Hiện nay, nhiều công trình tại các thành phố lớn đã được xây dựng từ các vật liệu đã từng là chất thải. Tại Hoa Kỳ, hơn 600 triệu tấn bê tông được tạo ra mỗi năm từ các công trình bị phá dỡ, biến những bãi chôn lấp khổng lồ trở thành một trong những “mỏ vật liệu” hiệu quả cho ngành xây dựng.

Những khối bê tông tưởng chừng đã kết thúc vòng đời không đơn giản biến mất. Thay vào đó, chúng bước vào một chu trình hoàn toàn mới, được phá dỡ, nghiền, sàng lọc và xử lý cẩn thận nhằm thu hồi các cốt liệu sạch, sẵn sàng tái sử dụng cho các dự án xây dựng trong tương lai. 

Trong bài viết lần này, ban biên tập technologyMAG chia sẻ video của kênh The Factorian, nói về quy trình tái chế vật liệu bê tông từ các tòa nhà được phá dỡ.

Mặt trái phát thải phía sau bê tông và xi măng
Ít người nhận ra rằng phía sau những công trình bê tông là một trong những nguồn phát thải lớn nhất hành tinh. Trên thực tế, ngành công nghiệp xi măng chiếm khoảng 8% tổng lượng phát thải CO2 toàn cầu. Điều đáng chú ý hơn là phần lớn lượng phát thải này xuất phát trực tiếp từ các phản ứng hóa học diễn ra bên trong lò nung.

Khi đá vôi được nung ở nhiệt độ cực cao, bản thân vật liệu này giải phóng CO2, đóng góp tới 60% tổng lượng phát thải của toàn bộ quy trình, chưa bao gồm nhiên liệu hóa thạch cần thiết để duy trì nhiệt độ vận hành. Để hình dung rõ hơn, một tòa nhà cao tầng đơn lẻ có thể cần tới 6.000 tấn xi măng, tạo ra khoảng 4.600 tấn CO2.

Khi nhu cầu xây dựng tiếp tục gia tăng, nguyên vật liệu thô bị khai thác với tốc độ ngày càng cao và lượng phát thải cũng tăng theo. Chính vì vậy, tái chế bê tông trở thành một giải pháp quan trọng, giúp giảm nhu cầu khai thác nguyên liệu mới và có khả năng cắt giảm từ 20-30% gánh nặng phát thải liên quan đến vật liệu xây dựng.

Đánh giá kết cấu trước khi phá dỡ công trình
Trước khi quá trình phá dỡ bắt đầu, rủi ro lớn nhất không đến từ quy mô công trình mà đến từ những yếu tố không thể nhìn thấy bằng mắt thường. Công nhân di chuyển qua từng khu vực để trực tiếp đánh giá tình trạng kết cấu, kiểm tra dầm, cột và bản sàn nhằm xác định các vết nứt, độ võng (deflection) (1) và tính toàn vẹn của các liên kết giữa những thành phần kết cấu.
(1) Độ võng là mức độ một vật thể bị uốn cong, lệch vị trí hoặc biến dạng khỏi hình dạng/ vị trí ban đầu khi chịu tác động của lực, tải trọng hoặc áp lực.

Những chi tiết này cho phép xác định cách tải trọng thực sự được phân bố trong công trình. Đồng thời, các khu vực từng được sửa chữa hoặc cải tạo cũng được kiểm tra kỹ lưỡng vì đây thường là những điểm yếu tiềm ẩn do vật liệu không đồng nhất hoặc liên kết đã bị suy giảm chất lượng.

Việc đánh dấu chính xác các vị trí này cho phép kỹ sư xây dựng trình tự phá dỡ có kiểm soát, từ đó ngăn ngừa tình trạng mất cân bằng tải trọng đột ngột hoặc mất ổn định kết cấu.

Kiểm tra amiăng – yếu tố an toàn mang tính bắt buộc
Song song với đánh giá kết cấu, việc kiểm tra amiăng trở thành ưu tiên quan trọng. Đây là loại vật liệu dạng sợi từng được sử dụng rộng rãi cho mục đích cách nhiệt và chống cháy, thường xuất hiện trong trần treo, lớp phủ tường, tấm cách nhiệt và vật liệu bọc đường ống.

