Minh Nguyệt
Intern Writer
Kết quả của một thử nghiệm mang tính đột phá tại Vương quốc Anh đang mở ra tương lai mới cho những con đường được phủ graphene. Theo thông tin từ các quan chức hạt Essex, một cuộc thử nghiệm tại khu vực ngoài London cho thấy những làn đường được bổ sung một trong những vật liệu mạnh nhất thế giới này không chỉ hoạt động tốt hơn mà còn bền hơn so với nhựa đường truyền thống. Sự kết hợp mới này được gọi là Gipave.
Bảo trì đường phố vẫn luôn là một trong những vấn đề tốn kém nhất đối với chính quyền các cấp. Năm 2021, ước tính khoảng 206 tỷ USD (khoảng 4.700 nghìn tỷ VNĐ) đã được chi cho việc sửa chữa đường cao tốc và các con đường. Con số này chiếm gần 6% tổng ngân sách hiện có - và vẫn chưa đủ. Theo nghiên cứu từ Pew, tại Mỹ, có ít nhất 105 tỷ USD (khoảng 2.400 nghìn tỷ VNĐ) đang cần được đầu tư cho các dự án bảo trì chưa thực hiện.
Một trong những vấn đề dễ nhận thấy và thường gặp nhất là những vết nứt trên đường. Đây là điều không thể tránh khỏi do vật liệu yếu đi và căng thẳng lặp đi lặp lại theo thời gian. Khi đủ nhiều xe cộ đi qua, những phần nhỏ của mặt đường bắt đầu vỡ ra, tạo nên những "hố ga" nổi tiếng khiến lốp xe bị nổ và hệ thống giảm xóc bị hỏng. Ngoài chi phí sửa chữa của các thành phố, chi phí sửa chữa xe liên quan đến hố ga trung bình khoảng 600 USD (khoảng 14 triệu VNĐ), với tổng cộng khoảng 26,5 tỷ USD (600 nghìn tỷ VNĐ) mỗi năm mà người lái xe tại Mỹ phải chi cho các sửa chữa liên quan đến vấn đề này.
Nhựa đường thường được tạo ra từ một hỗn hợp các loại đá được kết dính bằng một chất lỏng có nguồn gốc từ dầu mỏ gọi là bitumen. Tuy nhiên, các kỹ sư gần đây đã bắt đầu thử nghiệm việc thêm chất liệu graphite-derived graphene vào công thức. Được áp dụng thương mại lần đầu vào đầu những năm 2000, graphene được cấu tạo từ một lớp carbon đơn, sắp xếp theo hình tổ ong, khiến nó trở nên cực kỳ bền và siêu dẫn. Với độ mỏng gấp một triệu lần một sợi tóc người, graphene hiện là cấu trúc hai chiều mỏng nhất được biết đến.
Graphene đã được ứng dụng trong sản xuất pin điện, chất bán dẫn và nhiều sản phẩm khác, nhưng với độ bền gấp 200 lần thép, các nhà quy hoạch đô thị cũng nhìn thấy tiềm năng của nó như một phụ gia trong xây dựng. Năm 2022, hạt Essex đã công bố kế hoạch thử nghiệm nhựa đường được pha trộn với graphene để tạo ra một loại vật liệu trải đường gọi là Gipave. Những công nhân đã trải hơn 165 tấn Gipave cho một làn đường trên một lối vào cao tốc mới gần London. Họ cũng đã thêm một làn đường thứ hai sử dụng nhựa đường truyền thống để làm mẫu đối chứng. Sau đó, Gipave đã được thử nghiệm với hàng ngàn bánh xe ô tô và xe tải trong suốt ba năm dưới điều kiện thời tiết và nhiệt độ thay đổi theo mùa.
Cuối cuộc thử nghiệm, các kỹ sư bên thứ ba đã lấy mẫu lõi từ cả hai làn đường để phân tích trong phòng thí nghiệm. Cụ thể, họ đo xem cần bao nhiêu áp lực để biến dạng mỗi mẫu khô, rồi thử nghiệm lần nữa sau khi ngâm trong nước 72 giờ. Nhựa đường gia cố bằng graphene đã cho kết quả tốt hơn 10% trong kiểm tra độ cứng, cũng như tốt hơn 20% về độ nhạy cảm với nước. Họ cũng nhận thấy rằng khi Gipave bị nứt, chỉ có các hạt đá vỡ ra, chứ không phải là bitumen hoặc liên kết giữa hai thành phần. Điều này chứng tỏ graphene thực sự làm tăng độ bền tổng thể của bề mặt, giúp nó trở thành một lựa chọn an toàn hơn và có thể thân thiện với môi trường hơn.
Nếu có một điểm yếu dễ nhận thấy của Gipave, đó chính là mức giá. Các kỹ sư ước tính rằng chi phí sử dụng Gipave khoảng 30 xu mỗi bộ vuông (khoảng 7.000 VNĐ). Dù dưới 1 USD thì không phải là nhiều, nhưng chi phí sửa chữa đường lại tăng lên theo cấp số nhân. Tại Mỹ, một dặm đường cao tốc bốn làn có diện tích tối thiểu khoảng 253.000 bộ vuông. Quốc gia này có khoảng 4,2 triệu dặm đường cao tốc, nhiều trong số đó rộng hơn chỉ có bốn làn. Theo kịch bản rất bảo thủ này, chi phí để trải lại toàn bộ đường cao tốc của Mỹ bằng Gipave sẽ khoảng 124,3 tỷ USD (khoảng 2.800 nghìn tỷ VNĐ). Tuy nhiên, bước đầu tiên có thể là chỉ cần bắt đầu lấp đầy các hố ga hiện có bằng loại nhựa đường đã được gia cố graphene là một khởi đầu đầy hứa hẹn.
