Trong nỗ lực tìm kiếm những loại vật liệu xây dựng bền vững và thân thiện với môi trường, các nhà khoa học vật liệu trên thế giới đã sáng chế ra nhiều loại xi măng và bê-tông mới sở hữu những ưu điểm đặc biệt.

Xi măng phát sáng

José Carlos Rubio, một nhà khoa học vật liệu tại Đại học San Nicolás de Hidalgo (Mexico), vừa sáng chế thành công loại xi măng có khả năng phát sáng, bằng cách bổ sung các vật liệu có đặc tính quang học vào xi măng để nó có thể hấp thu ánh nắng ban ngày và tỏa ra ánh sáng vào ban đêm. Nhưng thách thức lớn nhất trong quá trình này là phải làm cho loại vật liệu vốn không trong suốt này có thể hấp thu tia cực tím (UV) từ ánh nắng. Để giải quyết vấn đề này, ông đã tiến hành thay đổi kết cấu vi mô của xi măng.

Thông thường, lúc bắt đầu qui trình trộn bê-tông, bột xi măng được pha với nước sẽ đặc quánh lại, tạo thành khối xi măng có kết cấu trúc tinh thể. Trong khi đó ở xi măng phát sáng của Rubio, các cấu trúc tinh thể được loại bỏ, cho phép ánh nắng thấm qua xi măng mà không phản chiếu trở lại. Điều này làm cho xi măng mới có khả năng hấp thụ tia UV vào ban ngày và phát ra ánh sáng vào ban đêm. Theo nhà sáng chế Rubio, đặc tính phát quang của xi măng mới sẽ kéo dài ít nhất 100 năm và khả năng phát sáng của nó vẫn hiệu quả ngay cả những ngày nhiều mây. Đặc biệt, xi măng mới có thể dùng trong nhà, miễn là ánh nắng có thể chạm tới (xuyên qua các cửa sổ hoặc giếng trời).

Ảnh minh họa quá trình tự nối liền vết nứt của bê-tông mới, nhờ được pha trộn vi khuẩn tự sản xuất đá vôi. Ảnh: Industrytap.com

Sau khi phát triển thành công xi măng phát ra ánh sáng màu xanh nước biển và xanh lá cây, ông Rubio hiện đang nghiên cứu sản phẩm phát ra màu trắng, đỏ và tím. Nhiều công ty và tổ chức phi chính phủ đã đặt hàng ông sản xuất xi măng mới để ứng dụng cho nhà ở, làn đường xe đạp, đường cao tốc và thậm chí hồ bơi.

Bê-tông tự làm lành vết nứt

Sản xuất bê-tông được xem là một trong những yếu tố phát thải khí nhà kính nhiều nhất. Nhằm hạn chế nhu cầu sản xuất bê-tông cũng như giảm chi phí bảo trì và sửa chữa các công trình kiến trúc, nhà vi sinh vật học Hendrik Jonkers ở Đại học Delft (Hà Lan) gần đây đã sáng chế loại bê-tông có khả năng tự chữa lành vết nứt.

Theo đó, nhà sáng chế Jonkers đã tiến hành pha trộn loại vi khuẩn tự động sản suất ra đá vôi (Bacillus pseudofirmus hoặc Sporosarcina pasteurii) vào hỗn hợp bê-tông này. Những vi khuẩn này có thể "ngủ đông" trong bê-tông lâu đến 200 năm. Khi nước mưa hoặc độ ẩm trong không khí thấm vào các vết nứt, chúng sẽ "tỉnh dậy" và tự kích hoạt quá trình sản xuất đá vôi để khắc phục các vết nứt.

Hiện tại, bê-tông tự sửa chữa vết nứt có 3 loại: bình xịt dùng cho các công trình có vết nứt nhỏ (đã bán ra thị trường), dạng vữa xây dùng cho các công trình bị hư tổn lớn và dạng bê-tông tự làm lành (đang trong quá trình thử nghiệm thực địa). Theo ông Jonkers, bê-tông tự chữa lành vết nứt sẽ rất hữu ích cho các công trình ven biển hoặc ở vùng nhiệt đới vốn dễ bị hư hỏng vì tác động của nước biển hoặc nước mưa.

Bê-tông sinh học từ xương và vỏ sò, ốc

Trong nghiên cứu mới được công bố trên tạp chí Xây dựng và Vật liệu Xây dựng, Giáo sư Oral Buyukozturk và cộng sự tại Viện Công nghệ Massachusetts (MIT-Mỹ) đã so sánh cấu trúc và đặc tính của xi măng với các loại vật liệu tự nhiên như xương, vỏ sò, ốc và san hô biển sâu. Họ phát hiện các vật liệu sinh học này cực kỳ bền chắc nhờ có cấu trúc và đặc tính cơ học đặc biệt, từ cấp độ phân tử đến cấp độ vĩ mô (có thể nhìn thấy bằng mắt thường). Ví dụ ở loài san hô biển sâu, kết cấu với nhiều lớp silica (silic điôxít- SiO2) chồng lên nhau giúp nó ngăn ngừa nguy cơ nứt, gãy trong khi vỏ ốc xà cừ thì được cấu tạo bởi nhiều lớp khoáng chất liên kết chặt chẽ với nhau, khiến nó vô cùng bền bỉ và chắc chắn.

Ứng dụng thông tin có được trong quá trình nghiên cứu các vật liệu sinh học, kết hợp với kiến thức thu thập được về quá trình chế tạo xi măng hiện hành, nhóm nghiên cứu đã phát triển công thức để chế tạo sản phẩm xi măng sinh học mới. Công thức này tập hợp các hướng dẫn giúp các kỹ sư xác định những chất phụ gia hoặc thành phần vật liệu nào sẽ ảnh hưởng đến độ bền chắc và ổn định của xi măng. Nhóm chuyên gia hy vọng nó sẽ giúp các kỹ sư xác định được những thành phần sẽ biến đổi theo thời gian tương tự như các vật liệu sinh học làm nên vỏ của các loài sinh vật biển, từ đó có thể cải thiện chất lượng và tuổi thọ của bê-tông.

AN NHIÊN (Theo CNN, Guardian, MIT)