Nghiên cứu tận dụng phụ phẩm từ tinh luyện lithium cải thiện vi cấu trúc, hiệu suất bê tông

Nhu cầu giảm phát thải, tiết kiệm tài nguyên và phát triển vật liệu xanh đang thúc đẩy nhiều công trình nghiên cứu trên thế giới. Một trong những hướng nổi bật hiện nay là tận dụng phế thải công nghiệp để thay thế nguyên liệu truyền thống trong sản xuất vật liệu xây dựng. Công trình nghiên cứu mới từ Đại học Flinders mở ra lựa chọn đầy triển vọng khi chứng minh phụ phẩm từ tinh luyện lithium có thể nâng cao độ bền và tuổi thọ cho bê tông, đồng thời hạn chế các tác động tiêu cực đến môi trường

Nghiên cứu mới do Tiến sĩ Aliakbar Gholampour, khoa Khoa học và Kỹ thuật, Đại học Flinders thực hiện đã chỉ ra tiềm năng ứng dụng của Delithiated β-spodumene (DβS), một phụ phẩm trong quá trình tinh luyện lithium, để cải thiện hiệu suất bê tông. DβS thể hiện tính chất pozzolan nên có khả năng phản ứng hóa học trong hệ chất kết dính, giúp tăng cường cường độ và độ bền lâu dài của sản phẩm. Khi được sử dụng trong chất kết dính geopolymer, DβS cho thấy khả năng cải thiện đáng kể tính cơ học và độ ổn định của vật liệu.

Tiến sĩ Gholampour cho biết, nhóm nghiên cứu đã phân tích sự biến đổi vi cấu trúc của geopolymer sử dụng DβS dưới các tỷ lệ dung dịch kiềm khác nhau, từ đó xác định mức độ phù hợp của phụ phẩm này khi làm thành phần trong bê tông xanh. Đây là hướng tiếp cận hứa hẹn trong bối cảnh bê tông truyền thống tiêu thụ khoảng 30% tài nguyên không tái tạo, thải ra khoảng 8% lượng khí nhà kính toàn cầu và chiếm tới một nửa tổng lượng rác thải chôn lấp.

Dạng nứt vỡ của các mẫu sử dụng 100% tro bay trong thí nghiệm nén 7 ngày tại các tỷ lệ NaS:NaH gồm: a) 0,75; b) 1; c) 1,25; d) 1,75; e) 2; f) 2,25.

Việc phát triển vật liệu thay thế mà không giảm chất lượng cơ học là nhiệm vụ cấp thiết đối với ngành xây dựng. Kết quả nghiên cứu của nhóm Đại học Flinders cho thấy, DβS có thể thay thế tro bay, vốn là phụ phẩm ngành nhiệt điện, trong cấu trúc chất kết dính geopolymer. Nhóm cũng xác định phạm vi tỷ lệ dung dịch kiềm tối ưu để khai thác hiệu quả vai trò của DβS trong hệ geopolymer. Theo Tiến sĩ Gholampour, cách tiếp cận này không chỉ cải thiện độ bền và khả năng chịu lực của vật liệu mà còn giải quyết được vấn đề môi trường khi lượng DβS tăng nhanh cùng quá trình tinh luyện lithium. Việc tái sử dụng phụ phẩm này giúp giảm chất thải công nghiệp, hạn chế nguy cơ ô nhiễm đất và nước ngầm, đồng thời thúc đẩy mô hình kinh tế tuần hoàn cho cả ngành khai khoáng và ngành xây dựng.

Các kết quả nghiên cứu đã được công bố trong 2 công trình gồm “Advanced characterization of ambient-cured geopolymer paste with delithiated β-spodumene: effect of Na2SiO3 to NaOH ratio on performance and microstructure” đăng trên tạp chí Materials and Structures và “Reactions, phase evolution, and microstructure of ambient-cured geopolymer with delithiated β-spodumene” đăng trên Journal of Materials in Civil Engineering. Đây là những phần quan trọng trong chuỗi công bố khoa học của nhóm nghiên cứu trong năm nay, tập trung vào phát triển vật liệu xây dựng bền vững và tối ưu hóa công nghệ bê tông.

Bên cạnh công trình về DβS, nhóm còn triển khai nhiều hướng nghiên cứu khác như cải thiện tính chất cơ học của geopolymer sử dụng xỉ chì và sợi tổng hợp, mô hình dự đoán độ bền cho bê tông thân thiện môi trường bằng XGBoost SHAP, hay xây dựng mô hình lai giúp dự đoán cường độ của bê tông sợi in 3D. Nhóm cũng phối hợp cùng các chuyên gia từ Việt Nam, Hàn Quốc và Algeria để phát triển mô hình Gradient Boosting dự đoán độ thấm carbon trong bê tông tái chế.

Chuỗi kết quả này cho thấy một hướng tiếp cận toàn diện, từ tận dụng phụ phẩm địa phương như DβS đến ứng dụng mô hình học máy và công nghệ in 3D, nhằm xây dựng hệ vật liệu xanh có khả năng thích ứng cao. Theo Tiến sĩ Gholampour, các kết quả nghiên cứu không chỉ giúp giảm tiêu thụ tài nguyên, giảm phát thải và giảm tải lượng chất thải mà còn nâng cao hiệu suất, khả năng dự đoán và độ ổn định của hệ bê tông thế hệ mới.

Cem.Info