Ngành xây dựng vốn phụ thuộc nhiều vào bê tông và
thép, 2 vật liệu chiếm phần lớn lượng phát thải CO₂ toàn cầu. Sợi thép được bổ sung vào bê tông để tăng độ bền nứt, độ dẻo và khả năng chịu mỏi, nhưng quá trình sản xuất loại sợi này lại tiêu tốn năng lượng và gây ô nhiễm.
Trong khi đó, mỗi năm thế giới thải bỏ hơn một tỷ lốp xe, phần lớn bị chôn lấp hoặc đốt bỏ. Việc tái chế thép từ lốp xe vừa giúp giảm chất thải, vừa mang lại nguồn vật liệu giá rẻ, thân thiện với môi trường cho bê tông.
Một nghiên cứu mới đăng trên tạp chí Scientific Reports đã đánh giá ứng xử cơ học của bê tông khi sử dụng sợi thép tái chế từ lốp xe nhằm tìm kiếm giải pháp thay thế bền vững cho sợi thép truyền thống. Kết quả cho thấy WTSF có thể cải thiện một số đặc tính cơ học của bê tông, nhưng hiệu quả phụ thuộc đáng kể vào hàm lượng sợi sử dụng, nếu vượt quá mức tối ưu, cường độ có thể giảm.
Trong nghiên cứu, nhóm tác giả đã so sánh các mẫu bê tông sử dụng sợi thép từ lốp xe bỏ đi với sợi thép sản xuất công nghiệp và mẫu đối chứng không dùng sợi. Tổng cộng 84 mẫu thử được chế tạo theo tiêu chuẩn BRE và quy định ECP 203 của Ai Cập cho cường độ nén 30 MPa sau 28 ngày. Sợi thép được bổ sung ở các tỷ lệ thể tích 0,25%, 0,5% và 1,0%.
Để đảm bảo sợi phân tán đều, quá trình trộn được chia làm 2 giai đoạn, sợi được lấy từ cơ sở tái chế lốp trong nước và làm sạch trước khi sử dụng. Các mẫu tiêu chuẩn được thử nén, kéo tách và uốn, đồng thời đo độ sụt để đánh giá tính công tác của bê tông ở cả trạng thái tươi và rắn.
Kết quả cho thấy sợi thép sản xuất công nghiệp giúp tăng nhẹ cường độ nén (tăng 13,5% và 9,8% ở các mức 0,25% và 0,5%), trong khi sợi thép từ lốp xe bỏ đi lại làm giảm đáng kể cường độ (giảm 6,4%, 30% và 46% tương ứng với 0,2%, 0,5% và 1%). Nguyên nhân là do sợi thép từ lốp xe bỏ đi có tỷ lệ chiều dài/đường kính lớn, dễ vón cục, dẫn đến phân bố không đồng đều và hình thành điểm yếu trong cấu trúc bê tông.
Tuy nhiên, cả hai loại sợi đều cải thiện đáng kể khả năng chịu kéo. Ở hàm lượng 1 %, sợi thép sản xuất công nghiệp giúp tăng 66 - 67%, còn sợi thép từ lốp xe bỏ đi tăng 24% và 38% ở mức 0,25% và 0,5%, nhưng giảm 10% khi tăng lên 1% do hiện tượng kết sợi. Với khả năng chịu uốn, sợi thép sản xuất công nghiệp vẫn vượt trội với mức tăng 40% ở 1%, trong khi sợi thép từ lốp xe bỏ đi đạt mức tăng 19% ở 0,5%.
Tính công tác của bê tông giảm khi thêm sợi, đặc biệt với sợi thép từ lốp xe bỏ đi, tại mức 1% hầu như mất hoàn toàn độ sụt (zero slump). Dù vậy, cả 2 loại sợi đều giúp tăng module đàn hồi so với bê tông thường, sợi thép từ lốp xe bỏ đi đạt 31,9 × 10³ MPa và sợi thép sản xuất công nghiệp đạt 40,4 × 10³ MPa.
Nhìn chung, nghiên cứu khẳng định sợi thép từ lốp xe bỏ đi có thể cải thiện đặc tính chịu kéo, song kém hiệu quả hơn sợi thép sản xuất công nghiệp ở khả năng chịu nén và chịu uốn. Việc tối ưu hàm lượng và kiểm soát sự phân tán của sợi là yếu tố quyết định để đạt hiệu quả tổng thể.
Từ kết quả này, các nhà nghiên cứu đề xuất sử dụng sợi thép từ lốp xe bỏ đi cho các ứng dụng không chịu tải trọng chính như lớp phủ mặt đường, tường ngăn hay kết cấu phụ, nơi yêu cầu chính là hạn chế nứt và tăng độ bền kéo. Giải pháp này vừa tiết kiệm chi phí, vừa giảm đáng kể lượng chất thải và phát thải carbon trong quá trình xây dựng.
Dù chưa thể thay thế hoàn toàn sợi thép công nghiệp trong các kết cấu chịu lực chính, sợi thép từ lốp xe bỏ đi vẫn được xem là lựa chọn bền vững cho các cấu kiện phụ trợ, góp phần xây dựng nền công nghiệp xi măng - bê tông xanh và tuần hoàn hơn.
BÀI CÙNG CHỦ ĐỂ:
>> Bê tông từ phế thải công nghiệp
>> Bê tông từ vật liệu phế thải góp phần cải thiện môi trường
>> Bê tông tái chế - Giải bài toán chất thải xây dựng đô thị
>> Bê tông cốt liệu tái chế có đảm bảo kết cấu công trình?
>> Chế tạo thành công bê tông siêu nặng cản phóng xạ