Bê tông tự hàn gắn có thể kéo dài độ bền các công trình
Các nhà nghiên cứu tại Viện Bách khoa Worcester, Mỹ, đang sử dụng enzyme được tìm thấy trong các tế bào hồng cầu để tạo ra một loại bê tông tự hàn gắn có độ bền gấp bốn lần so với bê tông truyền thống.
Giáo sư Rahbar để hiển thị bê tông tự hàn gắn. Nguồn: Worcester Polytechnic Institute.
Công trình này được công bố trên tạp chí Applied Materials Today. PGS. Nima Rahbar tác giả chính của bài báo, cho biết, bê tông là vật liệu xây dựng nhân tạo được dùng rộng rãi nhất và là thành phần quan trọng trong mọi công trình, từ cầu cảng đến cao ốc, nhà cửa, vỉa hè, gara đỗ xe… Nhược điểm của nó là giòn và dễ bị nứt do tiếp xúc với nước, thay đổi nhiệt độ, áp suất, muối rải đường, sai sót trong khâu thiết kế và nhiều yếu tố khác, dẫn đến kết cấu bê tông không còn nguyên vẹn và cần phải sửa chữa hoặc thay thế tốn kém.
“Nếu các vết nứt nhỏ có thể tự động liền lại khi mới hình thành, chúng sẽ không biến thành những vấn đề lớn hơn cần phải sửa chữa hoặc thay thế. Điều này nghe có vẻ khoa học viễn tưởng nhưng đó là một giải pháp thực sự cho vấn đề quan trọng trong ngành xây dựng”, Rahbar nói.
Nghiên cứu của ông trước đây đã nhận được tài trợ từ Trung tâm Năng lượng Sạch Massachusetts (MassCEC). Lấy cảm hứng từ quá trình vận chuyển CO2 trong tự nhiên, ông sử dụng anhydrase cacbonic (CA), một loại enzyme được tìm thấy trong tế bào hồng cầu, để thêm vào bột xi măng trước khi đem trộn và đổ bê tông.
Enzyme này đóng vai trò là chất xúc tác khiến CO2 trong không khí phản ứng, tạo ra những tinh thể carbonat canxi tương tự như chất dính kết tương tự của bê tông. Khi một vết nứt nhỏ hình thành trong bê tông enzym, enzym bên trong bê tông kết nối với CO2 trong không khí, kích hoạt sự phát triển của chất dính kết mới lấp đầy vết nứt.
Rahbar đã nghiên cứu về bê tông tự hàn gắn trong 5 năm. Ông nói: “Chúng tôi tìm đến tự nhiên để tìm ra cách kích hoạt quá trình chuyển biến CO2 nhanh nhất và đó là enzyme CA. Vì các enzyme trong cơ thể chúng ta phản ứng với tốc độ đáng kinh ngạc nên chúng có thể được dùng như một cơ chế hiệu quả để sửa chữa và tăng cường cấu trúc bê tông.” Quy trình này của Rahbar có thể làm liền các vết nứt bê tông cỡ milimet trong vòng 24h và đã được cấp bằng sáng chế.
Nhóm nghiên cứu đã phát triển một cách tiếp cận ba hướng, bao gồm một hỗn hợp bê tông dùng trong xây dựng có thể tự động gắn liền những vết nứt nhỏ; một hỗn hợp bê tông có thể tự liền trong trường hợp vết nứt lớn hơn hoặc có lỗ hổng hình thành, và một quy trình áp dụng cho bê tông truyền thống để sửa chữa các vết nứt.
Để sửa một vết nứt lớn hoặc lỗ hổng, Rahbar cho biết có thể dùng hỗn hợp chứa canxi và CO2 nhằm thúc đẩy quá trình tự liền. Nếu dùng hỗn hợp này nhưng theo một quy trình ứng dụng khác sẽ làm liền các vết nứt ở khối bê tông truyền thống đã có.
Bê tông là một nguồn phát thải khí CO2, lượng khí nhà kính có liên quan đến biến đổi khí hậu. Theo một báo cáo năm 2018 từ viện nghiên cứu chính sách Chatham House, mỗi năm có hơn 4 tỷ tấn nguyên liệu xi măng được sản xuất, chiếm khoảng 8% lượng phát thải CO2 toàn cầu. Từ lâu, các nhà nghiên cứu đã tìm cách phát triển những quy trình thúc đẩy bê tông tự liền và giữ cho những vết nứt nhỏ không biến thành các vết nứt lớn hơn, khiến vật liệu giữ được độ bền và chống thấm nước. Rahbar dự đoán bê tông tự liền có thể kéo dài tuổi thọ của một cấu trúc, chẳng hạn từ 20 năm lên tới 80 năm.
Các nghiên cứu khác để tạo ra bê tông tự hàn gắn tập trung vào việc thêm những loại vi khuẩn như Bacillus megaterium – một loại vi khuẩn tạo nha bào có thể tiết ra một loại enzyme vào hỗn hợp bê tông. Rahbar chọn sử dụng trực tiếp enzyme thay vì vi khuẩn bởi vi khuẩn tốn kém hơn và hoạt động chậm hơn. Chúng phải mất tới một tháng để liền những vết nứt tầm 10 micron mà các enzyme có thể xử lý trong 24 giờ. Vi khuẩn cũng gây ra những lo ngại về vấn đề sức khỏe tiềm ẩn lâu dài khi sử dụng.□
Trang Linh lược dịch
Nguồn: https://phys.org/news/2021-06-self-healing-concrete-lifespans.html
