Xu hướng sử dụng vật liệu tái chế trong xây dựng đang ngày càng được quan tâm khi ngành công nghiệp vật liệu đối mặt với áp lực giảm khai thác tài nguyên và hạn chế phát thải. Trong bối cảnh đó, các giải pháp tận dụng rác thải nhựa kết hợp phụ gia khoáng và sợi gia cường đang được nghiên cứu nhằm cải thiện đồng thời hiệu quả môi trường và tính năng cơ học của bê tông.
Một nghiên cứu về bê tông sử dụng nhựa EPS tái chế kết hợp microsilica và sợi polypropylene công bố trên tạp chí Scientific Reports cho thấy khả năng cải thiện tính cơ học của vật liệu trong một số điều kiện phối trộn nhất định, đồng thời mở ra hướng tiếp cận mới trong việc tận dụng chất thải nhựa trong xây dựng theo mô hình kinh tế tuần hoàn.
Nhựa EPS là một dạng phế thải phổ biến trong bao bì công nghiệp nhưng có đặc điểm bề mặt trơn và khả năng liên kết kém với hồ xi măng, dẫn đến hình thành vùng tiếp giáp yếu trong cấu trúc bê tông. Điều này làm giảm khả năng chịu lực, đặc biệt là cường độ nén và độ bền lâu dài của vật liệu khi EPS được sử dụng để thay thế cốt liệu truyền thống.
Để khắc phục hạn chế này, nhóm nghiên cứu đã sử dụng đồng thời microsilica và sợi polypropylene tái chế nhằm cải thiện cấu trúc và hành vi cơ học của bê tông. Microsilica giúp làm đặc cấu trúc nền xi măng nhờ hiệu ứng lấp đầy vi mô và phản ứng pozzolan, trong khi sợi polypropylene đóng vai trò liên kết các vết nứt nhỏ, giúp hạn chế lan truyền nứt trong quá trình chịu tải.
Các thí nghiệm được thực hiện với bê tông sử dụng xi măng portland loại II theo tiêu chuẩn ASTM C150, kết hợp cát nghiền, đá dăm tự nhiên, microsilica, sợi polypropylene, phụ gia siêu dẻo và nước sạch. EPS được dùng để thay thế một phần cốt liệu với tỷ lệ từ 5% đến 20% theo thể tích. Microsilica được bổ sung ở mức 10% theo khối lượng xi măng, trong khi sợi polypropylene chiếm 0,5% nhằm tăng cường khả năng chịu kéo và chịu uốn.
Thiết kế cấp phối được xây dựng theo tiêu chuẩn của Viện Bê tông Hoa Kỳ với tổng cộng 17 tổ hợp khác nhau. Các mẫu được đánh giá ở tuổi 7 ngày và 28 ngày nhằm xác định sự phát triển cường độ theo thời gian, đồng thời so sánh giữa các hệ vật liệu có và không có EPS, microsilica và sợi polypropylene.
Kết quả cho thấy khi tăng tỷ lệ EPS, cường độ cơ học của bê tông giảm rõ rệt do sự suy yếu của vùng tiếp giáp giữa hạt EPS và nền xi măng. Ở mức thay thế 20%, cường độ nén có thể giảm tới 78% so với mẫu đối chứng. Tuy nhiên, khi kết hợp EPS với microsilica và sợi polypropylene, tính năng vật liệu được cải thiện đáng kể nhờ hiệu ứng cộng hưởng giữa cấu trúc đặc chắc hơn và khả năng khống chế vết nứt.
Trong các cấp phối được thử nghiệm, hỗn hợp chứa 5% EPS, 10% microsilica và 0,5% sợi polypropylene cho kết quả tốt nhất. Mẫu này cho thấy cường độ uốn tăng khoảng 15% và cường độ kéo tăng 3,6% so với bê tông đối chứng. Đồng thời, vật liệu thể hiện xu hướng phá hoại dẻo hơn thay vì phá hoại giòn, giúp tăng khả năng hấp thụ năng lượng khi chịu tải.
Nghiên cứu này cho thấy tiềm năng sử dụng rác thải EPS trong bê tông khi được kiểm soát tốt về cấp phối và kết hợp hợp lý với phụ gia khoáng và sợi gia cường. Dù vẫn còn hạn chế về suy giảm cường độ khi hàm lượng EPS cao, hướng tiếp cận này mở ra khả năng phát triển các loại bê tông thân thiện môi trường, góp phần giảm áp lực khai thác tài nguyên và hạn chế rác thải nhựa trong ngành xây dựng.
Buildata
