Bê tông nano với các tính năng siêu việt cho công trình

Hiện nay, bê tông trên cơ sở chất kết dính xi măng là loại vật liệu xây dựng được sản xuất nhiều nhất trên thế giới với khoảng 5,2 tỉ mét khối hàng năm. Trong đó quá trình sản xuất xi măng tiêu thụ rất nhiều năng lượng, với lượng sản xuất hàng năm trên thế giới khoảng 2,1 tỉ tấn xi măng tương đương phát thải khoảng 5 % lượng khí trên toàn cầu.

Những năm gần đây, các nhà nghiên cứu đã chứng minh rằng việc sử dụng vật liệu nano như là phụ gia đối với vật liệu xây dựng trên cơ sở chất kết dính xi măng đã tạo ra độ bền chắc ở những vùng chuyển tiếp làm cho các tính chất của chúng được cải thiện rõ rệt.

Với việc sử dụng bột nano và sợi nano như là phụ gia trong sản xuất bê tông không chỉ làm cho cường độ của bê tông tính năng siêu việt (Ultra High Performance Concrete) có thể tăng lên gấp hàng chục lần, mà còn nhiều tính chất khác như độ chảy và bám dính (trong bê tông tự đầm, bê tông phun, bê tông trộn sẵn), bền ăn mòn hoặc ngăn cản từ trường có thể đạt được tối ưu nhất.

Bê tông công nghệ nano - vật liệu xây dựng trong tương lai

Hiện nay trên thế giới vẫn tồn tại hai phương án công nghệ nhằm đưa các phần tử kích thước nano vào thành phần bê tông. Phương án thứ nhất là nghiền xi măng đến cỡ hạt nano, khi đó, thành phần các chất tham gia phản ứng với nước của loại xi măng này tăng lên đáng kể.

Nếu ở xi măng thông thường tỷ diện riêng xấp xỉ 3.000 cm2/gr, chỉ có khoảng 1/3 khối lượng xi măng phản ứng với nước, chủ yếu là các phần tử gần sát bề mặt, phần còn lại sẽ thực hiện chức năng cốt liệu trơ, thì ở xi măng nghiền tới cỡ hạt nano sẽ có tới 80 - 90% khối lượng tham gia phản ứng với nước, dẫn đến thành phẩm thu được đòi hỏi lượng xi măng ít hơn. Xi măng nghiền bảo đảm cấu trúc rất bền vững.

Trong quá trình sản xuất xi măng, một phần năng lượng đáng kể bị tiêu hao khi nghiền clinker (nguyên liệu để chế tạo xi măng). Một lượng nhỏ phụ gia nano biến tính gốc cácbon sẽ giúp giảm thời gian nghiền.  

Phương án thứ hai là biến tính các vật liệu xây dựng. Công nghệ này được thực hiện thông qua ứng dụng phụ gia biến tính nano. Các nhà khoa học thường ứng dụng các chất C, Ag, Cu, TiO2, SiO2, Fe2O3, CaCO3, sợi nano, phân tử nano polyme… làm phụ gia biến tính nano.

Phụ gia biến tính nano với nồng độ cực thấp sẽ tăng cường các đặc tính cơ lý của bê tông: cải thiện cường độ và modun đàn hồi, nâng cao khả năng chống thấm và tính bền băng giá cho bê tông, giảm ngưỡng biến dạng co ngót.

Nguyễn Hương (T/h)