Công nghệ vật liệu đang trở thành một trong những hướng đổi mới quan trọng của ngành xây dựng khi yêu cầu về độ bền và tuổi thọ công trình ngày càng gia tăng. Nghiên cứu vừa công bố trên tạp chí khoa học Progress in Organic Coatings cho thấy lớp phủ vật liệu thế hệ mới có khả năng liên kết trực tiếp với nền xi măng, tạo hiệu quả chống nước bền vững cho bê tông trong thời gian dài.
Vật liệu phủ gốc ORMOSIL thế hệ mới tạo liên kết hóa học với bê tông, giúp duy trì khả năng chống nước bền vững trong thời gian dài.
Vật liệu mới tạo liên kết trực tiếp với nền xi măng để nâng cao khả năng bảo vệ bê tông
Nước từ lâu được xem là tác nhân gây hư hại nghiêm trọng đối với bê tông do vật liệu này sở hữu cấu trúc mao dẫn với khả năng hấp thụ ẩm tương đối cao. Khi xâm nhập vào kết cấu, nước có thể mang theo nhiều yếu tố ăn mòn như ion chloride, sulfate hoặc thúc đẩy quá trình carbon hóa, từ đó làm giảm độ bền và rút ngắn tuổi thọ công trình.
Trong nhiều năm qua, các giải pháp phủ bề mặt chống thấm cho bê tông đã được phát triển nhằm hạn chế sự xâm nhập của nước. Tuy nhiên, điểm hạn chế phổ biến của phần lớn công nghệ hiện nay nằm ở độ bền chưa cao khi phải tiếp xúc lâu dài với điều kiện môi trường ngoài trời.
Theo nghiên cứu do M. Luna cùng các cộng sự thực hiện và công bố trên tạp chí Progress in Organic Coatings năm 2026, các nhà khoa học đã phát triển một loại vật liệu phủ mới dựa trên dung dịch silica biến tính hữu cơ, còn được gọi là ORMOSIL.
Điểm khác biệt của công nghệ này nằm ở khả năng thẩm thấu sâu vào hệ thống lỗ rỗng và các vi khe nứt bên trong bê tông thay vì chỉ tạo lớp bảo vệ trên bề mặt như các giải pháp thông thường.
Sau khi xâm nhập vào kết cấu, vật liệu sẽ phản ứng trực tiếp với portlandite, tức hợp chất canxi hydroxit tồn tại tự nhiên trong nền xi măng, từ đó hình thành gel canxi silicat hydrat C S H, thành phần liên kết quan trọng quyết định cường độ cơ học của vật liệu xi măng.
Nhóm nghiên cứu cho biết quá trình này tạo ra liên kết hóa học bền vững với nền bê tông thông qua hai cơ chế diễn ra đồng thời, bao gồm phản ứng trực tiếp của tiền chất silica và phản ứng pozzolan của lớp silica sau khi chuyển hóa.
Khác với các lớp phủ truyền thống chỉ bám dính trên bề mặt, cơ chế liên kết hóa học này giúp lớp bảo vệ trở thành một phần của kết cấu vật liệu, qua đó nâng cao đáng kể độ bền lâu dài. Bên cạnh đó, vật liệu còn tạo ra hiệu ứng siêu kỵ nước, tức trạng thái mà nước gần như không thể bám trên bề mặt vật liệu.
Các thử nghiệm trong phòng thí nghiệm trên mẫu vữa xi măng cho thấy lớp phủ đạt góc tiếp xúc nước lên tới 160°, trong khi góc trượt nhỏ hơn 5°. Đây là các thông số cho thấy nước gần như bị đẩy hoàn toàn khỏi bề mặt sau khi tiếp xúc.
Theo nhóm nghiên cứu, khả năng chống nước vượt trội này đến từ sự kết hợp giữa việc giảm năng lượng bề mặt nhờ các thành phần hữu cơ và cấu trúc nano nhám đồng đều được tạo thành bởi các hạt silica kích thước nano phân tán trong dung dịch phủ.
Kết quả thử nghiệm cho thấy khả năng duy trì hiệu quả bảo vệ gần 2 năm ngoài trời
Ngoài các thử nghiệm trong phòng thí nghiệm, công nghệ vật liệu mới còn được kiểm chứng trong điều kiện thực tế trên một công trình tưởng niệm bằng bê tông tại Lithuania. Kết quả theo dõi cho thấy lớp phủ vẫn duy trì hiệu quả bảo vệ sau 21 tháng tiếp xúc trực tiếp với môi trường ngoài trời mà không ghi nhận sự suy giảm đáng kể về khả năng chống nước.nCác thử nghiệm mô phỏng điều kiện mưa lớn trước đó cũng cho thấy lớp phủ tiếp tục duy trì đầy đủ tính năng sau khi chịu tác động liên tục của nước trong thời gian dài.
Theo các nhà khoa học, yếu tố quyết định độ bền của hệ vật liệu này chính là khả năng tạo liên kết hóa học ổn định với nền xi măng, giúp lớp bảo vệ không bị suy giảm nhanh như các giải pháp chống thấm truyền thống vốn chủ yếu chỉ bám dính cơ học trên bề mặt.
Kết quả nghiên cứu cho thấy các vật liệu phản ứng thế hệ mới có thể mở ra hướng tiếp cận hiệu quả hơn cho bài toán bảo vệ công trình bê tông trong dài hạn, đặc biệt với các kết cấu thường xuyên tiếp xúc với môi trường ẩm, mưa hoặc các điều kiện ăn mòn khắc nghiệt.
Đối với ngành xi măng và vật liệu xây dựng, những công nghệ như vậy không chỉ góp phần kéo dài tuổi thọ công trình mà còn giúp giảm nhu cầu sửa chữa, tiết kiệm tài nguyên vật liệu và nâng cao hiệu quả sử dụng của kết cấu bê tông trong toàn bộ vòng đời vận hành.
Buildata (TH/ Progress in Organic Coatings)
