Bài báo giới thiệu nghiên cứu chế tạo sản phẩm bê tông “xanh” trang trí truyền sáng tại Việt Nam bằng cách tận dụng các nguồn phế thải công nghiệp gồm tro bay, xỉ lò cao và kính phế thải. Nghiên cứu hướng tới thúc đẩy mô hình kinh tế tuần hoàn và chuyển đổi xanh bền vững trong ngành công nghiệp vật liệu xây dựng, phù hợp với cam kết phát thải ròng bằng 0 vào năm 2050.

Mục tiêu nghiên cứu là đánh giá cấp phối và công nghệ chế tạo bê tông không xi măng có khả năng truyền sáng, sử dụng kính phế thải làm cốt liệu truyền sáng, kết hợp với dung dịch kiềm hoạt hóa. Phương pháp tiếp cận bao gồm thiết kế cấp phối theo nguyên lý thể tích tuyệt đối, điều chỉnh thực nghiệm, và thực hiện các thí nghiệm xác định khối lượng thể tích, cường độ chịu nén, cường độ uốn, độ hút nước và độ ẩm tự nhiên theo các tiêu chuẩn Việt Nam hiện hành.

Kết quả cho thấy sản phẩm bê tông xanh truyền sáng đạt cường độ nén 30÷40 MPa, cường độ uốn 11,0÷12,5 MPa, độ hút nước thấp (7,0÷10% khối lượng), đồng thời có khả năng truyền sáng tốt. Đây là giải pháp vật liệu mới, có tiềm năng ứng dụng trong công trình dân dụng và công nghiệp, góp phần tạo hiệu ứng thẩm mỹ và tiết kiệm năng lượng chiếu sáng.

1. Giới thiệu

Trong bối cảnh công nghiệp hóa và hiện đại hóa diễn ra mạnh mẽ trên nhiều lĩnh vực đời sống, nhu cầu tiêu thụ năng lượng – đặc biệt cho chiếu sáng nhân tạo – ngày càng gia tăng, kéo theo những tác động tiêu cực đến môi trường. Song song với đó, các tiêu chuẩn đánh giá công trình cũng như yêu cầu về thẩm mỹ và trang trí kiến trúc ngày càng khắt khe hơn [1]. Trước thực tế đó, việc nghiên cứu và ứng dụng các giải pháp kỹ thuật nhằm khai thác hiệu quả ánh sáng tự nhiên trong nhà ở và công trình công cộng, đồng thời tạo ra những thiết kế kiến trúc mới lạ, có giá trị thẩm mỹ cao và khả năng thu hút đầu tư, đang trở nên hết sức cần thiết và cấp bách [2].

Bên cạnh những đổi mới trong tư duy thiết kế kiến trúc, một hướng nghiên cứu đầy tiềm năng hiện nay là phát triển các loại vật liệu xây dựng thân thiện với môi trường, đặc biệt là không sử dụng xi măng. Những vật liệu này không chỉ góp phần giảm phát thải mà còn tận dụng hiệu quả các loại chất thải công nghiệp có khối lượng lớn và khả năng truyền sáng. Hiện nay, vật liệu truyền sáng phổ biến chủ yếu là kính và nhựa trong suốt [2]. Tuy nhiên, quy trình sản xuất kính đòi hỏi nhiệt độ rất cao để nấu chảy nguyên liệu, tiêu tốn nhiều năng lượng [3], đồng thời phát thải lượng lớn khí CO₂ và các loại khí nhà kính khác – đi ngược với định hướng của Chính phủ Việt Nam về xây dựng nền kinh tế các-bon thấp và cam kết đạt phát thải ròng bằng 0 vào năm 2050.

