» Một nghiên cứu mới công bố trên Scientific Reports cho thấy, khi kết hợp nano-titan dioxide (nano-TiO₂) với canxi carbonat (CaCO₃), các vật liệu xi măng phát thải thấp không chỉ cải thiện đáng kể độ bền cơ học và khả năng tự làm sạch, mà còn giảm thiểu tác động môi trường.
Giải pháp sử dụng nano-TiO₂ trong xi măng phát thải thấp đang thu hút sự quan tâm lớn từ các nhà sản xuất vật liệu xây dựng. Không chỉ cải thiện độ bền cơ học và khả năng tự làm sạch, nano-TiO₂ còn góp phần giảm phát thải CO₂ khi kết hợp với các vật liệu thay thế clinker như tro bay (FA) và đá vôi nghiền (canxi carbonat - CC). Đây được xem là hướng đi tiềm năng trong chiến lược phát triển xi măng xanh và bền vững, phù hợp với xu hướng công nghiệp hóa thông minh và mục tiêu giảm phát thải của ngành Xây dựng.
Trong nghiên cứu này, các nhà khoa học đã phát triển các tổ hợp gồm 2, 3 và 4 thành phần sử dụng xi măng portland, FA, CC và TiO₂, với hàm lượng clinker dao động từ 35% đến 100%. Đáng chú ý, sự có mặt của CC làm tăng đáng kể khả năng tăng tốc thủy hóa sớm của nano-TiO₂.
Vữa xi măng được phối trộn với các tỷ lệ FA là 0%, 25% và 50% theo khối lượng xi măng. Một số hỗn hợp được bổ sung thêm 5% nano-TiO₂ và 10% CC. Trong quá trình trộn, FA và CC được phối khô cùng xi măng, còn TiO₂ được pha vào nước trộn dưới dạng huyền phù. Sau khi trộn đều, hỗn hợp được đúc thành mẫu với các kích thước khác nhau để đánh giá tính chất.
Vai trò của titan dioxide trong việc nâng cao đặc tính phát thải thấp của vật liệu xi măng.
Kết quả thử nghiệm cơ học cho thấy việc bổ sung 5% nano-TiO₂ làm giảm độ sụt nhưng lại tăng nhiệt thủy hóa trong 20 giờ đầu tiên, từ đó thúc đẩy quá trình phát triển cường độ sớm. Trong các hệ chỉ dùng xi măng portland, TiO₂ giúp tăng cường độ nén sau 21 ngày và làm đặc hỗn hợp nhờ cấu trúc lỗ rỗng mịn hơn. Ngoài ra, việc bổ sung riêng 10% CC hoặc kết hợp cùng 25% FA trong hệ ba thành phần cũng mang lại hiệu quả gia cường rõ rệt.
Tuy nhiên, khi hàm lượng FA tăng lên 50%, lượng nhiệt tỏa ra bị giảm và tốc độ phát triển cường độ chậm lại. Dù vậy, ở mức 25% FA, hỗn hợp vẫn đạt được cường độ đạt yêu cầu và cải thiện đáng kể tính công tác nhờ độ sụt cao hơn.
Về khả năng quang xúc tác là một tính năng nổi bật của TiO₂, hệ xi măng portland có bổ sung nano-TiO₂ đạt hiệu suất phân hủy phenol lên tới 68,5% sau 24 giờ chiếu sáng bằng đèn LED 395 nm. Hệ hai thành phần có 10% CC cũng thể hiện khả năng phân hủy tốt. Tuy nhiên, sự có mặt của FA làm giảm hiệu suất này, có thể do tương tác bề mặt hạn chế hoạt động của TiO₂.
Đánh giá vòng đời (LCA) cho thấy việc bổ sung FA và CC giúp giảm đáng kể tiềm năng nóng lên toàn cầu (GWP) của vật liệu. Điều này giúp cân bằng phần nào tác động môi trường từ việc sử dụng nano-TiO₂, hướng đến một hệ vật liệu vừa thân thiện môi trường vừa đa chức năng, từ tính bền cơ học đến khả năng tự làm sạch.
Kết luận từ nghiên cứu cho thấy nano-TiO₂ có vai trò quan trọng trong việc tăng tốc thủy hóa và cải thiện cường độ cho hệ xi măng phát thải thấp, đặc biệt khi kết hợp với 10% đá vôi nghiền. Hệ vật liệu không những duy trì hiệu suất cơ học cao mà còn sở hữu khả năng tự làm sạch ưu việt. Tuy nhiên, hàm lượng FA cần được kiểm soát để tránh làm giảm hiệu suất quang xúc tác. Nhóm nghiên cứu đề xuất tiếp tục thử nghiệm độ bền lâu dài và tối ưu hóa hàm lượng TiO₂ nhằm cân bằng hiệu quả kỹ thuật, chi phí sản xuất và tính bền vững môi trường.
Cem.Info
