» Các nhà nghiên cứu thuộc Đại học Zagazig và Trung tâm Nghiên cứu Quốc gia tại Cairo (Ai Cập) vừa công bố phát triển thành công một loại bê tông siêu nhẹ kết hợp nano‑silica (NS) và hạt polystyrene nở (EPS), giúp tăng đáng kể khả năng cách nhiệt đồng thời duy trì tính chịu lực của công trình. Đây là bước tiến mới hướng tới các giải pháp vật liệu xây dựng hiện đại, bền vững và hiệu quả năng lượng cao.
Trong xu hướng xây dựng xanh và tiết kiệm năng lượng, vật liệu bê tông cách nhiệt tốt mà vẫn giữ độ bền là ưu tiên hàng đầu của các chủ đầu tư và kỹ sư. Loại bê tông mới được phát triển từ việc kết hợp nano‑silica và hạt polystyrene nở vừa nhẹ, vừa cách nhiệt hiệu quả, đồng thời có độ bền nén cao, hứa hẹn giải pháp lý tưởng cho các công trình hiện đại, từ nhà ở dân dụng đến công trình công nghiệp.
Các nhà nghiên cứu đã tiến hành thử nghiệm với 20 mẫu bê tông: tỷ lệ xi măng:cát = 1:2, tỷ lệ nước : xi măng = 0,50. Nano‑silica được thêm vào ở mức 0,75 %, 1 % và 1,25 % theo khối lượng xi măng; hạt polystyrene nở thay thế cốt liệu mịn ở tỉ lệ 25 %, 50 %, 75 % và 100 %. Một mẫu đối chứng chứa xi măng và cát được dùng để so sánh. Ngoài ra, các nhóm mẫu chỉ nano‑silica hoặc chỉ hạt polystyrene nở cũng được chuẩn bị riêng để đánh giá tác động riêng lẻ. Sau khi đổ khuôn thủ công, các mẫu được tháo sau 24 giờ và dưỡng hộ trong môi trường ẩm.
Các thông số đo lường bao gồm: độ dẫn nhiệt, nhiệt dung riêng thể tích, độ khuếch tán nhiệt theo phương pháp nguồn phẳng biến thiên; độ bền nén thử bằng máy thủy lực toàn năng; cấu trúc khoáng của nano‑silica phân tích bằng X‑ray diffraction và quan sát vi cấu trúc bên trong bằng kính hiển vi điện tử cảm ứng trường (FE‑SEM).
Phát triển bê tông kết cấu nhẹ với tính năng cách nhiệt và độ bền cao thông qua tích hợp nano‑silica và polystyrene nở.
Kết quả cho thấy, nano‑silica cải thiện rõ rệt tính chất nhiệt và cơ học của bê tông. Khi nâng hàm lượng nano‑silica từ 0,75 % lên 1,25 %, độ dẫn nhiệt giảm tới 15 %, độ khuếch tán nhiệt giảm 14 %, nhiệt dung riêng thể tích tăng 9 %, cho thấy cấu trúc bê tông đặc chắc và ổn định hơn. Hạt polystyrene nở khi thay thế hoàn toàn cốt liệu mịn giúp giảm độ dẫn nhiệt tới 80,5 %, nhờ khả năng chứa không khí, mặc nhiên nhiệt dung riêng thể tích giảm (ảnh hưởng khả năng tích trữ nhiệt).
Về độ bền cơ học, nano‑silica ở mức 1 % đến 1,25 % giúp độ bền nén tăng đến 36,5 %, giảm độ thấm nước từ 40 % đến 52 %, nhờ khả năng trám kín vi lỗ và tăng cường sản phẩm thủy hóa trong khối xi măng.
Khi kết hợp nano‑silica và hạt polystyrene nở, hiệu quả tổng hợp rất đáng chú ý: độ dẫn nhiệt giảm từ 39 % đến 86 %; hiệu suất dẫn nhiệt (effusivity) giảm 28 % đến 71 %; độ khuếch tán nhiệt giảm 28 % đến 79 %, tùy tỷ lệ phối trộn. Hạt polystyrene nở tăng khả năng cách nhiệt, nano‑silica gia cố cấu trúc, giúp bê tông duy trì độ bền trong khi tối ưu hiệu suất nhiệt. Cấu trúc vi mô đặc biệt này là yếu tố then chốt tạo nên tính năng vượt trội của vật liệu mới.
Nghiên cứu này chứng minh rằng sự kết hợp giữa nano‑silica và hạt polystyrene nở có thể tạo ra loại bê tông nhẹ, cách nhiệt tốt mà vẫn đảm bảo yêu cầu kỹ thuật về cơ học. Đây là giải pháp đầy tiềm năng cho công trình hiện đại, nhất là trong bối cảnh các quy chuẩn về tiết kiệm năng lượng và phát triển bền vững ngày càng được siết chặt.
Để ứng dụng thực tế rộng rãi, cần tiếp tục nghiên cứu chi phí sản xuất nano‑silica có thể thông qua tổng hợp tại chỗ, sử dụng hạt polystyrene nở tái chế để giảm chi phí và tác động môi trường, đồng thời khảo sát độ bền lâu dài của vật liệu trong điều kiện sử dụng thực tế. Với hướng phát triển rõ ràng và đầu tư thích đáng, bê tông composite này hoàn toàn có thể trở thành giải pháp vật liệu xây dựng tương lai.
dịch từ Azobuild
