1. SỰ HOÁ ĐÁ

Đó là một phương cách bình thường của thiên nhiên, khiến cho vật liệu vô cơ như đất tạp bở rời kết dính lại với nhau theo 5 yếu tố: vật liệu + xi măng + nén ép + nung + thời gian.

Muốn biến hiện tượng thiên nhiên này thành một phương cách nhân tạo, thì phải có đủ các yếu tố trên. Nhưng muốn dùng phương cách này, cần đổi thời gian địa chất (đơn vị triệu năm) thành thời gian con người (đơn vị năm).

Trong thế kỷ 17, người ta đã chế ra xi măng Portland (CPA) như xi măng Hà Tiên còn dùng đến ngày nay. Yếu tố thời gian chỉ còn 28 ngày, nhưng sau 7 ngày, đá nhân tạo (chủ yếu là đá cát) đã dùng được rồi: Đó là cát sạch + CPA.

Cuối thế kỷ 20, cơ chế hoá xi măng bằng sự kết tinh đã được thay thế bằng sự pôlime hoá nhờ điện tích. Đó là một khám phá khoa học làm rung chuyển ngành hoá học cổ điển, vì nó đã cho rằng không bao giờ vật liệu vô cơ được pôlime hoá ở nhiệt độ bình thường, dù có sự nén ép chen vào.

2. CƠ BẢN KHOA HỌC

2.1 CƠ CHẾ CỔ ĐIỂN: KẾT TINH HOÁ

Muốn cho những hạt cát rời rạc được kết dính vào nhau để tạo ra một đá cát nhân tạo, người ta trộn 20% - 30% xi măng Portland vào cát sạch với nước. Xi măng Portland (CPA) là một silicat vôi, được xay mịn (mesh = 100) silicat một bên và vôi một bên, cả hai đều được hoạt hoá ở 14500C trong lò nung dạng ướt hay khô.

Hình 1: Cơ chế hoá đá cổ điển: Sự kết tinh của ximăng CPA

Hình 2: Cơ chế hoá đá mới - Sự pôlime hoá của đất sét cao lanh

Hình 3: Cơ chế hoá đá mới - Sự pôlime hoá của đất sét tạp

Cái lợi trước tiên là việc tạo hình cho khối đá, khi nó còn là vật liệu bở rời. Sau đó, sự kết tinh xảy ra dưới nước, nên không đợi khô mới cứng, mà cứng trong nước. Thời gian hoá đá xảy ra trong 28 ngày; có thể sử dụng vật liệu từ 7 ngày.

Cái hại của phương cách là phải dùng cát sạch với xi măng hoặc cát vật liệu sạch, ròng khác (đá dăm). Xi măng không hợp với đất có bùn và sét, nhất là tạo ra nứt nẻ trong sét. Ngoài ra, nó chịu đựng đất phèn, mặn rất kém, dù với tỉ lệ cao.

Cuối cùng giá thành còn cao, khó sử dụng tại nông thôn, miền núi, vì không dùng đất tạp tại chỗ được (đem cát từ nơi khác đến).

2.2. CƠ CHẾ ĐẤT HOÁ ĐÁ MỚI

2.2.1 Cơ chế đất hóa đá trực tiếp

Bằng cách dung dịch chứa Na+ hoặc tương đương, người ta huỷ cơ cấu của lá nhôm, biến điện tích âm của nó làm điện tích dương. Tinh thể kaolinite còn lại, có 2 đầu âm dương đối nghịch nhau như một hạt nam châm cực nhỏ. Chúng tự động kết nối lại với nhau (hình 3), đầu âm (-) với đầu dương (+), tạo ra một phân tử sợi dài vô tận, lớn bằng 10.000 lần phân tử làm nên kaolinite, gọi là một pôlime vô cơ – Si – O – Al - .

Đây là điều mà ngành hoá học cổ điển không hiểu được và không chấp nhận được. Về chất lượng, sự hoá đá tạo ra độ cứng không thua gì cát và xi măng. Cái lợi của nó là dùng đất tạp tại chỗ vừa cát bùn, vừa đất sét, dùng đất này thế cho xi măng Portland (cần trên 20% sét cao lanh tạp). Nếu thiếu sét, có thể cho thêm sét nơi khác vào để giữ tỷ lệ 1 sét + 4 đất tạp cho vữa hồ.

Do sự phát minh dựa trên một khoa học cơ bản mới, tức kết nối bằng điện tích, không phải bằng kết tinh, nên nó được công nhận là một công nghệ mới trong xây dựng, giao thông, y tế, công nghiệp. Giá thành lại rẻ, dùng cho nông thôn.

2.2.2 Cơ chế đất hóa đá gián tiếp

Đây cũng là một phát minh, dựa trên cơ sở khoa học của từ lực, một lực rất mạnh của thiên nhiên,cùng khắp, do ruột đất tạo ra, không tốn tiền mua, làm đất bở rời thành đá cứng. Do đó, người ta gọi nó là một công nghệ, một sự pôlime hoá gián tiếp, do cầu nối cation tạo ra các chuỗi pôlime vô cơ.

