Đột phá vật liệu xây dựng: Nga biến phế thải thành bê tông siêu cường, chống thấm W20, chịu lạnh F800

MTXD- Trong bối cảnh ngành xây dựng toàn cầu đang chạy đua tìm kiếm các loại vật liệu vừa nhẹ, vừa bền, vừa thân thiện môi trường, một nhóm nhà khoa học Nga vừa công bố thành công công nghệ bê tông nhẹ siêu cường (VPBL), được xem là bước đột phá có thể làm thay đổi hoàn toàn tư duy thiết kế kết cấu

MTXD- Trong bối cảnh ngành xây dựng toàn cầu đang chạy đua tìm kiếm các loại vật liệu vừa nhẹ, vừa bền, vừa thân thiện môi trường, một nhóm nhà khoa học Nga vừa công bố thành công công nghệ bê tông nhẹ siêu cường (VPBL), được xem là bước đột phá có thể làm thay đổi hoàn toàn tư duy thiết kế kết cấu hiện đại.

Phát minh này do nhóm nghiên cứu thuộc Đại học Xây dựng Quốc gia Moscow (MGSU), đứng đầu là Phó Giáo sư, Tiến sĩ A.S. Inozemtcev cùng Giáo sư, Tiến sĩ E.V. Korolev phát triển và đã được cấp bằng sáng chế độc quyền số RU 2515450. Điểm nổi bật của công nghệ là khả năng giảm hơn 40% trọng lượng kết cấu nhưng vẫn duy trì cường độ chịu nén ở mức 400–450kg/cm², tương đương bê tông mác cao hiện nay.

Theo các công bố khoa học trên tạp chí Materials và hệ thống lưu trữ Vestnik MGSU, bí quyết của công nghệ này nằm ở việc sử dụng vi cầu rỗng aluminosilicate (cenospheres) – loại hạt siêu nhẹ được tách từ tro xỉ nhiệt điện đốt than. Đây vốn là chất thải công nghiệp nhưng qua quá trình tuyển chọn vật lý nghiêm ngặt đã trở thành vật liệu phụ gia có giá trị rất cao.

Khác với bê tông truyền thống sử dụng cốt liệu nặng như đá dăm hay cát thạch anh, công nghệ VPBL thay thế hoàn toàn bằng các vi cầu rỗng có cấu trúc hình cầu gần như hoàn hảo. Nhờ hình học tối ưu, các hạt này giúp phân tán lực đồng đều khi chịu nén, hạn chế tối đa hiện tượng tập trung ứng suất – nguyên nhân chính gây nứt gãy.

Kết quả thử nghiệm cho thấy loại bê tông mới có khối lượng thể tích chỉ từ 1.300–1.500kg/m³, thấp hơn rất nhiều so với bê tông tiêu chuẩn khoảng 2.400kg/m³. Điều này giúp giảm đáng kể tải trọng bản thân công trình, kéo theo hàng loạt lợi ích về thiết kế móng, vận chuyển và thi công.

Không chỉ nhẹ, bê tông VPBL còn đạt cấp độ bền nén từ B30 đến B35, tương đương mác 400–450kg/cm². Đặc biệt, vật liệu đạt chuẩn siêu chống thấm W20, cho phép ngăn nước xâm nhập ở áp suất cao, đồng thời đạt cấp chịu băng giá F800, tức có thể chịu được 800 chu kỳ đóng băng – tan băng liên tục mà không phá hủy cấu trúc.

Theo phân tích kỹ thuật, hệ thống lỗ rỗng bên trong vi cầu là lỗ kín hoàn toàn, giúp cắt đứt các mao dẫn nước nội bộ. Chính điều này tạo nên khả năng chống thấm và chịu lạnh vượt trội – yếu tố cực kỳ quan trọng đối với các công trình ở vùng khí hậu khắc nghiệt như Siberia hay Bắc Cực.

Về mặt kinh tế, dù chi phí sản xuất vật liệu đầu vào cao hơn bê tông truyền thống, nhưng xét tổng thể dự án, công nghệ VPBL có thể giúp tiết kiệm từ 15–20% tổng chi phí xây dựng. Riêng phần móng công trình có thể giảm từ 25–35% chi phí, nhờ tải trọng kết cấu nhẹ hơn. Trong khâu logistics, chi phí vận chuyển được ghi nhận có thể giảm tới 50% vì xe tải có thể chuyên chở khối lượng cấu kiện lớn hơn trên mỗi chuyến.

