Phát minh của Mỹ làm rung chuyển ngành xây dựng cầu đường: Chất phụ gia ‘sống’ giải quyết gọn ơ nứt gãy nhựa đường, triệt ổ gà, tiết kiệm tiền tỷ

Chu kỳ đóng băng – tan băng trong mùa đông tại một số quốc gia gây hư hại nghiêm trọng cho hệ thống đường sá. Việc sửa chữa mỗi năm tiêu tốn hàng tỷ USD.

Nhựa đường nứt gãy, phồng rộp và ổ gà không chỉ gây mất an toàn cho người tham gia giao thông mà còn tạo áp lực lớn lên ngân sách tu sửa cơ sở hạ tầng của chính quyền địa phương, đặc biệt tại các khu vực nơi nhiệt độ thường xuyên dao động quanh ngưỡng đóng băng.

Giờ đây, các nhà nghiên cứu đã tìm ra lời giải cho những con đường bền hơn nhờ một thành phần không ngờ: tảo.

Một nghiên cứu mới cho thấy dầu chiết xuất từ các vi tảo có thể thay thế một phần chất kết dính gốc dầu mỏ trong nhựa đường. Giải pháp này giúp mặt đường linh hoạt hơn, bền hơn và thân thiện với môi trường hơn.

Cách tiếp cận này nhắm vào một trong những điểm yếu lớn nhất của nhựa đường.

Vật liệu lát đường truyền thống dựa vào chất có nguồn gốc từ dầu thô là bitum để kết dính cát và đá. Bitum cho phép mặt đường giãn nở khi trời nóng và co lại khi trời lạnh. Tuy nhiên, ở nhiệt độ thấp, vật liệu này trở nên giòn, dẫn đến các vết nứt lan rộng dưới tác động của xe cộ và độ ẩm.

Để khắc phục vấn đề này, nhóm nghiên cứu do bà Elham Fini dẫn đầu đã phát triển một loại chất kết dính đàn hồi và bền vững được sản xuất từ dầu tảo.

Các nghiên cứu trước đó của nhóm cho thấy dầu có nguồn gốc từ tảo có thể hoạt động tương tự bitum nhưng cho hiệu suất tốt hơn trong điều kiện nhiệt độ thấp.

Trưởng nhóm nghiên cứu Elham Fini nói: “Các hợp chất có nguồn gốc từ tảo có thể cải thiện khả năng chống ẩm, tăng độ linh hoạt và khả năng tự phục hồi của nhựa đường, qua đó kéo dài tuổi thọ mặt đường và giảm chi phí bảo trì”.

Bà nói thêm: “Về dài hạn, nhựa đường từ tảo có thể giúp tạo ra những tuyến đường bền vững hơn, có khả năng chống chịu cao hơn và thân thiện hơn với môi trường”.

Dựa trên những kết quả này, các nhà nghiên cứu đã sử dụng mô hình máy tính để phân tích dầu từ bốn loài tảo khác nhau. Mục tiêu là xác định loại dầu có thể trộn tốt với các thành phần rắn của nhựa đường và vẫn duy trì hiệu quả trong điều kiện đóng băng.

Kết quả là dầu chiết xuất từ vi tảo nước ngọt Haematococcus pluvialis cho thấy khả năng chống biến dạng vĩnh viễn cao nhất dưới áp lực giao thông mô phỏng.

Loại dầu này cũng giúp bảo vệ tốt hơn trước các hư hại do độ ẩm, yếu tố gây ra ổ gà.

Các thử nghiệm trong phòng thí nghiệm tiếp tục đẩy vật liệu đến giới hạn mới. Nhóm nghiên cứu đã cho các mẫu nhựa đường có bổ sung dầu tảo chịu tải giao thông lặp đi lặp lại, cùng với các chu kỳ đóng băng – tan băng, nhằm mô phỏng điều kiện thực tế tại các vùng khí hậu lạnh.

Kết quả cho thấy sự khác biệt rõ rệt. Mặt đường sử dụng chất kết dính từ tảo cải thiện tới 70% khả năng phục hồi biến dạng so với nhựa đường dùng chất kết dính dầu thô truyền thống.

Ngoài độ bền, tác động môi trường của công nghệ này cũng rất đáng chú ý. Nhóm nghiên cứu ước tính rằng chỉ cần thay thế 1% chất kết dính gốc dầu mỏ bằng vật liệu từ tảo, lượng phát thải carbon ròng từ nhựa đường có thể giảm 4,5%.

Nếu tỷ lệ thay thế đạt khoảng 22%, mặt đường nhựa về mặt lý thuyết có thể đạt trạng thái trung hòa carbon.

Nhóm nghiên cứu cho biết công nghệ này có thể mang lại các tuyến đường hiệu suất cao mà không làm tăng nhiều chi phí, đồng thời giúp cắt giảm phát thải từ một trong những vật liệu xây dựng được sử dụng rộng rãi nhất trên thế giới.

Nghiên cứu này được tài trợ bởi Bộ Năng lượng Mỹ.

Theo IE