Khi không bị tác động, amiăng gần như không gây nguy hiểm tức thời. Tuy nhiên, khi bị phá vỡ hoặc hư hỏng, vật liệu này có thể giải phóng hàng triệu sợi siêu nhỏ, mỏng hơn tóc người hàng trăm lần và có khả năng tồn tại trong không khí nhiều giờ, thậm chí nhiều ngày trong môi trường kín.

Những hạt này vô hình, không mùi và khi xâm nhập vào cơ thể, gần như không thể bị đào thải. Vì lý do đó, hoạt động kiểm tra không dừng lại ở đánh giá trực quan. Những khu vực nghi ngờ được đánh dấu rõ ràng, cô lập và trong nhiều trường hợp được duy trì dưới điều kiện áp suất âm – tức không khí chỉ được hút vào bên trong nhưng không được phép thoát ra ngoài, nhằm ngăn bụi ô nhiễm lan sang môi trường xung quanh.

Từng bước trong quy trình đều được kiểm soát chặt chẽ bởi chỉ một sai sót nhỏ cũng có thể làm ô nhiễm hàng nghìn m³ không khí.

Thiết bị bảo hộ – ranh giới giữa an toàn và rủi ro dài hạn
Trong điều kiện như vậy, thiết bị bảo hộ cá nhân không chỉ đơn thuần là trang bị làm việc mà còn là ranh giới giữa an toàn và nguy cơ sức khỏe lâu dài.

Người lao động sử dụng bộ đồ bảo hộ toàn thân cùng mặt nạ lọc hiệu suất cao như N95 hoặc P100, có khả năng lọc tới 99,97% các hạt bụi mịn. Kính bảo hộ kín giúp ngăn bụi xâm nhập qua mắt, trong khi găng tay hạng nặng và giày chống đâm xuyên hỗ trợ duy trì độ ổn định và khả năng bảo vệ khi di chuyển trên các bề mặt không ổn định.

Bắt đầu quá trình phá dỡ công trình
Sau khi tất cả rủi ro được xác định, công trình bước vào giai đoạn phá dỡ. Ngay từ đầu, việc lựa chọn thiết bị phụ thuộc trực tiếp vào chiều cao công trình, độ dày kết cấu và không gian làm việc xung quanh.

Đối với các tòa nhà cao tầng hoặc khối bê tông lớn, lực phá dỡ không thể được tác động trực tiếp từ mặt đất. Trong trường hợp này, một phương pháp thường được sử dụng là quả cầu phá dỡ – một khối cầu thép nặng được thiết kế để phá hủy kết cấu thông qua va đập. Khối thép này thường nặng từ 5-12 tấn, được treo bằng các dây cáp dài hàng chục mét và tạo ra động năng lớn khi va chạm với bê tông, giúp phá vỡ vật liệu theo hướng có kiểm soát.

Trong không gian hạn chế hoặc những trường hợp yêu cầu độ chính xác cao hơn, các máy xúc nhỏ được nâng trực tiếp lên các tầng trên của công trình. Sau khi định vị, các thiết bị này thực hiện phá dỡ dần từ trên xuống dưới, cho phép người vận hành kiểm soát từng khu vực chính xác hơn đồng thời giảm thiểu ảnh hưởng đến các công trình lân cận.

Đối với các công trình thấp tầng, quy trình thường sử dụng máy xúc được trang bị kéo cắt thủy lực – thiết bị tạo ra lực nén rất lớn để nghiền bê tông và cắt thép cốt.

Khác với phương pháp va đập, kéo cắt thủy lực ép trực tiếp vào các thành phần kết cấu, làm nứt vỡ bê tông theo hướng kiểm soát đồng thời cắt đứt cốt thép ngay tại điểm tiếp xúc. Cách tiếp cận này giúp giảm rung động, hạn chế phát tán bụi và cho phép tháo dỡ từng phần với độ chính xác cao, đặc biệt phù hợp trong môi trường đô thị hoặc tại những khu vực nằm sát các công trình khác.

Logic tháo dỡ kết cấu theo chiều ngược lại của tải trọng
Bất kể thiết bị nào được sử dụng, công trình luôn được tháo dỡ theo logic chịu lực ban đầu nhưng theo trình tự ngược lại. Bản sàn và dầm được chia thành những phần nhỏ nhằm kiểm soát chính xác lượng vật liệu được tháo bỏ trong từng thao tác.

