Gạch không nung là gì? Các nghiên cứu khoa học liên quan

Định nghĩa gạch không nung

Gạch không nung là loại vật liệu xây dựng được sản xuất mà không cần trải qua quá trình nung nhiệt như gạch đất sét truyền thống. Thay vì sử dụng nhiệt độ cao để làm chín và làm cứng vật liệu, gạch không nung được định hình thông qua ép thủy lực hoặc rung nén, sau đó để tự đông kết hoặc dùng phương pháp dưỡng hộ hơi nước.

Loại gạch này sử dụng các chất kết dính như xi măng Portland, tro bay, xỉ hạt lò cao nghiền mịn hoặc vôi để tạo liên kết giữa các hạt cốt liệu như cát, đá mạt, sỏi nghiền. Quá trình đông cứng dựa trên phản ứng thủy hóa xi măng hoặc phản ứng pozzolanic, hoàn toàn không sử dụng đất sét và không cần nhiệt lượng từ nhiên liệu hóa thạch.

Gạch không nung là vật liệu thay thế gạch đất sét nung trong xây dựng dân dụng và công nghiệp, đáp ứng yêu cầu bền vững và giảm phát thải carbon.

Phân loại gạch không nung

Gạch không nung được chia thành nhiều loại theo công nghệ sản xuất, loại vật liệu sử dụng và phương pháp hóa rắn. Mỗi loại có đặc điểm cơ học, khả năng cách nhiệt và ứng dụng khác nhau trong xây dựng. Các loại phổ biến bao gồm:

• Gạch bê tông cốt liệu: Được tạo thành từ xi măng, cát, đá dăm, có kết cấu chắc chắn và khả năng chịu lực tốt, dùng phổ biến nhất trong nhà ở và công trình công nghiệp.
• Gạch tro bay: Tận dụng phế thải từ nhà máy nhiệt điện, kết hợp xi măng và phụ gia, nhẹ, cách nhiệt tốt và thân thiện môi trường.
• Gạch bọt khí (AAC): Là gạch bê tông khí chưng áp, tạo ra từ xi măng, vôi, thạch cao, nước và bột nhôm, có khả năng cách âm, cách nhiệt cao.
• Gạch địa polymer: Sử dụng vật liệu thay thế xi măng như tro bay, xỉ hạt lò cao, hoạt hóa bằng kiềm để tạo phản ứng geopolymer, là loại gạch không phát thải CO₂.

Việc phân loại giúp lựa chọn loại gạch phù hợp theo yêu cầu công trình về chịu lực, thẩm mỹ và điều kiện môi trường.

Nguyên lý sản xuất gạch không nung

Gạch không nung được sản xuất bằng cách phối trộn cốt liệu với chất kết dính, tạo hình bằng máy ép rung hoặc máy ép thủy lực, sau đó dưỡng hộ để đạt cường độ. Cốt liệu thường là cát, đá vụn, tro bay hoặc xỉ than. Chất kết dính phổ biến là xi măng Portland, phụ gia khoáng và nước.

Quá trình đông cứng diễn ra trong môi trường tự nhiên hoặc trong buồng dưỡng hộ nhiệt độ và độ ẩm cao. Một số loại gạch như AAC yêu cầu chưng áp trong nồi hấp (autoclave) để kích hoạt phản ứng hóa học đặc biệt tạo bọt khí siêu nhỏ.

Tỷ lệ phối trộn cơ bản của gạch xi măng cốt liệu như sau:

Thành phần	Tỷ lệ theo khối lượng (%)
Xi măng	8–10%
Cát	30–40%
Đá mạt hoặc tro bay	50–60%
Nước	5–8%

Công thức tổng quát hóa học của gạch không nung có thể viết: $\text{Gạch} = a \cdot \text{Xi măng} + b \cdot \text{Cốt liệu} + c \cdot \text{Phụ gia} + d \cdot \text{Nước}$ Trong đó, a, b, c, d được điều chỉnh theo loại gạch và điều kiện môi trường.

Ưu điểm của gạch không nung

Gạch không nung mang lại nhiều lợi ích về môi trường, kỹ thuật và kinh tế so với gạch nung truyền thống. Việc không sử dụng đất sét và không cần đốt cháy nhiên liệu giúp giảm đáng kể phát thải khí nhà kính và bảo vệ tài nguyên đất nông nghiệp.

Một số ưu điểm chính bao gồm:

• Giảm phát thải CO₂: Không có giai đoạn nung nhiệt, giúp tiết kiệm năng lượng và giảm khí thải nhà kính.
• Bảo vệ đất canh tác: Không khai thác đất sét giúp duy trì độ màu và cấu trúc đất nông nghiệp.
• Tái sử dụng chất thải: Tận dụng tro bay, xỉ thép, bụi lò cao giúp giảm tải cho bãi chôn lấp và tăng hiệu quả kinh tế tuần hoàn.
• Hiệu quả kỹ thuật: Gạch không nung có thể đạt cường độ nén từ 7–12 MPa, bền nước và chống nứt nếu sản xuất đúng tiêu chuẩn.

So với gạch nung, loại vật liệu này còn có thể cải thiện khả năng cách nhiệt, cách âm nhờ cấu trúc hạt rỗng hoặc cấu trúc vi mao quản được kiểm soát.

Nhược điểm và thách thức kỹ thuật

Dù có nhiều ưu điểm, gạch không nung vẫn tồn tại một số hạn chế về mặt kỹ thuật và vận hành, đặc biệt ở giai đoạn sản xuất và bảo quản. Gạch dễ bị nứt khi bảo dưỡng không đúng quy trình, hoặc khi tỷ lệ phối trộn không ổn định. Một số loại gạch như gạch bọt khí có độ hút nước cao, dễ gây thấm nếu không xử lý bề mặt tốt.

