Tìm ra cấu trúc vật liệu giúp bê tông bền vững

Những nhà nghiên cứu từ Viện Paul Scherrer (PSI) hợp tác cùng các đồng nghiệp từ Phòng thí nghiệm Empa Thụy Sĩ nghiên cứu các dấu hiệu tổn thất theo thời gian, đó chính là do phản ứng kiềm tổng hợp AAR. Được biết, trong quá trình AAR có một dạng vật liệu chiếm nhiều không gian hơn so với bê tông ban đầu, vì vậy dần dần gây ra các vết nứt bê tông từ bên trong theo thời gian.

Các nhà nghiên cứu đã khám phá ra cấu trúc chính xác của vật liệu này. Họ chứng minh rằng, nguyên tử có mật độ dày đặc thành tinh thể. Tinh thể này có cấu trúc được gọi là cấu trúc tấm silicat. Những nhà nghiên cứu đã khám phá ra cấu trúc này qua các phép đo thực hiện tại Swiss Light Source SLS, PSI. Kết quả nghiên cứu này có thể giúp định hướng sự phát triển của bê tông bền hơn trong tương lai.

Những nhà nghiên cứu từ Viện Paul Scherrer (PSI) hợp tác cùng các đồng nghiệp từ Phòng thí nghiệm Empa Thụy Sĩ đã khám phá ra cấu trúc vật liệu giúp bê tông bền vững

AAR là một phản ứng hóa học có ảnh hưởng đến kết cấu bê tông ngoài trời trên khắp thế giới. Khi bê tông tiếp xúc với nước hoặc hơi ẩm thì phản ứng sẽ xảy ra. Có đến 20% các đập ở Thụy Sĩ bị ảnh hưởng bởi AAR. Thực tế, phản ứng AAR tác động đến thành phần cơ bản trong bê tông là xi măng (có chứa các kim loại kiềm như kali và natri). Khi độ ẩm từ nước mưa xâm nhập vào bê tông gây ra phản ứng kim loại kiềm.

Theo nghiên cứu, thành phần chính thứ hai trong bê tông là cát và sỏi chứa các khoáng chất như fenspat hoặc thạch anh. Kiềm phản ứng với silicat đã tạo thành kiềm calcium silicate hydrate gây ra hấp thụ nước nhiều hơn, lâu dần tạo ra các vết nứt bê tông từ bên trong. Quá trình này được gọi là AAR.

Quá trình AAR diễn ra rất chậm, do đó, các vết nứt ban đầu chỉ nhỏ và vô hình với mắt thường. Nhưng trong quá trình 3 đến 4 thập kỷ thì các vết nứt đã mở rộng đáng kể và gây nguy hiểm cho sự bền vững của toàn bộ kết cấu bê tông.

Những nhà nghiên cứu đã sử dụng mẫu vật liệu từ cây cầu chịu phản ứng AAR, sau đó các mẫu này được đưa đến Swiss Light Source SLS và chiếu xạ bằng một chùm tia x-ray hẹp, có độ mỏng hơn 50 lần sợi tóc người. Sau khi thực hiện phép đo nhiễu xạ và phân tích dữ liệu phức tạp, những nhà nghiên cứu PSI cuối cùng có thể xác định cấu trúc tinh thể của vật liệu với độ chính xác cao. Trưởng nhóm nghiên cứu công nghệ bê tông tại Empa, Andreas Leemann cho hay, kết quả của chúng tôi mới cung cấp một cơ sở khoa học có thể mở đường cho sự phát triển của vật liệu mới.