» Xi măng là thành phần cốt lõi của bê tông, hiện đang chịu trách nhiệm cho khoảng 8% lượng khí thải CO₂ toàn cầu. Trong bối cảnh toàn cầu nỗ lực giảm lượng khí thải carbon, các kỹ sư tại Đại học RMIT (Australia) đã tạo ra một đột phá, biến đất sét cấp thấp, vốn rẻ tiền và phổ biến, thành phụ gia xi măng hiệu quả cao.
Việc giảm phát thải CO₂ trong lĩnh vực xây dựng là mục tiêu sống còn để đạt các cam kết khí hậu toàn cầu. Các giải pháp thay thế nguyên liệu truyền thống đang trở thành tâm điểm nghiên cứu, đặc biệt là việc thay thế một phần xi măng bằng đất sét cấp thấp để giảm khí thải mà vẫn giữ được chất lượng công trình. Nghiên cứu mới nhất từ Đại học RMIT không chỉ chứng minh tính khả thi của giải pháp này mà còn đưa ra phương pháp tối ưu cả về hiệu năng, chi phí và môi trường, mở ra hướng đi mới cho ngành Vật liệu xây dựng bền vững.
Hỗn hợp đất sét cấp thấp thay thế 20% xi măng
Trước đây, giải pháp phổ biến là sử dụng đất sét cao cấp cao lanh để thay thế một phần xi măng trong bê tông. Tuy nhiên, cao lanh đang ngày càng khan hiếm và đắt đỏ do cạnh tranh từ các ngành công nghiệp như gốm sứ, mỹ phẩm và giấy. Trong nghiên cứu được công bố trên tạp chí Construction and Building Materials, các kỹ sư RMIT đã kết hợp đất sét illite cấp thấp với cao lanh cấp thấp theo tỷ lệ 1:1 và nung ở 600°C bằng phương pháp đồng thiêu kết (co-calcination). Phương pháp này không chỉ giúp cải thiện khả năng liên kết là đặc tính vốn rất yếu của illite, mà còn tăng cường hiệu suất tổng thể của bê tông. Cụ thể, vật liệu thu được tăng 18% lượng chất vô định hình, giảm 41% độ rỗng, tăng 15% cường độ nén và giữ nước ở dạng ổn định về mặt hóa học, từ đó cải thiện độ bền lâu dài.
Hỗn hợp đất sét cấp thấp sau khi được xử lý nhiệt, sẵn sàng để sử dụng làm phụ gia xi măng.
Theo Tiến sĩ Chamila Gunasekara, trưởng nhóm nghiên cứu, phương pháp mới giúp thay thế tới 20% lượng xi măng mà vẫn nâng cao chất lượng sản phẩm cuối cùng. Ngoài ra, nhờ việc xử lý nguyên liệu cùng lúc, quy trình này còn tiết kiệm năng lượng và giảm chi phí vận hành, điều mà các phương pháp nung riêng biệt không làm được. Những cải tiến này cho thấy hỗn hợp đất sét illite - cao lanh có thể sánh ngang, thậm chí vượt trội so với các giải pháp thay thế dùng cao lanh truyền thống. Trong bối cảnh thị trường cao lanh dự kiến đạt 6 tỷ USD vào năm 2032, nghiên cứu này còn mở ra tiềm năng thương mại mới cho illite - loại đất sét rẻ tiền và dồi dào hơn nhiều.
Công cụ mô phỏng tăng tốc xây dựng xanh
Không dừng lại ở vật liệu, nhóm nghiên cứu RMIT còn phát triển một công cụ tính toán tiên tiến cùng Đại học Hokkaido (Nhật Bản) để mô phỏng hành vi của bê tông với các hỗn hợp đất sét khác nhau. Công cụ này giúp các kỹ sư dự đoán chính xác các đặc tính cơ học, độ bền và hiệu quả năng lượng của vật liệu mà không cần phụ thuộc hoàn toàn vào các thử nghiệm trong phòng thí nghiệm.
Theo Tiến sĩ Yuguo Yu, nhờ công cụ này, các hỗn hợp bê tông có thể được thiết kế tối ưu theo từng vùng địa phương và điều kiện môi trường cụ thể, góp phần tăng tốc độ chuyển đổi sang vật liệu xây dựng thân thiện với môi trường. Nghiên cứu hiện đang được mở rộng sang các điều kiện thực tế và hợp tác với nhiều tổ chức quốc tế, trong đó có Cơ sở Bức xạ Synchrotron châu Âu (Pháp). Dự án này nằm trong khuôn khổ chương trình TREMS do RMIT dẫn đầu, quy tụ 9 tổ chức nghiên cứu và 36 đối tác công - tư trong và ngoài nước, nhằm đẩy mạnh tái chế chất thải thành vật liệu kỹ thuật và thúc đẩy nền kinh tế tuần hoàn.
Với thị trường cao lanh dự kiến đạt 6 tỷ USD vào năm 2032, việc tạo ra giá trị mới từ đất sét illite không chỉ giải quyết bài toán nguyên liệu mà còn góp phần giảm phát thải toàn cầu. Bằng cách kết hợp nghiên cứu vật liệu, tối ưu hóa năng lượng và công nghệ mô phỏng tiên tiến, nhóm nghiên cứu tại RMIT đang mở ra một hướng đi khả thi để ngành Xây dựng thực sự xanh và bền vững hơn trong tương lai.
ximang.vn (TH/ Interesting Engineering)
