» Các nhà nghiên cứu đã điều chỉnh chính xác tỷ lệ hạt nano boron nitride (BN) và nano titanium dioxide (TiO₂), tạo ra bê tông bọt nhẹ có độ bền vượt trội và khả năng ổn định nhiệt rõ rệt.
Xu hướng sử dụng vật liệu nhẹ, bền, tiết kiệm năng lượng đang thúc đẩy nhiều nghiên cứu mới trong lĩnh vực xi măng - bê tông. Một công bố khoa học mới cho thấy việc bổ sung các hạt nano BN và nano TiO₂ có thể mở ra thế hệ bê tông bọt hiệu suất cao, đáp ứng nhu cầu hiện đại về độ bền, ổn định kích thước và khả năng cách nhiệt.
Trong nghiên cứu đăng trên Scientific Reports, nhóm tác giả đánh giá ảnh hưởng của các mức hàm lượng nano BN khác nhau trong bê tông bọt (FC) có sử dụng cố định 1% nano TiO₂. Mục tiêu là cải thiện độ bền cơ học, độ bền vật liệu và hiệu suất nhiệt của vật liệu bê tông nhẹ đang được ứng dụng rộng rãi nhờ trọng lượng thấp, tính đa dụng và khả năng tiết kiệm năng lượng.
Ảnh hưởng của hàm lượng nano boron nitride (BN) khác nhau đến bê tông bọt có chứa hạt nano titanium dioxide (TiO₂).
Bê tông bọt vốn chứa các bọt khí giúp giảm khối lượng riêng và tăng khả năng cách nhiệt, nhưng vẫn gặp hạn chế về cường độ và độ bền. Công nghệ nano, đặc biệt là các hạt nano TiO₂ và nano BN với tỷ lệ diện tích bề mặt lớn mang đến khả năng cải thiện rõ rệt cấu trúc vi mô và các tính năng cơ học.
Trong nghiên cứu này, nhóm tác giả kết hợp các hạt nano BN và nano TiO₂ để đánh giá tác động đồng thời của chúng lên thủy hóa, cấu trúc vi mô và hành vi cơ học của bê tông bọt. Năm cấp phối M0 - M4 được thiết lập, trong đó nano BN thay thế một phần xi măng portland (OPC) với hàm lượng từ 0% đến 0,1% theo khối lượng xi măng. Các tính chất trạng thái tươi và trạng thái rắn được đo lường gồm độ linh động, thời gian ninh kết, cường độ nén, cường độ kéo tách lớp, cường độ uốn, độ hút nước, hệ số thấm mao dẫn và hệ số dẫn nhiệt. Các kỹ thuật SEM và MIP được sử dụng để quan sát cấu trúc lỗ rỗng; phân tích ANOVA giúp đánh giá mức độ ảnh hưởng của nano BN đối với các tính chất thu được.
Kết quả cho thấy hàm lượng nano BN tối ưu là 0,075%, giúp nâng cao rõ rệt cường độ và độ bền vật liệu. Ở mức này, cường độ nén tăng 44,3% (từ 3,77 MPa), cường độ kéo tách lớp tăng 57,1% và cường độ uốn tăng 52,1% so với mẫu không có nano BN. Sự gia tăng này được lý giải bởi vai trò của các hạt nano BN như tâm mầm thủy hóa, thúc đẩy cấu trúc vi mô đặc hơn và đồng đều hơn.
Nano BN cũng giúp giảm 56% co ngót khô, hạn chế nguy cơ nứt và tăng ổn định kích thước. Độ hút nước và độ thấm khí giảm cho thấy khả năng chống xâm nhập ẩm cải thiện đáng kể, đồng nghĩa độ bền vật liệu cao hơn. Về hiệu suất nhiệt, hệ số dẫn nhiệt tăng 7,2% tại hàm lượng nano BN tối ưu nhờ đặc tính dẫn nhiệt nội tại của vật liệu.
Quan sát từ ảnh SEM cho thấy cấu trúc lỗ rỗng được tinh chỉnh rõ rệt: kích thước lỗ nhỏ hơn, phân bố đồng đều hơn và thành lỗ dày hơn. Hệ gel C-S-H hình thành dày và liên kết chặt, tạo nền tảng cho các chỉ số bền cơ học và độ bền vật liệu được cải thiện mạnh mẽ.
Những kết quả này mở ra tiềm năng ứng dụng lớn trong thực tế. Bê tông bọt có bổ sung các hạt nano BN và nano TiO₂ trở thành lựa chọn đầy triển vọng cho tấm cách nhiệt nhẹ, tường ngăn và thậm chí các cấu kiện yêu cầu chống cháy. Hiệu suất dẫn nhiệt cải thiện phù hợp với xu hướng thiết kế công trình tiết kiệm năng lượng, trong khi độ bền cao giúp kéo dài tuổi thọ công trình và giảm chi phí duy tu.
Góc độ bền vững cũng được nhấn mạnh rằng vật liệu nhẹ hơn và bền hơn có thể góp phần giảm phát thải carbon trong vòng đời công trình. Nano TiO₂ còn có khả năng phản ứng dưới ánh sáng để tự làm sạch bề mặt, có thể hỗ trợ tạo bề mặt tự làm sạch hoặc tăng khả năng kháng tác nhân môi trường, dù yếu tố này không thuộc phạm vi nghiên cứu chính.
Nghiên cứu khẳng định chỉ cần một lượng rất nhỏ nano BN cũng có thể tăng đáng kể hiệu quả của bê tông bọt khi kết hợp với nano TiO₂. Hướng nghiên cứu tiếp theo bao gồm thử nghiệm trong điều kiện thực tế như chu kỳ đông tan băng, môi trường hóa chất, tải trọng dài hạn và mở rộng đánh giá các loại vật liệu nano khác để tiếp tục tối ưu hóa tính năng vật liệu.
Cem.Info
