Thử nghiệm một cấp phối xi măng mới có thể cần tới 28 ngày mới cho kết quả cường độ quan trọng, khiến việc khảo sát hàng trăm công thức trở thành một quá trình kéo dài. Một nghiên cứu tại Đại học Washington (Seattle, Mỹ) cho thấy việc kết hợp dữ liệu thử nghiệm với mô hình dự đoán có thể rút ngắn đáng kể thời gian tìm kiếm cấp phối phù hợp.
Nghiên cứu do các nhà khoa học thuộc Đại học Washington phối hợp với Microsoft Research thực hiện, được công bố trên tạp chí Matter vào tháng 7/2025. Nhóm nghiên cứu sử dụng mô hình dự đoán dựa trên học máy để lựa chọn các cấp phối cần thử tiếp theo, qua đó tìm được cấp phối có 5% rong biển xanh trong khoảng 28 ngày, trong khi nhóm ước tính phương pháp thử và sai truyền thống có thể mất khoảng 5 năm.
AI giúp rút ngắn quá trình tìm cấp phối xi măng bổ sung rong biển xuống 28 ngày, thay vì nhiều năm thử nghiệm theo phương pháp truyền thống. (Nguồn: UW News)
Cường độ 28 ngày kéo dài quá trình thử nghiệm cấp phối
Xi măng phát triển cường độ thông qua các phản ứng hóa học với nước và quá trình này tiếp tục diễn ra trong nhiều tuần sau khi vật liệu được trộn. Vì vậy, kết quả cần thiết để đánh giá một cấp phối không thể có ngay sau khi mẫu được chế tạo.
Cường độ nén ở tuổi 28 ngày là một trong những mốc đánh giá phổ biến đối với xi măng và bê tông. Kết quả ở tuổi 7 ngày có thể cung cấp thông tin ban đầu, nhưng chưa cho biết đầy đủ cách vật liệu tiếp tục phát triển cường độ. Hai cấp phối có thể cho kết quả tương đối gần nhau ở giai đoạn đầu nhưng sau đó có mức phát triển khác nhau.
Khi nghiên cứu một cấp phối mới, các thông số như thành phần phụAgia, hàm lượng nước, tỷ lệ nguyên liệu và mức độ nghiền có thể được điều chỉnh theo nhiều cách. Số lượng tổ hợp có khả năng thử nghiệm vì thế nhanh chóng tăng lên hàng trăm.
Nếu từng công thức được chế tạo và chờ kết quả trước khi quyết định công thức tiếp theo, thời gian nghiên cứu sẽ tăng theo số vòng thử nghiệm. Đây là điểm hạn chế mà nhóm nghiên cứu tìm cách xử lý bằng cách sử dụng dữ liệu của những lần thử trước để hỗ trợ lựa chọn các lần thử tiếp theo.
Mô hình học máy định hướng các cấp phối cần thử
Nhóm nghiên cứu bắt đầu với 24 cấp phối. Sau khi các mẫu được chế tạo và thử nghiệm, dữ liệu thu được được sử dụng để xây dựng mô hình dự đoán khả năng phát triển cường độ của mẫu trong khoảng bốn tuần.
Thay vì tiếp tục thử nghiệm các công thức theo thứ tự, mô hình phân tích dữ liệu hiện có để đề xuất những cấp phối tiếp theo có khả năng cho kết quả phù hợp. Các cấp phối được mô hình đề xuất sau đó được chế tạo và dưỡng hộ trong phòng thí nghiệm.
Kết quả của mỗi vòng thử nghiệm tiếp tục được đưa trở lại hệ thống. Mô hình sử dụng dữ liệu mới để cập nhật dự đoán và đề xuất những cấp phối tiếp theo. Quy trình được lặp lại qua các bước dự đoán, chế tạo, dưỡng hộ, thử nghiệm và cập nhật dữ liệu.
Cách tiếp cận này giúp giảm số lượng công thức phải thử một cách tuần tự. Thay vì coi mỗi cấp phối là một phép thử độc lập, dữ liệu từ những cấp phối đã được kiểm chứng được sử dụng để định hướng việc lựa chọn các công thức tiếp theo.
Trong nghiên cứu, mô hình dự đoán vì vậy không thay thế thử nghiệm vật liệu. Vai trò của nó là hỗ trợ sàng lọc và lựa chọn các cấp phối có tiềm năng để phòng thí nghiệm tiếp tục kiểm chứng.
Rong biển xanh là trường hợp kiểm chứng
Để kiểm chứng phương pháp, nhóm nghiên cứu sử dụng rong biển xanh (sea lettuce) thuộc chi Ulva làm thành phần bổ sung cho xi măng. Rong biển được làm khô và nghiền trước khi phối trộn, thay vì đưa trực tiếp nguyên liệu tươi vào cấp phối.
Theo nghiên cứu, việc xử lý nguyên liệu theo cách này giúp nhóm làm việc với những tỷ lệ bổ sung mà các phương án trước đó chưa đạt được. Rong biển sau khi sấy và nghiền được phối trộn trực tiếp với bột xi măng trong các cấp phối thử nghiệm.
Cấp phối đạt kết quả phù hợp cuối cùng chứa 5% rong biển xanh theo khối lượng. Mẫu thử đạt mức cường độ phù hợp trong phạm vi nghiên cứu và có tiềm năng giảm chỉ số tác động đến nóng lên toàn cầu khoảng 21% so với xi măng đối chứng.
Các mẫu được chế tạo và kiểm tra bằng quy trình thử nghiệm thông thường ở quy mô phòng thí nghiệm. Nghiên cứu không yêu cầu một dây chuyền sản xuất chuyên biệt cho việc phối trộn nguyên liệu.
Điểm đáng chú ý là quá trình tìm kiếm cấp phối phù hợp được hoàn thành trong khoảng 28 ngày. Theo ước tính của nhóm nghiên cứu, nếu thực hiện quá trình tìm kiếm bằng phương pháp thử và sai truyền thống, thời gian có thể kéo dài khoảng 5 năm.
Kết quả này không đồng nghĩa cấp phối có rong biển đã sẵn sàng cho sản xuất hoặc sử dụng ở quy mô công trình. Các đặc tính của vật liệu trong điều kiện thực tế và trong thời gian dài vẫn cần được đánh giá thêm.
Giá trị đáng chú ý hơn của nghiên cứu nằm ở phương pháp tìm kiếm cấp phối. Nhóm nghiên cứu cho biết cách tiếp cận tương tự có thể được sử dụng để khảo sát các loài rong biển khác và một số loại chất thải thực phẩm, qua đó mở rộng phạm vi nguyên liệu có thể được đưa vào quá trình thử nghiệm.
Với các vật liệu cần thời gian dài để phát triển và đánh giá cường độ, việc kết hợp mô hình dự đoán với thử nghiệm thực tế có thể giúp thu hẹp số lượng cấp phối cần kiểm chứng và rút ngắn thời gian nghiên cứu. Tuy nhiên, khả năng áp dụng phương pháp và các cấp phối được tìm thấy ở quy mô sản xuất vẫn cần được kiểm chứng qua các nghiên cứu tiếp theo.
Nguồn tham khảo: UW News.
Cem.Info
