» Nghiên cứu công bố trên tạp chí Scientific Reports cho thấy việc bổ sung nano alumina được phân tán bằng phương pháp trộn cắt cao giúp bê tông đạt cường độ cao hơn, cấu trúc đặc chắc hơn và bền vững hơn trước tác động cơ học, hóa học và nhiệt độ cao, mở ra hướng tiếp cận mới cho các công trình hạ tầng chịu điều kiện làm việc khắc nghiệt.
Trước yêu cầu ngày càng cao về tuổi thọ và độ bền của các công trình hạ tầng, ngành xây dựng đang tìm kiếm những giải pháp bê tông có khả năng làm việc ổn định trong môi trường chịu tải trọng lớn, xâm thực hóa chất và biến động nhiệt độ. Ứng dụng công nghệ nano, đặc biệt là nano alumina, đang được xem là hướng đi tiềm năng nhằm nâng cao hiệu năng của bê tông trong thực tiễn xây dựng hiện đại.
Kết quả nghiên cứu cho thấy công nghệ nano đang góp phần cải thiện đáng kể các đặc tính của bê tông thông qua việc nâng cao cường độ và khả năng chống chịu môi trường. Nano alumina với diện tích bề mặt riêng lớn và hoạt tính hóa học cao giúp khắc phục những hạn chế truyền thống của bê tông như tính giòn và suy giảm độ bền trong điều kiện khắc nghiệt. Khi được phân tán đồng đều, các hạt nano alumina tinh chỉnh cấu trúc lỗ rỗng, lấp đầy các vi khe rỗng và thúc đẩy quá trình thủy hóa, từ đó hình thành ma trận bê tông đặc chắc hơn và tăng cường liên kết giữa các hạt trong cấu trúc vật liệu.
Tác động của nano alumina được phân tán bằng trộn cắt cao đến cường độ, độ bền và cấu trúc vi mô của bê tông.
Hiệu quả của nano alumina phụ thuộc lớn vào mức độ phân tán trong hỗn hợp bê tông. Hiện tượng kết tụ hạt có thể làm giảm đáng kể lợi ích của vật liệu nano. Trong nghiên cứu này, nano alumina được bổ sung với hàm lượng 0,5%, 1,0% và 1,5% theo khối lượng xi măng. Phương pháp trộn cắt cao được áp dụng ở tốc độ 3.000 vòng/phút trong 10 phút nhằm phân tán đều các hạt nano có kích thước từ 10 - 30 nanomet trong hỗn hợp bê tông.
Các mẫu bê tông được thí nghiệm sau thời gian dưỡng hộ 7 ngày, 28 ngày, 90 ngày và 180 ngày nhằm đánh giá cường độ chịu nén, chịu kéo gián tiếp và chịu uốn. Đồng thời, bê tông được kiểm tra độ bền dưới tác động của môi trường hóa chất như dung dịch natri clorua, axit clohydric và axit sulfuric, chu kỳ đóng băng tan băng, nhiệt độ cao ở mức 200°C, 400°C và 600°C, cũng như khả năng thấm nước. Phân tích vi cấu trúc được thực hiện bằng kính hiển vi điện tử quét và phổ tán xạ năng lượng tia X, kết hợp với các phương pháp phân tích thống kê nhằm đánh giá độ tin cậy và khả năng làm việc lâu dài của bê tông.
Kết quả cho thấy việc tích hợp nano alumina mang lại mức cải thiện rõ rệt về cường độ bê tông. Ở tuổi 28 ngày với hàm lượng 1,5%, cường độ chịu nén tăng 26,99%, cường độ chịu kéo tăng 37,5% và cường độ chịu uốn tăng 48,14% so với mẫu đối chứng. Sau 180 ngày dưỡng hộ, cường độ chịu nén của bê tông đạt 74,04 MPa. Độ bền của bê tông cũng được cải thiện đáng kể với khả năng chống xâm thực hóa chất, chịu chu kỳ đóng băng tan băng và duy trì tính năng cơ học tốt ở nhiệt độ lên đến 400°C. Khi chịu nhiệt ở mức 600°C, tất cả các cấp phối đều suy giảm cường độ, tuy nhiên bê tông có bổ sung nano alumina vẫn cho kết quả cao hơn so với bê tông thông thường.
Phân tích vi cấu trúc cho thấy kích thước lỗ rỗng trung bình của bê tông giảm gần 65%, đồng thời xuất hiện gel C-A-S-H thứ cấp, góp phần làm cho cấu trúc bên trong trở nên đặc chắc và đồng nhất hơn. Kết quả phân tích Weibull cho thấy bê tông có bổ sung nano alumina không chỉ đạt cường độ cao hơn mà còn có độ ổn định và độ tin cậy cao hơn, thể hiện qua sự giảm biến động cường độ giữa các mẫu thí nghiệm, qua đó giúp nâng cao khả năng dự báo tuổi thọ và hiệu năng làm việc lâu dài của công trình.
Mặc dù giá trị thí nghiệm RCPT của bê tông nano alumina ở mức trung bình, kết quả này chủ yếu chịu ảnh hưởng bởi hàm lượng ion trong dung dịch lỗ rỗng, không phản ánh trực tiếp khả năng thấm kém của bê tông. Trên thực tế, các phân tích vi cấu trúc cho thấy bê tông có cấu trúc đặc chắc hơn và lỗ rỗng được tinh chỉnh rõ rệt nhờ sự hiện diện của nano alumina.
Những kết quả nghiên cứu cho thấy tiềm năng ứng dụng rõ rệt của bê tông nano alumina trong các công trình hạ tầng chịu điều kiện làm việc khắc nghiệt như cầu đường, kết cấu ven biển và công trình xử lý nước thải. Đáng chú ý, phương pháp trộn cắt cao được đánh giá có khả năng triển khai trong thực tế sản xuất với chi phí hợp lý hơn so với các phương pháp phân tán nano phức tạp trong phòng thí nghiệm, qua đó nâng cao tính khả thi khi áp dụng ở quy mô công nghiệp.
Mặc dù nghiên cứu chưa đánh giá trực tiếp khả năng giảm lượng xi măng hay phát thải carbon, việc kéo dài tuổi thọ công trình và giảm nhu cầu bảo trì được xem là yếu tố đóng góp tích cực cho mục tiêu phát triển bền vững của ngành vật liệu xây dựng. Kết quả nghiên cứu cũng nhấn mạnh rằng chất lượng phân tán hạt nano đóng vai trò quyết định trong việc khai thác hiệu quả nano alumina, bên cạnh hàm lượng sử dụng, nhằm phát triển các giải pháp bê tông hiệu năng cao phục vụ yêu cầu hạ tầng hiện đại.
Cem.Info
