Bê tông tự lành – Đột phá trong ngành vật liệu xây dựng

Bê tông tự lành: Lấy cảm hứng từ cơ chế tự chữa lành của con người

Lấy cảm hứng từ khả năng tự chữa lành vết thương của cơ thể con người, các nhà khoa học tại Đại học Binghamton và Đại học Rutgers (Mỹ) đã phát triển một loại bê tông đột phá có khả năng tự vá các vết nứt. Công trình nghiên cứu này, được công bố trên tạp chí Construction and Building Materials, đã mở ra một hướng đi mới cho ngành vật liệu xây dựng.

Cơ chế hoạt động của bê tông tự lành

Điểm đặc biệt của loại bê tông này nằm ở việc sử dụng bào tử nấm Trichoderma reesei, được bổ sung cùng các dưỡng chất trong quá trình trộn bê tông. Khi bê tông đông cứng, các bào tử nấm rơi vào trạng thái “ngủ đông” do thiếu không khí và nước. Tuy nhiên, khi xuất hiện vết nứt, dù rất nhỏ, không khí và hơi nước xâm nhập sẽ kích hoạt các bào tử nấm. Chúng bắt đầu nảy mầm, phát triển và sản xuất carbonat canxi (CaCO3) – một hợp chất tự nhiên giúp “vá” các vết nứt.

Sau khi vết nứt được lấp đầy, nấm trở lại trạng thái bào tử và tiếp tục “ngủ đông” cho đến khi có vết nứt mới xuất hiện. Cơ chế này không chỉ thông minh mà còn hiệu quả, giúp kéo dài tuổi thọ của các công trình mà không cần can thiệp thủ công.

Ưu điểm của bê tông tự lành

• Hiệu quả kinh tế: Chi phí bổ sung bào tử nấm vào bê tông rất thấp, phù hợp với sản xuất quy mô lớn.
• Thân thiện với môi trường: Quy trình không gây ô nhiễm, sử dụng các thành phần tự nhiên như bào tử nấm và carbonat canxi.
• Giảm chi phí bảo trì: Loại bỏ hoặc giảm thiểu nhu cầu duy tu, sửa chữa tốn kém và mất thời gian.
• Tăng độ bền công trình: Khả năng tự vá giúp ngăn chặn sự lan rộng của vết nứt, bảo vệ cốt thép khỏi rỉ sét và kéo dài tuổi thọ công trình.

Lịch sử và đặc tính của bê tông

Bê tông không phải là phát minh mới. Cách đây 2.000 năm, người La Mã đã sử dụng tro núi lửa trộn với nước để tạo ra một loại bê tông đặc biệt, xây dựng nên các công trình bền vững như đấu trường Colosseum. Đến đầu thế kỷ 19, sự ra đời của xi măng đã nâng tầm bê tông thành vật liệu ưu việt với các đặc tính:

• Độ bền cao: Bê tông có khả năng chịu nén gấp nhiều lần so với gạch, đá hay gỗ.
• Khả năng chống ăn mòn: Bê tông chịu được môi trường khắc nghiệt, không bị suy giảm cường độ ở nhiệt độ dưới 400°C.
• Tính linh hoạt: Có thể điều chỉnh đặc tính bằng cách bổ sung phụ gia trong quá trình trộn.
• Độ bền lâu dài: Trong điều kiện lý tưởng, bê tông có thể tồn tại hàng trăm năm.

Tuy nhiên, nhược điểm lớn nhất của bê tông là khả năng chịu kéo kém, dẫn đến sự xuất hiện của các vết nứt theo thời gian. Sự kết hợp với cốt thép đã khắc phục phần nào, nhưng vấn đề lão hóa và nứt vỡ vẫn là thách thức lớn.

Tiềm năng và tương lai của bê tông tự lành

Dù vẫn đang trong giai đoạn thử nghiệm, bê tông tự lành đã cho thấy tiềm năng ứng dụng thực tiễn cao. Với tốc độ xây dựng chóng mặt hiện nay, loại bê tông này có thể giúp:

• Giảm chi phí và thời gian bảo trì các công trình lớn như cầu, đường, cao ốc.
• Tăng cường độ an toàn cho các công trình ở khu vực có nguy cơ động đất hoặc cháy nổ.
• Góp phần phát triển ngành xây dựng bền vững, giảm tác động tiêu cực đến môi trường.

Trong tương lai, các nhà khoa học hy vọng có thể tối ưu hóa công nghệ này, chẳng hạn như cải thiện tốc độ tự vá hoặc tích hợp các vật liệu sinh học khác để nâng cao hiệu quả. Bê tông tự lành không chỉ là một bước tiến trong ngành vật liệu xây dựng mà còn là minh chứng cho sự giao thoa giữa khoa học và tự nhiên, mở ra kỷ nguyên mới cho các công trình bền vững.