Đối với loại hoá đá này, các tác giả dùng một lực tổng hợp cho đất gồm:

• Lực kết dính do sự kết tinh, đối với cát và bùn (bằng xi măng Portland),
• Lực kết dính trực tiếp và gián tiếp bằng điện tích, đối với đất sét và hạt bé (bằng hoá chất vi lượng) trong đất tạp.

Nhờ đó hạ được giá thành, tăng chất lượng, có thể dùng ở nông thôn miền núi. Sức mạnh của các cách hoá đá này là làm ở nhiệt độ bình thường, tức là không nung như đồ gốm.

3. Ý NGHĨA CỦA SỰ PÔLIME HOÁ - ĐẤT HÓA ĐÁ

3.1. MỘT CÔNG NGHỆ XANH - CÔNG NGHỆ ĐẤT HÓA ĐÁ

Như trên đã nói, quả thật đây là một công nghệ, vì nó đi từ một qui luật cơ bản của ngành vật lý: sự kết hợp pôlime thành đá do nối ráp điện tích trực tiếp từ các tinh thể, hay gián tiếp từ các vật liệu có điện tích âm trong đất.

Sự ráp này từ trước đến giờ không ai nghĩ đến được, vì qui luật hoá học vô cơ không dạy được điều đó. Cho đến khi Plattfort phá được lá nhôm của khoáng vật kaolinite bằng phản ứng của cation Na+ với hydroxyt nhôm, làm lòi ra một điện tích dương và biến hạt kaolinite dài 10 A0 thành một nam châm cực nhỏ và cực mạnh. Đó là cơ chế pôlime hoá trực tiếp.

Trong cơ chế gián tiếp, dùng 1 cation có 2 điện tích dương hay hơn, như Mg²⁺, Ca²⁺, Fe³⁺, sau khi đã hoạt hoá bằng H₂SO₄, để làm cầu nối giữa hai hạt sét (một anion có nhiều điện tích âm), hoặc giữa một hạt sét và một hạt bé, hoặc giữa 2 hạt bé của keo silic, thì tạo ra pôlime vô cơ và hoá đá. Phản ứng hoá đá xảy ra rất lâu. Muốn phản ứng xảy ra nhanh, nên dùng lignin (chất gỗ) để hoá đá, vừa rẻ lại vừa hợp với đời sống con người, tức vài ngày. Chất gỗ có thể lấy ra từ sự cô đặc của mủ chuối hay tương đương.

Như vậy đất tạp cho chúng ta có phản ứng pôlime hoá mà ngày xưa ông bà ta đã làm (mà không biết) bằng vôi tôi và nước ót (MgCl₂). Ngày nay con cháu khám phá ra rằng, đất tạp chia ra làm bốn phần: trong đó có 2 phần trơ và 2 phần pôlime hoá được:

• Phần trơ: cát, bùn làm cốt cho đá,
• Phần pôlime hoá: đất sét và keo silic, làm thịt hoá đá.

Các phần không bằng nhau, nhưng đất pôlime hoá được có phần trơ dưới 50% và có phần pôlime hoá là trên 50%. Muốn tăng keo silic lên, ta thêm H2SO4, muốn tăng phần trơ, ta thêm cát tạp vào, hay bùn đen nhão vào. Cứ thêm như thế để có tỷ lệ 50% và 50%. Đó là một loại sét pha tự nhiên, đêm đến kết quả tốt. Ngoài ra công thức hoá đá còn phải có 3 yếu tố đi kèm là trộn, nén và phơi, mới đạt thành quả tối đa. Nói chung, công thức là:

P = f(M + m) tnh

Trong đó P là sự pôlime hoá, f là hàm số của M đất tạp pha sét, m là vi lượng phụ gia, t là trộn đều, n là nén và h là phơi hay hong. Nén chỉ cần 2 – 3 kg/cm² là đạt, còn phơi dưới ánh nắng mặt trời đòi hỏi 2 ngày. Do vậy nên làm công trình trong mùa nắng. Giá thành của phương pháp pôlime hoá chỉ tốn 60 – 70% của giá thành làm với xi măng CPA cùng chất lượng và tỉ lệ. Đó là một thắng lợi lớn cho nông thôn. Sự pôlime hoá gián tiếp chấp nhận đất giàu hữu cơ, phèn, mặn mà xi măng CPA không chịu được.

3.2 MỘT CÔNG NGHỆ HỮU ÍCH CHO NÔNG THÔN - CÔNG NGHỆ ĐẤT HÓA ĐÁ TẠI CHỖ

Đất hóa đá - Làm kênh mương dẫn nước nội đồng cho nông thôn

Tuy nhiên, một công nghệ nông thôn còn nhiều yếu tố khác, ngoài việc phù hợp với nông thôn:

• Giá thành thấp và rất thấp
• Chất lượng chấp nhận được
• Giản dị khi thực hiện, nhà nông có thể tự làm được,
• Không đòi hỏi đầu tư cao, không cần năng lượng tập trung.

