Bê tông tự làm lành vết nứt

Loại vật liệu mới có khả năng tự sửa chữa các vết nứt nhỏ và lỗ hổng nay không còn là điều quá xa xôi đối với các nhà nghiên cứu khoa học xây dựng.

Quy trình nhào nặn nên thủy tinh

Bê tông có thể tự chữa lành các “tổn thương” do thời tiết gây ra. Ảnh minh họa: Alamy.

Bê tông là một loại vật liệu chủ chốt hữu dụng trong ngành xây dựng, nhưng nó lại có một số nhược điểm so với các loại vật liệu khác, nhất là so với đá xây dựng về khả năng năng chống chọi với thời tiết. Muối và băng tuyết thường xuyên là nguyên nhân gây ra vết nứt nhỏ và các lỗ hổng, làm cho cấu trúc bê tông dễ bị tổn thương bởi sự thâm nhập của nước. Vì vậy hậu quả là sự tốn kém kinh phí và công sức cho việc sửa chữa và nâng cấp cấu trúc bê tông.

Việc bê tông tự lành không phải là một ý tưởng mới. Từ năm 2009, nhóm nghiên cứu Đại học Công nghệ Delft, Hà Lan cho thấy sự khả thi của việc kết hợp một số vi khuẩn đặc biệt có khả năng tiết ra hoá chất để hàn gắn các vết nứt vào bê tông trước khi đổ. Các loại vi khuẩn này giữ cho cấu tạo bê tông khoẻ hơn, nhưng chúng chỉ phát huy tác dụng khi còn sống. Nhưng các thử nghiệm khi đó cho thấy vi khuẩn chỉ tồn tại trong vòng không quá một năm.

Tiến sĩ Chan-Moon Chung, Đại học Yonsei Hàn Quốc cũng là một trong những nhà khoa học nuôi hy vọng tạo ra một thứ vật liệu có thể tự làm lành. Thay vì tiếp cận với nghiên cứu sinh học, tiến sĩ Chung dùng phương pháp nghiên cứu hoá học.

Ông và các đồng nghiệp phát hiện ra rằng, khi hai chất được gọi là methacryloxypropyl-terminated polydemetylsiloxan và benzoin isobutyl ête trộn lẫn với nhau, cùng với sự hiện diện của ánh sáng mặt trời, chúng sẽ chuyển hoá thành một loại polyme chống thấm nước, dễ dàng kết dính với bê tông. Bài toán khó là làm sao để bảo toàn cho tới khi cần đến để giải phóng loại hoá chất đó. Giải pháp đưa ra là đặt một loại nhựa chữa lành vào trong những viên nang siêu nhỏ làm bằng urê và formaldehyde. Chúng giữ cho hỗn hợp hoá chất an toàn và vỡ ra khi bê tông bị nứt, giải phóng hỗn hợp.

Để làm viên nang, nhóm nghiên cứu trộn và khuấy dung dịch gồm nước, urê, amoni clorua và một dẫn xuất benzen được gọi là resorcinol. Sau đó, nhóm nghiên cứu trộn thêm methacryloxypropyl-terminated polydemetylsiloxan, benzoin isobutyl ête và formaldehyde, rồi nấu chín hỗn hợp ở nhiệt độ 55 độ C trong vòng bốn tiếng rưỡi. Nếu quá trình này thành công, viên  nang tạo ra sẽ có chứa hai hoá chất làm lành bê tông như mong muốn.

Để triển khai sử dụng các viên nang, tiến sĩ Chung trộn thêm với loại polyme mỏng, phun hỗn hợp này lên vài khối bê tông mẫu và để cho lớp màng này đông cứng lại. Sau đó, ông lần lượt đập vỡ từng khối bê tông và để chúng trong điều kiện ánh nắng mặt trời trong bốn giờ, với hy vọng rằng các vết nứt trong bê tông sẽ làm vỡ màng polyme có chứa các viên nang, giải phóng hoá chất bên trong. Sau khi tiếp xúc với ánh mặt trời, sẽ tạo nên một lớp chống thấm nước. Sau đó ông đem ngâm các khối bê tông trong nước, và thực tế đã chứng minh quá trình hoá học xảy ra thành công.

24 giờ sau, ông Chung đem đo và cân nặng lượng nước ngậm trong các khối bê tông. Kết quả là bê tông bình thước chứa 11,3 g nước; bê tông có các viên nang ngậm 3,9 g nước, nhưng ấn tượng là loại bê tông được tráng thêm lớp polyme chứa các viên nang chỉ hấp thụ 0,4 g nước. Vậy là nguyện vọng và nỗ lực của tiến sĩ Chung được đền đáp, các khối bê tông đã tự làm lành vết nứt.

Phương Anh (theo Economist)