Phát minh vật liệu mới làm rung chuyển ngành xây dựng: tạo ra nhựa đường tự vá vết nứt, tiết kiệm tiền tỷ chi phí sửa chữa

Các nhà khoa học đang phát triển một loại nhựa đường có khả năng tự phục hồi những vết nứt nhỏ trước khi chúng phát triển thành ổ gà. Vật liệu sử dụng các bào tử thực vật chứa dầu tái chế, có thể giải phóng dầu dưới áp lực của phương tiện giao thông, giúp làm mềm nhựa đường và bịt kín khu vực hư hỏng.

Theo The Guardian, nghiên cứu là sự hợp tác giữa các nhà khoa học thuộc Đại học Swansea, Đại học King's College London và Google Cloud. Các thử nghiệm trong phòng thí nghiệm cho thấy vật liệu có thể sửa chữa những vết nứt nhỏ trong khoảng một giờ. Tiến sĩ Jose Norambuena-Contreras thuộc Đại học Swansea cho biết công nghệ này có tiềm năng giúp kéo dài tuổi thọ mặt đường thêm 30%.

Ý tưởng trên hướng đến giải quyết một trong những vấn đề tốn kém của công tác bảo trì đường bộ tại Vương quốc Anh. Ổ gà không chỉ làm hư hỏng phương tiện, tăng chi phí sửa chữa mà còn gây nguy hiểm cho người tham gia giao thông. Thay vì chờ mặt đường xuống cấp rồi mới khắc phục, vật liệu tự phục hồi được thiết kế để xử lý các vết nứt ngay từ giai đoạn đầu.

Trong kết cấu mặt đường nhựa, bitum đóng vai trò liên kết các thành phần khoáng chất. Theo thời gian, bitum có thể cứng lại, khiến bề mặt đường dễ nứt dưới tác động của tải trọng giao thông. Nước thấm qua các vết nứt , kết hợp với chu kỳ đóng băng và tan băng, có thể khiến hư hỏng ngày càng nghiêm trọng và hình thành ổ gà.

Để hạn chế quá trình này, các nhà nghiên cứu đưa những bào tử thực vật có cấu trúc xốp, chứa dầu tái chế, vào hỗn hợp nhựa đường . Khi phương tiện đi qua tạo áp lực, các bào tử có thể giải phóng dầu. Dầu làm mềm bitum xung quanh, giúp vật liệu dịch chuyển vào vết nứt và bịt kín khu vực bị hư hỏng.

Nghiên cứu được xây dựng trên nền tảng công trình công bố năm 2022 trên tạp chí ACS Applied Materials & Interfaces. Khi đó, các nhà khoa học khảo sát khả năng sử dụng bào tử của loài Lycopodium clavatum làm lớp chứa và bảo vệ dầu phục hồi.

Nhóm nghiên cứu thử nghiệm nhiều phương pháp đưa dầu hướng dương vào bên trong bào tử. Phương pháp đóng gói chân không đạt hiệu suất 93,02 ± 3,71%, cao nhất trong số các phương pháp được kiểm tra. Các vi nang thu được vẫn ổn định ở nhiệt độ lên tới 204°C. Trong một thí nghiệm sử dụng phương pháp huỳnh quang, mẫu nhựa đường cũ có thể tự hàn gắn vết nứt trong khoảng 50 phút.

Tuy nhiên, kết quả năm 2022 không đồng nghĩa với việc vật liệu đã sẵn sàng ứng dụng ngoài thực tế. Công trình này chủ yếu khảo sát phương pháp chế tạo vi nang và hiệu suất của chúng, trong khi nghiên cứu được đề cập sau đó tập trung vào việc phát triển vật liệu mặt đường có khả năng tự phục hồi và tiềm năng ứng dụng.

Bên cạnh thử nghiệm vật liệu , nhóm nghiên cứu sử dụng máy học để tìm hiểu cách các phân tử hữu cơ di chuyển trong nhựa đường và phản ứng của vật liệu khi xuất hiện vết nứt . Đây là yếu tố quan trọng, bởi hiệu quả tự phục hồi phụ thuộc vào khả năng dầu di chuyển đến khu vực hư hỏng và giúp nhựa đường lấp đầy khe nứt.

Theo The Guardian, các nhà nghiên cứu kỳ vọng công nghệ có thể được sản xuất ở quy mô lớn để sử dụng trên các tuyến đường tại Anh trong vòng vài năm. Cơ quan Đường cao tốc Quốc gia Anh cũng đã xác định mặt đường tự sửa chữa là một trong những công nghệ tiềm năng để cải thiện hoạt động bảo trì.

Nếu chứng minh được hiệu quả trong điều kiện thực tế, công nghệ này có thể giúp giảm nhu cầu sửa chữa đường thường xuyên. Theo Hiệp hội Ô tô Anh (AA), người lái xe tại nước này đã chi 579 triệu bảng Anh (khoảng 19.000 tỷ đồng) để sửa chữa phương tiện bị hư hại do ổ gà trong năm 2024, tăng so với mức 474 triệu bảng Anh của năm 2023.