Trong bối cảnh biến đổi khí hậu ngày càng gia tăng, tình trạng xói lở bờ biển diễn ra nghiêm trọng tại nhiều địa phương ven biển Việt Nam trong đó có khu vực miền Trung như Hà Tĩnh. Song song với đó, nguồn tài nguyên vật liệu xây dựng tự nhiên như cát, đá đang dần cạn kiệt do khai thác quá mức. Hai bài toán lớn – bảo vệ bờ biển và đảm bảo nguồn vật liệu xây dựng bền vững – đang đặt ra những yêu cầu cấp thiết đối với giới khoa học, doanh nghiệp và cơ quan quản lý.

Trong xu thế đó, việc tái chế xỉ thép – một loại chất thải công nghiệp có khối lượng lớn – để sử dụng làm vật liệu xây dựng đã nổi lên như một hướng đi tiềm năng. Đặc biệt, nghiên cứu mới đây về việc sử dụng xỉ thép Formosa làm cốt liệu cho bê tông phục vụ công trình bảo vệ bờ biển đã mang lại những kết quả khả quan, mở ra triển vọng ứng dụng rộng rãi trong thực tiễn.

Bài toán từ thực tiễn: Xỉ thép và nhu cầu vật liệu thay thế

Công ty TNHH Gang thép Hưng Nghiệp Formosa Hà Tĩnh (FHS) là một trong những tổ hợp sản xuất thép lớn tại Việt Nam với sản lượng xỉ thép phát sinh hàng năm rất lớn. Xỉ thép nếu không được xử lý và tái sử dụng hợp lý sẽ trở thành gánh nặng đối với môi trường, chiếm diện tích bãi chứa và tiềm ẩn nguy cơ gây ô nhiễm.

Trong nhiều năm qua, xỉ thép chủ yếu được sử dụng ở mức độ hạn chế như san lấp mặt bằng hoặc đắp nền. Tuy nhiên, giá trị sử dụng của phương án này còn thấp, chưa khai thác hết tiềm năng của vật liệu.

Trong khi đó, ngành xây dựng lại đang đối mặt với tình trạng thiếu hụt vật liệu tự nhiên, đặc biệt là cát và đá. Việc tìm kiếm vật liệu thay thế không chỉ giúp giảm áp lực khai thác tài nguyên mà còn góp phần phát triển kinh tế tuần hoàn – một xu hướng tất yếu của thế giới.

Chính vì vậy, việc nghiên cứu nâng cao giá trị sử dụng của xỉ thép đặc biệt là ứng dụng trong bê tông chất lượng cao đã trở thành một hướng đi chiến lược.

Nghiên cứu bài bản, kéo dài gần một thập kỷ

Nhằm tận dụng hiệu quả nguồn xỉ thép, FHS đã định hướng nghiên cứu sử dụng loại vật liệu này trong xây dựng từ gần 10 năm trước. Tuy nhiên, để có thể ứng dụng trong các công trình yêu cầu kỹ thuật cao như công trình biển, cần có các nghiên cứu chuyên sâu, đặc biệt là về tính chất lý – hóa, cơ học và môi trường.

Trên cơ sở đó, nhóm nghiên cứu thuộc Trường Đại học Khoa học, Đại học Huế đã triển khai đề tài: “Nghiên cứu đặc tính lý - hóa, môi trường của xỉ thép Formosa và thí điểm sử dụng làm cốt liệu trong công trình bảo vệ bờ biển tại tỉnh Hà Tĩnh”.

Đề tài được thực hiện trong gần 30 tháng với quy mô nghiên cứu lớn, phương pháp tiếp cận bài bản và sự phối hợp chặt chẽ giữa nhà khoa học và doanh nghiệp.

Kết quả nghiên cứu đã được công bố tại hội thảo khoa học với sự tham gia của nhiều chuyên gia, nhà khoa học và cơ quan quản lý địa phương cho thấy tính minh bạch và độ tin cậy cao của các kết quả đạt được.

Phân tích chi tiết đặc tính xỉ thép Formosa

Một trong những nội dung cốt lõi của nghiên cứu là đánh giá toàn diện các đặc tính của xỉ thép Formosa.

Nhóm nghiên cứu đã tiến hành 3 đợt thu mẫu với tổng khối lượng hơn 45 tấn xỉ thép đã được xử lý tại nguồn bằng các công nghệ tiên tiến, bao gồm:

Công nghệ phun nước áp lực cao (áp dụng cho xỉ Des)

Công nghệ nhiệt kín (áp dụng cho xỉ BOF)

Công nghệ nhiệt giòn (áp dụng cho xỉ CAST)

Các công nghệ này giúp ổn định cấu trúc vật liệu, giảm thiểu các phản ứng hóa học không mong muốn, từ đó nâng cao độ an toàn khi sử dụng trong xây dựng.

Sau khi thu thập, hàng trăm mẫu xỉ đã được phân tích chi tiết về:

Thành phần hóa học

Thành phần khoáng

Tính chất cơ lý (cường độ, độ bền, độ ổn định thể tích)

Khả năng chịu tác động môi trường

Kết quả cho thấy xỉ thép Formosa có cấu trúc ổn định, khả năng chịu lực tốt, phù hợp để sử dụng làm cốt liệu trong bê tông, đặc biệt là bê tông nặng.

Chế tạo bê tông từ xỉ thép: Hiệu quả vượt kỳ vọng

Dựa trên các kết quả phân tích, nhóm nghiên cứu đã tiến hành chế tạo 6 loại bê tông sử dụng xỉ thép Formosa làm cốt liệu đồng thời sản xuất 3 loại bê tông truyền thống để đối chứng.

