Vì sao bê tông pha zeolite và than tre có thể vừa chắc hơn vừa hấp thụ CO2?

Trong một thử nghiệm, mẫu bê tông mang tên ZB5 vừa chịu nén tốt hơn mẫu đối chứng, vừa hấp thụ CO2 khi được đặt trong buồng thử. Điểm khác biệt nằm ở hai vật liệu được thêm vào: zeolite và than sinh học từ tre. Một vật liệu có nhiều lỗ nhỏ để khí tiếp xúc, nhưng phần nền vẫn phải đủ đặc để chịu lực. ZB5 cho thấy hai yêu cầu ấy có thể cùng tồn tại trong một công thức; kết quả trong phòng thí nghiệm vẫn chưa cho biết nó sẽ hoạt động ra sao suốt nhiều năm ngoài công trình. [1]

ZB5 thay đổi thành phần bê tông như thế nào?

Nhóm nghiên cứu thử nhiều cách phối trộn bê tông cấp M35. Với ZB5, zeolite thay thế 50% cốt liệu mịn, còn than sinh học từ tre thay thế 1% xi măng. Hai tỷ lệ này tính theo hai thành phần khác nhau, không có nghĩa 51% toàn bộ khối bê tông là vật liệu mới. Trong các công thức được thử, ZB5 cho kết quả tổng thể nổi bật nhất. Đây là một điều chỉnh có chọn lọc trong hỗn hợp bê tông, không phải công thức bỏ xi măng để làm ra một vật liệu hoàn toàn khác. [1]

Sự phân biệt ấy quan trọng khi đọc kết quả. Cốt liệu mịn và xi măng đảm nhiệm những vai trò khác nhau trong hỗn hợp, nên thay một phần của mỗi thứ có thể tác động đến bê tông theo những cách khác nhau. Tỷ lệ zeolite lớn hơn không có nghĩa nó một mình tạo ra toàn bộ lợi ích; tương tự, lượng than tre nhỏ không cho phép bỏ qua tác dụng của nó. Điều cần xét là mẫu bê tông sau khi phối trộn có giữ được khả năng chịu lực hay không, đồng thời tiếp nhận được bao nhiêu CO2. [1]

Các lỗ nhỏ giúp giữ khí ra sao?

Zeolite là khoáng vật có cấu trúc nhiều lỗ; than sinh học từ tre cũng có những đặc tính khiến khí có thể tiếp xúc với bề mặt của nó. Có thể hình dung khác biệt giữa một mặt bàn nhẵn và một vật liệu có nhiều ngóc ngách: cùng nhìn từ bên ngoài, phần bề mặt mà khí gặp được không giống nhau. Đó chỉ là cách hình dung về diện tích tiếp xúc, không phải hình ảnh các lỗ thực tế trong mẫu bê tông. Nhóm nghiên cứu liên hệ khả năng hấp thụ CO2 với cấu trúc lỗ nhỏ của zeolite và đặc tính của than tre. [1]

Nhiều bề mặt tiếp xúc giúp giải thích vì sao hai phụ gia này đáng thử, nhưng chưa đủ để suy ra mỗi khối bê tông sẽ giữ được bao nhiêu khí. Khi nằm trong bê tông, các hạt còn chịu ảnh hưởng của vật liệu xung quanh và đường khí đi vào từ bên ngoài. Vì thế, câu hỏi thực tế không dừng ở việc từng phụ gia có lỗ hay không: khí phải tiếp cận được phần có khả năng hấp thụ ấy trong một khối bê tông đã cứng, thay vì chỉ tiếp xúc với phụ gia khi chúng còn ở dạng riêng lẻ. [1]

Vì sao thêm vật liệu có lỗ không làm mẫu yếu đi?

Một vật liệu hấp thụ khí tốt không mặc nhiên là vật liệu xây dựng tốt. Nếu cách phối trộn tạo nhiều khoảng rỗng bất lợi hoặc làm nền xi măng kém liên kết, khả năng chịu lực có thể trở thành điểm yếu. Với ZB5, nhóm nghiên cứu đưa ra cách giải thích khác: cấu trúc aluminosilicat của zeolite tương tác với đặc tính cứng của than sinh học từ tre, dường như tạo nên nền bê tông đặc hơn. Đây là diễn giải về nguyên nhân tăng độ bền, còn điều trực tiếp được kiểm tra là khả năng chịu lực của các mẫu đã chế tạo. [1]

Trong phép thử, cường độ chịu nén của ZB5 cao hơn khoảng 7,5% so với bê tông thông thường dùng để đối chiếu. Cường độ chịu kéo khi thử bằng cách ép tách mẫu cao hơn 15% so với mẫu đối chiếu. Hai kết quả nói về hai kiểu tác động khác nhau: chịu nén là chống lại lực ép, còn chịu kéo phản ánh khả năng chống tách vỡ trong phép thử tương ứng. Chúng cho thấy công thức này không phải đánh đổi hai chỉ tiêu chịu lực ấy để có thêm khả năng hấp thụ khí. [1]

Lượng CO2 hấp thụ được đo trong điều kiện nào?

Khi đặt trong buồng thử carbonat hóa, mẫu ZB5 hấp thụ khoảng 1,2 gam CO2 mỗi ngày. Sau bảy ngày, khí đã thâm nhập vào vật liệu đến độ sâu 15 mm. Hai số đo mô tả những khía cạnh khác nhau: một bên là lượng khí được ghi nhận theo thời gian thử, bên kia là mức khí đi vào mẫu. Độ sâu 15 mm không có nghĩa toàn bộ bê tông đã hấp thụ khí với cùng mức độ, cũng không thể dùng riêng nó để tính lượng CO2 mà một công trình sẽ giữ được. [1]

Buồng thử giúp đánh giá vật liệu trong điều kiện được kiểm soát. Ngoài công trình, bề mặt bê tông tiếp xúc với môi trường theo cách khác, còn kích thước cấu kiện và thời gian sử dụng cũng không giống mẫu thử. Vì vậy, con số gam mỗi ngày không nên được nhân thẳng lên theo diện tích đường, tường hay số năm hoạt động. Ý nghĩa chắc chắn hơn của phép đo là ZB5 đã hấp thụ CO2 trong thử nghiệm, đồng thời các phép thử chịu lực cho kết quả tốt hơn mẫu đối chiếu. [1]

Từ mẫu thử đến vật liệu xây dựng còn thiếu gì?

Nhóm nghiên cứu xem đây là bước chứng minh ý tưởng và dự định kiểm tra độ bền, khả năng hấp thụ CO2 trong thời gian dài hơn. Họ cũng muốn thử những dạng than sinh học khác và đưa cách phối trộn sang các cấp bê tông hoặc vữa khác. Những bước ấy sẽ cho biết hiệu quả có phụ thuộc chặt vào công thức và điều kiện thử hiện tại hay không. Một kết quả tốt với ZB5 chưa đủ để kết luận mọi cấu kiện đều có thể đổi sang hỗn hợp này mà vẫn đáp ứng yêu cầu sử dụng. [1]

Còn một phép so sánh rộng hơn: lượng CO2 bê tông hấp thụ trong suốt thời gian sử dụng phải được đặt cạnh tác động từ việc tạo ra vật liệu và xây dựng công trình. Các phép thử ZB5 được nêu ở đây chưa đưa ra câu trả lời đầy đủ cho phép so sánh đó. Điểm đáng chú ý của phát minh nằm ở một hướng thiết kế cụ thể: chọn thành phần và tỷ lệ sao cho bê tông vẫn chịu lực, trong khi bề mặt và cấu trúc bên trong có thêm khả năng tiếp nhận CO2. [1]