Nghiên cứu này trình bày công nghệ chế tạo và đặc tính của sản phẩm bê tông trang trí “xanh” không sử dụng xi măng, có khả năng truyền sáng mà không cần đến sợi quang học. Đây là dòng sản phẩm đặc biệt thuộc nhóm bê tông xanh, vừa đảm bảo yêu cầu thẩm mỹ trong thiết kế, vừa có tính năng truyền sáng, đồng thời đạt các chỉ tiêu cơ lý phù hợp cho ứng dụng xây dựng. Nhờ sử dụng chất kết dính kiềm hoạt hóa và vật liệu tái chế, công nghệ này giúp tiết kiệm từ 20–40% năng lượng so với bê tông truyền thống.

Sản phẩm được tạo hình dưới dạng tấm mỏng và gạch ốp có cấu trúc đồng nhất, bề mặt mịn, giá thành thấp và tuổi thọ cao. Bê tông truyền sáng không chỉ góp phần giảm tiêu thụ điện năng chiếu sáng trong các công trình mà còn mở ra nhiều giải pháp thiết kế sáng tạo cho kiến trúc hiện đại.

Dù chưa được triển khai sản xuất quy mô công nghiệp tại Việt Nam, công nghệ này thể hiện tiềm năng ứng dụng lớn. Sản phẩm bê tông xanh truyền sáng là kết quả nghiên cứu từ năm 2021 của nhóm tác giả tại Trường Đại học Mỏ – Địa chất [1, 6], sử dụng hoàn toàn chất kết dính không xi măng. Những kết quả bước đầu cho thấy công nghệ này có thể mang lại giá trị thực tiễn cao, đồng thời góp phần nâng cao chất lượng sống và bảo vệ môi trường. Trên cơ sở đó, nghiên cứu tiếp tục làm rõ quy trình chế tạo và một số đặc tính tiêu biểu của sản phẩm bê tông trang trí truyền sáng, sử dụng tro bay, xỉ lò cao và kính phế thải kết hợp dung dịch kiềm hoạt hóa. Công nghệ này không chỉ tiết kiệm năng lượng, giảm phát thải mà còn cho phép tạo ra sản phẩm có giá thành hợp lý, phù hợp với yêu cầu sử dụng trong trang trí nội – ngoại thất công trình hiện đại.

2. Vật liệu và phương pháp nghiên cứu

2.1. Vật liệu sử dụng

Các vật liệu sử dụng để chế tạo bê tông xanh truyền sáng gồm:

• Cốt liệu truyền sáng: Hạt kính phế thải có kích thước 5–10 mm, khối lượng riêng 2,5 g/cm³, đạt tiêu chuẩn TCVN 7570:2006;

• Hỗn hợp phụ gia khoáng hoạt tính nghiền mịn: Tro bay nhiệt điện của nhà máy nhiệt điện Phả Lại, khối lượng riêng 2,34 g/cm³ và xỉ hạt lò cao nghiền mịn từ khu gang thép Hòa Phát, khối lượng riêng 2,29 g/cm³. Sản phẩm phụ gia hoát tính nghiền mịn thỏa mãn yêu cầu kỹ thuật của tiêu chuẩn TCVN 10302:2014;
• Phụ gia khoáng trơ, gồm: Bột gốm được nghiền từ phế phẩm sứ vệ sinh TOTO với kích thước 0,1–0,5 mm;

• Dung dịch kiềm hoạt hóa gồm: Dung dịch NaOH với nồng độ mol/lít là 10M và khối lượng riêng là 1,45 g/cm3 và dung dịch Na₂SiO₃ với tỷ lệ SiO2/NaOH = 2,5 và khối lượng riêng là 1,55 g/cm³. Trong giới hạn nghiên cứu này đã chọn được tỷ lệ Na₂SiO₃/NaOH = 2,5.

