Nguyễn Quốc Hòa
Writer
Sự phụ thuộc của thế giới vào bê tông, vật liệu được tiêu thụ nhiều thứ hai sau nước, đang dẫn đến một cuộc khủng hoảng tài nguyên và môi trường, với tốc độ khai thác cát vượt xa khả năng bổ sung tự nhiên.
Bê tông là vật liệu xây dựng chính được tạo thành từ hỗn hợp của ba vật liệu quan trọng: xi măng, cát và nước. Xi măng hoạt động như chất kết dính, giữ các vật liệu khác lại với nhau để tạo thành một chất kết dính, vì vậy việc sử dụng cát chất lượng là rất quan trọng.
Cát, đặc biệt là cát bê tông, được thêm vào để tăng cường độ bền tổng thể của bê tông. Ngược lại, nước khởi tạo phản ứng hóa học với xi măng được gọi là hydrat hóa, khiến hỗn hợp chuyển từ trạng thái bán lỏng sang cấu trúc rắn.
Quá trình sản xuất bê tông bắt đầu bằng việc kết hợp các thành phần theo tỷ lệ quy định, tức là 1 : 1,5 : 3 : 0,5 (Xi măng: Đá dăm mịn: Đá dăm thô: Nước) để đạt được cường độ cần thiết.
Khi tiến triển, phản ứng nước-xi măng tiếp tục, dẫn đến sự cứng lại của hỗn hợp. Độ bền và độ cứng của bê tông đến từ sự chuyển đổi này. Nhờ sự kết nối của các hạt xi măng, khối rắn có thể chịu được tải trọng đáng kể và chịu được áp lực của môi trường.
Bê tông được sử dụng rộng rãi trong xây dựng. Nó đóng vai trò là nền tảng vững chắc cho việc xây dựng, trên thực tế, không chỉ cho việc xây dựng mà còn cho cầu, đường và đập. Khả năng chịu được các yếu tố như thời tiết, hỏa hoạn, v.v. của bê tông, góp phần vào việc sử dụng nó trong xây dựng.
Tôi hy vọng bạn có kiến thức sơ lược về bê tông. Bây giờ, chúng ta hãy cùng tìm hiểu tầm quan trọng của cát trong bê tông.
Cát ảnh hưởng đáng kể đến khả năng thi công và độ kết dính của hỗn hợp bê tông. Các hạt cát lấp đầy các khoảng trống giữa các cốt liệu lớn hơn, cho phép phân phối và nén bê tông tốt hơn.
Lượng cát phù hợp trong hỗn hợp sẽ cải thiện khả năng thi công, giúp việc đổ, đúc khuôn và hoàn thiện dễ dàng hơn. Nó hỗ trợ tạo ra bề mặt nhẵn và đồng nhất, giảm khả năng xuất hiện lỗ rỗng hoặc rỗ tổ ong.
Cát làm tăng độ bền của bê tông bằng cách làm cho bê tông chống lại các yếu tố môi trường tốt hơn. Cát được phân loại tốt làm giảm độ thấm của bê tông, hạn chế độ ẩm, hóa chất mạnh và các chất có hại đi vào cấu trúc. Điều này cải thiện độ bền lâu dài bằng cách giảm khả năng ăn mòn, hư hỏng và hư hỏng cấu trúc.
Các giáo sư của Đại học Rice (Mỹ) và là giáo sư về hóa học, khoa học vật liệu và kỹ thuật nano cho biết áp dụng kỹ thuật nung nóng Joule đặc trưng vào than cốc luyện kim, phòng thí nghiệm Tour đã tạo ra một loại graphene có thể thay thế cát trong bê tông.
Paul Advincula, cựu tiến sĩ của ĐH Rice (Hoa Kỳ), tác giả chính của nghiên cứu cho biết: "Các thí nghiệm ban đầu trong đó than cốc luyện kim được chuyển đổi thành graphene đã tạo ra một vật liệu có kích thước tương tự như cát". "Chúng tôi quyết định khám phá việc sử dụng graphene có nguồn gốc từ than cốc luyện kim để thay thế hoàn toàn cát trong bê tông và những phát hiện của chúng tôi cho thấy nó sẽ hoạt động thực sự tốt".