Phương pháp này giúp giảm tải trọng rơi tự do và ngăn chặn sự dịch chuyển đột ngột của lực lên những phần kết cấu chưa được xử lý. Khi lớp bê tông bên ngoài dần được loại bỏ, phần cốt thép bên trong bắt đầu lộ ra.

Những thanh thép này không được giữ nguyên chiều dài mà được cắt thành các đoạn ngắn hơn. Đây là bước đặc biệt quan trọng vì nếu cốt thép vẫn còn liền mạch, những phần kết cấu đã tách rời vẫn có thể bị giữ lại trong trạng thái treo, làm mất khả năng kiểm soát trong quá trình hạ vật liệu.

Xử lý dầm, cột và kiểm soát phân bố tải trọng
Sau khi sàn được tháo bỏ, trọng tâm chuyển sang các dầm ngang – thành phần chịu trách nhiệm phân phối tải trọng giữa các cột. Những dầm này được xử lý từ phần ngoài vào trong, qua đó giảm dần sự truyền lực trên toàn bộ kết cấu.

Khi các dầm bị loại bỏ, tải trọng còn lại được chuyển hướng về các trục chịu lực chính, giúp kỹ sư theo dõi và kiểm soát rõ ràng cách lực di chuyển trong suốt quá trình phá dỡ.

Các cột kết cấu chính không bị tháo bỏ ngay lập tức mà được giữ lại nhằm duy trì sự ổn định tổng thể. Chỉ khi tải trọng phía trên đã giảm xuống mức an toàn, các cột mới được cắt hoặc làm suy yếu theo từng giai đoạn.

Phương pháp này giúp giảm dần khả năng chịu tải, hạn chế lực va đập lớn truyền xuống móng, giảm rung động lan truyền sang khu vực xung quanh và đặc biệt quan trọng trong môi trường đô thị mật độ cao.

Hệ thống phun nước kiểm soát bụi trong phá dỡ
Song song với quá trình phá dỡ, hệ thống phun nước liên tục được triển khai trực tiếp tại điểm vận hành. Các đầu phun tạo ra lớp sương mịn bao phủ khu vực làm việc, giữ lại những hạt bụi bê tông siêu nhỏ trước khi chúng phát tán vào không khí.

Điều này đặc biệt quan trọng vì bụi mịn có thể di chuyển trên khoảng cách dài và gây rủi ro trực tiếp cho môi trường xung quanh cũng như sức khỏe người lao động.

Ngoài ra, lớp nước còn giúp giảm nhiệt sinh ra trong quá trình cắt và nghiền, đồng thời giảm ma sát giữa các mảnh vật liệu. Nhờ đó, toàn bộ quy trình phá dỡ trở nên ổn định hơn, sạch hơn và dễ kiểm soát hơn trong điều kiện vận hành thực tế.

Tách thép khỏi bê tông sau phá dỡ
Ngay sau khi phá dỡ, bê tông phế thải được gom lại và đưa vào giai đoạn tách thép ban đầu. Tại đây, vật liệu liên tục được đảo và khuấy để phá vỡ cấu trúc ban đầu của khối bê tông. Khi các khối lớn bắt đầu tách rời, phần cốt thép bên trong ngày càng lộ rõ, đặc biệt là những thanh thép dài chạy xuyên qua nhiều phần bê tông. Mục tiêu của giai đoạn này không phải nghiền nhỏ vật liệu mà là làm lỏng và phá vỡ liên kết giữa bê tông với thép.

Khi thép đã lộ rõ, người vận hành bắt đầu kéo trực tiếp phần cốt thép nhô ra. Nhờ đặc tính dẻo, thép dần tách khỏi bê tông xung quanh khi lực kéo được áp dụng. Những mảnh bê tông nhỏ còn bám lại sẽ rơi ra trong quá trình kéo, khiến thép ngày càng sạch hơn.

Các thanh thép dài bị xoắn được lấy ra từng phần rồi chuyển tới khu vực riêng nhằm tránh trộn lẫn trở lại với bê tông. Quy trình này được lặp lại nhiều lần trên cùng một đống vật liệu, mỗi lần xử lý sẽ loại bỏ thêm phần thép còn sót lại.

