Nhóm sợi amiang nâu và xanh gây ung thư trung biểu mô (mesothelioma) cho người và đã bị cấm sử dụng trên toàn thế giới trong khi đó còn rất nhiều ý kiến trái chiều về khả năng gây bệnh của amiăng trắng. Hai quan điểm trái ngược nhau trong đó một bên cho rằng amiăng là tác nhân gây ung thư trung biểu mô, vì vậy cần cấm sản xuất và sử dụng tất cả các loại amiăng; bên còn lại thì khẳng định amiăng trắng không gây ung thư trung biểu mô và những người chống sử dụng amiăng đã đánh đồng các loại sợi amiăng nâu và xanh với nhau. Vì lý do có những thông tin trái chiều như trên và do nhu cầu đa dạng hóa vật liệu mà trong nhiều năm gần đây người ta đã thực hiện các nghiên cứu nhằm thay thế sợi amiăng bằng các loại sợi khác. Bài báo này trình bày tổng quan về các nghiên cứu thay thế sợi amiăng bằng các loại sợi khác trên thế giới và ở Việt Nam đồng thời đưa ra các kết quả phân tích, đánh giá các thông số kinh tế – kỹ thuật của các tấm lợp AC và tấm lợp xi măng sử dụng các loại sợi thay thế amiăng ở Việt Nam.

Từ khóa: Tấm sóng; tấm phẳng; amiăng; PVA

Mở đầu

Theo nhiều tài liệu đang được công bố rộng rãi, con người đã biết khai thác và sử dụng amiăng từ khoảng hơn 4000 năm trước, tuy nhiên việc khai thác, thương mại hóa loại vật liệu này mới được phát triển mạnh từ thế kỷ 19, [1]. Theo thống kê, có khoảng 3000 loại sản phẩm có chứa amiăng, [2]. Số lượng amiăng được tiêu thụ nhiều nhất trên thế giới ở giai đoạn 1960 – 1970. Từ năm 1980, việc khai thác, thương mại hóa và sử dụng amiăng giảm sút do nhiều nước cấm hoặc hạn chế sử dụng loại vật liệu này.

Amiăng là thuật ngữ thương mại chỉ chung 6 khoáng vật tự nhiên dạng sợi và được chia thành 2 nhóm. Nhóm sợi serpentine chỉ bao gồm duy nhất sợi amiăng chrysotile (amiăng trắng) và nhóm sợi amphibole bao gồm các khoáng: Actinolite, Amosite, Anthophyllite, Crocidolite và Tremolite (hay còn gọi là amiăng nâu và xanh) được sử dụng trong công nghiệp và được phân biệt theo cấu tạo khoáng, các tính chất hóa lý và tính xâm thực sinh học [3]. Không chỉ khác nhau về khoáng vật mà amiăng chrysotile và amiăng amphibole còn có thành phần hóa học và nhiều tính chất rất khác nhau. Do cấu trúc và thành phần khoáng, hóa khác nhau nên khả năng bị phân hủy của các loại amiăng trong cơ thể người cũng khác nhau. Amiăng trắng có cấu trúc dạng ống được cuộn từ nhiều lớp mỏng nên khi bị phân hủy sẽ tạo ra các mảnh nhỏ, dễ bị đào thải ra khỏi cơ thể. Amiăng nâu và xanh có cấu trúc hình kim bền vững, khi phân hủy sẽ tạo ra các thanh nhám, nhọn, khó đào thải ra khỏi cơ thể.

Amiăng trắng là vật liệu dạng sợi có chiều dài khác nhau, được phân loại dựa trên kích thước (thường tính bằng lượng sót sàng) và chiều dài sợi theo tiêu chuẩn của các nhà sản xuất và các quốc gia có sử dụng amiăng. Sợi amiăng trắng có những tính chất cơ lý rất tốt mà các sợi tự nhiên hoặc nhân tạo khác không có được. Một số tính chất của sợi amiăng được đưa ra trong bảng 1, [4,5].

