Bê tông là vật liệu được sử dụng nhiều nhất trong ngành xây dựng

Các kỹ sư ở Đại học Pittsburgh đã phát triển một loại bê tông thông minh đa năng siêu nhẹ, có thể điều chỉnh đặc tính cho nhiều công trình khác nhau và tự sản xuất điện.

Siêu vật liệu mới cấu tạo từ mạng lưới polymer auxetic gia cố bên trong ma trận xi măng dẫn điện. Cấu trúc hỗn hợp tạo ra điện khí hóa tiếp xúc giữa các lớp khi gặp tác động cơ học. Xi măng dẫn điện được củng cố bằng bột than chì, tạo thành điện cực. Các nghiên cứu thực nghiệm cho thấy, vật liệu này có thể nén tới 15% khi chịu tải theo chu kỳ và tạo ra công suất 330 μW.

Bê tông do nhóm nghiên cứu của Amir Alavi, trợ lý giáo sư ngành kỹ thuật dân dụng và môi trường ở Đại học Pittsburgh, tạo ra không thể sản xuất đủ năng lượng để đưa vào lưới điện, nhưng có thể dùng để theo dõi thiệt hại bên trong công trình bê tông, ví dụ trong trường hợp động đất.

“Việc sử dụng bê tông rộng rãi trong các dự án cơ sở hạ tầng đòi hỏi phát triển một thế hệ vật liệu bê tông mới tiết kiệm và bền vững về môi trường nhưng vẫn cung cấp những chức năng tiên tiến. Chúng tôi tin chắc có thể đạt được tất cả các mục tiêu trên bằng cách đưa siêu vật liệu vào phát triển vật liệu xây dựng”, Alavi cho biết.

Bản thân siêu vật liệu có thể được tùy chỉnh để đáp ứng nhu cầu xây dựng, thay đổi độ linh hoạt, hình dáng và độ giòn. Trong các thử nghiệm, nó có thể nén tới 15% mà vẫn duy trì độ liền khối của kết cấu.

Mô phỏng bê tông siêu vật liệu tự cảm ứng cho hệ thống hạ tầng thông minh

“Dự án này tạo ra bê tông siêu vật liệu tổng hợp đầu tiên với độ nén siêu cao và khả năng sản xuất điện. Những hệ thống bê tông siêu nhẹ và dễ điều chỉnh cơ học như vậy có thể mở đường cho việc sử dụng bê tông trong nhiều ứng dụng đa dạng như vật liệu giảm xóc ở sân bay, giúp giảm tốc độ cho máy bay trên đường băng hoặc bộ cách ly địa chấn”, Alavi nói.

Nhóm nghiên cứu hy vọng loại bê tông đa năng mới có thể được sử dụng rộng rãi trong cơ sở hạ tầng. Không chỉ vậy, vật liệu thông minh này còn có thể cung cấp điện cho chip gắn trong đường cao tốc để hỗ trợ xe tự lái. Tuy nhiên, trong tương lai gần, các nhà khoa học sẽ cần thử nghiệm trên quy mô lớn và tìm hiểu làm thế nào để ngăn cách vật liệu với áp lực môi trường như độ ẩm, thời tiết ướt át và biến động nhiệt độ.

Hiện nhóm nghiên cứu đang hợp tác với Bộ Giao thông Vận tải bang Pennsylvania để phát triển và đưa vào sử dụng trên các con đường ở bang Pennsylvania, Mỹ.