Các mẫu bê tông được đánh giá thông qua nhiều chỉ tiêu như:

Cường độ chịu nén

Độ bền lâu trong môi trường biển

Khả năng chống xâm thực

Tính ổn định theo thời gian

Kết quả cho thấy bê tông sử dụng xỉ thép không chỉ đáp ứng đầy đủ các yêu cầu kỹ thuật mà còn có nhiều ưu điểm nổi bật:

Khối lượng riêng lớn, giúp tăng khả năng chống trôi và ổn định kết cấu

Cường độ cao, phù hợp với các công trình chịu tải lớn

Độ bền lâu dài, đặc biệt trong môi trường nước biển

Từ đó, nhóm nghiên cứu đã lựa chọn được cấp phối tối ưu, đảm bảo hiệu quả kỹ thuật và khả năng ứng dụng thực tế.

Thí điểm thực tế: Khối phá sóng Tetrapod từ xỉ thép

Một trong những điểm nhấn quan trọng của đề tài là việc triển khai thí điểm trong thực tế.

Nhóm nghiên cứu đã chế tạo 5 khối phá sóng Tetrapod bằng bê tông sử dụng cốt liệu xỉ thép Formosa mỗi khối có khối lượng khoảng 2,3 tấn. Các khối này được lắp đặt tại khu vực ven biển Hà Tĩnh từ tháng 5/2025.

Tetrapod là loại cấu kiện đặc biệt có hình dạng giúp phân tán năng lượng sóng, giảm thiểu tác động của sóng biển lên bờ, từ đó hạn chế xói lở.

Việc sử dụng vật liệu mới trong cấu kiện này không chỉ mang ý nghĩa thử nghiệm mà còn là bước kiểm chứng quan trọng về khả năng ứng dụng trong điều kiện thực tế.

Kiểm chứng qua thiên tai: Vững vàng trước bão lớn

Sau khi được lắp đặt, các khối Tetrapod đã trải qua thử thách khắc nghiệt khi khu vực Hà Tĩnh chịu ảnh hưởng trực tiếp của 3 cơn bão lớn trong mùa mưa bão năm 2025.

Kết quả theo dõi thực tế cho thấy:

Các khối Tetrapod vẫn giữ nguyên vị trí, không bị xê dịch đáng kể

Không xuất hiện hư hỏng nghiêm trọng

Hiệu quả giảm sóng và bảo vệ bờ biển được đảm bảo

Đây là minh chứng rõ ràng cho tính ổn định và độ bền của bê tông sử dụng xỉ thép Formosa trong điều kiện môi trường khắc nghiệt.

Cường độ bê tông tăng theo thời gian

Một kết quả đáng chú ý khác là sự phát triển cường độ của bê tông theo thời gian.

Các thí nghiệm cho thấy:

Sau 85 ngày tuổi, cường độ bê tông vẫn tiếp tục tăng nhanh

Sau hơn 400 ngày, cường độ đạt mức ổn định từ 45 MPa đến 55 MPa

Điều này chứng tỏ bê tông không chỉ đạt chất lượng ban đầu mà còn có khả năng phát triển cường độ lâu dài rất phù hợp với các công trình yêu cầu tuổi thọ cao như công trình biển.

Lợi ích kép: Giải pháp cho môi trường và tài nguyên

Theo đánh giá của các chuyên gia tại hội thảo khoa học, việc sử dụng xỉ thép Formosa làm cốt liệu bê tông mang lại nhiều lợi ích quan trọng.

Giảm thiểu chất thải công nghiệp

Việc tái sử dụng xỉ thép giúp giảm lượng chất thải cần xử lý, giảm áp lực lên môi trường và tiết kiệm chi phí cho doanh nghiệp.

Bảo vệ tài nguyên thiên nhiên

Thay thế cốt liệu tự nhiên bằng xỉ thép giúp giảm khai thác cát, đá – những tài nguyên đang ngày càng khan hiếm.

Nâng cao hiệu quả công trình

Bê tông xỉ thép có khối lượng và cường độ cao, giúp tăng hiệu quả của các kết cấu phá sóng, góp phần bảo vệ bờ biển tốt hơn.

Xu hướng toàn cầu và cơ hội cho Việt Nam

Trên thế giới, nhiều quốc gia như Hoa Kỳ, Nhật Bản, Trung Quốc, Úc đã sử dụng xỉ thép một cách hiệu quả với tỷ lệ tái chế lên tới 85 – 90%.

Các ứng dụng phổ biến bao gồm:

Vật liệu xây dựng đường

Sản xuất xi măng

Cốt liệu bê tông

Công trình biển

So với các quốc gia này, Việt Nam vẫn còn nhiều tiềm năng để phát triển lĩnh vực tái chế xỉ thép. Nghiên cứu về xỉ thép Formosa là một bước đi tiên phong tạo nền tảng cho việc xây dựng ngành vật liệu tái chế trong tương lai.

Định hướng phát triển trong thời gian tới

Từ kết quả nghiên cứu, có thể định hướng một số hướng phát triển:

Hoàn thiện tiêu chuẩn kỹ thuật cho vật liệu xỉ thép

Mở rộng ứng dụng trong các lĩnh vực xây dựng khác

Tăng cường liên kết giữa doanh nghiệp và viện nghiên cứu

Thúc đẩy chính sách hỗ trợ phát triển vật liệu tái chế

Đặc biệt, trong chiến lược phát triển kinh tế tuần hoàn và giảm phát thải carbon việc tái sử dụng xỉ thép sẽ đóng vai trò quan trọng.

Nguồn: Tổng hợp