Bê tông "xanh" cho ĐSTĐC?

Tại tọa đàm khoa học với chủ đề "Đường sắt tốc độ cao - Thách thức và cơ hội" do Trường Đại học Thủy Lợi phối hợp tổ chức mới đây, TS. Trịnh Hoàng Sơn – Trường Đại học Công nghệ Giao thông Vận tải cho biết: Những dự án trọng điểm như đường sắt tốc độ cao Bắc – Nam, hay các tuyến đô thị ở Hà Nội và TP.HCM, đều cần khối lượng bê tông khổng lồ cho dầm, mố trụ, móng cầu, tà vẹt, tấm bản, vỏ hầm…

Tuy nhiên, ngành xây dựng vẫn chủ yếu sử dụng xi măng Portland – loại vật liệu tiêu tốn nhiều năng lượng và phát thải CO₂ lớn. Năm 2023, Việt Nam tiêu thụ gần 90 triệu tấn xi măng, thải ra khoảng 60 triệu tấn CO₂.

Trong khi đó, các nhà máy nhiệt điện, luyện kim, phân bón lại thải ra hàng chục triệu tấn tro xỉ mỗi năm. Nếu không được tái sử dụng, đây vừa là gánh nặng môi trường, vừa là sự lãng phí tài nguyên.

Ông Sơn cho biết: Geopolyme – vật liệu "hai trong một" là một trong những cấu kiện bê tông Geopolyme (Geopolymer Concrete – GPC) giảm phát thải tới 90% so với xi măng truyền thống, đồng thời tận dụng phế thải công nghiệp như tro bay, xỉ lò cao làm chất kết dính.

Bê tông Geopolyme này có cường độ nén đạt tới 180 MPa, ngang ngửa hoặc hơn bê tông siêu tính năng, khả năng chống cháy lên tới 1200°C, trong khi bê tông thường dễ nứt, nổ vỡ từ 400°C. Vật liệu này cũng có khả năng kháng axit, kháng nước biển, chống ăn mòn vượt trội, phù hợp công trình ven biển, hầm ngầm, tuổi thọ trên 100 năm, giảm chi phí bảo trì.

Nhiều quốc gia đã ứng dụng như Úc xây dựng sân bay Wellcamp hoàn toàn bằng GPC; châu Âu sản xuất vỏ hầm đúc sẵn; Nhật Bản, Ấn Độ thử nghiệm cho tà vẹt đường sắt.

Tại Việt Nam, các viện nghiên cứu, trường đại học đã có nhiều đề tài thí điểm. Đặc biệt, xi măng Geopolyme từ 100% nguyên liệu trong nước đạt cường độ 120 MPa, giảm 90% CO₂, đoạt giải Nhất khu vực Châu Á – Thái Bình Dương về vật liệu chống biến đổi khí hậu năm 2022.

"Dù vậy, GPC vẫn còn thách thức khi thiếu tiêu chuẩn TCVN, thị trường quen với xi măng Portland, chi phí ban đầu cao do quy mô sản xuất nhỏ", ông Sơn nói.

An toàn và hiệu quả từ kinh nghiệm quốc tế

TS. Đặng Việt Đức, Trường ĐH Thủy Lợi tập trung vào giải pháp thiết kế, thi công cầu ĐSTĐC với điều kiện tại Việt Nam. Ông cho rằng: Việc sử dụng kết cấu giàn thép không phù hợp do chi phí cao, yêu cầu bảo trì lớn và thời gian gia công kéo dài, trong khi kết cấu dầm hộp bê tông cốt thép dự ứng lực (BTCT DƯL) mới là lựa chọn kinh tế và khả thi.

"Thực tiễn thi công nhiều dự án cầu lớn tại Việt Nam cho thấy dầm, hộp BTCT DƯL có thể triển khai bằng nhiều phương pháp khác nhau, tận dụng được lợi thế nguồn vật liệu và nhân công trong nước. Để áp dụng cho ĐSTĐC, thiết kế cần tính đến tải trọng đặc thù, độ cứng dầm, tần số dao động và khả năng tiếp nhận lực ngang tại mố trụ, đồng thời tham khảo kinh nghiệm quốc tế từ Trung Quốc, Nhật Bản và châu Âu", TS Đức nói.

Chia sẻ những kinh nghiệm thực tiễn trong quá trình hơn 40 năm nghiên cứu và tham gia các dự án ĐSTĐC quốc tế cũng như ở Nhật Bản, ông Keiichi Aoki – chuyên gia của Công ty Chodai (Nhật Bản) cho rằng: Hiệu quả tổng thể của ĐSTĐC không chỉ thể hiện ở việc rút ngắn thời gian di chuyển mà còn ở khả năng gia tăng năng lực vận tải, giảm áp lực cho hệ thống giao thông đường bộ, hàng không, đồng thời mang lại giá trị kinh tế – xã hội lâu dài.

Tính hiệu quả của ĐSTĐC phụ thuộc vào thời điểm và chiến lược triển khai. Không chỉ chi phí xây dựng ban đầu mà các khoản chi phí vận hành, bảo dưỡng, duy tu, xử lý sự cố môi trường, trang thiết bị đi kèm… đều cần được kiểm soát đồng bộ để bảo đảm tính bền vững.

"Gia tăng thu nhập từ hệ thống ĐSTĐC, cần chú trọng ba yếu tố: Rút ngắn thời gian di chuyển; Nâng cao sự tiện lợi cho hành khách thông qua kết nối liên thông, vận hành chính xác và an toàn; Kết hợp phát triển hạ tầng với dịch vụ giá trị gia tăng", ông Keiichi Aoki nhấn mạnh và cho biết: Tại Nhật Bản, ĐSTĐC được xây dựng theo hướng chuyên biệt cho hành khách, không chạy tàu hàng, tải trọng nhẹ, đường ray riêng biệt, tín hiệu tập trung, duy tu vào ban đêm, hạn chế tối đa việc giảm tốc trong khu dân cư. Đây là những nguyên tắc vận hành giúp Shinkansen duy trì tính an toàn, chính xác và hiệu quả suốt hơn 50 năm qua.

Về thiết kế, Nhật Bản chú trọng cầu cạn với kết cấu khung cứng và cấu kiện đúc sẵn, vừa bảo đảm độ chính xác cao, vừa thuận tiện trong khắc phục sự cố thiên tai. Đặc biệt, Nhật Bản đặt tiêu chuẩn khắt khe hơn cả châu Âu về tiếng ồn, rung lắc, và khả năng vận hành an toàn ngay cả trong điều kiện động đất.