Bảng 1. Một số tính chất của sợi amiăng

Nhờ những tính chất nêu trên mà amiăng trắng là một loại sợi gia cường tự nhiên được sử dụng trong rất nhiều lĩnh vực khác nhau. Loại sợi lý tưởng này khi phối trộn với xi măng có thể tạo hình sản phẩm mỏng, nhẹ, bền uốn cao, chống thấm, bền vững, chịu xâm thực tốt, tăng khả năng chịu nhiệt,…

* Tấm lợp amiăng xi măng

Vào năm 1899, Ludwig Hatschek, người Áo đã phát minh ra quy trình chế tạo xi măng amiăng và được cấp bằng phát minh sáng chế tại Mỹ vào năm 1901. Năm 1904, hai dây chuyền sản xuất tấm lợp xi măng amiăng đầu tiên của công ty Eternit thuộc sở hữu của gia đình Ludwig Hatschek đã được xây dựng và năm 1911 công ty này đã bắt đầu xuất khẩu tấm lợp xi măng amiăng sang các nước châu Phi, châu Á và Nam Mỹ. Năm 1907, công ty Keasby & Mattison (K&M) có trụ sở tại Ambler, Pennsylvania là công ty đầu tiên mua bản quyền của Ludwig Hatschek để sản xuất và kinh doanh tấm lợp xi măng amiăng[6]. Việc sáng tạo ra công nghệ sản xuất tấm lợp xi măng amiăng đã làm cho ngành khai thác, sử dụng và buôn bán amiăng phát triển mạnh. Theo số liệu của U.S. Geological Survey (USGS) [1], từ năm 1900 đến 2003, toàn thế giới đã sử dụng 181 triệu tấn amiăng. Từ 2003 đến nay, mỗi năm toàn thế giới sử dụng khoảng 2 triệu tấn amiăng. Khoảng 2/3 đầu thế kỷ 20, Mỹ và châu Âu là những nước sử dụng amiăng nhiều nhất thế giới. Những năm cuối thập niên 70 và đầu những năm 80 của thế kỷ 20, lượng tiêu thụ amiăng bắt đầu giảm mạnh. Nguyên nhân của sự sụt giảm tiêu thụ amiăng là do xuất hiện những ý kiến về ảnh hưởng của amiăng đến sức khỏe con người. Tuy nhiên, đến nay, vẫn tồn tại 2 luồng ý kiến trái ngược nhau về tác hại của amiăng, đó là:

– Quan điểm cho rằng amiăng là tác nhân gây ung thư trung biểu mô (mesothelioma), vì vậy cần cấm sản xuất và sử dụng tất cả các loại amiăng.

– Quan điểm còn lại cho rằng, amiăng trắng có thành phần hóa học, cấu trúc và các đặc tính khác hẳn nhóm sợi amiăng nâu và xanh nên không gây ung thư trung biểu mô nếu được sử dụng dưới các điều kiện có kiểm soát. Việc cho rằng không có ngưỡng an toàn trong sử dụng amiăng và để phòng tránh bệnh thì cần phải cấm khai thác và sử dụng tất cả các nhóm sợi amiăng là sự đánh đồng giữa amiăng trắng với amiăng nâu và xanh.

Do có các ý kiến như vậy nên hiện nay một số nước đã cấm hoàn toàn việc sử dụng mọi loại amiăng (khoảng 61 nước), tuy nhiên, một số nước không cấm sử dụng amiăng trắng (các nước và vùng lãnh thổ còn lại).

* Tấm lợp xi măng sợi

Các loại sợi được sử dụng trong sản xuất tấm lợp

+ Nhóm sợi thực vật: sợi tre; sợi dứa dai; xơ dừa; xơ đay, v.v…

+ Nhóm sợi xenlulô: xenlulô – craf; xenlulô – TMP, v.v…

+ Nhóm sợi vô cơ: sợi thủy tinh; sợi wolastonite; sợi bazan, v.v…

+ Nhóm sợi hữu cơ tổng hợp: sợi polypropylen – PP; polyacylonitril – PAN; polyvinylalcohol – PVA, v.v…

Các nghiên cứu và sử dụng

+ Trên thế giới

Việc nghiên cứu sử dụng sợi thực vật trong chế tạo tấm lợp được tiến hành từ những năm 60, 70 của thế kỷ trước, đến những năm 80 người ta đã nâng cao hiệu quả sử dụng của sợi thực vật bằng cách gia công cơ học và xử lý hóa học làm cho hàm lượng sử dụng sợi được cao hơn và vai trò gia cường của sợi được phát huy.

