Bê tông bền hơn với chất trám khe công nghệ nano

Một chất bịt kín xuyên thấu được chế tạo bằng vật liệu nano do các nhà nghiên cứu của Đại học Bang Washington phát triển có thể bảo vệ bê tông tốt hơn khỏi độ ẩm và muối – hai yếu tố gây hại nhất trong việc đổ nát cơ sở hạ tầng bê tông ở các bang phía bắc.

Máy hàn mới cho thấy cải thiện 75% trong việc đẩy lùi nước và cải thiện 44% trong việc giảm tác hại của muối trong các nghiên cứu trong phòng thí nghiệm so với máy hàn kín thương mại. Công trình có thể cung cấp một cách bổ sung để giải quyết thách thức của những cây cầu và mặt đường cũ ở Mỹ

“Chúng tôi tập trung vào một trong những thủ phạm chính ảnh hưởng đến tính toàn vẹn và độ bền của bê tông, đó là độ ẩm,” Xianming Shi, giáo sư tại Khoa Kỹ thuật Dân dụng và Môi trường, người đứng đầu công trình cho biết. “Nếu bạn có thể giữ cho bê tông khô, phần lớn các vấn đề về độ bền sẽ biến mất.”

Shi và nghiên cứu sinh Zhipeng Li gần đây đã công bố công trình của họ trên Tạp chí Vật liệu trong Kỹ thuật Xây dựng và đã nộp đơn xin cấp bằng sáng chế tạm thời.

Phần lớn cơ sở hạ tầng quan trọng của quốc gia, chẳng hạn như hệ thống đường cao tốc của Hoa Kỳ, được xây dựng từ những năm 1950 đến những năm 1970 và hiện đang đi đến cuối vòng đời mà nó được thiết kế. Cứ bốn năm một lần kể từ cuối những năm 1990, Hiệp hội Kỹ sư Xây dựng Hoa Kỳ đã cung cấp một bản báo cáo về cơ sở hạ tầng của Hoa Kỳ liên tục cho thấy điểm kém hoặc không đạt. Khoảng 8% trong số khoảng 600.000 cây cầu ở Mỹ được coi là thiếu kết cấu, và cứ năm dặm đường cao tốc thì có một cây ở tình trạng kém. Vấn đề càng trở nên trầm trọng hơn ở những vùng có khí hậu lạnh bởi nhiều chu kỳ đóng băng và rã đông và do việc sử dụng ngày càng nhiều muối deicer trong những thập kỷ gần đây, có thể làm phân hủy bê tông.

Shi nói: “Bê tông, mặc dù có vẻ giống như đá rắn, nhưng về cơ bản vẫn là một miếng bọt biển khi bạn nhìn nó dưới kính hiển vi. “Đó là một vật liệu composite không đồng nhất, có độ xốp cao.”

Keo dán tại chỗ đã nổi lên như một công cụ để bảo vệ bê tông, và nhiều sở giao thông vận tải của bang sử dụng chúng để bảo vệ sàn cầu nói riêng, nơi dường như chịu tác động nặng nề nhất do muối gây ra. Các chất bịt kín trên thị trường cung cấp một số mức độ bảo vệ, nhưng hơi ẩm thường có thể xâm nhập vào bê tông, Shi nói.

Trong nghiên cứu của mình, các nhà nghiên cứu đã thêm hai vật liệu nano, graphene oxide và montmorillonite nanoclay, vào một chất trám kín dựa trên siliconate thương mại. Các vật liệu nano làm dày đặc cấu trúc vi mô của bê tông, khiến nước lỏng khó xâm nhập hơn. Chúng cũng tạo thành một rào cản chống lại sự xâm nhập của hơi nước và các khí khác có xu hướng xâm nhập vào bê tông. Vật liệu nano cũng bảo vệ bê tông khỏi sự tấn công vật lý và hóa học của muối khử mặn. Chất trám khe xuyên thấu được thiết kế đa chức năng, vì nó cũng có thể đóng vai trò là chất hỗ trợ bảo dưỡng cho bê tông tươi.

Chất bịt kín WSU có nguồn gốc từ nước thay vì sử dụng bất kỳ dung môi hữu cơ nào, có nghĩa là nó thân thiện với môi trường hơn và an toàn hơn cho người lao động, Shi nói thêm.

Ông nói: “Theo truyền thống, khi bạn chuyển từ dung môi hữu cơ sang nước, bạn phải hy sinh hiệu suất của chất bịt kín. “Chúng tôi đã chứng minh rằng việc sử dụng vật liệu nano giúp giảm thiểu việc giảm hiệu suất.”

Các nhà nghiên cứu đã thực hiện phân tích thị trường sơ bộ với các bên liên quan trong ngành và đang nghiên cứu các cách để tối ưu hóa hơn nữa các chất niêm phong. Họ đang nghiên cứu cách chất trám trét dựa trên vật liệu nano có thể giúp bảo vệ bê tông khỏi sự phá hủy hoặc mài mòn do vi sinh vật gây ra, sự hao mòn hàng ngày làm hỏng vật liệu ở những khu vực có lưu lượng giao thông cao. Họ có kế hoạch tiến hành các cuộc trình diễn quy mô thí điểm trong hai năm tới, triển khai thử nghiệm cơ sở hạ tầng bê tông trong khuôn viên WSU hoặc ở thành phố Pullman.

Tham khảo: “Ảnh hưởng của vật liệu nano đối với hiệu suất kỹ thuật của chất bịt kín gốc kali Methyl siliconate cho hỗn hợp gốc xi măng” của Zhipeng Li, SMASCE và Xianming Shi, F.ASCE, ngày 16 tháng 2 năm 2022, Tạp chí Vật liệu trong Kỹ thuật dân dụng .
DOI: 10.1061 / MT.1943-5533.0004148

Công việc được hỗ trợ bởi Trung tâm Quốc gia về Độ bền và Kéo dài Tuổi thọ của Cơ sở hạ tầng Giao thông vận tải do WSU lãnh đạo và Văn phòng Thương mại hóa WSU.

Theo Scitechdaily