Chế tạo thành công vật liệu bê tông siêu bền nhờ công nghệ nano

So sánh một mẫu bê tông được phủ bằng chất trám khe biến tính nano (bên trái) và bê tông thông thường (bên phải) 

Các nhà nghiên cứu tại Đại học Bang Washington (Mỹ) vừa thành công chế tạo được một dạng bê tông "siêu bền bỉ", chống chịu cực tốt trước độ ẩm và muối - hai yếu tố được xem là gây hại bậc nhất đối với loại vật liệu này.

Theo Xianming Shi, giáo sư tại Viện Khoa Kỹ thuật Dân dụng và Môi trường, người đứng đầu công trình cho biết bê tông - mặc dù có vẻ giống như đá rắn - nhưng về cơ bản vẫn là một miếng "bọt biển" khi nhìn nó dưới kính hiển vi. "Đó là một vật liệu composite không đồng nhất, có độ xốp cao", GS. Shi nhấn mạnh.

Do vậy trong nghiên cứu của mình, các nhà nghiên cứu đã thêm 2 vật liệu nano là graphene oxide và montmorillonite nanoclay, vào một chất trám kín cấu tạo từ siliconate. Sau đó, họ trộn lẫn hỗn hợp này vào xi măng, nhằm tạo nên cấu trúc bê tông bền vững khi chúng khô cứng lại.

Theo GS. Shi, các vật liệu nano này góp phần làm dày đặc cấu trúc vi mô của bê tông, khiến nước và chất lỏng nói chung khó xâm nhập hơn. Chúng cũng tạo thành một rào cản chống lại sự xâm nhập của hơi nước và các khí khác có xu hướng tấn công và bào mòn cấu trúc của bê tông.

Vật liệu nano cũng bảo vệ bê tông khỏi sự tấn công vật lý và hóa học của muối khử mặn. Chất trám khe xuyên thấu được thiết kế đa chức năng, vì nó cũng có thể đóng vai trò như một chất hỗ trợ bảo dưỡng cho bê tông tươi.

Những nghiên cứu thực tế cho thấy mẫu bê tông mới đã cải thiện 75% ở khả năng chống thấm và 44% trong việc giảm tác hại ăn mòn của muối so với các phiên bản thương mại.

Được biết, phần lớn cơ sở hạ tầng quan trọng của quốc gia, chẳng hạn như hệ thống đường cao tốc của Mỹ, được xây dựng từ những năm 1950 đến những năm 1970 và hiện đang đi đến cuối vòng đời mà nó được thiết kế.

Theo thống kê, cứ 4 năm một lần kể từ cuối những năm 1990, Hiệp hội Kỹ sư Xây dựng ở Mỹ đã cung cấp một bản báo cáo về cơ sở hạ tầng tại quốc gia này, liên tục cho thấy điểm kém hoặc không đạt. Cụ thể, khoảng 8% trong số khoảng 600.000 cây cầu ở Mỹ được coi là thiếu kết cấu, và cứ mỗi 5 dặm (khoảng 8 km) đường cao tốc thì có một cây cầu ở tình trạng kém.

Vấn đề càng trở nên trầm trọng hơn ở những vùng có khí hậu lạnh bởi nhiều chu kỳ đóng băng/ rã đông, cũng như đến từ việc sử dụng ngày càng nhiều muối deicer trong những thập kỷ gần đây của con người, có thể làm phân hủy cấu trúc bê tông.

Công trình nghiên cứu mới có thể được xem là một biện pháp bổ sung hiệu quả nhằm giải quyết thách thức chống chịu theo thời gian của những cây cầu và mặt đường cũ tại Mỹ, cũng như ở nhiều quốc gia khác trên thế giới.

Hiện GS. Shi và nghiên cứu sinh Zhipeng Li đã công bố công trình của họ trên Tạp chí Vật liệu Kỹ thuật Xây dựng và nộp đơn xin cấp bằng sáng chế tạm thời.