Các thử nghiệm so sánh bê tông thông thường với bê tông làm từ cốt liệu graphene cho thấy kết quả khả quan. Bê tông gốc graphene không chỉ phù hợp với các đặc tính cơ học của bê tông tiêu chuẩn mà còn cung cấp tỷ lệ cường độ trên trọng lượng cao hơn.
Phòng thí nghiệm Tour đã sử dụng công nghệ gia nhiệt Flash Joule cho nhiều ứng dụng khác nhau, bao gồm tổng hợp vật liệu nano carbon lai, tái chế linh kiện pin và loại bỏ kim loại nặng khỏi tro bay than.
Advincula cho biết: “Kỹ thuật này sản xuất graphene nhanh hơn và ở quy mô lớn hơn so với các phương pháp trước đây”.
Với tiềm năng giảm sự phụ thuộc vào cát tự nhiên và giảm lượng khí thải carbon từ ngành công nghiệp bê tông, công nghệ mới này có thể dẫn đến các hoạt động phát triển đô thị bền vững hơn.
Tour cho biết: "Sẽ mất một thời gian để giá graphene giảm xuống đủ thấp để có thể thực hiện được điều này". "Nhưng điều này chỉ cho thấy có những giải pháp thay thế mà chúng ta có thể theo đuổi".
Satish Nagarajaiah, giáo sư kỹ thuật dân dụng và môi trường và kỹ thuật cơ khí, đồng thời là tác giả liên hệ của nghiên cứu này, nhấn mạnh rằng “30% bê tông được tạo thành từ cát — một thành phần đáng kể”.
Nagarajaiah cho biết: “Thực tế là chúng ta đang ở bờ vực của một 'cuộc khủng hoảng cát' thúc đẩy chúng ta tìm kiếm các giải pháp thay thế, và than cốc luyện kim, có giá thành tương đương cát nhưng chỉ bằng khoảng 10% giá bê tông, không chỉ có thể giúp tạo ra bê tông chất lượng tốt hơn mà còn tiết kiệm đáng kể”.
Bê tông là gì?
Bê tông là vật liệu xây dựng chính được tạo thành từ hỗn hợp của ba vật liệu quan trọng: xi măng, cát và nước. Xi măng hoạt động như chất kết dính, giữ các vật liệu khác lại với nhau để tạo thành một chất kết dính, vì vậy việc sử dụng cát chất lượng là rất quan trọng.
Cát, đặc biệt là cát bê tông, được thêm vào để tăng cường độ bền tổng thể của bê tông. Ngược lại, nước khởi tạo phản ứng hóa học với xi măng được gọi là hydrat hóa, khiến hỗn hợp chuyển từ trạng thái bán lỏng sang cấu trúc rắn.
Quá trình sản xuất bê tông bắt đầu bằng việc kết hợp các thành phần theo tỷ lệ quy định, tức là 1 : 1,5 : 3 : 0,5 (Xi măng: Đá dăm mịn: Đá dăm thô: Nước) để đạt được cường độ cần thiết.
Khi tiến triển, phản ứng nước-xi măng tiếp tục, dẫn đến sự cứng lại của hỗn hợp. Độ bền và độ cứng của bê tông đến từ sự chuyển đổi này. Nhờ sự kết nối của các hạt xi măng, khối rắn có thể chịu được tải trọng đáng kể và chịu được áp lực của môi trường.
Bê tông được sử dụng rộng rãi trong xây dựng. Nó đóng vai trò là nền tảng vững chắc cho việc xây dựng, trên thực tế, không chỉ cho việc xây dựng mà còn cho cầu, đường và đập. Khả năng chịu được các yếu tố như thời tiết, hỏa hoạn, v.v. của bê tông, góp phần vào việc sử dụng nó trong xây dựng.
Tôi hy vọng bạn có kiến thức sơ lược về bê tông. Bây giờ, chúng ta hãy cùng tìm hiểu tầm quan trọng của cát trong bê tông.
Vai trò của cát trong bê tông
Cát là vật liệu độn trong bê tông, tăng cường độ và độ ổn định cho toàn bộ cấu trúc. Kích thước, hình dạng và cấp phối của các hạt cát ảnh hưởng đến độ bền của hỗn hợp bê tông. Cát được cấp phối tốt có thể đóng gói hạt tốt hơn, cải thiện sự liên kết giữa các hạt cốt liệu và ma trận bê tông đặc hơn. Điều này làm tăng cường độ nén và uốn của bê tông, cải thiện tính toàn vẹn của cấu trúc.Cát ảnh hưởng đáng kể đến khả năng thi công và độ kết dính của hỗn hợp bê tông. Các hạt cát lấp đầy các khoảng trống giữa các cốt liệu lớn hơn, cho phép phân phối và nén bê tông tốt hơn.
