» Các nhà khoa học đã tìm ra cách tận dụng vỏ lạc - loại phụ phẩm nông nghiệp tưởng chừng bỏ đi để cải thiện độ bền, khả năng chống nứt và chống nổ của bê tông thông qua xử lý hóa học đơn giản, mang lại hướng đi bền vững cho ngành vật liệu xây dựng.
Bê tông cường độ cao (HPC) là vật liệu có khả năng chịu lực lớn nhưng dễ xuất hiện nứt sớm do tỷ lệ nước/xi măng thấp. Vấn đề này không chỉ ảnh hưởng đến độ bền của kết cấu mà còn làm giảm khả năng chống chịu tác động cơ học mạnh, đặc biệt trong các công trình có yêu cầu an toàn cao. Nghiên cứu mới công bố trên Scientific Reports cho thấy việc bổ sung sợi từ vỏ lạc đã qua xử lý hóa học có thể là giải pháp khả thi giúp tăng cường khả năng chống nứt và khả năng chịu va đập mạnh của bê tông, đồng thời góp phần tận dụng nguồn phụ phẩm nông nghiệp dồi dào theo hướng kinh tế tuần hoàn.
Các sợi tự nhiên có nguồn gốc từ rễ, thân, lá hay quả vốn là vật liệu thân thiện môi trường, dễ phân hủy và sẵn có. Trong bê tông, chúng được dùng để hạn chế nứt sớm, cải thiện độ dẻo dai và khả năng hấp thụ năng lượng. Tuy nhiên, hiệu quả phụ thuộc lớn vào loại sợi, phương pháp xử lý và liều lượng sử dụng. Trước đây, các sợi như xơ dừa hay sợi chuối đã được chứng minh có tác dụng cải thiện khả năng kháng nứt và tăng độ bền kéo uốn. Dựa trên nền tảng đó, nhóm nghiên cứu đã mở rộng hướng tiếp cận sang sợi từ vỏ lạc là một loại phụ phẩm giàu cellulose, hemicellulose và lignin, có đặc tính bền, dẻo, dễ phân hủy và giá thành thấp. Dù tiềm năng lớn, vật liệu này vẫn chưa được nghiên cứu nhiều trong lĩnh vực bê tông xây dựng.
Sợi vỏ lạc được xử lý hóa học nhằm cải thiện tính cơ học và khả năng chống va đập của bê tông.
Các nhà nghiên cứu đã tiến hành xử lý hóa học vỏ lạc qua 3 bước: kiềm hóa bằng dung dịch NaOH, xử lý silane và acetyl hóa. Quá trình này giúp làm sạch tạp chất, tăng cường liên kết giữa sợi và nền xi măng, đồng thời nâng cao khả năng bám dính. Sau xử lý, sợi được kiểm tra bằng phổ hồng ngoại (FTIR), nhiễu xạ tia X (XRD) và thử kéo đơn trục để đánh giá các thay đổi hóa học và cấu trúc. Kết quả cho thấy cấu trúc tinh thể của sợi trở nên rõ nét hơn, độ bền kéo tăng, và các nhóm hydroxyl bộc lộ nhiều hơn, tạo điều kiện liên kết tốt với ma trận xi măng.
Ba cấp phối bê tông khác nhau được chế tạo, trong đó sợi từ vỏ lạc được thêm vào với tỷ lệ thể tích 0,5%, 1% và 1,5%, so sánh với mẫu bê tông đối chứng không có sợi. Thí nghiệm cho thấy các mẫu bê tông sử dụng sợi vỏ lạc chưa xử lý hoặc chỉ xử lý sơ bộ bằng kiềm có xu hướng giảm cường độ nén, kéo tách và uốn. Ngược lại, mẫu sử dụng sợi sau xử lý hóa học toàn phần cho kết quả vượt trội, đặc biệt ở liều lượng 0,5%. Cường độ nén và kéo tăng khoảng 10 - 11% so với mẫu đối chứng sau 28 ngày, trong khi cường độ uốn đạt tối ưu ở mức 1,0%.
Sự cải thiện này được lý giải là nhờ mức độ bám dính giữa sợi và nền xi măng được tăng cường sau xử lý, giúp sợi hoạt động như cầu nối vi mô, hạn chế nứt và phân tán ứng suất hiệu quả hơn. Ngoài ra, sợi sau xử lý còn có khả năng giữ nước và giải phóng dần trong quá trình thủy hóa, đóng vai trò như chất dưỡng ẩm nội sinh, giúp hạn chế co ngót và tăng mức độ thủy hóa của xi măng.
Khi được mô phỏng chịu tác động của vụ nổ tương đương 5 kg TNT bằng phần mềm ABAQUS/Explicit, các tấm bê tông có chứa sợi xử lý hóa học cho thấy khả năng phân bố ứng suất tốt hơn và biến dạng giảm rõ rệt. Ứng suất cực đại giảm từ khoảng 200 MPa ở bê tông thông thường xuống còn khoảng 35 MPa. Tuy nhiên, khi tăng hàm lượng sợi lên 1,0 - 1,5%, độ biến dạng lại có xu hướng tăng do sự gián đoạn ma trận và hiện tượng vón sợi. Điều này cho thấy cần tối ưu tỷ lệ trộn để đạt được hiệu quả cao nhất.
Một hạn chế được chỉ ra là nghiên cứu mới dừng ở mô phỏng số, chưa có thử nghiệm thực tế quy mô lớn dưới điều kiện nổ thật. Tuy nhiên, kết quả ban đầu chứng minh tiềm năng đáng kể của sợi vỏ lạc xử lý hóa học trong việc nâng cao độ dẻo dai, khả năng chịu va đập và chống nứt cho bê tông. Ngoài ra, việc sử dụng nguồn phụ phẩm nông nghiệp sẵn có tại nhiều địa phương còn giúp giảm chi phí sản xuất và giảm gánh nặng môi trường.
Nhóm tác giả kết luận rằng sợi từ vỏ lạc sau xử lý hóa học có thể đóng vai trò là vật liệu tăng cường bền vững, giúp cải thiện khả năng hấp thụ năng lượng và độ bền của bê tông, đặc biệt trong các kết cấu chịu va đập hoặc yêu cầu an toàn cao. Dù cần thêm nghiên cứu thực nghiệm để xác nhận tính hiệu quả ngoài hiện trường, hướng đi này mở ra cơ hội lớn cho ngành xi măng - bê tông trong việc phát triển vật liệu xanh, tận dụng nguồn phụ phẩm nông nghiệp và nâng cao khả năng chống chịu của các công trình hiện đại.
Cem.Info
