Nghiên cứu của nhóm tác giả thuộc khoa Kỹ thuật xây dựng, trường Cao đẳng Kỹ thuật Mepco Schlenk (Ấn Độ), công bố trên tạp chí Carbon Research vào tháng 4/2024, cho thấy việc kết hợp zeolite và biochar từ tre có thể cải thiện cường độ và khả năng hấp thụ CO₂ của bê tông. Cấp phối tối ưu đạt cường độ nén 38,49 MPa, cường độ kéo khi ép chẻ 4,39 MPa và hấp thụ khoảng 1,2g CO₂/ngày trong điều kiện thử nghiệm.
Thay vì chỉ sử dụng các thành phần truyền thống, nghiên cứu xem xét việc đưa vật liệu có cấu trúc xốp vào cấp phối bê tông nhằm tạo thêm chức năng hấp thụ CO₂. Hai vật liệu được lựa chọn là zeolite và biochar từ tre, với các tỷ lệ thay thế khác nhau để đánh giá tác động đến đặc tính của bê tông.
Zeolite và biochar từ tre được nghiên cứu nhằm cải thiện cường độ và khả năng hấp thụ CO₂ của bê tông. (Nguồn: Mepco Schlenk Engineering College)
Zeolite và biochar từ tre thay đổi cấp phối bê tông như thế nào?
Nhóm nghiên cứu sử dụng bê tông cấp M35, trong đó zeolite được dùng thay thế cốt liệu mịn ở tỷ lệ 25% và 50%. Biochar từ tre được sử dụng thay thế một phần xi măng với các tỷ lệ 0,5%, 1% và 1,5%.
Các cấp phối được đánh giá về cường độ nén, cường độ kéo khi ép chẻ, độ hút nước và khả năng chịu va đập. Mục tiêu là xác định tỷ lệ phối hợp phù hợp giữa zeolite và biochar từ tre, vừa đáp ứng yêu cầu về tính chất cơ học, vừa duy trì khả năng hấp thụ CO₂.
Zeolite có cấu trúc nhiều lỗ rỗng, còn biochar từ tre có hàm lượng carbon cao và diện tích bề mặt lớn. Những đặc tính này được nhóm nghiên cứu xem là yếu tố thuận lợi cho quá trình hấp thụ CO₂.
Cấp phối ZB5 cải thiện cường độ và khả năng hấp thụ CO₂
Trong các cấp phối thử nghiệm, ZB5 gồm 50% zeolite và 1% biochar từ tre cho kết quả nổi bật nhất. Cường độ nén đạt 38,49 MPa, cao hơn 7,48% so với bê tông thông thường, trong khi cường độ kéo khi ép chẻ đạt 4,39 MPa, tăng 15%.
Theo nhóm nghiên cứu, sự tương tác giữa cấu trúc aluminosilicate của zeolite và biochar từ tre có thể góp phần tạo nền xi măng đặc chắc hơn, qua đó cải thiện các chỉ tiêu cơ học của bê tông.
Khả năng hấp thụ CO₂ của ZB5 được đánh giá trong buồng carbonat hóa. Mẫu bê tông hấp thụ khoảng 1,2g CO₂/ngày. Sau 7 ngày, CO₂ thâm nhập khoảng 15 mm vào vật liệu.
Nhóm nghiên cứu cho rằng cấu trúc vi lỗ của zeolite và hàm lượng carbon cao của biochar từ tre có liên quan đến khả năng hấp thụ CO₂ được ghi nhận trong thử nghiệm.
Từ kết quả phòng thí nghiệm đến yêu cầu thử nghiệm thực tế
Kết quả nghiên cứu cho thấy việc kết hợp zeolite và biochar từ tre có thể tạo ra cấp phối bê tông vừa duy trì chức năng kết cấu, vừa có thêm khả năng hấp thụ CO₂. Nhóm nghiên cứu đề cập một số ứng dụng tiềm năng như mặt đường bê tông, tường lan can đường cao tốc và đường ống thoát nước.
Tuy nhiên, nghiên cứu hiện mới được thực hiện ở quy mô phòng thí nghiệm. Vì vậy, chưa thể đánh giá đầy đủ khả năng duy trì cường độ, độ bền và mức hấp thụ CO₂ của vật liệu trong điều kiện công trình thực tế.
Các nghiên cứu tiếp theo sẽ đánh giá khả năng duy trì độ bền và hấp thụ CO₂ trong thời gian dài hơn, đồng thời thử nghiệm các loại biochar khác, nhiều cấp bê tông và vữa khác nhau. Nhóm nghiên cứu cũng dự kiến xem xét việc sử dụng biochar ngâm trước để đánh giá khả năng cải thiện thêm hiệu quả của cấp phối.
Những kết quả này sẽ giúp làm rõ hơn khả năng mở rộng phương pháp từ quy mô phòng thí nghiệm sang các ứng dụng xây dựng và công nghiệp.
Nguồn tham khảo: Carbon Research, Mepco Schlenk Engineering College.
Cem.Info
