Công nghệ hóa cứng đất bằng dung dịch hóa đá DHD 101

Nguyên nhân nền móng bị yếu đi

Thực tế, hiện nay, có hai yếu tố chính làm cho nền móng của một con đường bị suy giảm độ bền là cơ chế lỗ trống và cơ chế phân ly điện hóa.

Thứ nhất, về cơ chế lỗ trống, quá trình tưới nước và lu nén chỉ làm một việc là sắp xếp các hạt cát hay đá dăm đến độ chặt tối đa, mà không dính kết chúng lại với nhau. Do đó, mặc dù được lu nén rất chặt, nền móng đường luôn có các lỗ trống li ti nằm giữa các hạt đất đá siêu nhỏ.

Các lỗ trống này sẽ biến đổi theo thời gian, có thể to ra khi bị ngấm nước, hoặc nhiều lỗ trống gần nhau có thể liên thông tạo thành mạch ngầm. Dưới tác dụng của tải trọng xe chạy trên bề mặt, các mạch liên thông đó có thể đứt gãy, biến dạng và dần dần làm yếu nền móng, dẫn đến sự suy giảm của chất lượng cả con đường.

Thứ hai, nền móng luôn có ẩm, tức là các hạt đất đá bị ngấm nước trên bề mặt hoặc trong kết cấu tạo thành các màng nước rất mỏng bao quanh hạt. Màng nước trong đất bị phân cực và làm cho các hạt đất có điện tích âm. Khi nén lại các điện tích âm sẽ đối kháng nhau và làm cho các hạt đất không thể liên kết chặt với nhau vì lực đẩy tĩnh điện tự có giữa chúng.

Theo thời gian, những liên kết không chặt đó sẽ biến động, tùy theo lượng nước tăng lên hay giảm xuống, tùy theo lực cơ học tác động khi có xe chạy qua. Khi lượng nước tăng lên thì mối liên kết giữa các hạt đất giảm xuống. Vì vậy, hai bên mép đường phải có rãnh thoát nước để tránh cho nước ngấm sâu vào kết cấu nền móng.

Dịch hóa đá “của Việt Nam, dành cho Việt Nam”

Để giải quyết những vấn đề này, trên thế giới, các nhà khoa học đã nghiên cứu ra một loại dung dịch hóa cứng (dịch hóa đá) để khi được trộn vào đất sẽ trung hòa các điện tích phân ly từ màng nước và tạo liên kết mạch dài thay cho liên kết hạt để loại bỏ lỗ trống, tức giải quyết đồng thời cả hai cơ chế suy giảm trên.

Dịch hóa đá được chế tạo từ một loại polime thực vật (nhựa cây) có các mạch vòng được gắn các gốc SO3. Khi dich hóa đá được trộn vào đất, các gốc SO3 sẽ trung hòa các gốc OH- của sự phân ly màng nước trên bề mặt hạt đất, làm cho các hạt đất trở nên không bị phân cực điện hóa.

Mặt khác, các ion của các nguyên tố kim loại như Si và Al sẽ được liên kết với nhau trong các mạch vòng polime của nhựa cây thành một chuỗi polime vô cơ. Khi xe lu tác động lục nén lên, các mạch polime vô cơ liên kết với nhau và không để lại các lỗ trống nữa.

Hiện nay trên thị trường có một số dung dịch hóa cứng như phụ gia hóa cứng RRP 232 của Đức, Roadpacker của Mỹ... Tuy nhiên, giá thành của những sản phẩm ngoại nhập này lại khá cao, khoảng 2 triệu đồng/lít và phải mua với số lượng lớn lên đến vài nghìn lít, gây bất tiện cho người tiêu dùng.

Xuất phát từ thực tiễn đó, nhóm nghiên cứu của Viện Vật lý, Viện Hàn lâm KHCN Việt Nam đã nghiên cứu, phát triển dịch hóa đá nội địa có nguồn gốc từ thực vật mang tên DHD101 có giá thành rẻ, chất lượng cao và đáp ứng cả những nhu cầu sử dụng với số lượng nhỏ của khách hàng.

Tuy nhiên, đề sáng chế thành công sản phẩm này không phải là một việc dễ dàng. Theo TS. Nguyễn Thế Hùng, Viện Vật lý, Viện Hàn lâm KHCN Việt Nam - trưởng nhóm nghiên cứu, thời gian nghiên cứu, phát triển sản phẩm dịch hóa đá DHD 101 kéo dài trong 5 năm với nhiều khó khăn mà nhóm phải trải qua. Ví dụ phải tiến hành hang ngàn thí nghiệm chiết tách polime từ các loại cây cỏ khác nhau, phải tổ chức phân tích các chỉ tiêu hóa lỹ của chúng rất tốn kém. Sau khi chế tạo được dịch hóa đá DHD101, lại còn gặp các rào cản kỹ thuật trong các quy định hành chính dẫn đến sự ứng dụng rất khó khăn.

“Để vượt qua, chúng tôi phải làm các thực nghiệm như làm con đường vào mỏ chở quặng ở Tây Nguyên hay xây dựng ngôi nhà 2 tầng bằng gạch không nung làm được sản xuất từ dịch hóa đá DHD 101… Việc này tốn nhiều rất nhiều tiền bạc và thời gian của nhóm nghiên cứu”.

