Cát sa mạc kết hợp với các phụ gia có thể tạo ra vật liệu xây dựng mới

Cát là thành phần không thể thiếu trong xây dựng hiện đại, tuy nhiên phần lớn trữ lượng cát trên Trái Đất lại nằm ở các vùng sa mạc và gần như không được sử dụng do không phù hợp với bê tông truyền thống. 
 

Các nhà khoa học đang nghiên cứu vật liệu mới kết hợp cát sa mạc với phụ gia thực vật để tạo ra giải pháp xây dựng thay thế xi măng.

Trước thực tế đó, các nhà khoa học từ châu Âu và châu Á đã nghiên cứu một hướng tiếp cận khác, trong đó cát sa mạc được kết hợp với các loại phụ gia có nguồn gốc thực vật nhằm tạo ra vật liệu xây dựng mới thay thế cơ chế liên kết xi măng thông thường.

Các nhà nghiên cứu đến từ Đại học Khoa học & Công nghệ Na Uy (NTNU) và Đại học Tokyo đã phát triển một mẫu vật liệu xây dựng mới, thường được gọi ngắn gọn là bê tông cát thực vật. 

Đây là cách gọi cho loại vật liệu được tạo thành từ cát sa mạc trộn với các phụ gia có nguồn gốc thực vật và các hạt gỗ nhỏ, sau đó được ép dưới tác động của nhiệt và áp suất, không dựa trên cơ chế liên kết xi măng truyền thống.

Bê tông hiện là vật liệu xây dựng được sử dụng nhiều thứ 2 trên thế giới, chỉ sau nước. Mỗi năm, hơn 4 tỷ tấn xi măng được sản xuất, đồng thời tạo ra khoảng 8% tổng lượng phát thải CO₂ toàn cầu. 

Bên cạnh đó, ngành xây dựng phụ thuộc lớn vào cát sông và đá nghiền, những nguồn tài nguyên đang ngày càng cạn kiệt và gây ra nhiều tác động tiêu cực đến môi trường tự nhiên.

Trong khi đó, cát sa mạc có trữ lượng rất lớn nhưng hầu như không được sử dụng trong xây dựng. Nguyên nhân chính là do hạt cát quá mịn và có bề mặt nhẵn, khiến chúng không thể liên kết hiệu quả trong bê tông truyền thống. Kết quả là các kết cấu tạo ra không đạt yêu cầu về độ bền, buộc ngành xây dựng phải tiếp tục khai thác cát sông và đá mỏ, làm gia tăng xói mòn và suy thoái hệ sinh thái.

Nhằm khắc phục hạn chế này, nhóm nghiên cứu đã thử nghiệm một phương pháp chế tạo thay thế. Theo đó, cát sa mạc được trộn với các phụ gia có nguồn gốc thực vật cùng bột gỗ, sau đó được ép dưới tác động đồng thời của nhiệt và áp suất. 

Bằng cách điều chỉnh các thông số như nhiệt độ, áp suất, tỷ lệ phối trộn và thời gian ép, các nhà khoa học đã tạo ra vật liệu có cấu trúc đặc và rắn chắc mà không cần sử dụng quy trình sản xuất nhiều xi măng.

Toàn bộ thí nghiệm được tiến hành trong điều kiện phòng thí nghiệm tại Đại học Tokyo. Nhóm nghiên cứu đã so sánh cát sa mạc với các loại cốt liệu mịn khác, đồng thời đánh giá ảnh hưởng của từng yếu tố công nghệ đến độ bền và mật độ của vật liệu tạo thành. 
Kết quả cho thấy vật liệu từ cát sa mạc kết hợp phụ gia thực vật đạt độ bền đủ để sử dụng trong các ứng dụng không chịu lực như gạch lát, lối đi bộ và các hạng mục hạ tầng nhẹ. Tuy nhiên, các nhà nghiên cứu lưu ý rằng vật liệu này hiện chưa phù hợp cho các công trình quy mô lớn hoặc điều kiện môi trường ngoài trời khắc nghiệt.

Theo nhóm nghiên cứu, cần tiếp tục thực hiện các thử nghiệm bổ sung nhằm đánh giá độ bền lâu dài, khả năng chịu lạnh và hiệu suất vật liệu trong các điều kiện khí hậu khác nhau. 

Đồng thời, việc sử dụng cát sa mạc tại chỗ được xem là yếu tố quan trọng nhằm hạn chế phát thải phát sinh từ quá trình vận chuyển vật liệu nặng trên quãng đường dài.

Nghiên cứu đã được công bố trên tạp chí Kỹ thuật Xây dựng và được đánh giá là một bước tiến đáng chú ý trong nỗ lực tìm kiếm các vật liệu xây dựng mới, tận dụng hiệu quả nguồn tài nguyên sẵn có và giảm áp lực khai thác lên môi trường tự nhiên.

Buildata