» Trước bài toán cấp bách về phát thải carbon trong ngành Xây dựng, các nhà khoa học tại Viện Công nghệ Massachusetts (MIT) đã phát triển một công cụ trí tuệ nhân tạo (AI) có khả năng tìm kiếm và đánh giá các vật liệu thay thế xi măng một cách hiệu quả. Nghiên cứu công bố trên tạp chí Communications Materials hé lộ tiềm năng lớn của gốm phế liệu và hàng loạt vật liệu tái chế trong việc giảm chi phí và khí thải mà không làm ảnh hưởng đến chất lượng bê tông.
Nhu cầu về xi măng toàn cầu đang không ngừng tăng cao trong khi áp lực phải giảm phát thải từ sản xuất vật liệu xây dựng lại ngày càng lớn. Việc thay thế một phần xi măng trong sản xuất bê tông bằng các vật liệu thân thiện môi trường không chỉ giúp tiết kiệm chi phí mà còn góp phần quan trọng vào chiến lược phát triển bền vững. Bài viết dưới đây phân tích cách MIT đã ứng dụng công nghệ AI để tạo ra bước đột phá trong việc lựa chọn nguyên vật liệu thay thế, mở ra một hướng đi mới cho ngành Xi măng.
Cốt lõi của vấn đề nằm ở vai trò của xi măng như một chất kết dính trong bê tông. Xi măng cứng lại khi tiếp xúc với nước nhờ khả năng thủy hóa, đồng thời phản ứng với canxi hydroxit để tăng độ cứng theo thời gian, một tính chất gọi là pozzolanicity. Để thay thế xi măng mà vẫn giữ được 2 đặc tính này là một thách thức không nhỏ. Trước đây, các phụ phẩm công nghiệp như tro bay và xỉ luyện kim thường được sử dụng, nhưng do nhu cầu ngày càng tăng, nguồn cung các vật liệu này đang dần cạn kiệt, buộc ngành Xây dựng phải tìm kiếm giải pháp thay thế.
Nhóm nghiên cứu thuộc Trung tâm Bền vững Bê tông MIT (CSHub) và nhóm tái chế Olivetti Group đã phát triển một hệ thống AI sử dụng mô hình ngôn ngữ lớn để xử lý khối lượng dữ liệu khổng lồ từ hơn 88.000 bài nghiên cứu khoa học. Qua đó, AI trích xuất và đánh giá hơn 14.000 vật liệu tiềm năng dựa trên tính chất vật lý và hóa học của chúng, từ đó phân loại thành 19 nhóm chính. Trong đó có tro sinh khối (vỏ trấu, bã mía, gỗ), thủy tinh phế thải, đất đá từ khai thác mỏ, tro rác thải đô thị, vật liệu xây dựng bị phá dỡ như gạch, ngói, sành sứ.
Điểm đáng chú ý là nhiều vật liệu trong danh sách này có thể được sử dụng trực tiếp trong sản xuất bê tông chỉ bằng cách nghiền nhỏ, không cần qua các bước xử lý phức tạp, giúp tiết kiệm đáng kể chi phí và giảm lượng phát thải carbon trong toàn bộ vòng đời sản phẩm. Đặc biệt, nhóm nghiên cứu nhận thấy rằng gốm phế liệu bao gồm gạch ngói cũ, đồ sành sứ, gốm vỡ... thể hiện độ phản ứng cao và là một trong những ứng viên tiềm năng nhất. Điều này tương đồng với kỹ thuật xây dựng thời La Mã cổ đại, nơi các vật liệu gốm được bổ sung để tăng khả năng chống thấm và độ bền cho bê tông.
Bên cạnh khả năng tìm kiếm vật liệu, AI còn giúp đánh giá hai yếu tố then chốt là thủy hóa và puzolan, từ đó xác định sự cân bằng lý tưởng trong các hỗn hợp bê tông thay thế. Các thuật toán máy học được thiết kế để sàng lọc, so sánh và lựa chọn vật liệu không chỉ dựa trên tính chất hóa lý, mà còn xét đến khả năng ứng dụng trong thực tiễn và mức độ sẵn có trên toàn cầu.
Trong tương lai, nhóm nghiên cứu dự kiến sẽ mở rộng khung đánh giá AI để tiếp tục khảo sát thêm nhiều vật liệu mới và xác thực bằng các thử nghiệm thực tế tại phòng thí nghiệm. Đây là bước đi quan trọng nhằm tiến tới ứng dụng đại trà trong ngành công nghiệp xây dựng. Bằng cách kết hợp khoa học dữ liệu, công nghệ AI và mục tiêu phát triển bền vững, công trình này mở ra triển vọng lớn cho ngành Xi măng trong bối cảnh kinh tế tuần hoàn và chuyển đổi xanh đang trở thành xu hướng toàn cầu.
ximang.vn (dịch từ MIT.edu)