Sợi xenlulô có cường độ chịu kéo và môđun đàn hồi, độ bền kiềm cao hơn sợi thực vật. Tùy thuộc công nghệ chế tạo, sợi xenlulô có chất lượng khác nhau, phổ biến nhất là công nghệ xử lý bằng hóa học tạo ra sợi xenlulô-craf. Sợi craf có thể thay thế một phần hoặc hoàn toàn sợi amiăng trong sản xuất tấm lợp, sợi craf có vai trò gia cường và công nghệ tương tự sợi amiăng trong sản xuất tấm lợp.

Sợi thủy tinh bền kiềm được quan tâm sản xuất tấm lợp từ những năm 70 của thế kỷ trước, song nhược điểm của nó là giòn, suy giảm cường độ khi làm việc trong môi trường ẩm, thường dùng kết hợp sợi thủy tinh và sợi polypropylen trong sản xuất tấm lợp. Sản xuất tấm lợp từ sợi thủy tinh không phù hợp với công nghệ xeo mà phù hợp với công nghệ đổ rót. Nhóm sợi vô cơ khác cũng được quan tâm nghiên cứu để thay thế sợi amiăng trong sản xuất tấm lợp là wollastonite, bazan.

Sợi polypropylen – PP, độ bền kiềm và độ bền axít cao, nhưng sợi PP có nhược điểm là cường độ chịu kéo, mô-đun đàn hồi thấp, độ bám dính với đá xi măng kém do vậy sử dụng công nghệ xeo với xi măng đạt hiệu quả thấp. Hiện nay sợi PP đã được xử lý hóa học để cải thiện khả năng bám dính với đá xi măng. Việc nghiên cứu sử dụng công nghệ xeo cho chế tạo tấm lợp từ sợi PP còn rất hạn chế.

Sợi polyacrylonitrile – PAN, có cường độ chịu kéo, mô-đun đàn hồi tương đối lớn, có độ bền kiềm, bền axít cao, bám dính tốt với đá xi măng, sợi PAN đã được nghiên cứu sử dụng một phần hoặc hoàn toàn sợi amiăng trong sản xuất tấm lợp, sản phẩm tấm lợp sử dụng sợi PAN và sợi xenlulô nói chung có cường độ cơ học thấp hơn tấm xi măng – amiăng.

Sợi polyvinyl Alcohol – PVA, cho đến nay sợi PVA được xem là sợi có đầy đủ các yếu tố kỹ thuật để sản xuất tấm lợp bằng phương pháp xeo vì sợi PVA có cường độ chịu kéo, mô đun cao, bền axít, bền kiềm, bền ánh sáng, dễ phân tán trong hồ xeo hơn các sợi polyme khác, bám dính tốt với đá xi măng. Hiện nay nhiều nước trên thế giới sản xuất đại trà tấm lợp từ sợi PVA bằng công nghệ xeo như: Anh, Pháp, Đức, Italia, Đan Mạch, Thụy Điển, Mỹ, v.v…Một số tính chất của sợi PVA được đưa ra trong bảng 2.

Bảng 2. Một số tính chất của sợi PVA, [5,7,8]

+ Ở Việt Nam

Từ cuối những năm 80 của thế kỷ trước Viện Vật liệu Xây dựng đã triển khai đề tài nghiên cứu vật liệu lợp từ xi măng, cát và cốt sợi thực vật [9]. Đề tài đã nghiên cứu xơ đay, sợi mía, sợi dừa chế tạo vật liệu lợp. Kết quả nghiên cứu cho thấy, cả 3 loại xơ đay, sợi mía, sợi dừa sau khi xử lý hóa học đều hút nước ít hơn so với không xử lý, sự bám dính giữa xi măng với sợi tốt hơn, vữa xi măng – cát có sợi gia cường có độ đặc chắc hơn nên cường độ uốn của vữa đạt cao hơn. Riêng độ bền trong môi trường kiềm, giữa sợi qua xử lý và sợi chưa qua xử lý khác biệt nhau không nhiều.