Giải pháp tiết kiệm và bền vững

Theo đó, khi tiến hành thử nghiệm, những mẫu thí nghiệm đất hóa đá của Viện được ngâm nước 12 tháng vẫn còn nguyên kết cấu, có thể cho cường độ nén lên đến 40Mpa, độ ngấm nước dưới 2%.

Khi sử dụng dung dịch DHD101, việc xây dựng nền sẽ không cần phải đổ đất đá đề làm nền mà chỉ cần xới ngay lớp đất hiện tại và tưới dung dịch lên, sau đó lu nén chặt là có một mặt nền dày độ khoảng 30cm nhưng độ bền vững cao hơn cả những con đê dày 4-5m. Sau đó, công nhân chỉ cần tráng lên bề mặt nền móng một lớp bê tông nhựa Asphalt.

Như vậy, việc xây dựng đường có thể tiết kiệm được đất đá đổ mặt nền, chi phí và thời gian thi công. Trong đó, chi phí có thể tiết kiệm được từ 5 đến 10 lần mà vẫn có độ bền cao với giá thành chỉ bằng 1/4 giá thành của các sản phẩm nhập ngoại, khoảng 500 nghìn đồng/lít. Hơn nữa, khách hàng có thể mua với số lượng nhỏ chỉ từ 1 lít cho đến hàng nghìn lít.

Dung dịch DHD101 có thể được sử dụng để làm các con đường ở nhiều cấp độ khác nhau như đường cao tốc, đường quốc lộ thông thường, đường liên tỉnh, đường nông thôn, đường nội bộ các khu công nghiệp hoặc trang trại, đường vận tải trong các cánh đồng năng lượng mặt trời, đường chắn sóng biển, đường vào mỏ chở quặng... Nó cũng hữu ích khi áp dụng trong việc xây dựng sân vườn, nền móng nhà xưởng, công trình quân sự.

Thực tế, dung dịch đã được áp dụng trong việc thi công một con đường vào mỏ chở quặng ở Tây Nguyên. Móng đường phía dưới vốn bị hiện tượng cao su, tức là đường bị dập dềnh, nhún nhảy như xe đang đi trên tấm đệm cao su. Nguyên nhân phía dưới có ổ bùn đọng nước rất lớn. Khí hóa cứng một lớp dày 60 cm trên ổ bùn đó xong, thì ổ bùn dần dần được cứng và hiện tượng cao su không còn nữa. Vậy kết luận rằng móng đường được gia cố nhanh hơn và bền hơn so với các phương pháp khác, như đóng cọc hoặc rải vải địa kỹ thuật.

Theo đó, con đường được làm với 3 lớp cho xe trọng tải lên tới 100 tấn lưu thông, với 2 lớp dưới mỗi lớp dày 20cm làm nền và lớp mặt dùng để chống nước ngấm xuống phả hủy mỏng. Đến nay, con đường vẫn giữ nguyên được độ bền chắc, tính thẩm mỹ.

Bên cạnh đó, dung dịch trộn với các phế liệu như tro bay nhà máy nhiệt điện, bùn thải từ các nhà máy công nghiệp giấy, bùn thải thạch cao từ các xưởng phân bón DPA, xà bần (đất đá vụn, vôi vữa, cát, xi măng,… hay chạc) của các công trình xây dựng cũng là loại nguyên liệu tốt để làm nền móng cho đường và công trình. Điều này vừa giúp tận dụng các phế liệu, bảo vệ môi trường, vừa giúp tiết kiệm chi phí để giải quyết bài toàn về giao thông của Việt Nam.

Mặt khác, một ứng dụng đặc biệt của DHD101 là trộn với đất đồi để sản xuất gạch không nung có giá thành rẻ và chất lượng cao. Gạch không nung dừ dịch hóa đá có thể dung để xây dựng nên những ngôi nhà xanh, tiết kiệm năng lượng và thân thiện với môi trường. Các viên gạch được làm ra theo phương pháp này có độ thẩm mỹ cao, giữ nguyên màu đất đỏ hoặc vàng tự nhiên, kích thước đều nhau. Các ngôi nhà xây dựng bằng các viên gạch này có thể tiết kiệm đến 80% vữa và 60% thời gian thi công.

Về dự định trong tương lai, ông Hùng khẳng định nhóm nghiên cứu sẽ tiếp tục nghiên cứu, cải tiến dịch hóa đá DHD 101 để cho ra các sản phẩm DHD102 hoặc 103 chất lượng cao hơn, dùng được trong nhiều hoàn cảnh phức tạp hơn, chẳng hạn như đất có chứa nhiều sỏi đá…

“Nền công nghiệp Việt Nam còn rất chắp vá  với nhiều vật liệu vẫn phải nhập ngoại. Do đó, nếu có các nhu cầu thực tế thì chúng tôi phải tiếp tục nghiên cứu. Ví dụ như các dạng máy sấy tiết kiệm năng lượng, máy chiết tách hợp chất từ cây cỏ, vật liệu lọc nước thải quy mô công nghiệp… là các đề tài nóng, nhu cầu thực tế rất lớn và cấp bách mà Viện Vật lý, Viện Hàn lâm KHCN Việt Nam dự định nghiên cứu”, ông Hùng nói thêm.