» Các nhà khoa học tại Đại học Ngô Châu và Đại học Quảng Châu (Trung Quốc) đã tìm ra cách tận dụng chất thải silicon carbide là phụ phẩm từ quá trình đánh bóng đá quý để tạo ra loại xi măng mới có tính năng vượt trội và thân thiện hơn với môi trường. Nghiên cứu này mở ra hướng đi tiềm năng cho ngành vật liệu xây dựng trong nỗ lực giảm phát thải và tái chế chất thải công nghiệp.
Giải pháp tận dụng phế thải công nghiệp để sản xuất xi măng đang trở thành xu hướng nổi bật trong chiến lược phát triển xanh của ngành Vật liệu xây dựng. Việc biến cặn silicon carbide là một loại chất thải đánh bóng đá quý khó xử lý thành phụ gia cải thiện hiệu suất xi măng không chỉ góp phần giảm ô nhiễm mà còn tạo ra vật liệu "thông minh”, có thể dẫn nhiệt, dẫn điện và tự giám sát kết cấu công trình.
Nhóm nghiên cứu đã tiến hành hàng loạt thử nghiệm nhằm xác định khả năng ứng dụng của cặn silicon carbide trong phối trộn xi măng. Chất này vốn được dùng làm hạt mài trong các công đoạn cắt, mài và đánh bóng đá quý, từ quy mô thủ công đến sản xuất công nghiệp. Lượng chất thải tích tụ ngày càng nhiều, đặc biệt tại các trung tâm chế tác như tỉnh Quảng Đông, gây ra thách thức lớn trong xử lý môi trường do không thể phân hủy sinh học.
Theo công trình được công bố trên tạp chí AIP Advances, việc bổ sung silicon carbide vào nền xi măng mang lại hai lợi ích môi trường, vừa giảm tải lượng chất thải công nghiệp vừa hạn chế phát thải CO₂ trong quá trình sản xuất xi măng. Đây được xem là bước đi cụ thể trong việc thúc đẩy mô hình kinh tế tuần hoàn, hướng đến việc tái sử dụng chất thải để tạo ra sản phẩm công nghiệp có giá trị cao hơn.
Giáo sư Xiaowei Ouyang, trưởng nhóm nghiên cứu cho biết, việc tích tụ chất thải silicon carbide không chỉ gây ô nhiễm mà còn là lời cảnh tỉnh cho ngành Vật liệu xây dựng về nhu cầu phát triển các giải pháp ít carbon hơn. Nghiên cứu của nhóm tập trung vào quá trình tương tác giữa các hạt silicon carbide và xi măng trong giai đoạn thủy hóa là giai đoạn quyết định độ rắn chắc và bền vững của vật liệu.
Sử dụng các phương pháp phân tích vi mô hiện đại, nhóm đã theo dõi sự hình thành vi nứt và độ rỗng của mẫu xi măng, hai yếu tố ảnh hưởng trực tiếp đến tuổi thọ công trình. Kết quả cho thấy các hạt silicon carbide có khả năng tương tác nhẹ với ion canxi là thành phần chủ chốt trong quá trình đóng rắn và nếu được xử lý tối ưu, có thể giúp tăng cường độ chịu lực cho vật liệu.
Đáng chú ý, nghiên cứu ghi nhận sự cải thiện rõ rệt về tính dẫn nhiệt và dẫn điện của xi măng khi bổ sung loại chất thải này. Cụ thể, khả năng dẫn nhiệt của vật liệu tăng tới 159%, trong khi điện trở giảm đến 94% so với xi măng thông thường. Những con số này không chỉ mang ý nghĩa khoa học mà còn mở ra tiềm năng ứng dụng thực tế trong các công trình xây dựng hiện đại.
Nhờ đặc tính mới, loại xi măng “thông minh” này có thể được dùng để chế tạo tường, sàn hoặc tấm panel có khả năng tự điều chỉnh nhiệt độ, góp phần giảm tiêu thụ năng lượng. Trong các kết cấu cầu, đường hoặc tòa nhà cao tầng, vật liệu này có thể được tích hợp như cảm biến tự nhiên, cho phép giám sát tình trạng công trình qua biến đổi điện trở là một bước tiến quan trọng trong quản lý bảo trì và an toàn kết cấu.
Mặc dù vẫn còn hạn chế về khả năng tương tác ion của các hạt silicon carbide, nhóm nghiên cứu cho biết có thể khắc phục bằng các phương pháp xử lý hóa học và tinh chỉnh quy trình sản xuất. Hướng đi này mở ra khả năng tạo ra các loại vật liệu composite mà thành phần tái chế không chỉ thay thế phụ gia truyền thống, mà còn chủ động cải thiện hiệu năng trong suốt vòng đời sử dụng.
Trong giai đoạn tiếp theo, nhóm sẽ tiến hành các thử nghiệm dài hạn trong điều kiện thực tế để đánh giá độ bền và tính ổn định của vật liệu, đồng thời nghiên cứu thêm các loại phế thải công nghiệp khác có tiềm năng tương tự. Đây là bước tiến quan trọng trong lĩnh vực vật liệu xây dựng bền vững, góp phần giảm phát thải khí nhà kính và nâng cao hiệu quả sử dụng tài nguyên.
Theo các chuyên gia, nghiên cứu của nhóm tác giả Xiongfei Yang, Yuge Gao, Junpeng Wang và Xiaowei Ouyang không chỉ mang lại hướng đi mới cho ngành Xi măng mà còn khẳng định vai trò ngày càng lớn của khoa học vật liệu trong công cuộc giảm phát thải toàn cầu. Nghiên cứu này chứng minh rằng ngay cả chất thải công nghiệp cũng có thể trở thành nguồn tài nguyên có ích nếu được xử lý đúng cách, mở ra hướng phát triển bền vững cho lĩnh vực xi măng và xây dựng trong tương lai.
Cem.Info