Viện Vật liệu Xây dựng [10], đã nghiên cứu vật liệu tổ hợp xi măng – polime – sợi vô cơ – sợi hữu cơ để chế tạo cấu kiện nhẹ sử dụng trong xây dựng công trình ở vùng đất yếu và vùng có động đất. Trong đề tài, sợi PVA, sợi xenlulô-craf cũng đã được nghiên cứu sử dụng để chế tạo tấm lợp. Đề tài cũng nghiên cứu so sánh các tính chất của tấm lợp sử dụng sợi PVA, sợi xenlulô-craf với tấm lợp amiăng xi măng. Theo các kết quả nghiên cứu, khi thay thế sợi amiăng bằng sợi PVA, sợi xenlulô-craf, cần bổ sung cụm thiết bị gia công bột giấy và cải tiến dây chuyền thiết bị sản xuất tấm lợp sử dụng sợi amiăng. Các chỉ tiêu chất lượng của tấm lợp sử dụng sợi PVA, sợi xenlulô-craf tương đương với tấm lợp amiăng xi măng và thỏa mãn tiêu chuẩn TCVN 4435:2000. Chi phí sản xuất tấm lợp sử dụng sợi PVA, sợi xenlulô cao hơn khoảng 20% so với tấm lợp amiăng xi măng.

Ngoài ra, Viện Vật liệu xây dựng đã tiến hành kiểm tra, đánh giá chất lượng tấm amiăng xi măng và tấm xi măng sợi PVA và giá thành sản xuất, giá bán của tấm lợp AC và tấm lợp xi măng dùng sợi PVA.

1. Kiểm tra, đánh giá chất lượng tấm xi măng sợi

1.1. Phương pháp kiểm tra, đánh giá

Các loại tấm sóng (sử dụng sợi amiăng và sợi khác) được kiểm tra, đánh giá các tính chất theo yêu cầu kỹ thuật nêu trong TCVN 4434:2000. Phương pháp thí nghiệm được áp dụng theo TCVN 4435:2000.

1.2. Thiết bị kiểm tra

– Thiết bị kiểm tra tải trọng uốn gẫy của tấm sóng

Tải trọng uốn gẫy của tấm được thí nghiệm tại Thái Lan.

– Thiết bị kiểm tra cường độ uốn chịu của tấm phẳng

Thiết bị kiểm tra cường độ chịu uốn của tấm phẳng.

1.3. Kết quả thí nghiệm, đánh giá

Hiện nay, các cơ sở sản xuất tấm lợp xi măng sợi ở Việt Nam chỉ sử dụng 2 loại sợi là amiăng trắng và sợi PVA.

– Mẫu thử nghiệm:

Các mẫu kiểm tra được lấy tại 03 đơn vị sản xuất tấm lợp trong nước. Thông tin về các mẫu thí nghiệm như sau:

+ Mẫu của Công ty Cổ phần Tân Thuận Cường, có 4 loại tấm là tấm sóng AC và tấm sóng PVA; tấm phẳng AC và tấm phẳng PVA.

+ Mẫu của Công ty Cổ phần ĐTXL Đông Anh, có 2 loại tấm là tấm sóng AC và tấm phẳng AC.

+ Mẫu của Công ty Cổ phần Nam Việt, có 2 loại là tấm phẳng AC và tấm phẳng PVA.

– Kết quả thử nghiệm:

+ Kết quả thử nghiệm các chỉ tiêu cơ lý của tấm sóng amiăng xi măng, xi măng sợi PVA được nêu trong bảng 3.

