» Một nhóm nghiên cứu đã phát triển thành công loại bê tông thân thiện môi trường, phát thải thấp nhờ sử dụng phụ phẩm trong sản xuất, giúp giảm đáng kể lượng khí carbon mà vẫn duy trì cường độ chịu lực cao.
Cắt giảm phát thải carbon không còn là lựa chọn mà đã trở thành yêu cầu bắt buộc của ngành Xây dựng. Trong bối cảnh đó, loại bê tông mới tận dụng phụ phẩm sản xuất đang được xem là giải pháp kép: vừa giảm phát thải, vừa tận dụng nguồn vật liệu sẵn có.
Để sản xuất 1 tấn xi măng cần khoảng 4 Gigajoule (GJ) năng lượng, điều này khiến xi măng trở thành một trong những loại vật liệu có cường độ phát thải lớn nhất trong lĩnh vực xây dựng. Khi yêu cầu giảm phát thải ngày càng gắt gao, việc tìm kiếm vật liệu thay thế xi măng truyền thống trở thành vấn đề cấp thiết.
Từ thực tế đó, nhóm nghiên cứu đã thử nghiệm khả năng sử dụng các phụ phẩm trong sản xuất cụ thể là tro bay, tro trấu và đá bọt để thay thế một phần xi măng trong sản xuất bê tông. Các vật liệu này, vốn được xem là chất thải, không chỉ mang lại lợi ích môi trường mà còn giúp cải thiện đặc tính cơ học của bê tông, thể hiện tinh thần kinh tế tuần hoàn khi biến phụ phẩm thành nguồn tài nguyên có giá trị.
Để đánh giá tính khả thi, nhóm đã phát triển hỗn hợp bê tông 4 thành phần (quaternary blend) gồm xi măng portland thông thường (OPC) kết hợp với 3 loại phụ phẩm nói trên. Các mẫu bê tông được đúc theo khuôn trụ và thử nghiệm theo tiêu chuẩn ASTM về cường độ nén, mô đun đàn hồi và các chỉ tiêu cơ lý khác. Tất cả vật liệu đều được thu thập tại Pakistan: tro bay từ nhà máy nhiệt điện, tro trấu từ quá trình đốt có kiểm soát và đá bọt từ ngành Dệt may. Trước khi sử dụng, các vật liệu được phân tích kỹ lưỡng về độ mịn, tỷ trọng và thành phần hóa học để đảm bảo phù hợp cho sản xuất bê tông.
Nổi bật trong nghiên cứu là việc ứng dụng trí tuệ nhân tạo (AI), với các mô hình học máy XGBoost và Random Forest, nhằm dự đoán cường độ nén và tối ưu thành phần cấp phối. Nhờ đó, nhóm có thể dự báo chính xác hơn hiệu suất cơ học của bê tông, đồng thời xác nhận độ tin cậy qua phân tích thống kê.
Kết quả thử nghiệm cho thấy xu hướng rõ ràng: tăng hàm lượng tro trấu giúp cải thiện đáng kể cường độ nén, trong khi tỷ lệ đá bọt quá cao lại làm suy giảm. Cấp phối tối ưu được xác định gồm 70% xi măng OPC, 10% tro bay, 15% tro trấu và 5% đá bọt đạt cường độ nén trên 38 MPa sau 120 ngày dưỡng hộ, đáp ứng yêu cầu cho các kết cấu chịu lực.
Không chỉ dừng lại ở cường độ, module đàn hồi của bê tông cũng tăng theo thời gian, cho thấy khả năng gia tăng độ bền trong quá trình vật liệu phát triển cường độ. Các mô hình hồi quy để dự đoán module đàn hồi và độ bền uốn dựa trên cường độ nén đạt hệ số R² lần lượt là 0,97 và 0,83. Mô hình XGBoost thậm chí đạt R² tới 0,999 gần như chính xác tuyệt đối trong dự báo hiệu suất.
Đặc biệt, công thức tối ưu này giúp giảm phát thải CO₂ khoảng 38,8% so với bê tông truyền thống, đồng thời nâng cao khả năng chống thấm nước và chống xâm nhập ion clorua là 2 yếu tố quan trọng giúp tăng tuổi thọ kết cấu bê tông, nhất là trong môi trường khắc nghiệt.
Kết quả nghiên cứu mang ý nghĩa thực tiễn rõ rệt. Ở những khu vực có sẵn nguồn phụ phẩm trong sản xuất, việc tích hợp các vật liệu này vào bê tông có thể giảm phụ thuộc vào xi măng truyền thống, cắt giảm chi phí và hạn chế chất thải ra môi trường. Bên cạnh đó, các mô hình học máy được phát triển có thể giúp kỹ sư tối ưu cấp phối bê tông phù hợp với từng điều kiện cụ thể, cân bằng giữa hiệu suất cơ học và mục tiêu môi trường.
Tuy nhiên, để ứng dụng rộng rãi, ngành Xây dựng vẫn cần giải quyết một số thách thức thực tế như kiểm soát chất lượng phụ phẩm, điều chỉnh cấp phối theo điều kiện khí hậu và yêu cầu công trình, cũng như tích hợp mô hình dự báo vào quy trình thiết kế. Sự hợp tác giữa các nhà khoa học vật liệu, kỹ sư, cơ quan quản lý và doanh nghiệp sẽ là chìa khóa để đưa kết quả nghiên cứu này vào thực tiễn.
Ngoài ra, hướng nghiên cứu có thể tiếp tục mở rộng sang các loại phụ phẩm khác như tro bã mía hoặc tro vỏ hạt cọ, đồng thời xây dựng hướng dẫn kỹ thuật theo đặc thù từng vùng và lồng ghép vào các tiêu chuẩn công trình xanh.
Nghiên cứu này không chỉ bổ sung thêm tri thức khoa học mà còn mang lại giải pháp thiết thực cho mục tiêu giảm phát thải carbon trong xây dựng là một bước tiến vững chắc hướng tới nền xây dựng xanh, bền vững và thân thiện với môi trường.
Cem.Info
