Phát minh có thể làm rung chuyển ngành xây dựng: Nhựa đường thêm ‘chất phụ gia’ cứng hơn thép 200 lần, giải quyết gọn ổ gà, nứt gãy

Đây có thể trở thành bước ngoặt cho tương lai ngành xây dựng đường bộ.

Một thử nghiệm tại Anh cho thấy nhựa đường pha graphene có khả năng vượt trội so với nhựa đường thông thường.

Vật liệu thí nghiệm này mang tên Gipave, được thử tại hạt Essex, ngoại ô London. Giới chức địa phương cho biết vật liệu mới có độ bền và khả năng chịu lực cao hơn đáng kể so với mặt đường truyền thống.

Mỗi năm, chính phủ các nước chi khoản ngân sách khổng lồ để duy trì và tu sửa đường sá. Riêng năm 2021, Mỹ chi 206 tỷ USD cho sửa chữa cao tốc và đường phố, tương đương khoảng 6% tổng chi tiêu công, nhưng tình trạng xuống cấp vẫn tiếp diễn.

Các ổ gà, vết nứt và mặt đường bị bào mòn không chỉ gây phiền toái, chúng gây thiệt hại hàng tỷ USD chi phí sửa chữa phương tiện hư hỏng do đi vào đoạn đường xấu.

Nhựa đường truyền thống vốn được tạo từ cốt liệu đá trộn với bitum - chất kết dính có nguồn gốc dầu mỏ và có độ nhớt cao. Qua thời gian, hỗn hợp này suy giảm khả năng chịu lực dưới tác động của xe cộ và thời tiết, tạo ra các vết nứt và ổ gà.

Graphene xuất hiện như lời giải cho một bài toán khó. Đây là vật liệu siêu nhẹ nhưng lại cứng hơn thép gấp 200 lần. Graphene được cấu tạo từ nguyên tử carbon sắp xếp theo mạng lưới tổ ong, giúp vật liệu vừa bền, nhẹ, linh hoạt, dẫn điện và dẫn nhiệt tốt. Từ khi được thương mại hóa từ đầu những năm 2000, graphene đã được ứng dụng trong bán dẫn, pin, hàng không vũ trụ và lưu trữ năng lượng.

Nhận thấy tiềm năng trong hạ tầng, các kỹ sư tại Essex triển khai dự án thí điểm từ năm 2022 để thử nghiệm nhựa đường pha graphene, gọi là Gipave. Đội kỹ thuật công trình của hạt đã rải 165 tấn Gipave lên một làn đường dẫn vào cao tốc gần London. Làn bên cạnh dùng nhựa đường tiêu chuẩn để so sánh.

Khi các kỹ sư khoan lấy mẫu lõi nhựa đường để kiểm tra, kết quả rất đáng kinh ngạc. Nhựa đường có bổ sung graphene cho thấy độ cứng tăng 10% và khả năng chống thấm nước tốt hơn 20% so với vật liệu thông thường.

Đáng chú ý hơn, khi Gipave bị nứt, phần bị phá vỡ là cốt liệu đá chứ không phải lớp bitum hay mối liên kết giữa các vật liệu. Điều này cho thấy graphene đã tăng cường đáng kể cấu trúc mặt đường. Gipave không chỉ bền hơn mà còn an toàn và bền vững hơn theo thời gian.

Nhược điểm lớn nhất hiện nay là chi phí. Theo ước tính của kỹ sư, Gipave có giá khoảng 0,3 USD mỗi foot vuông. Khi tính toán vào thực tế, với tổng 4,2 triệu dặm đường cao tốc tại Mỹ, nhiều đoạn còn có trên 4 làn, chi phí để rải Gipave trên toàn mạng lưới đường cao tốc ước tính lên tới 124,3 tỷ USD.

Dù vậy, những người ủng hộ cho rằng việc triển khai có chọn lọc, chẳng hạn trên các tuyến giao thông mật độ cao hoặc dùng để sửa ổ gà, có thể mang lại lợi ích dài hạn nhờ giảm chi phí bảo trì và kéo dài tuổi thọ mặt đường.

Theo Wonderful Engineering