Bảng 3. Kết quả thí nghiệm tấm sóng trên thiết bị của Thái Lan theo TCVN 4435:2000

Kết quả thử nghiệm tấm sóng trên thiết bị của Thái Lan theo TCVN 4435:2000, cho tải trọng uốn gãy của tấm sóng amiăng cao hơn nhiều so với tấm sóng xi măng sợi PVA.

+ Kết quả thử nghiệm tấm phẳng được trình bày trong bảng 4.

Bảng 4. Kết quả thí nghiệm tấm phẳng AC và tấm phẳng PVA

Nhận xét: Cường độ chịu uốn của tấm phẳng amiăng xi măng trong TCVN 8258:2009 quy định yêu cầu kỹ thuật đối với nhiều hạng khác nhau từ hạng 1 đến hạng 5 với 2 loại tấm ngoài nhà và trong nhà. Các thí nghiệm ở đây được thực hiện và đánh giá chất lượng tấm theo yêu cầu đối với tấm ngoài nhà. Kết quả thí nghiệm cho thấy: Cường độ chịu uốn của tấm phẳng amiăng cao hơn đáng kể so với tấm phẳng dùng sợi PVA, mức độ co giãn ẩm của tấm amiăng xi măng thấp hơn đáng kể so với tấm xi măng PVA. Hiện tượng này có thể được giải thích như sau: Trong tấm có sử dụng sợi amiăng, sợi amiăng có cấu trúc rất xốp, tổng diện tích bề mặt lớn nên các sản phẩm thủy hóa của xi măng có thể xâm nhập sâu vào sợi, cấu trúc của sản phẩm có tính đồng nhất cao, lực bám dính giữa đá xi măng và sợi lớn nên cho cường độ uốn cao. Sợi PVA có khả năng chịu kéo cao, mô-đun đàn hồi lớn, có tính dẻo, nhưng có bề mặt trơn, nhẵn nên khả năng bám dính giữa sợi PVA với đá xi măng không được tốt như sợi amiăng với đá xi măng, tính đồng nhất của sản phẩm không cao, vì vậy, cường độ uốn thấp hơn. Trong nghiên cứu, [12], đưa ra giải pháp tăng cường độ bám dính giữa sợi PVA và đá xi măng trong trường hợp có sử dụng phụ gia khoáng hoạt tính.

2. So sánh giá bán của tấm amiăng xi măng và tấm PVA

Giá bán của các loại tấm này được lấy từ thông báo giá của các công ty, kết quả thu thập số liệu được nêu trong bảng 5, bảng 6.

Bảng 5. Giá bán tấm lợp của Công Ty Cổ phần Nam Việt (năm 2015)

Bảng 6. Giá bán tấm lợp của AC và PVA phía Bắc (năm 2015)

Nhận xét: Giá bán 1m² sản phẩm tấm sóng PVA và AC chênh lệch nhau đáng kể lên đến 41% (sản phẩm của Công ty Cổ phần Nam Việt) và 85% (Tấm PVA của Công ty Cổ phần Tân Thuận Cường và tấm AC của Công ty Đông Anh).

Do sự chênh lệch giá và khác nhau về tình chất kỹ thuật nên hiện nay tại Việt Nam, những cơ sở có sản xuất tấm PVA tiêu thụ được rất ít loại sản phẩm này. Ví dụ, đối với Công ty Cổ phần Tân Thuận Cường, lượng tiêu thụ tấm PVA hàng năm chỉ đạt khoảng 2 -3% tổng lượng tiêu thụ so với 97% sản lượng tấm AC.

3. Chi phí đầu tư chuyển đổi công nghệ từ sản xuất tấm AC sang sản xuất tấm PVA

Theo số liệu khảo sát của Viện VLXD tại Công ty Cổ phần Tân Thuận Cường, chi phí đầu tư để chuyển đổi 01 dây chuyền công nghệ sản xuất tấm AC sang sản xuất tấm PVA bằng khoảng 50% tổng kinh phí đầu tư mới của 01 dây chuyền sản xuất tấm AC.