Do vậy, sự hoá đá ở nhiệt độ thấp là một cuộc cách mạng kinh tế xã hội vậy.

3.3 ĐẤT HÓA ĐÁ - MỘT BƯỚC NGOẶC VỀ XÂY DỰNG

3.3.1 Xây dựng nhỏ

Đất hóa đá - Làm ruộng muối cho nông thôn.
 

Công trình liên gia hay liên xã đều có thể làm tập trung được. Ở đây, vần công là cách tốt nhất để thực hiện công việc một cách hoàn chỉnh. Ba ngày cho một công trình không lớn lắm. Việc làm nền đáy ao là khó hơn hết, nhưng dùng thủ công rất tốt. Nó có thể đòi hỏi thời gian lâu hơn, với công việc tỉ mỉ hơn. Còn đê đập thì dễ hơn.

3.3.2. Xây dựng lớn

Vá đường, vá kè đều giản đơn với đất tại chỗ và phụ gia hoá đá. Ở nơi đâu nên có toán sửa chữa thủ công vài ba người cho đôi Km là đủ, không cần cơ giới.

4. KẾT LUẬN: KHI NÀO BẮT ĐẦU Ở NƯỚC TA?

4.1 GIAI ĐOẠN ĐI CHUNG VỚI XI MĂNG CPA

Trong thế kỷ 20, chúng ta cam chịu đi theo đường lối cổ điển với vôi và xi măng CPA. Chúng đắt tiền, khó dùng, tốn kém, chỉ nên dành cho thành thị. Ở nông thôn, dần dần chúng ta chuyển từ xi măng CPA qua đất sét pôlime hoá được chừng nào hay chừng ấy, nhưng cũng nên dùng chung với xi măng để tránh mọi thay đổi đột ngột, vì xi măng còn cần cho cát và bùn trong đất. Điều đó cũng có nghĩa là một bước phát triển từ từ, Không gây xáo trộn cho ngành xi măng CPA, đợi đến khi nào ngành xi măng CPA tự động chuyển sang ngành pôlime vô cơ hãy hay.

4.2. GIAI ĐOẠN ĐỘC LẬP VỚI XI MĂNG

Đến bước cuối cùng là chế biến đất sét thành một chất kết dính dùng như xi măng, với tỷ lệ hoá đá là 20% lượng đất tại chỗ (1/5). Nhờ không cần nhà máy như xi măng CPA với đầu tư khổng lồ, một mỏ đất sét và một ít hoá chất từ nước ót đủ làm nhiệm vụ hoá đá dễ dàng.

4.3. ƯU TIÊN PHÁT TRIỂN

4.3.1. Mặt bằng

Nền nhà và sân phơi là 2 yếu tố hàng đầu, rồi mới đến đường đi và đê kè. Tuy nhiên, không phải lúc nào cũng có ưu tiên đó, vì có những địa phương cần kè hơn đường đi, hay đường đi cần hơn sân phơi hoặc sàn nhà. Cho nên cần sắp xếp thứ tự theo đầu vào. Khi đã có ưu tiên rồi, hãy tính tới sự thực hiện ở đầu ra.

4.3.2. Gạch ngói không nung

Cuối cùng, có thể làm vách tiền chế để lắp ráp các căng nhà nông thôn, theo kiểu đã định sẵn, để tiết kiệm gỗ. Có nhiều cách làm nhiều vật liệu nhẹ.

4.3.3. Gạch trang trí nội thất - Gạch không nung - đất hóa đá

Trang trí nột thất tuỳ theo sáng tạo của các nhà xây dựng, từ các hoa văn cho đến các gạch lót nền, lát vách, lát cột, lát trần. Thường có thể làm vật liệu tiền chế. Đặc biệt có thể làm gạch trang trí. cần có một công thức, theo đó độ cứng chắc tăng cao hơn và thời gian hoá cứng cũng nhanh hơn. Công thức này sẽ được định khi đất đã được chọn. Pôlime hoá trực tiếp là phản ứng tốt nhất.

Gạch trang trí làm bằng công nghệ đất hóa đá
 

Đối với mọi loại trang trí, nên có đề án tính toán giá thành. Nếu giá này rẻ hơn giá cổ điển khoảng 10% thì thị trường trở thành khá rộng. Đây là loại vật liệu cần chất lượng và rẻ, đẹp và độc đáo, không cần thiết là phải thật rẻ, điều có thể làm hư chất liệu.

Việc cho màu vật liệu đôi khi cần tính toán để vật liệu mang tính hấp dẫn. màu mang tính vô cơ, thật mịn và không chống phản ứng pôlime. Ở nhiệt độ thường rất nhiều gam màu đủ đáp ứng nhu cầu.

4.3.4. Vật liệu mỹ thuật, điêu khắc - Gốm không nung