» Nghiên cứu mới cho thấy việc kết hợp bột cao su tái chế từ lốp xe và nano silica có thể cải thiện đáng kể độ bền của bê tông trong điều kiện khí hậu lạnh, đồng thời mở ra hướng đi bền vững cho ngành vật liệu xây dựng.
Nghiên cứu tập trung vào việc sử dụng đồng thời phụ gia cao su tái chế thu hồi từ lốp xe phế thải và nano silica để cải thiện đặc tính của bê tông. Bê tông vốn là vật liệu xây dựng phổ biến nhờ cường độ và tính linh hoạt, tuy nhiên trong điều kiện khí hậu lạnh, vật liệu này dễ bị suy giảm chất lượng do tác động của chu kỳ đóng băng và tan băng. Khi nước bên trong bê tông đóng băng, thể tích tăng lên tạo ra ứng suất nội, dẫn đến nứt vỡ, bong tróc bề mặt và suy giảm độ bền theo thời gian.
Bột cao su và nano silica giúp cải thiện cấu trúc và khả năng chống đóng băng của bê tông.
Để khắc phục vấn đề này, các nhà khoa học đã thử nghiệm việc bổ sung các phụ gia nhằm cải thiện cấu trúc bên trong bê tông. Bột cao su tái chế được đánh giá có khả năng tăng độ dẻo và khả năng hấp thụ năng lượng. Khi được đưa vào hỗn hợp bê tông, các hạt cao su giúp vật liệu chịu biến dạng tốt hơn, hạn chế sự lan truyền vết nứt dưới tác động của ứng suất do đóng băng.
Trong khi đó, nano silica với kích thước hạt siêu nhỏ có vai trò lấp đầy các lỗ rỗng vi mô trong cấu trúc xi măng. Nhờ đó, vật liệu trở nên đặc chắc hơn, giảm độ thấm nước và tăng cường liên kết nội tại. Sự kết hợp giữa hai thành phần này tạo ra hiệu ứng bổ trợ, trong đó cao su cải thiện tính linh hoạt còn nano silica nâng cao độ đặc chắc và cường độ của ma trận bê tông.
Nhóm nghiên cứu đã tiến hành chế tạo nhiều cấp phối bê tông với hàm lượng bột cao su từ 0% đến 15% theo khối lượng xi măng và nano silica từ 1% đến 5%. Các mẫu sau đó được kiểm tra cường độ nén, cường độ uốn và độ hút nước, đồng thời trải qua các chu kỳ đóng băng và tan băng để đánh giá độ bền trong điều kiện thực tế.
Kết quả cho thấy việc sử dụng kết hợp hai loại phụ gia giúp cải thiện rõ rệt khả năng chống chịu của bê tông. Bột cao su giúp tăng độ dẻo và khả năng hấp thụ ứng suất, trong khi nano silica làm giảm độ rỗng và hạn chế sự xâm nhập của nước. Mặc dù việc bổ sung cao su ở hàm lượng cao có thể làm giảm cường độ nén, nhưng nano silica đã góp phần bù đắp hạn chế này bằng cách tăng cường cấu trúc vi mô.
Cấp phối tối ưu được xác định với khoảng 5% bột cao su và 3% nano silica. Ở tỷ lệ này, bê tông đạt được sự cân bằng tốt giữa cường độ và độ bền lâu dài. Các thử nghiệm cho thấy mẫu bê tông có mức suy giảm khối lượng thấp hơn và ít hư hại hơn sau nhiều chu kỳ đóng băng so với bê tông thông thường.
Quan sát vi cấu trúc bằng kính hiển vi điện tử cho thấy ma trận bê tông trở nên đặc hơn, số lượng lỗ rỗng giảm và phân bố lỗ rỗng chuyển sang kích thước nhỏ hơn, ít gây hại. Các hạt cao su đóng vai trò như các điểm linh hoạt giúp hạn chế sự phát triển của vết nứt, trong khi hệ thống lỗ khí được cải thiện góp phần giảm áp lực nội sinh khi nước đóng băng.
Những kết quả này có ý nghĩa quan trọng đối với ngành xây dựng, đặc biệt tại các khu vực có khí hậu lạnh hoặc công trình phải chịu điều kiện môi trường khắc nghiệt. Việc nâng cao độ bền của bê tông không chỉ giúp kéo dài tuổi thọ công trình mà còn giảm chi phí bảo trì và sửa chữa.
Bên cạnh lợi ích kỹ thuật, giải pháp này còn mang lại giá trị môi trường đáng kể. Việc tái sử dụng lốp xe phế thải giúp giảm áp lực xử lý chất thải rắn và hạn chế phát thải carbon. Trong bối cảnh ngành xi măng là một trong những nguồn phát thải lớn, các giải pháp tích hợp vật liệu tái chế như vậy được xem là hướng đi phù hợp với mục tiêu phát triển bền vững.
Trong thời gian tới, các nghiên cứu tiếp theo có thể tập trung vào đánh giá hiệu quả lâu dài của loại bê tông này trong nhiều điều kiện môi trường khác nhau, cũng như phân tích chi phí để phục vụ triển khai ở quy mô công nghiệp. Việc tối ưu hóa cấp phối và kết hợp thêm các loại phụ gia khác cũng có thể mở rộng khả năng ứng dụng của vật liệu trong thực tế sản xuất và xây dựng.
Cem.Info