Lượng cát phù hợp trong hỗn hợp sẽ cải thiện khả năng thi công, giúp việc đổ, đúc khuôn và hoàn thiện dễ dàng hơn. Nó hỗ trợ tạo ra bề mặt nhẵn và đồng nhất, giảm khả năng xuất hiện lỗ rỗng hoặc rỗ tổ ong.
Cát làm tăng độ bền của bê tông bằng cách làm cho bê tông chống lại các yếu tố môi trường tốt hơn. Cát được phân loại tốt làm giảm độ thấm của bê tông, hạn chế độ ẩm, hóa chất mạnh và các chất có hại đi vào cấu trúc. Điều này cải thiện độ bền lâu dài bằng cách giảm khả năng ăn mòn, hư hỏng và hư hỏng cấu trúc.
Bê tông không cần cát - khám phá quan trọng giúp giải bài toán về môi trường
Sau khi đã đọc đến đây, bạn hiểu tầm quan trọng của cát trong bê tông rồi đúng không? Tuy nhiên, tiến bộ khoa học luôn làm chúng ta kinh ngạc: bê tông không cần cát.Các giáo sư của Đại học Rice (Mỹ) và là giáo sư về hóa học, khoa học vật liệu và kỹ thuật nano cho biết áp dụng kỹ thuật nung nóng Joule đặc trưng vào than cốc luyện kim, phòng thí nghiệm Tour đã tạo ra một loại graphene có thể thay thế cát trong bê tông.
Paul Advincula, cựu tiến sĩ của ĐH Rice (Hoa Kỳ), tác giả chính của nghiên cứu cho biết: "Các thí nghiệm ban đầu trong đó than cốc luyện kim được chuyển đổi thành graphene đã tạo ra một vật liệu có kích thước tương tự như cát". "Chúng tôi quyết định khám phá việc sử dụng graphene có nguồn gốc từ than cốc luyện kim để thay thế hoàn toàn cát trong bê tông và những phát hiện của chúng tôi cho thấy nó sẽ hoạt động thực sự tốt".
Các thử nghiệm so sánh bê tông thông thường với bê tông làm từ cốt liệu graphene cho thấy kết quả khả quan. Bê tông gốc graphene không chỉ phù hợp với các đặc tính cơ học của bê tông tiêu chuẩn mà còn cung cấp tỷ lệ cường độ trên trọng lượng cao hơn.
Phòng thí nghiệm Tour đã sử dụng công nghệ gia nhiệt Flash Joule cho nhiều ứng dụng khác nhau, bao gồm tổng hợp vật liệu nano carbon lai, tái chế linh kiện pin và loại bỏ kim loại nặng khỏi tro bay than.
Advincula cho biết: “Kỹ thuật này sản xuất graphene nhanh hơn và ở quy mô lớn hơn so với các phương pháp trước đây”.
Với tiềm năng giảm sự phụ thuộc vào cát tự nhiên và giảm lượng khí thải carbon từ ngành công nghiệp bê tông, công nghệ mới này có thể dẫn đến các hoạt động phát triển đô thị bền vững hơn.
Tour cho biết: "Sẽ mất một thời gian để giá graphene giảm xuống đủ thấp để có thể thực hiện được điều này". "Nhưng điều này chỉ cho thấy có những giải pháp thay thế mà chúng ta có thể theo đuổi".
Satish Nagarajaiah, giáo sư kỹ thuật dân dụng và môi trường và kỹ thuật cơ khí, đồng thời là tác giả liên hệ của nghiên cứu này, nhấn mạnh rằng “30% bê tông được tạo thành từ cát — một thành phần đáng kể”.
Nagarajaiah cho biết: “Thực tế là chúng ta đang ở bờ vực của một 'cuộc khủng hoảng cát' thúc đẩy chúng ta tìm kiếm các giải pháp thay thế, và than cốc luyện kim, có giá thành tương đương cát nhưng chỉ bằng khoảng 10% giá bê tông, không chỉ có thể giúp tạo ra bê tông chất lượng tốt hơn mà còn tiết kiệm đáng kể”.
