» Một nghiên cứu mới cho thấy việc kết hợp tro bay, xỉ lò cao, tro sinh khối từ xơ dừa và graphene có thể giúp giảm gần 45% lượng phát thải CO₂ trong bê tông, đồng thời cải thiện rõ rệt cường độ và độ bền của vật liệu.
Nghiên cứu công bố trên Scientific Reports tập trung phát triển một loại chất kết dính hỗn hợp cho bê tông, nhằm thay thế một phần xi măng portland truyền thống, vốn có mức phát thải cao do quá trình sản xuất clinker tiêu tốn nhiều năng lượng. Thành phần vật liệu gồm tro bay, xỉ lò cao nghiền mịn là các phụ phẩm quen thuộc trong ngành bê tông và xi măng, kết hợp với tro sinh khối từ xơ dừa và một lượng rất nhỏ graphene dạng tấm nano.
Áp lực giảm phát thải CO₂ đang thúc đẩy ngành xi măng tìm kiếm các giải pháp thay thế clinker theo hướng hiệu quả và bền vững hơn. Trong bối cảnh đó, việc tận dụng phụ phẩm công nghiệp, vật liệu sinh học và các công nghệ mới đang mở ra nhiều hướng tiếp cận đáng chú ý, đặc biệt khi kết hợp với các công cụ phân tích và tối ưu hiện đại.
Thay vì sử dụng từng loại phụ gia riêng lẻ, nhóm nghiên cứu hướng đến việc kết hợp đa vật liệu nhằm tạo ra hiệu ứng cộng hưởng trong cấu trúc bê tông. Tro sinh khối từ xơ dừa cung cấp silica hoạt tính và đóng vai trò như chất độn vi mô giúp cải thiện độ đặc chắc của ma trận. Graphene hỗ trợ quá trình hình thành các sản phẩm thủy hóa và góp phần hạn chế sự phát triển của vi nứt. Trong khi đó tro bay và xỉ lò cao giúp duy trì phản ứng thủy hóa dài hạn và làm tinh chỉnh cấu trúc lỗ rỗng.
Các thí nghiệm được thực hiện trên bê tông cấp độ bền M40 với nhiều phương án cấp phối khác nhau. Kết quả cho thấy hỗn hợp tối ưu có thể đạt cường độ nén khoảng 55 MPa sau 28 ngày, cao hơn khoảng 23% so với mẫu đối chứng. Khả năng chống thấm ion chloride cũng được cải thiện đáng kể khi giá trị thấm giảm khoảng 42%, trong khi độ hút nước giảm khoảng 40%, cho thấy độ bền lâu dài của vật liệu được nâng cao rõ rệt.
Đáng chú ý, lượng phát thải CO₂ hàm chứa trong bê tông sử dụng chất kết dính hỗn hợp được ước tính giảm gần 45% so với bê tông sử dụng hoàn toàn xi măng portland. Phân tích vi cấu trúc cho thấy sự hình thành mạng lưới sản phẩm canxi silicat hydrat (C-S-H) dày đặc hơn, qua đó góp phần giải thích cho sự gia tăng đồng thời về cường độ và độ bền.
Bên cạnh việc phát triển vật liệu, nghiên cứu còn áp dụng các mô hình học máy nhằm hỗ trợ thiết kế và tối ưu cấp phối bê tông. Các thuật toán như XGBoost và Random Forest được sử dụng để dự đoán và cân bằng nhiều mục tiêu cùng lúc, bao gồm cường độ, độ bền, chi phí và phát thải CO₂. Cách tiếp cận này giúp rút ngắn thời gian thử nghiệm trong phòng thí nghiệm và định hướng nhanh hơn đến các cấp phối tiềm năng.
Tuy nhiên, nhóm nghiên cứu cũng lưu ý rằng kết quả hiện tại mới dừng ở quy mô thử nghiệm với tập dữ liệu còn hạn chế. Việc triển khai trong thực tế cần được đánh giá thêm thông qua các nghiên cứu dài hạn, cũng như xem xét tính khả thi về kinh tế, đặc biệt liên quan đến chi phí của vật liệu nano như graphene.
Kết quả nghiên cứu cho thấy tiềm năng rõ rệt trong việc giảm phụ thuộc vào clinker, tận dụng hiệu quả phụ phẩm công nghiệp và sinh khối, đồng thời mở ra hướng ứng dụng các công cụ phân tích hiện đại trong thiết kế vật liệu. Đây có thể là một trong những cơ sở quan trọng để phát triển các dòng bê tông phát thải thấp trong tương lai, đáp ứng đồng thời yêu cầu về kỹ thuật và môi trường của ngành xi măng.
Cem.Info
