» Một nghiên cứu mới công bố trên tạp chí Scientific Reports giới thiệu loại chất kết dính polymer vô cơ hoạt hóa kiềm có thể thay thế xi măng portland truyền thống. Vật liệu này đạt cường độ tương đương bê tông chất lượng cao, duy trì tính công tác tốt và mở ra hướng phát triển xây dựng xanh, giảm phát thải cho ngành xi măng.
Lĩnh vực xi măng và bê tông hiện chiếm khoảng 8% tổng lượng khí CO₂ do con người tạo ra, chủ yếu từ sản xuất xi măng portland. Tìm kiếm vật liệu thay thế clinker truyền thống đang là xu hướng công nghệ quan trọng nhằm giảm phát thải carbon và hướng đến mục tiêu Net Zero. Polymer vô cơ hoạt hóa kiềm mới hứa hẹn trở thành giải pháp xây dựng xanh, sử dụng vật liệu sẵn có tại địa phương và kết hợp phụ phẩm công nghiệp.
Phát triển chất kết dính vô cơ thay thế xi măng portland
Polymer từ xi măng alumin canxi và thủy tinh lỏng, được nghiên cứu như một chất kết dính thay thế xi măng truyền thống.
Nhóm nghiên cứu đã tạo ra hệ chất kết dính dựa trên phản ứng giữa nhôm trong xi măng alumin canxi và silic trong thủy tinh lỏng hòa tan trong nước. Các loại xi măng alumin canxi có hàm lượng alumin cao như Almatis CA 14 M, CA 270 và Gorkal 70 được thử nghiệm để tìm tỷ lệ hóa học tối ưu. Thành phần lỏng chủ yếu là Betol 38/40, một dung dịch thủy tinh lỏng, và natri hydroxit được bổ sung để kích hoạt quá trình liên kết.
Vật liệu được phân tích bằng các phương pháp hiện đại nhằm theo dõi phản ứng hóa học và được đúc thành các mẫu lập phương 4 cm³ để thử cường độ nén. Nghiên cứu còn thử nghiệm cát địa phương, bao gồm cả cát cồn chưa làm sạch, nhằm đánh giá khả năng sử dụng vật liệu sẵn có.
Kết quả cho thấy hiệu quả phản ứng tốt nhất đạt được khi tỷ lệ silic và nhôm gần tương đương nhau. Quá trình này tạo thành cấu trúc liên kết bền vững giúp vật liệu cứng chắc và ổn định lâu dài. Nhóm nghiên cứu cũng ghi nhận rằng mức kiềm của dung dịch ảnh hưởng đáng kể đến tốc độ đông kết, với điều kiện tối ưu đạt khi tỷ lệ natri trên silicat (Na⁺/Si) cân bằng.
Hướng phát triển vật liệu xây dựng giảm phát thải
Polymer vô cơ mới đạt cường độ nén trên 40 MPa, tương đương bê tông chất lượng cao, ổn định trong dải nhiệt độ từ 4 - 65 °C mà không cần phương pháp dưỡng hộ đặc biệt. Độ nhớt thấp của hỗn hợp ban đầu giúp dễ dàng thêm phụ gia hoặc vật liệu khác để tạo sản phẩm chuyên biệt.
Các nhà nghiên cứu đã chế tạo gạch cường độ cao từ cát cồn chưa qua làm sạch, mở ra khả năng xây dựng tại khu vực sa mạc nơi cát sông khan hiếm. Vật liệu cũng có thể liên kết với dăm gỗ, sợi bông và chất thải công nghiệp để sản xuất tấm cách nhiệt và vật liệu nhẹ phục vụ xây dựng xanh.
Đáng chú ý, khi bổ sung biochar từ gỗ hoặc rơm rạ, các viên gạch có khả năng lưu trữ hơn 1 tấn CO₂/m³, biến công trình xây dựng thành kho lưu trữ carbon lâu dài.
Nhóm nghiên cứu nhận định vật liệu polymer vô cơ này có thể là giải pháp thực tiễn giúp giảm phát thải cho ngành xi măng mà vẫn giữ tính công tác tương tự xi măng portland, không yêu cầu thay đổi thiết bị hay đào tạo nhân lực lớn. Tuy nhiên công nghệ này vẫn cần thêm thời gian để đánh giá độ bền dài hạn, khả năng thương mại hóa và chi phí trước khi áp dụng rộng rãi.
Các giải pháp chất kết dính vô cơ hoạt hóa kiềm đang mở ra hướng tiếp cận mới cho ngành xi măng trong mục tiêu giảm phát thải CO₂ và phát triển vật liệu xây dựng bền vững. Dù vẫn cần thêm thời gian để hoàn thiện về tiêu chuẩn kỹ thuật, độ bền dài hạn và chi phí sản xuất, công nghệ này được đánh giá là một trong những hướng đi quan trọng trong lộ trình chuyển đổi xanh của ngành xây dựng toàn cầu.
Cem.Info
