Nghiên cứu mới: Bê tông có khả năng phát quang để phát hiện hư hỏng kịp thời

Bê tông là nền tảng cho nền móng và kết cấu của các tòa nhà, đường sá, đập và cầu, nhưng nó có tuổi thọ hạn chế khoảng 50 năm. Sự hấp thụ liên tục nước, muối và khí từ khí quyển gây ra hiện tượng axit hóa, dẫn đến ăn mòn các thanh cốt thép bên trong các tấm bê tông, cột và các bộ phận kết cấu khác, đồng thời làm giảm đáng kể khả năng chịu trọng lượng của chúng. 

Tuổi thọ của bê tông có thể được kéo dài thông qua các biện pháp phòng ngừa như bổ sung các lớp bảo vệ ngăn cản sự xâm nhập của carbon dioxide vào các bề mặt tiếp xúc. Tuy nhiên, nếu muốn sự can thiệp này được thực hiện kịp thời, chúng ta cần có khả năng kiểm tra mức độ hư hỏng bên trong của bê tông.

Thách thức chính mà các kỹ sư kiểm tra bê tông trong các tòa nhà và các công trình khác phải đối mặt là việc khoan để lấy mẫu và phân tích trong phòng thí nghiệm tốn nhiều công sức và tốn kém cũng như phức tạp ở những nơi khó tiếp cận. Nó cũng có thể nguy hiểm vì việc khoan có thể gây ra những thay đổi trong cấu trúc và làm suy yếu thêm bê tông nếu nó đã bị xuống cấp, đặc biệt nếu quy trình không được thực hiện đúng cách.

Trong nghiên cứu mới, các nhà nghiên cứu đã phát triển chất xúc tác dựa trên hydroxit kép (LDH), còn được gọi là đất sét anion, để đo mức độ hư hỏng của bê tông. Họ đã thêm europium hóa trị ba (Eu ³⁺ ) để tạo ra sự phát quang từ cam đến đỏ. 

Các thử nghiệm trong phòng thí nghiệm cho thấy khi vật liệu tiếp xúc với tia cực tím (UV), độ phát quang của nó sẽ đổi màu tùy theo lượng cacbonat mà nó đã hấp thụ. Các nhà nghiên cứu cho biết hiệu ứng này có thể được sử dụng để phát hiện sự xuống cấp của bê tông – độ dịch chuyển đỏ càng lớn thì càng có nhiều cacbonat và bê tông càng xuống cấp.  

“Tiến bộ chính là vật liệu có thể giúp xác định theo thời gian thực xem bê tông có trong kết cấu đang xuống cấp như thế nào và khi nào kết cấu đó cần được bảo trì mà không cần khoan hay chờ phân tích trong phòng thí nghiệm. Alysson Ferreira Morais, tác giả đầu tiên của bài báo cho biết, điều này góp phần đưa ra quyết định nhanh nhẹn hơn, tạo điều kiện thuận lợi cho việc bảo trì phòng ngừa và giúp tránh những tai nạn có thể cướp đi sinh mạng và gây thiệt hại kinh tế đáng kể”.

Ngoài khả năng tăng cường an toàn cho tòa nhà, phương pháp mới còn có thể mang lại lợi ích về chi phí và giảm lượng carbon.

“Các tòa nhà càng tồn tại lâu thì càng ít cần đầu tư vào công trình mới và ngành xây dựng càng đóng góp nhiều hơn vào nỗ lực cắt giảm khí thải nhà kính, 8% trong số đó đến từ ngành này trên toàn cầu, nhờ sản xuất bê tông và xây dựng, ” Danilo Mustafa, tác giả bài báo và giáo sư tại IF-USP, cho biết.

Theo nhóm nghiên cứu, bước tiếp theo sẽ liên quan đến việc phát triển cảm biến phát hiện vật liệu phát quang và thử nghiệm nó trong điều kiện thực tế để xác minh các yếu tố cụ thể như khả năng chịu thời tiết và độ ổn định.

Các nhà nghiên cứu tại Đại học Kiel ở Đức cũng tham gia vào nghiên cứu được hỗ trợ bởi Quỹ nghiên cứu São Paulo (FAPESP), Cơ quan điều phối cải thiện nhân lực giáo dục đại học của Bộ Giáo dục Brazil, Hội đồng nghiên cứu châu Âu và Tổ chức châu Âu. Chương trình Horizon Europe của Liên minh.