Các nhà nghiên cứu tại Viện Kỹ thuật Xây dựng và Môi trường của Mỹ đang tìm kiếm công thức sản xuất bê tông - vật liệu nhân tạo được sử dụng rộng rãi nhất trên thế giới, bằng phương pháp mới của tự nhiên.

Trong một báo cáo mới được công bố trên Tạp chí Xây dựng và Vật liệu, nhóm đã nghiên cứu mối tương quan giữa xi măng – thành phần kết dính trong bê tông với cấu trúc và tính chất của vật liệu tự nhiên như xương, vỏ sò, bọt biển. Các nhà nghiên cứu đã quan sát được rằng, những vật liệu sinh học này đặc biệt mạnh mẽ và bền, nhờ cấu trúc chặt chẽ từ phân tử đến vĩ mô.

Từ quan sát này, nhóm nghiên cứu đã đưa ra đề xuất mới về công thức cho xi măng. Nhóm nghiên cứu hy vọng việc xác định được những vật liệu trong tự nhiên có thể trở thành lựa chọn thay thế bền vững và lâu dài cho xi măng Portland. Giáo sư Oral Buyukozturk, trưởng nhóm nghiên cứu cho biết, nếu có thể thay thế một phần hay hoàn toàn xi măng bằng một vật liệu dễ dàng tìm thấy trong tự nhiên thì chúng ta có thể đáp ứng được mục tiêu phát triển bền vững trong xây dựng.

Việc kết hợp lý thuyết, tính toán, tổng hợp và các phương pháp mô tả đặc điểm đã “kích hoạt” sự chuyển đổi mô hình có thể thay đổi hoàn toàn cách chúng ta sản xuất loại vật liệu phổ biến này. Vật liệu này có thể tạo ra những con đường, cây cầu hay công trình bền vững hơn, giảm lượng phát thải carbon và tiết kiệm năng lượng, thậm chí còn cho phép chúng ta cô lập được carbon dioxide. Áp dụng công nghệ nano trong bê tông là một ví dụ điển hình để mở rộng quy mô công nghệ, giải quyết những thách thức về kỹ thuật.

Để bắt đầu phát triển những công nghệ mới từ mối tương quan giữa vật liệu sinh học và xi măng, các nhà khoa học cần nghiên cứu các tính chất cơ học và đặc tính siêu nhỏ của vật liệu. Các nhà khoa học đã tìm ra sự kết nối về cấu trúc vật liệu và tính chất cơ học. Ví dụ như họ đã phát hiện ra rằng cấu trúc của miếng bọt biển giống như các lớp silica cung cấp một cơ chế để ngăn ngừa các vết nứt gãy bê tong; hay xà cừ có một sự kết nối như gạch và vữa trong cấu trúc, có thể tạo ra sự liên kết mạnh mẽ giữa các lớp khoáng, làm cho vật liệu có độ kết dính cao.

Áp dụng những thông tin mà các nhà khoa học đã nghiên cứu đối với vật liệu sinh học cũng như về cấu trúc xi măng hiện có, nhóm đã phát triển ra một khung thiết kế cho vật liệu này. Khung cơ bản tập hợp những hướng dẫn của các kỹ sư giúp xác định phụ gia hoặc các thành phần nhất định ảnh hưởng đến độ mạnh, độ bền của xi măng về tổng thể.