Với khả năng tự vá các vết nứt nhờ phản ứng hóa học hoặc vi sinh vật tích hợp, bê tông tự phục hồi đang trở thành một trong những vật liệu tiên tiến được nghiên cứu và ứng dụng tại nhiều quốc gia, mở ra tiềm năng thay đổi cách thức xây dựng và bảo trì công trình trong tương lai.
Bê tông tự phục hồi là gì?
Bê tông tự phục hồi (self-healing concrete) loại bê tông được thiết kế để tự động lấp kín các vết nứt nhỏ phát sinh trong quá trình sử dụng mà không cần sự can thiệp thủ công. Tùy vào công nghệ sử dụng, quá trình phục hồi có thể diễn ra nhờ:
Các loại bê tông tự phục hồi
Tùy vào cơ chế hoạt động mà bê tông tự phục hồi được chia thành các loại như sau
Bê tông phục hồi bằng vi khuẩn (hay còn gọi là bê tông tự phục hồi sinh học) Sử dụng vi khuẩn (thường là Bacillus) để tạo canxi cacbonat lấp kín vết nứt nhỏ.
Bê tông tự phục hồi chứa polymer tích hợp vi nang polymer hoặc keo polymer tự hàn gắn khi bị nứt.
Bê tông tự phục hồi bằng quá trình kết tinh canxi cacbonat khai thác khả năng tự chữa lành nhờ phản ứng kết tinh tự nhiên của canxi cacbonat từ ion khoáng (như silicat, aluminat) có sẵn trong bê tông. Quá trình này mô phỏng cơ chế hình thành rạn san hô, giúp bê tông tự phục hồi, chống thấm và kháng ăn mòn. Phù hợp với công trình ngầm, tầng hầm, kho lạnh hoặc môi trường ven biển.
Bê tông tự phục hồi bằng hạt nano sử dụng nano silica hoặc nano titanium có khả năng nhận diện và lấp kín vết nứt siêu nhỏ, đồng thời tăng cường độ bền và chống ăn mòn. Công nghệ này đang được thử nghiệm cho các công trình đòi hỏi tính ổn định siêu cao như nhà máy hóa chất hay công trình quốc phòng.
Ưu điểm vượt trội của bê tông tự phục hồi
Gia tăng tuổi thọ kết cấu: Bê tông tự phục hồi giúp kéo dài tuổi thọ công trình nhờ khả năng ngăn chặn vết nứt lan rộng, hạn chế sự xâm nhập của nước và khí ăn mòn.
Giảm chi phí bảo trì dài hạn: Việc tự lấp kín vết nứt nhỏ giúp bê tông giữ được độ bền và tính kín nước theo thời gian, từ đó giảm số lần cần sửa chữa thủ công.
Trong một ứng dụng tại Hà Lan, công nghệ phục hồi vi khuẩn của Basilisk được sử dụng tại làn đường xe buýt Hoogwaardig Openbaar Vervoer Schiphol đã giúp tăng tuổi thọ sử dụng thêm ít nhất 15 năm.Dự án này đã đạt được những kết quả ấn tượng: giảm khoảng 33% chi phí vòng đời, giảm hơn 90% lượng khí thải CO2, rút ngắn thời gian sửa chữa.
Chống thấm và hạn chế ăn mòn: Nhờ khả năng lấp kín vi nứt, bê tông tự phục hồi giúp giảm thấm nước và khí, từ đó bảo vệ cốt thép bên trong khỏi nguy cơ ăn mòn. Một số công nghệ còn cho phép vật liệu tự phục hồi trong môi trường có độ ẩm cao hoặc điều kiện nước biển, đặc biệt phù hợp cho công trình ven biển và hạ tầng ngầm.
Bền vững và thân thiện với môi trường: Bê tông tự phục hồi giúp kéo dài tuổi thọ kết cấu, giảm nhu cầu sản xuất và sử dụng xi măng – loại vật liệu chiếm khoảng 8% lượng phát thải CO₂ toàn cầu. Một số hệ vi sinh sử dụng trong bê tông còn tạo kết tủa canxi cacbonat bằng cách tiêu thụ CO₂ từ môi trường trong quá trình sống.
Ứng dụng bê tông tự phục hồi trong xây dựng
Bê tông tự phục hồi được ứng dụng trong các công trình đòi hỏi tuổi thọ cao và khó tiếp cận bảo trì, như hầm ngầm, cầu vượt, bể chứa nước, kết cấu ven biển và nhà máy công nghiệp. Khả năng tự vá vết nứt nhỏ giúp ngăn nước và khí thâm nhập, bảo vệ cốt thép, hạn chế ăn mòn và kéo dài tuổi thọ kết cấu.
Việc sử dụng vật liệu này giúp giảm đáng kể chi phí sửa chữa và gián đoạn thi công do bảo trì. Đây là lợi thế lớn trong các công trình vận hành liên tục như nhà máy, trạm bơm, hoặc các dự án hạ tầng giao thông.
Đường hầm tại Rijen, Hà Lan sử dụng bê tông tự phục hồi sinh học, giúp giảm 35% lượng thép gia cố và kéo dài tuổi thọ công trình
Dự án đầu tiên dùng bê tông tự phục hồi cho cống nước tại ÚC do Giáo sư Yan Zhuge, chuyên gia kỹ thuật tại Đại học Nam Australia thực hiện năm 2022
Ngoài ra, bê tông tự phục hồi cũng phù hợp với các công trình hướng tới phát triển bền vững. Việc giảm nhu cầu bảo trì và kéo dài tuổi thọ sử dụng giúp giảm phát thải CO₂ trong suốt vòng đời công trình, phù hợp với tiêu chuẩn công trình xanh và xu hướng xây dựng hiện đại.
Chi phí bê tông tự phục hồi
Tương tự như nhiều công nghệ vật liệu tiên tiến khác, chi phí sản xuất bê tông tự phục hồi hiện vẫn ở mức cao do các tác nhân đặc biệt như vi khuẩn hoặc vi nang hóa học chưa được sản xuất đại trà. Điều này khiến giá thành loại vật liệu này có thể cao hơn 25–100% so với bê tông truyền thống, làm hạn chế khả năng ứng dụng rộng rãi. Tuy nhiên, các viện nghiên cứu và doanh nghiệp tại Hà Lan, Hoa Kỳ, Nhật Bản, Trung Quốc… đang tích cực cải tiến công nghệ để tối ưu hóa quy trình sản xuất, đồng thời tìm kiếm các giải pháp thay thế hiệu quả hơn về chi phí. Khi công nghệ trưởng thành và đạt được quy mô công nghiệp, bê tông tự phục hồi hứa hẹn sẽ trở thành lựa chọn vật liệu phổ biến, góp phần tạo nên các công trình công nghiệp bền vững, an toàn và tiết kiệm chi phí vận hành trong dài hạn.
Xem thêm: Sàn Vinyl – Vật liệu chống tĩnh điện an toàn cho môi trường làm việc
Xem thêm : Sơn co giãn: Lựa chọn phù hợp cho nhà xưởng, nhà công nghiệp tại các vùng khí hậu nhiệt đới
Xem thêm: Tiềm năng của graphene – vật liệu cứng nhất thế giới
