» Nghiên cứu mới cho thấy việc kết hợp polymer siêu hút nước với vi khuẩn có khả năng tạo canxi cacbonat có thể giúp bê tông giảm co ngót, tăng cường độ và tự phục hồi các vết nứt nhỏ. Giải pháp này mở ra hướng tiếp cận vật liệu bê tông bền vững hơn, đặc biệt phù hợp với các khu vực khan hiếm nước cho quá trình dưỡng hộ.
Trong thi công bê tông, dưỡng hộ đầy đủ là điều kiện quan trọng để xi măng thủy hóa hoàn toàn và đạt cường độ thiết kế. Tuy nhiên tại nhiều khu vực, nguồn nước phục vụ dưỡng hộ còn hạn chế, làm tăng nguy cơ co ngót và nứt sớm. Nghiên cứu công bố trên tạp chí Scientific Reports đề xuất giải pháp kết hợp polymer siêu hút nước với vi khuẩn sinh khoáng nhằm cải thiện dưỡng hộ nội tại, đồng thời tăng khả năng tự phục hồi của bê tông.
Vết nứt trong bê tông do co ngót tự sinh, một trong những vấn đề cần khắc phục để nâng cao độ bền và khả năng tự phục hồi của bê tông.
Kết hợp polymer siêu hút nước và vi khuẩn trong bê tông
Các vết nứt trong bê tông thường xuất hiện do co ngót trong giai đoạn đầu và do điều kiện dưỡng hộ không đầy đủ. Để hạn chế hiện tượng này, các nhà nghiên cứu đã tập trung vào 2 hướng tiếp cận gồm duy trì độ ẩm bên trong bê tông và kích hoạt cơ chế tự phục hồi vật liệu.
Polymer siêu hút nước SAP (Superabsorbent polymer) là vật liệu có khả năng hấp thụ và giữ lượng nước lớn. Trong quá trình trộn bê tông, các hạt SAP hút nước và sau đó nhả dần trong quá trình thủy hóa của xi măng, giúp duy trì độ ẩm bên trong bê tông. Nhờ cơ chế dưỡng hộ nội tại này, SAP có thể giảm đáng kể co ngót tự sinh và hạn chế hình thành vi nứt. Một số nghiên cứu trước đây cho thấy SAP có thể giúp giảm 50 - 80% mức độ co ngót tự sinh của bê tông.
Song song với đó, công nghệ bê tông sinh học sử dụng vi khuẩn có khả năng tự phục hồi các vết nứt nhỏ. Trong hệ vật liệu này, các bào tử vi khuẩn tồn tại trong bê tông ở trạng thái ngủ. Khi nước và oxy xâm nhập qua vết nứt, vi khuẩn sẽ hoạt động và tạo kết tủa canxi cacbonat (CaCO₃) để lấp đầy các khe nứt. Nghiên cứu sử dụng vi khuẩn Bacillus subtilis, một chủng có khả năng sinh khoáng trong môi trường bê tông.
Thiết kế thí nghiệm và vật liệu sử dụng
Nhóm nghiên cứu xây dựng 4 cấp phối bê tông để đánh giá hiệu quả của hệ vật liệu gồm bê tông đối chứng, bê tông có 0,1% SAP, bê tông có vi khuẩn và bê tông kết hợp vi khuẩn với 0,1% SAP.
Xi măng sử dụng là xi măng portland thông thường mác 43. Cốt liệu mịn là cát sông cấp phối vùng II và cốt liệu thô là đá dăm 20mm có khối lượng riêng 2,75. Thành phần vi khuẩn được bổ sung với nồng độ 10⁵ cfu/ml. Canxi lactat được dùng làm nguồn dinh dưỡng chính, kết hợp với dung dịch dinh dưỡng 13g/l để hỗ trợ hoạt động của vi khuẩn.
Polymer siêu hút nước được sử dụng là natri polyacrylat, có khả năng hấp thụ khoảng 175g nước trên mỗi gam vật liệu. Do SAP hấp thụ một phần nước trộn nên lượng nước bổ sung được điều chỉnh để đảm bảo tính công tác của hỗn hợp bê tông.
Các mẫu bê tông được kiểm tra co ngót tự sinh trong 8 giờ đầu, cường độ nén ở tuổi 7 ngày và 28 ngày, cường độ uốn của dầm bê tông và điện trở suất nhằm đánh giá độ bền lâu.
Kết quả cho thấy cải thiện rõ rệt về cường độ và độ bền
Kết quả cho thấy việc bổ sung SAP giúp giảm đáng kể hiện tượng co ngót, trong khi sự kết hợp giữa SAP và vi khuẩn mang lại hiệu quả cải thiện toàn diện hơn.
So với bê tông đối chứng, cấp phối kết hợp SAP và vi khuẩn cho cường độ nén tăng 15,1% ở tuổi 7 ngày và tăng 26,4% ở tuổi 28 ngày. Cường độ uốn cũng được cải thiện rõ rệt, tăng tối đa 24,5% sau 28 ngày.
Mức co ngót tự sinh giảm khoảng 32,9% khi sử dụng hệ vật liệu kết hợp. Kết quả đo điện trở suất cho thấy giá trị tăng từ 12,54 kΩ.cm ở bê tông đối chứng lên 19,5 kΩ.cm ở bê tông có SAP và vi khuẩn, cho thấy khả năng chống xâm nhập và hạn chế ăn mòn cốt thép tốt hơn.
Nhóm nghiên cứu cũng nhận thấy SAP đóng vai trò như các kho chứa nước vi mô trong bê tông, giúp duy trì độ ẩm cục bộ và tạo điều kiện thuận lợi cho vi khuẩn tiếp tục tạo kết tủa CaCO₃ trong các lỗ rỗng và vết nứt nhỏ.
Kết quả nghiên cứu cho thấy việc kết hợp polymer siêu hút nước với hệ vi khuẩn tự phục hồi có thể đồng thời giảm co ngót, tăng cường độ và nâng cao độ bền của bê tông. Giải pháp này được đánh giá có tiềm năng ứng dụng trong các khu vực thiếu nước dưỡng hộ và góp phần nâng cao tuổi thọ của công trình bê tông.
Cem.Info