Bảo trì đường phố vẫn luôn là một trong những vấn đề tốn kém nhất đối với chính quyền các cấp. Năm 2021, ước tính khoảng 206 tỷ USD (khoảng 4.700 nghìn tỷ VNĐ) đã được chi cho việc sửa chữa đường cao tốc và các con đường. Con số này chiếm gần 6% tổng ngân sách hiện có - và vẫn chưa đủ. Theo nghiên cứu từ Pew, tại Mỹ, có ít nhất 105 tỷ USD (khoảng 2.400 nghìn tỷ VNĐ) đang cần được đầu tư cho các dự án bảo trì chưa thực hiện.
Một trong những vấn đề dễ nhận thấy và thường gặp nhất là những vết nứt trên đường. Đây là điều không thể tránh khỏi do vật liệu yếu đi và căng thẳng lặp đi lặp lại theo thời gian. Khi đủ nhiều xe cộ đi qua, những phần nhỏ của mặt đường bắt đầu vỡ ra, tạo nên những "hố ga" nổi tiếng khiến lốp xe bị nổ và hệ thống giảm xóc bị hỏng. Ngoài chi phí sửa chữa của các thành phố, chi phí sửa chữa xe liên quan đến hố ga trung bình khoảng 600 USD (khoảng 14 triệu VNĐ), với tổng cộng khoảng 26,5 tỷ USD (600 nghìn tỷ VNĐ) mỗi năm mà người lái xe tại Mỹ phải chi cho các sửa chữa liên quan đến vấn đề này.
Nhựa đường thường được tạo ra từ một hỗn hợp các loại đá được kết dính bằng một chất lỏng có nguồn gốc từ dầu mỏ gọi là bitumen. Tuy nhiên, các kỹ sư gần đây đã bắt đầu thử nghiệm việc thêm chất liệu graphite-derived graphene vào công thức. Được áp dụng thương mại lần đầu vào đầu những năm 2000, graphene được cấu tạo từ một lớp carbon đơn, sắp xếp theo hình tổ ong, khiến nó trở nên cực kỳ bền và siêu dẫn. Với độ mỏng gấp một triệu lần một sợi tóc người, graphene hiện là cấu trúc hai chiều mỏng nhất được biết đến.
Graphene đã được ứng dụng trong sản xuất pin điện, chất bán dẫn và nhiều sản phẩm khác, nhưng với độ bền gấp 200 lần thép, các nhà quy hoạch đô thị cũng nhìn thấy tiềm năng của nó như một phụ gia trong xây dựng. Năm 2022, hạt Essex đã công bố kế hoạch thử nghiệm nhựa đường được pha trộn với graphene để tạo ra một loại vật liệu trải đường gọi là Gipave. Những công nhân đã trải hơn 165 tấn Gipave cho một làn đường trên một lối vào cao tốc mới gần London. Họ cũng đã thêm một làn đường thứ hai sử dụng nhựa đường truyền thống để làm mẫu đối chứng. Sau đó, Gipave đã được thử nghiệm với hàng ngàn bánh xe ô tô và xe tải trong suốt ba năm dưới điều kiện thời tiết và nhiệt độ thay đổi theo mùa.
Cuối cuộc thử nghiệm, các kỹ sư bên thứ ba đã lấy mẫu lõi từ cả hai làn đường để phân tích trong phòng thí nghiệm. Cụ thể, họ đo xem cần bao nhiêu áp lực để biến dạng mỗi mẫu khô, rồi thử nghiệm lần nữa sau khi ngâm trong nước 72 giờ. Nhựa đường gia cố bằng graphene đã cho kết quả tốt hơn 10% trong kiểm tra độ cứng, cũng như tốt hơn 20% về độ nhạy cảm với nước. Họ cũng nhận thấy rằng khi Gipave bị nứt, chỉ có các hạt đá vỡ ra, chứ không phải là bitumen hoặc liên kết giữa hai thành phần. Điều này chứng tỏ graphene thực sự làm tăng độ bền tổng thể của bề mặt, giúp nó trở thành một lựa chọn an toàn hơn và có thể thân thiện với môi trường hơn.
Nếu có một điểm yếu dễ nhận thấy của Gipave, đó chính là mức giá. Các kỹ sư ước tính rằng chi phí sử dụng Gipave khoảng 30 xu mỗi bộ vuông (khoảng 7.000 VNĐ). Dù dưới 1 USD thì không phải là nhiều, nhưng chi phí sửa chữa đường lại tăng lên theo cấp số nhân. Tại Mỹ, một dặm đường cao tốc bốn làn có diện tích tối thiểu khoảng 253.000 bộ vuông. Quốc gia này có khoảng 4,2 triệu dặm đường cao tốc, nhiều trong số đó rộng hơn chỉ có bốn làn. Theo kịch bản rất bảo thủ này, chi phí để trải lại toàn bộ đường cao tốc của Mỹ bằng Gipave sẽ khoảng 124,3 tỷ USD (khoảng 2.800 nghìn tỷ VNĐ). Tuy nhiên, bước đầu tiên có thể là chỉ cần bắt đầu lấp đầy các hố ga hiện có bằng loại nhựa đường đã được gia cố graphene là một khởi đầu đầy hứa hẹn.