4. Kết luận

Qua kết quả thí nghiệm, kiểm tra đánh giá chất lượng tấm AC, PVA và giá bán, chi phí đầu tư, chuyển đổi công nghệ sản xuất từ tấm AC sang tấm PVA tại Việt Nam cho phép rút ra một số kết luận sau:

1. Chất lượng các loại tấm sóng được kiểm tra, đánh giá qua kích thước, khuyết tật, các chỉ tiêu cơ lý đều đạt yêu cầu như trong TCVN 4434:2000 qui định. Chỉ tiêu tải trọng uốn gẫy của tấm sóng PVA và tấm sóng AC cho thấy tải trọng uốn gẫy của tấm sóng amiăng xi măng cao hơn rất nhiều so với tấm sóng xi măng sợi PVA.
2. Độ co giãn ẩm của tấm amiăng xi măng thấp hơn nhiều so với tấm xi măng sợi PVA. Độ co giãn ẩm của các tấm xi măng sợi PVA đều không đạt yêu cầu như quy định trong TCVN 8258:2009.
3. Giá bán 1m² sản phẩm tấm sử dụng sợi PVA cao hơn nhiều so với giá bán tấm AC. Chi phí đầu tư để chuyển đổi 01 dây chuyền công nghệ sản xuất tấm AC sang sản xuất tấm PVA bằng khoảng 50% tổng kinh phí đầu tư mới của 01 dây chuyền sản xuất tấm AC.
4. Kiến nghị
5. Việc nghiên cứu thay thế sợi amiăng bằng các loại sợi khác là cần thiết. Tuy nhiên, do còn những bất cập về chất lượng, giá sản xuất, đầu tư dây chuyền công nghệ sản xuất tấm PVA, hiện nay việc sản xuất tấm PVA thay tấm AC chưa khả thi.
6. Để có thể thay thế tấm lợp xi măng AC bằng các loại sản phẩm khác, cần tiếp tục nghiên cứu về công nghệ sản xuất, tăng cường chất lượng sản phẩm, giảm giá thành của các tấm sợi thay thế tấm AC.

Tài liệu tham khảo

1. Geological Survy-Worldwide Asbestos Supply and Consumption Trends from1900 through 2003. Virgina 2006.
2. Chrysotile Institute – Chrysotile.com.
3. Kochalayev, V.A. One again about asbestos and recent related international medical research/Non-profit organization “Chrysotile Association”. Asbest, 2010.P19.
4. A.C, Zolotov P.P. Building Mateials – Handbook. Stroyizdat, Moscow, 1989 (In russian language).
5. Hiệp hội tấm lợp Việt Nam, Tính ưu việt của sợi amiăng Chrysotile so với các loại sợi thay thế.
6. about.com.
7. Trần Quốc Tế, Viện Vật liệu xây dựng, Nghiên cứu công nghệ thích hợp sản xuất vật liệu tổ hợp xi măng – polime – sợi vô cơ – sợi hữu cơ để chế tạo cấu kiện nhẹ sử dụng trong xây dựng công trình ở vùng đất yếu và vùng có động đất, Hà Nội 2003.
8. Thông tin về sợi PVA của Công ty Kuraray Nhật Bản.
9. Trần Quốc Tế, Viện Vật liệu xây dựng, Nghiên cứu chế tạo vật liệu lợp xi măng cát cốt sợi thực vật, Hà Nội 1989.
10. Trần Quốc Tế, Viện Vật liệu xây dựng, Nghiên cứu công nghệ thích hợp sản xuất vật liệu tổ hợp xi măng – polime – sợi vô cơ – sợi hữu cơ để chế tạo cấu kiện nhẹ sử dụng trong xây dựng công trình ở vùng đất yếu và vùng có động đất, Hà Nội 2003.
11. Nguyễn Thị Tâm và CS, Dự án điều tra, khảo sát đánh giá chất lượng các dây chuyền sản xuất tấm lợp amiăng xi măng của Việt Nam, Hà Nội 2014
12. Holmer Savastano Jr, Vahem Agopyan, Transition zone studies of vegetables fibre-cement paste composites, Cement & Concrete composites 21 (1999), pp 49-57.