• Phụ gia siêu dẻo SR 5000F của hãng Silk Road, dạng lỏng và khối lượng riêng là 1,1 g/cm³. Đây là loại phụ gia siêu dẻo gốc polycarboxylate ether thế hệ thứ 3, giúp giảm nước trộn, duy trì độ sụt lâu, phát triển cường độ sớm của sản phẩm bê tông sau khi tạo hình và thỏa mãn yêu cầu kỹ đáp ứng TCVN 8826:2024;
• Nước sử dụng trộn mẫu trong nghiên cứu này là nước sạch sinh hoạt (N). Tính chất của nước nhào trộn phù hợp với tiêu chuẩn TCVN 4506:2012

2.2. Phương pháp nghiên cứu

• Tính toán thành phần cấp phối của sản phẩm bê tông xanh trang trí truyền sáng được thực hiện theo phương pháp thể tích tuyệt đối;
• Lấy mẫu, đúc mẫu và bảo dưỡng mẫu bê tông được thực hiện theo TCVN 3105:2022;
• Xác định khối lượng thể tích được xác định theo TCVN 3115:2022;
• Độ ẩm tự nhiên được xác định theo TCVN 4196:2012;
• Độ hút nước được xác định theo TCVN 3113:2022;
• Cường độ kháng nén và cường độ kéo khi uốn được xác định theo TCVN 3118:2022 và TCVN 3119:2022;
• Khả năng truyền sáng đánh giá theo tỷ lệ diện tích chứa hạt kính trên tổng diện tích bề mặt, công thức:

2. Kết quả và thảo luận

Các thành phần cấp phối của hỗn hợp bê tông trang trí truyền sáng được xác định thông qua phương pháp thể tích tuyệt đối kết hợp với thực nghiệm, và được trình bày trong Bảng 1.

Sản phẩm thu được là các tấm bê tông mỏng có khả năng truyền sáng tốt và cường độ cơ học cao, phù hợp sử dụng làm gạch ốp tường hoặc tấm trang trí cho không gian ngoại thất. So với các vật liệu truyền sáng thông dụng hiện có trên thị trường Việt Nam, sản phẩm này có giá thành thấp hơn đáng kể, nhờ sử dụng nguyên liệu tái chế và quy trình sản xuất tiết kiệm năng lượng.

Kết quả thử nghiệm tại phòng thí nghiệm Trường Đại học Mỏ – Địa chất cho thấy sản phẩm bê tông truyền sáng đạt được các đặc tính kỹ thuật như sau:

• Độ ẩm tự nhiên: 4–6%
• Độ hút nước: 7,0–10%
• Khối lượng thể tích khô: 2200–2400 kg/m³
• Cường độ nén trung bình sau 28 ngày: 30–40 MPa
• Cường độ kéo khi uốn trung bình sau 28 ngày: 11,0–12,5 MPa
• Tỷ lệ diện tích bề mặt có khả năng truyền sáng: 20–30% tổng diện tích bề mặt sản phẩm

Đặc biệt, công nghệ chế tạo sản phẩm không yêu cầu hạ tầng máy móc phức tạp, cho phép dễ dàng triển khai tại các cơ sở sản xuất bê tông đúc sẵn [9, 10]. Khi được áp dụng ở quy mô công nghiệp, công nghệ này có thể góp phần đáng kể vào việc xử lý chất thải rắn công nghiệp, giảm thiểu tác động môi trường và thúc đẩy quá trình chuyển đổi sang nền kinh tế tuần hoàn tại Việt Nam.

Vật liệu bê tông “xanh” trang trí truyền sáng là một sản phẩm mới, hiện chưa được thương mại hóa trên thị trường Việt Nam. Quá trình sản xuất không đòi hỏi công nghệ phức tạp hay trang thiết bị chuyên dụng, giúp thuận tiện trong triển khai thực tế.

Đây là loại bê tông trang trí sử dụng cốt liệu dẫn sáng là các hạt kính phế thải kết hợp với chất kết dính không xi măng, tạo nên cấu trúc có khả năng cho ánh sáng xuyên qua. Nhờ đó, sản phẩm mang lại hiệu ứng ánh sáng độc đáo, tạo điểm nhấn thẩm mỹ đa dạng trong thiết kế nội thất và ngoại thất công trình.