Khi lượng thép lộ ra giảm xuống mức tối thiểu, phần bê tông còn lại được xem là đủ sạch để chuyển sang giai đoạn nghiền. Phương pháp tách lớp này giúp giảm đáng kể lượng kim loại đi vào máy nghiền đồng thời giữ thép ở kích thước lớn hơn, từ đó nâng cao hiệu quả thu hồi và tái chế.

Nghiền sơ cấp và tách kim loại
Sau giai đoạn tách thép ban đầu, bê tông được đưa vào máy nghiền sơ cấp, công đoạn quan trọng quyết định chất lượng của toàn bộ dòng vật liệu ở các bước xử lý tiếp theo.

Tại đây, các khối bê tông lớn bị nén giữa hai bề mặt nghiền, tạo ra lực đủ mạnh để phá vỡ cấu trúc giòn của vật liệu. Khác với quá trình phá dỡ bên ngoài công trình, công đoạn này diễn ra trong điều kiện kiểm soát, cho phép bê tông nứt vỡ theo những điểm yếu tự nhiên của vật liệu.

Kết quả là phần cốt thép còn sót lại bên trong ngày càng lộ rõ và dần tách khỏi bê tông xung quanh. Để đảm bảo chất lượng bê tông nghiền, vật liệu tiếp tục đi qua hệ thống tách kim loại đầu tiên, nơi những mảnh thép nhỏ, đoạn cốt thép rời và phần kim loại còn dư được loại bỏ khỏi dòng vật liệu.

Đây là bước đặc biệt cần thiết vì nếu thép tiếp tục đi sâu hơn vào hệ thống, nó có thể làm tăng tốc độ mài mòn bề mặt nghiền, làm sai lệch phân bố kích thước hạt hoặc thậm chí gây tắc nghẽn thiết bị.

Nghiền thứ cấp và kiểm soát chất lượng cốt liệu tái chế
Sau khi phần lớn kim loại đã được loại bỏ, vật liệu chuyển sang giai đoạn nghiền thứ cấp. Khác với công đoạn nghiền sơ cấp, mục tiêu ở đây không chỉ là giảm kích thước mà còn kiểm soát hình dạng hạt vật liệu.

Lực va đập và ma sát giữa các mảnh bê tông giúp tạo ra những hạt có bề mặt nhám và hình dạng góc cạnh – một đặc tính quan trọng giúp cải thiện khả năng liên kết khi vật liệu được tái sử dụng trong bê tông mới hoặc làm lớp nền đường.

Giai đoạn tiếp theo sử dụng hệ thống sàng rung nhiều tầng, nơi vật liệu được phân loại kích thước trực tiếp trên băng tải. Những hạt đạt tiêu chuẩn kỹ thuật sẽ được tách thành các nhóm riêng biệt, trong khi các mảnh vật liệu quá cỡ được đưa trở lại máy nghiền.

Chu trình này có thể lặp lại nhiều lần nhằm đảm bảo tính đồng nhất trên toàn bộ đầu ra cốt liệu. Một đặc điểm kỹ thuật quan trọng là toàn bộ hệ thống vận hành theo dòng liên tục thay vì theo mẻ, qua đó duy trì lưu lượng xử lý ổn định, giảm thời gian nhàn rỗi và tối đa hóa hiệu suất tổng thể.

Đồng thời, việc kết hợp nghiền và tách kim loại tại nhiều giai đoạn khác nhau giúp giảm tải hệ thống theo từng bước thay vì xử lý toàn bộ vật liệu cùng lúc. Kết quả cuối cùng không chỉ đơn thuần là bê tông nghiền mà là dòng cốt liệu được kiểm soát chặt chẽ về kích thước, hình dạng và độ sạch.

Từ chất thải xây dựng đến đầu vào cho quy trình sản xuất mới
Từ công trường phá dỡ, vật liệu này được vận chuyển đến các nhà máy xử lý và đưa vào silo lưu trữ, nơi chúng được kết hợp với những đầu vào khác trong dây chuyền sản xuất.

Ở giai đoạn này, cốt liệu tái chế không còn bị xem là chất thải mà trở thành một thành phần đầu vào có chức năng trong quy trình xây dựng mới, được đo lường, phối trộn và tái cấu trúc để tạo ra các vật liệu mang mục đích hoàn toàn khác.