Trong thực tế, nhiều cơ sở sản xuất nhỏ lẻ chưa có hệ thống kiểm soát chất lượng chặt chẽ, dẫn đến tình trạng gạch bị mẻ, rỗ, không đạt độ bền cơ học tiêu chuẩn. Ngoài ra, thời gian dưỡng hộ thường kéo dài 7–28 ngày, gây khó khăn cho việc xoay vòng sản phẩm nhanh chóng.

• Khả năng chịu lực phụ thuộc nhiều vào chất lượng xi măng và cốt liệu
• Gạch dễ bị mài mòn nếu không được nén đủ áp lực
• Các loại gạch nhẹ như AAC đòi hỏi tay nghề cao trong thi công
• Chi phí đầu tư máy móc ban đầu tương đối lớn

So sánh với gạch nung truyền thống

So sánh giữa gạch không nung và gạch nung giúp làm rõ tính hiệu quả và định hướng sử dụng trong các công trình hiện đại. Trong khi gạch nung phụ thuộc vào đất sét và lò đốt, gây phát thải CO₂ và tiêu hao năng lượng, gạch không nung sử dụng nguyên liệu tái chế và công nghệ ép nén, thân thiện hơn với môi trường.

Tiêu chí	Gạch nung	Gạch không nung
Nguyên liệu chính	Đất sét	Xi măng, cát, đá mạt, tro bay
Phương pháp sản xuất	Nung ở 900–1000°C	Ép hoặc rung nén, dưỡng hộ
CO₂ phát thải	Rất cao	Thấp hơn đáng kể
Tiêu thụ năng lượng	60–100 MJ/kg sản phẩm	20–40 MJ/kg sản phẩm
Cường độ nén	6–10 MPa	7–12 MPa
Khả năng tái sử dụng	Hạn chế	Có thể nghiền tái chế

Về lâu dài, gạch không nung có chi phí thấp hơn nếu được sản xuất với quy mô lớn và cơ giới hóa hợp lý. Các dự án xanh và công trình công cộng đang chuyển dịch dần sang sử dụng vật liệu này để giảm chi phí vận hành và phát thải môi trường.

Tiêu chuẩn kỹ thuật và kiểm định chất lượng

Gạch không nung tại Việt Nam được sản xuất và kiểm định theo tiêu chuẩn quốc gia TCVN 6477:2016, áp dụng cho gạch bê tông dùng trong xây tường, hàng rào và kết cấu phi chịu lực. Các tiêu chuẩn quốc tế như ASTM C90 và C129 cũng được tham khảo trong các công trình có vốn đầu tư nước ngoài.

• Độ bền nén: ≥ 5 MPa với gạch xây không chịu lực, ≥ 7 MPa với gạch xây chịu lực
• Độ hút nước: ≤ 15% với gạch thông thường, ≤ 10% với gạch đặc biệt
• Độ sai lệch kích thước: không vượt quá ±2 mm theo chiều dài, rộng, cao
• Khối lượng thể tích: 1400–1800 kg/m³ tùy loại gạch

Quy trình kiểm định gồm thử nén mẫu, đo độ hút nước, kiểm tra kích thước hình học, độ phẳng, khối lượng riêng và độ đồng đều màu sắc.

Ứng dụng trong xây dựng

Gạch không nung được sử dụng rộng rãi trong các công trình xây dựng dân dụng, công nghiệp, hạ tầng và nhà ở xã hội. Tùy theo loại và cường độ, gạch có thể dùng để xây tường bao, tường ngăn, tường chịu lực hoặc lớp lát nền.

Trong các dự án tiết kiệm năng lượng, gạch AAC được ưa chuộng vì có hệ số truyền nhiệt thấp (~0.12–0.14 W/m.K), giảm nhu cầu sử dụng điều hòa. Các nhà máy công nghiệp cũng chuyển sang sử dụng gạch bê tông để giảm chi phí và tăng tuổi thọ công trình.

• Công trình nhà ở xã hội (dưới 6 tầng)
• Nhà máy, nhà kho công nghiệp
• Văn phòng tiêu chuẩn xanh (LEED, EDGE)
• Dự án giao thông (vỉa hè, kè bờ sông)

Xu hướng phát triển và chính sách hỗ trợ

Chính phủ Việt Nam đã có nhiều chính sách nhằm thúc đẩy sử dụng vật liệu xây không nung, tiêu biểu là Quyết định 567/QĐ-TTg (năm 2010) về “Phát triển vật liệu xây không nung đến năm 2020”, và Chỉ thị 10/CT-TTg (năm 2012) yêu cầu các công trình vốn nhà nước bắt buộc sử dụng ít nhất 50% gạch không nung trong tổng khối lượng vật liệu xây.

Nhiều tỉnh thành như Hà Nội, Đà Nẵng, TP.HCM đã ban hành lộ trình cấm dần gạch đất sét nung bằng lò thủ công và hỗ trợ đầu tư máy móc sản xuất gạch không nung thông qua các chương trình khuyến công địa phương.

Trên thế giới, xu hướng vật liệu xây bền vững đang chuyển dịch sang geopolymer và vật liệu kết dính không xi măng, như gạch từ tro bay hoạt hóa kiềm hoặc từ chất thải nhôm, nhằm đạt mức phát thải carbon gần bằng 0.

Tài liệu tham khảo

1. GreenHub – Lợi ích gạch không nung trong xây dựng
2. Viện Vật liệu Xây dựng – Gạch không nung: vấn đề và giải pháp
3. ScienceDirect – Environmental benefits of non-fired bricks
4. TCVN 6477:2016 – Gạch bê tông không nung
5. Portland Cement Association – Non-Fired Bricks Overview