Ngoài công năng trang trí, vật liệu này còn có thể ứng dụng để làm đường đi phát sáng trong công viên, góp phần thay thế một phần hệ thống chiếu sáng điện truyền thống, hướng đến tiết kiệm năng lượng và thân thiện với môi trường [11, 12].

Hình 3 minh họa ứng dụng thực tế của bê tông trang trí truyền sáng dưới dạng gạch ốp lát hình vuông, với các kích thước cạnh lần lượt là 200 mm, 300 mm và 400 mm, độ dày từ 10 đến 15 mm.

Quy trình chế tạo gạch bê tông trang trí truyền sáng trong phòng thí nghiệm được thực hiện theo các bước sau:

• Bước 1: Chuẩn bị đầy đủ nguyên vật liệu đầu vào theo đúng thành phần cấp phối đã thiết kế.
• Bước 2: Gia công khuôn mẫu theo kích thước yêu cầu của sản phẩm.
• Bước 3: Đổ hỗn hợp bê tông đã trộn vào khuôn. Sau khi đổ, hỗn hợp được để đông kết trong điều kiện tự nhiên, đồng thời được phun sương định kỳ để giữ ẩm, đảm bảo quá trình thủy hóa và hoạt hóa kiềm diễn ra ổn định. Do sản phẩm có dạng tấm mỏng, thời gian lưu khuôn kéo dài khoảng 5 ngày trước khi tháo khuôn và chuyển sang gia công hoàn thiện.
• Bước 4: Tháo khuôn, sau đó tiến hành mài và đánh bóng các bề mặt truyền sáng nhằm tăng hiệu quả ánh sáng và độ thẩm mỹ của sản phẩm.

Sản phẩm hoàn thiện có thể được sử dụng làm vật liệu ốp lát, trang trí nội – ngoại thất, tạo hiệu ứng ánh sáng tự nhiên độc đáo. Đồng thời, trong các không gian công cộng như công viên, sân vườn, vật liệu này có thể thay thế một phần hệ thống chiếu sáng điện truyền thống, góp phần tiết kiệm năng lượng và nâng cao giá trị cảnh quan.

4. Kết luận

Từ việc phân tích thực trạng và tiềm năng ứng dụng bê tông trang trí “xanh” truyền sáng trong ngành xây dựng tại Việt Nam, kết hợp với kết quả nghiên cứu thực nghiệm trên các nguồn nguyên liệu thô như tro bay nhiệt điện, xỉ lò cao và kính phế thải, có thể rút ra một số kết luận như sau:

Việc áp dụng phương pháp thiết kế cấp phối theo thể tích tuyệt đối đã cho phép xác định được công thức tối ưu cho bê tông trang trí truyền sáng sử dụng hạt kính phế thải, tro xỉ công nghiệp, bột gốm sứ và dung dịch kiềm hoạt hóa. Các sản phẩm bê tông thu được có cường độ chịu nén đạt yêu cầu, độ hút nước thấp và khả năng truyền sáng tốt. Trên cơ sở đó, nghiên cứu đã đề xuất công nghệ chế tạo các tấm ốp mỏng có tính thẩm mỹ cao, phù hợp ứng dụng trong trang trí nội thất và mặt đứng công trình dân dụng, công cộng.

Việc hoàn thiện công nghệ sản xuất bê tông xanh truyền sáng từ tro, xỉ và kính phế thải tại Việt Nam không chỉ giúp tạo ra vật liệu xây dựng có giá trị kiến trúc và mỹ thuật, mà còn góp phần giải quyết bài toán môi trường thông qua tái sử dụng chất thải rắn công nghiệp với quy mô lớn. Đồng thời, việc thay thế một phần chức năng chiếu sáng điện bằng vật liệu truyền sáng sẽ là bước tiến quan trọng trong nỗ lực sử dụng tiết kiệm và hiệu quả nguồn năng lượng hóa thạch đang dần suy giảm tại Việt Nam.

