Nghiên cứu về bê tông La Mã cổ đại đang cung cấp cơ sở cho một hướng phát triển bê tông có khả năng tự phục hồi các vết nứt nhỏ. Từ phát hiện về vai trò của các cụm vôi giàu canxi, nhóm nghiên cứu tại Viện Công nghệ Massachusetts (MIT) đã phát triển công nghệ phụ gia cho bê tông hiện đại, hướng tới kéo dài tuổi thọ công trình và giảm phát thải CO₂.
DMAT - startup phát triển công nghệ vật liệu dựa trên nghiên cứu của MIT, đã phát triển công nghệ bê tông tự phục hồi từ những phát hiện về khả năng tự lấp đầy vết nứt của bê tông La Mã. Giải pháp sử dụng các thành phần giàu canxi trong hỗn hợp bê tông, qua đó tạo điều kiện hình thành vật liệu mới để lấp đầy các vết nứt khi nước xâm nhập.
Bê tông là một trong những vật liệu được sử dụng phổ biến nhất trong xây dựng hiện nay, nhưng một số công trình La Mã cổ đại vẫn tồn tại sau hàng nghìn năm với độ bền đáng chú ý. Sự khác biệt này đã trở thành cơ sở để Admir Masic, Phó Giáo sư tại Viện Công nghệ Massachusetts, nghiên cứu sâu hơn về thành phần và phương pháp chế tạo bê tông của người La Mã.
(Nguồn: DMAT)
Các nghiên cứu được thực hiện bằng những phương pháp phân tích hiện đại, trong đó có khảo sát các công trình cổ tại Pompeii. Kết quả cho thấy bê tông La Mã chứa những cụm vôi giàu canxi có vai trò quan trọng đối với khả năng tự phục hồi vật liệu.
Khi bê tông xuất hiện vết nứt và nước xâm nhập, canxi trong các cụm vôi có thể hòa tan rồi kết tinh trở lại, tạo thành vật liệu lấp đầy khoảng trống trong vết nứt. Quá trình này giúp hạn chế sự phát triển của vết nứt và ngăn nước tiếp tục đi sâu vào bên trong kết cấu.
Nghiên cứu công bố năm 2023 của Masic và các cộng sự cho thấy những mẫu bê tông được chế tạo theo phương pháp có khả năng giữ lại các cụm vôi này có thể tự lấp đầy các vết nứt. Trong thử nghiệm, các mẫu được tạo vết nứt có chủ đích và tiếp xúc với nước. Sau khoảng hai tuần, các vết nứt trong mẫu có sử dụng vôi sống đã được lấp đầy đáng kể và dòng nước qua vết nứt bị ngăn lại.
Phát hiện này trở thành nền tảng để phát triển công nghệ bê tông hiện đại có khả năng tự phục hồi. Năm 2021, Masic cùng doanh nhân người Italy Paolo Sabatini đồng sáng lập DMAT nhằm đưa giải pháp này vào ứng dụng thực tế.
Thay vì yêu cầu thay đổi toàn bộ quy trình sản xuất bê tông, DMAT phát triển phụ gia có thể được đưa trực tiếp vào bê tông và vữa trong quá trình phối trộn. Doanh nghiệp cũng cung cấp công thức cấp phối cho các nhà sản xuất bê tông và kỹ sư, đồng thời phát triển vữa đóng bao phục vụ sửa chữa và phục hồi kết cấu.
DMAT đã phối hợp với các phòng thí nghiệm để đánh giá độ an toàn, tính năng và hoàn thiện các chứng nhận cần thiết cho thị trường châu Âu. Công nghệ này đã được sử dụng trong một số công trình tại Italy và Thụy Sĩ, gồm bể chứa nước ngầm, dải phân cách đường và mặt đường. Doanh nghiệp đang có kế hoạch mở rộng sang thị trường Mỹ.
Theo thông tin được MIT News công bố, DMAT cho biết công nghệ phụ gia của doanh nghiệp có thể giúp kéo dài tuổi thọ công trình khoảng 50% và giảm lượng phát thải CO₂ xuống còn khoảng 40% so với bê tông truyền thống. Đây là các kết quả được doanh nghiệp công bố và hiệu quả thực tế vẫn phụ thuộc vào công thức bê tông, điều kiện sử dụng và phạm vi đánh giá.
Bên cạnh khả năng tự phục hồi, việc kéo dài tuổi thọ bê tông có thể mang lại lợi ích về môi trường. Công trình bền hơn có thể giảm nhu cầu sửa chữa và thay thế, qua đó hạn chế lượng vật liệu và năng lượng cần sử dụng trong suốt vòng đời công trình.
Một số công nghệ bê tông tự phục hồi hiện nay sử dụng vi khuẩn hoặc polymer làm tác nhân bổ sung. Hướng tiếp cận của DMAT dựa trên các thành phần có nguồn gốc từ vật liệu quen thuộc trong sản xuất bê tông, qua đó hướng tới khả năng tích hợp vào quy trình hiện có mà không đòi hỏi thay đổi lớn về công nghệ.
Từ một đặc điểm của vật liệu xây dựng được sử dụng từ hàng nghìn năm trước, nghiên cứu về bê tông La Mã đang được chuyển hóa thành hướng công nghệ mới cho bê tông hiện đại. Việc kết hợp khả năng tự phục hồi với yêu cầu kéo dài tuổi thọ và giảm phát thải cho thấy tiềm năng của hướng nghiên cứu này trong quá trình phát triển các loại vật liệu xây dựng có độ bền và hiệu quả môi trường cao hơn.
Cem.Info (TH/ MIT)
