Sáng chế mới: bê tông biết tự vá khi bị nứt

Dựa trên cơ chế tự chữa lành vết thương của con người, các nhà khoa học Mỹ đã chế ra loại bê tông có thể tự vá các vết nứt.

Ngành công nghiệp sản xuất bê tông toàn thế giới đã đạt giá trị thị trường là 457 tỉ USD với sản lượng 30 tỉ tấn năm 2011. Theo số liệu của StoxPlus Industry Review, năm 2015 Việt Nam đã tiêu thụ 44,6 triệu tấn bê tông dùng cho xây dựng.

Bước đột phá từ… bào tử nấm

Với tốc độ xây dựng nhanh đến chóng mặt như hiện nay, việc duy tu sửa chữa các công trình xây dựng bằng bê tông trở thành một bài toán khó vì tốn rất nhiều công sức (phải làm bằng thủ công) và thời gian lao động.

Để khắc phục tình trạng này, các nhà khoa học ở Đại học Binghamton, thành phố New York và Đại học Rutgers, bang New Jersey (Mỹ) đã phối hợp nghiên cứu sản xuất loại bê tông có thể tự vá các vết nứt.

Nấm Trichoderma reesei – Ảnh: Wikipedia

Theo đó, họ dùng bào tử nấm Trichoderma Reesei (có bổ sung thêm các dưỡng chất) trong quá trình phối trộn sản xuất bê tông. Khi bê tông đông cứng, các bào tử nấm sẽ “ngủ đông” do không còn nguồn không khí và nước để chúng sinh sôi hoạt động.

Nhưng khi có một vết nứt, dù rất nhỏ trên bề mặt bê tông làm không khí và hơi nước lọt vào, lập tức các bào tử nấm sẽ thức dậy và bắt đầu nẩy mầm, phát triển và sản xuất ra carbonat canci (calcium carbonate – CaCO₃) để “vá” vết nứt.

Khi vết nứt đã liền lạc, nấm sẽ lại trở về trạng thái bào tử và tiếp tục ngủ đông cho đến khi có vết nứt khác xuất hiện.

Dù vẫn còn trong giai đoạn thí nghiệm, nhưng sáng chế mang tính đột phá này đã cho thấy có hiệu quả rõ rệt và khả năng ứng dụng vào thực tế sản xuất khá cao nhờ chi phí bổ sung bào tử vào bê tông là rất thấp, lại có ưu điểm là không gây ô nhiễm môi trường.

Trong tương lai, sáng chế này sẽ giúp ngành xây dựng giảm được nhiều công sức tiến hành khâu duy tu sửa chữa cực nhọc, đồng thời lại giúp kéo dài tuổi thọ cho nhưng công trình xây dựng.

Công trình nghiên cứu này đã được công bố trên tờ Construction and Building Materials- chuyên san của ngành xây dựng thế giới.

Khi bê tông bị nút, nấm Trichoderma sẽ hoạt động để sản xuất carbonat canxi vá vết nứt – Ảnh: WonderfulEngineering

Từ lịch sử 2.000 năm đến không thể thiếu ngày nay

Bê tông là vật liệu nhân tạo được hình thành từ nhiều loại nguyên liệu khác nhau như xi măng, nước, vôi… nhưng khái niệm này chỉ đúng với loại bê tông hiện nay. 

Con người đã tìm ra bê tông (không cốt thép) từ 2.000 năm trước, người La Mã đã biết dùng tro núi lửa trộn với nước như một loại bê tông đặc biệt để xây những công trình lịch sử còn lưu dấu đến giờ, điển hình là đấu trường Colosseum tại thủ đô Rome của nước Ý.

Khi xi măng được phát minh vào những năm đầu thế kỷ 19, việc dùng xi măng để sản xuất bê tông đã mang đến cho con người một loại vật liệu có những tính năng ưu việt so với các loại vật liệu xây dựng khác: khả năng chịu lực của bê tông lớn hơn rất nhiều so với gạch, đá, gỗ… 

Khác với các loại vật liệu có nguồn gốc tự nhiên, bê tông là vật liệu nhân tạo nên có thể thiết lập các tính năng mong muốn bằng cách bổ sung thêm các chất phụ gia trong quá trình pha trộn cấp phối.

Bê tông tự vá sẽ là một bước đột phá lớn trong ngành vật liệu xây dựng – Ảnh: WonderfulEngineering

Bê tông lại có khả năng chịu ăn mòn, xâm thực từ môi trường cao hơn thép, gạch, gỗ. Nó còn có khả năng chịu nhiệt cao, nếu xảy ra hỏa hoạn mà nhiệt độ dưới ngưỡng 400 độ C thì cường độ của bê tông không bị suy giảm. 

Nó cũng chịu được lực xung kích lớn nên bảo vệ các công trình không bị sụp đổ khi xảy ra cháy nổ, động đất. Trong môi trường không có tính xâm thực, kết cấu bê tông có thể bền vững khoảng 100 năm.

Tuy vậy, bê tông không phải có độ bền vĩnh cửu. Theo thời gian, do tác động ngoại lực và biến thiên nhiệt độ, bê tông sẽ bị lão hóa và xuất hiện những vết nứt. 

Nếu không được duy tu sửa chữa kịp thời, các vết nứt này sẽ ngày lan rộng ra, làm bong tróc các mảng lớn và phơi lộ cốt thép bên trong. 

Lúc này nước sẽ lọt vào làm cốt thép bị rỉ sét ăn mòn, suy yếu, dẫn đến kết cấu bị phá hủy, không còn khả năng chịu lực. Đó là nguyên chính của những vụ sập đổ các công trình xây dựng.

Loài người sẽ không thể xây dựng những công trình to lớn như các cao ốc, cầu đường, nhà máy, bến cảng, sân bay, đập thủy điện… nếu không phát minh ra loại vật liệu xây dựng bê tông cốt thép. Đó là sự kết hợp của hai loại vật liệu là bê tông và thép dùng làm kết cấu chịu lực của các công trình. 

Bê tông có khả năng chịu nén tốt nhưng khả năng chịu kéo lại rất kém. Thép là vật liệu chịu nén hoặc chịu kéo đều tốt. Đặt cốt thép vào bê tông để tăng khả năng chịu lực cho kết cấu, đó chính là bê tông cốt thép.