Không dừng ở hiệu quả kinh tế, sáng chế này còn mang giá trị môi trường rất lớn. Việc tái sử dụng hàng nghìn tấn tro xỉ nhiệt điện – vốn là gánh nặng chất thải rắn công nghiệp – giúp giảm đáng kể áp lực chôn lấp và ô nhiễm đất, nước.

Để tạo ra các vi cầu aluminosilicate đạt chuẩn, các nhà máy áp dụng hai quy trình chính là tuyển ướttuyển khô. Trong đó, phương pháp tuyển ướt dựa trên chênh lệch tỷ trọng giữa vi cầu (0,4–0,8g/cm³) và tro bay thông thường (2,1–2,6g/cm³), cho phép tách lớp vật liệu nổi trên bề mặt. Sau đó, vi cầu được rửa sạch, sấy ở nhiệt độ 105–150°C và sàng lọc kích cỡ từ 10 đến 500 micromet.

Trong khi đó, công nghệ tuyển khô hiện đại hơn sử dụng hệ thống phân tách khí động học kết hợp trọng lực biến tính và từ trường để loại bỏ hoàn toàn các hạt chứa oxit sắt, chỉ giữ lại phần vi cầu tinh khiết có hàm lượng SiO₂ và Al₂O₃ trên 70%.

Hiện Nga đang định hướng đưa công nghệ VPBL vào sản xuất hàng loạt cho các cấu kiện đúc sẵn phục vụ nhà cao tầng, hạ tầng công nghiệp và các công trình tại vùng khí hậu cực lạnh. Giới chuyên gia nhận định, nếu thương mại hóa thành công trên quy mô lớn, đây có thể là một trong những vật liệu xây dựng chiến lược của thập kỷ tới.

Từ một loại chất thải công nghiệp tưởng chừng vô giá trị, Nga đã biến tro bay thành vật liệu siêu cường mang tính cách mạng. Trong cuộc đua phát triển vật liệu xanh và thông minh, phát minh này không chỉ giải bài toán kỹ thuật mà còn mở ra một mô hình kinh tế tuần hoàn đầy triển vọng cho ngành xây dựng thế giới./.

Việt Hồng

Các tin khác

Lâm Đồng : UBND xã Đắk Song đồng thời xử phạt khai thác khoáng sản và hủy hoại đất
Lâm Đồng : UBND xã Đắk Song đồng thời xử phạt khai thác khoáng sản và hủy hoại đất

MTXD - UBND xã Đắk Song, tỉnh Lâm Đồng vừa ban hành hai quyết định xử phạt vi phạm hành chính đối với hành vi khai thác đất làm vật liệu san lấp trái phép và san ủi làm mất lớp đất mặt. Hai vụ việc được xác định tại cùng địa chỉ thôn Hà Nam Ninh, xã Đắk Song, tỉnh Lâm Đồng.

Tây Ninh tìm hướng ứng dụng công nghệ xử lý lục bình phục vụ nông nghiệp xanh
Tây Ninh tìm hướng ứng dụng công nghệ xử lý lục bình phục vụ nông nghiệp xanh

MTXD - Thay vì chỉ tập trung thu gom, xử lý lục bình như một loại sinh vật gây cản trở dòng chảy, tỉnh Tây Ninh đang tìm hướng tận dụng nguồn sinh khối này để sản xuất phân bón, giá thể hữu cơ, qua đó gắn xử lý môi trường với phát triển nông nghiệp xanh và kinh tế tuần hoàn.

Kiểm kê khí nhà kính: Siết trách nhiệm từ từng cơ sở phát thải
Kiểm kê khí nhà kính: Siết trách nhiệm từ từng cơ sở phát thải

MTXD - Danh mục cập nhật năm 2026 xác định 464 cơ sở thuộc lĩnh vực giao thông vận tải và xây dựng phải thực hiện kiểm kê khí nhà kính, gồm 53 cơ sở giao thông vận tải và 411 cơ sở thuộc lĩnh vực xây dựng.

Giữ vững đê điều để mở rộng không gian phát triển
Giữ vững đê điều để mở rộng không gian phát triển

MTXD - Đằng sau những bến cảng sôi động, những khu công nghiệp không ngừng mở rộng và các...

Áp lực chất thải công nghiệp và yêu cầu chuyển đổi xanh
Áp lực chất thải công nghiệp và yêu cầu chuyển đổi xanh

MTXD - Lượng chất thải công nghiệp ngày càng lớn đang đặt ra yêu cầu nâng cao năng lực xử lý, kiểm soát nguồn thải và hoàn thiện hạ tầng môi trường. Thực tế tại một số khu công nghiệp cho thấy, phát triển sản xuất cần đi cùng quản lý chặt chất thải và chuyển đổi theo hướng xanh, tuần hoàn.