Vật liệu xi măng đóng vai trò quan trọng trong kết cấu bao che của các công trình đặc biệt như nhà máy điện hạt nhân hay cơ sở y tế sử dụng bức xạ. Trong nghiên cứu mới nhất, các nhà khoa học tại Viện Công nghệ Ấn Độ (IIT) Guwahati đã phát triển một loại vữa xi măng cải tiến có khả năng tăng cường độ bền cơ học và nâng cao hiệu quả chắn bức xạ.
Nghiên cứu tại Viện Công nghệ Ấn Độ Guwahati đã thực hiện thử nghiệm cải tiến vữa xi măng bằng cách bổ sung các hạt vi mô nhằm tăng cường khả năng bảo vệ trước các trường bức xạ hỗn hợp.
Nghiên cứu do Giáo sư Hrishikesh Sharma thuộc khoa Kỹ thuật xây dựng của Viện Công nghệ Ấn Độ Guwahati dẫn dắt. Nhóm nghiên cứu tập trung cải tiến vữa xi măng vốn là thành phần cơ bản trong nhiều kết cấu bê tông hiện nay. Thay vì tìm kiếm một loại vật liệu hoàn toàn mới, các nhà khoa học lựa chọn cách nâng cao tính năng của vật liệu truyền thống bằng việc điều chỉnh thành phần vi cấu trúc.
Trong quá trình thử nghiệm, 4 loại hạt vi mô đã được bổ sung vào vữa xi măng gồm boron oxide, lead oxide, bismuth oxide và tungsten oxide. Các hạt này được thêm vào với hàm lượng nhỏ nhằm đánh giá tác động của chúng đối với cường độ nén của vữa sau 28 ngày cũng như khả năng cản trở các dạng bức xạ khác nhau.
Kết quả nghiên cứu cho thấy mỗi loại vi hạt mang lại những ảnh hưởng khác nhau đối với cấu trúc vật liệu. Một số hạt giúp tăng mật độ vật liệu, trong khi những hạt khác cải thiện khả năng hấp thụ và suy giảm bức xạ. Khi được thiết kế hợp lý, hỗn hợp vữa xi măng có thể đồng thời đảm bảo độ bền cơ học và khả năng chắn bức xạ hiệu quả.
Các thí nghiệm cũng cho thấy loại vữa này có thể hạn chế sự xuyên qua của tia gamma và neutron, 2 dạng bức xạ phổ biến trong các cơ sở hạt nhân. Nhờ vậy, vật liệu có tiềm năng được sử dụng trong các cấu trúc bao che nhằm giảm nguy cơ rò rỉ phóng xạ ra môi trường.
Theo nhóm nghiên cứu, việc cải thiện khả năng chịu tải, chịu nhiệt và chống bức xạ của vật liệu xi măng có ý nghĩa quan trọng đối với an toàn của các công trình hạ tầng hạt nhân. Các kết cấu bao che tại nhà máy điện hạt nhân phải duy trì độ bền và tính ổn định trong điều kiện môi trường khắc nghiệt, bao gồm tác động cơ học, nhiệt độ cao và trường bức xạ kéo dài.
Loại vữa xi măng cải tiến này được kỳ vọng có thể hỗ trợ xây dựng các cơ sở hạt nhân an toàn hơn, từ nhà máy điện hạt nhân quy mô lớn đến các lò phản ứng module nhỏ và lò phản ứng cỡ nhỏ. Ngoài ra, vật liệu cũng có thể được ứng dụng tại các cơ sở y tế sử dụng thiết bị xạ trị hoặc các khu vực cần kiểm soát phơi nhiễm bức xạ.
Nhóm nghiên cứu cho biết bước tiếp theo là mở rộng công thức vữa sang thiết kế bê tông hoàn chỉnh và tiến hành thử nghiệm ở cấp độ cấu kiện bê tông cốt thép. Đồng thời, các nhà khoa học cũng đang tiếp tục tối ưu hóa hàm lượng vi hạt nhằm đạt được sự cân bằng giữa cường độ cơ học, tính công tác, độ bền lâu và khả năng chắn bức xạ của vật liệu.
Mục tiêu dài hạn của nghiên cứu là phát triển thế hệ vật liệu xi măng mới có khả năng hoạt động ổn định trong môi trường khắc nghiệt và đảm bảo hiệu quả bảo vệ trước các trường bức xạ hỗn hợp. Nhóm nghiên cứu hiện đang tìm kiếm sự hợp tác từ các cơ quan năng lượng hạt nhân, các nhà sản xuất vật liệu xây dựng và doanh nghiệp tham gia phát triển hạ tầng hạt nhân nhằm tiến tới thử nghiệm thực tế và triển khai ứng dụng trong tương lai.
Buildata