Tuy nhiên, quá trình ứng dụng thực tiễn của bê tông trang trí “xanh” truyền sáng vẫn còn gặp nhiều rào cản, cả về kỹ thuật, thị trường và nhận thức xã hội. Do đó, cần tiếp tục đẩy mạnh các nghiên cứu bổ sung, thử nghiệm quy mô công nghiệp và hoàn thiện các tiêu chuẩn kỹ thuật liên quan nhằm mở rộng ứng dụng loại vật liệu này trong thực tế xây dựng tại Việt Nam.

TS. Tăng Văn Lâm, Phạm Quang Đạo, Trần Thị Kim Phụng – Trường Đại học Mỏ – Địa chất
Bùi Xuân Hải – Founder & Ceo TDN Holding Co., Ltd
© Tạp chí Kiến trúc

Tài liệu tham khảo:

1. Tang Van Lam, Vo Dinh Trong. Translucent concrete made from fly ash and glass waste. Vietnam Journal of Science and Technolog. No.7, 2024. Pp. 36-37. (In Viet).

2. Chernikova T.Yu. Transparent concrete: features of the material and prospects for its use. Collection of scientific papers based on the results of the International scientific and technical conf. of young scientists of BSTU named after VG Shukhov. Belgorod: BSTU Publishing House, 2019. Pp. 1358-1361.

3. Tong Ton Kien. Development of new low-carbon green materials in conjunction with circular economy: Need for “circulation” in thinking and policy making. Construction magazine. No04(08). 2024. (In Viet).

4. Van Lam Tang, Trong Chuc Nguyen, Xuan Hung Ngo, Van Phi Dang, Boris Bulgakov, Sophia Bazhenova. Effect of natural pozzolan on strength and temperature distribution of heavyweight concrete at early ages. MATEC Web of Conf. Vol. 193, 2018. DOI: 10.1051/matecconf/201819303024.

5. Van Lam Tang, Tho Vu Dinh, Dien Vu Kim, Boris Bulgakov, Olga Aleksandrova, Sophia Bazhenova. Combined Effect of Bottom Ash and Expanded Polystyrene on Light – Weight Concrete Properties. MATEC Web of Conf. Vol. 251, 2018. DOI:

6. Science and technology of industry and trade. The production of “green” concrete contributes to the implementation of the party and state policy in the field of green transformation. 2024. (In Viet)

7. Tang Van Lam, Ngo Xuan Hung, Vu Kim Dien, Bulgakov B.I., Bazhenova S.I., Aleksandrova O.V. Geopolymer concrete using multi-tonnage man-made waste. Construction: science and education. 2021. Vol. 11. Issue. 2. Article 2. URL: DOI: 10.22227/2305-5502.2021.2.2

8. Tang Van Lam, Bulgakov B.I. Feasibility of using ash and slag waste and rice husk ash in geopolymer concretes for the construction of structures in Vietnam. BDU Journal of Science & Technology. 2021. Vol.03. No.01. Pp. 26-40.

9. Evseeva S.S. Construction concrete – the material of the XXI century. Prospects for the development of the construction complex. No. 1, 2014. Pp. 335-338.

10. Novikova A.M., Eropov L.A. Modern types of concrete for finishing and for structures. Collection: Days of Science of Students of the Institute of ASE-2021: Collection of scientific papers based on the results of scientific and practical conference. Vladimir: Publishing house of VlSU, 2021. Pp. 50-56.

12. Chiew S.M., Ibrahim I.S., Ariffin M.A.M., Lee H.S., Singh J.K. (2021). Development and properties of light-transmitting concrete (LTC) – A review // Journal of Cleaner Production. Vol. 284, 2021. Pp. 65-73.