Một vòng đời kết thúc nhưng đồng thời một vòng đời mới cũng bắt đầu, hình thành trực tiếp từ những gì từng bị loại bỏ.

Sản xuất bê tông trộn sẵn từ vật liệu tái chế
Từ các silo lưu trữ, xi măng được vận chuyển bằng xe bồn kín đến các trạm trộn bê tông thương phẩm, nơi vật liệu được kết hợp với cát, đá và nước để tạo thành bê tông mới.

Toàn bộ quá trình được kiểm soát bởi hệ thống định lượng tự động, giúp đo chính xác từng thành phần theo cấp phối thiết kế. Sai số cho phép của mỗi thành phần không được vượt quá mức 1%, bởi ngay cả thay đổi nhỏ trong tỷ lệ nước trên xi măng cũng có thể ảnh hưởng đến cường độ và độ bền của sản phẩm cuối cùng.

Bên trong máy trộn cưỡng bức hoặc máy trộn tang trống nằm ngang, các cánh thép công suất lớn quay liên tục để tạo ra chuyển động rối, cho phép hồ xi măng phủ đều lên từng hạt cốt liệu. Thời gian trộn thường dao động từ 30-90 giây, phụ thuộc vào công suất thiết bị và cấp độ bê tông đang được sản xuất.

Vận chuyển và sử dụng bê tông tại công trường
Tại các công trường xây dựng quy mô lớn, bê tông sau khi trộn có thể được bơm trực tiếp thông qua hệ thống đường ống áp suất cao đến vị trí thi công.

Trong khi đó, các dự án nhỏ hơn thường sử dụng máng dẫn hoặc hệ thống nâng bằng gầu để vận chuyển vật liệu. Bất kể quy mô nào, hỗn hợp bê tông vẫn là sản phẩm của công nghệ chính xác và sự kiểm soát chặt chẽ, biến thứ tưởng như chỉ là chất lỏng đơn giản thành nền tảng rắn chắc của thế giới hiện đại.

Sản xuất khối bê tông và vật liệu xây dựng đúc sẵn
Tuy nhiên, hành trình của bê tông không kết thúc ở móng công trình hay các tòa nhà chọc trời. Một phần vật liệu tiếp tục được tạo hình trong các nhà máy để trở thành khối bê tông, những đơn vị vật liệu đúc sẵn có cường độ chịu nén cao và hình học tiêu chuẩn hóa.

Hỗn hợp vật liệu được ép định hình dưới áp suất lên tới nhiều tấn kết hợp với rung động tần số cao nhằm loại bỏ bọt khí và làm đặc chắc cấu trúc vật liệu. Sau quá trình tạo hình, các khối được dưỡng hộ (curing) (2) trong buồng kín, nơi nhiệt độ và độ ẩm được kiểm soát cẩn thận nhằm bảo đảm phản ứng hydrat hóa diễn ra hoàn chỉnh.
(2) Dưỡng hộ là quá trình duy trì điều kiện thích hợp, đặc biệt là độ ẩm, nhiệt độ và thời gian để vật liệu, phổ biến nhất là bê tông hoặc xi măng, phát triển tính chất cơ học đúng cách sau khi thi công.

Sau khi dưỡng hộ hoàn tất, chúng trở thành những khối bê tông rắn chắc, đồng đều, chính xác đến từng cạnh và bề mặt, tạo thành nền tảng cho tường xây, vách ngăn và hạ tầng đô thị trên toàn thế giới.

Một vòng đời mới của bê tông trong nền kinh tế tuần hoàn
Đối với một công trình từng tồn tại hàng chục năm, điểm kết thúc không đến dưới dạng biến mất mà dưới hình thức chuyển đổi có kiểm soát. Từng lớp kết cấu được tháo dỡ, từng thanh thép được thu hồi và từng khối bê tông được nghiền nhỏ, tất cả tạo thành dòng vật liệu mới sẵn sàng quay trở lại chu trình xây dựng.

Những gì từng bị xem là chất thải thực chất là nguồn tài nguyên thứ cấp, giúp giảm nhu cầu khai thác nguyên vật liệu thô, tiết kiệm năng lượng và cắt giảm đáng kể lượng phát thải trong ngành xây dựng.

Để xem các tin bài khác về “Tái chế bê tông”, hãy nhấn vào đây.

 

Nguồn: The Factorian