Giới thiệu

Từ thế kỷ XIX, bê tông đã trở thành vật liệu được sử dụng rộng rãi nhất trong lịch sử loài người. Hầu hết các cơ sở hạ tầng kỹ thuật dân dụng đều được xây dựng hoàn toàn hoặc một phần bằng bê tông. Việc sử dụng bê tông ngày càng tăng này là do sự phát minh ra các loại xi măng hiện đại. Mặc dù đã có nhiều cải tiến trong vật liệu sử dụng bằng xi măng, các vết nứt trên bê tông do tải trọng và điều kiện môi trường là nguyên nhân chính làm giảm độ bền và tăng thiệt hại tài chính. Để giảm thiểu vấn đề này, một dự án nghiên cứu đã được khởi động tại Đại học Cambridge nhằm cải thiện khả năng tự phục hồi của các vật liệu kết dính nhằm tạo ra bê tông tự phục hồi.

Trong nghiên cứu này, các khoáng chất tiềm năng (magie, đất sét bentonit, vôi sống) đã được sử dụng trong xi măng, có đặc tính giãn nở khi bất kỳ vết nứt nào hình thanh. Sự mở rộng khoáng chất này lấp đầy vết nứt và kết nối nó theo thời gian.

Thiết bị đo đạc

EVO LS 15 được sử dụng để thu được hình ảnh điện tử thứ cấp (SE) độ nét cao của vật liệu tự hàn gắn cầu nối vết nứt.

Phương pháp thực nghiệm

Các mẫu nhỏ được thu thập từ vùng tự chữa lành vết nứt trong khi cẩn thận không làm xáo trộn bề mặt trên cùng của vùng tự phục hồi. Các mẫu thí nghiệm sau đó được ngâm trong axeton ngay sau khi thu thập và để trong ba ngày để ngừng phản ứng tiếp tục và loại bỏ nước liên kết hóa học. Sau đó, các mẫu được làm khô trong tủ sấy ở 60 ° C trong ba ngày, gắn vào giá  SEM và được phủ vàng để hỗ trợ thu thập chi tiết địa hình trong SEM.

Tất cả hình ảnh thu được trong môi trường chân không cao với năng lượng chùm tia điện tử 12 keV ở khoảng cách làm việc ngắn và sử dụng chế độ phân giải OptiBeam. Đầu dò điện tử thứ cấp EVO (SE) được sử dụng để thu được hình ảnh địa hình có độ phân giải cao của các bề mặt để tiết lộ cấu trúc vi mô.

         Hình 1: Chữa lành vết nứt trên vật liệu kết dính được theo dõi theo thời gian bằng kính hiển vi quang học.

Hình 2:  Mạng lưới cầu nối mở rộng và vết nứt của khoáng chất tự phục hồi được chụp bằng đầu dò ZEISS EVO SE với năng lượng chùm 12 KeV xác nhận sự hình thành cấu trúc giàn giáo Ettringite. Các hợp chất chữa bệnh khác như canxit, portlandite, magnesit mở rộng trong mạng lưới ettringite này, lấp đầy và bắc cầu các vết nứt.

Hình 3: Mạng lưới cầu nối vết nứt và giãn nở khoáng chất tự phục hồi được chụp bằng đầu dò ZEISS EVO SE với năng lượng chùm 12 KeV cho thấy các cấu trúc hyd magneit giống như bông hoa đã được hình thành, bịt kín và chữa lành vết nứt.

Hình ảnh SEM cho thấy cấu trúc vi mô của vật liệu tự phục hồi. Qua hình ảnh có thể thấy cấu trúc cầu được hình thành trong vết nứt được cấu tạo từ hỗn hợp khoáng chất và các vật liệu hàn gắn này có thể được xác định dựa trên kiểu cấu trúc và kiểu hình thành của chúng.

Xi măng được sử dụng phổ biến nhất trong bê tông là Xi măng Pooclăng (PC) có đặc tính ngậm nước và đông cứng nhanh. Các khoáng chất mở rộng (magie, bentonit, vôi sống) hầu như không bị làm khan trong ma trận PC hydrat hóa nhanh. Tuy nhiên, khi một vết nứt hình thành, các khoáng chất mở rộng sẽ có sẵn để phản ứng và kết nối các vết nứt. Các khoáng chất mở rộng đã được sử dụng trong các hỗn hợp xi măng khác nhau cho bê tông tự phục hồi tạo thành các loại hợp chất chữa bệnh khác nhau dựa trên tỷ lệ hỗn hợp của chúng. Điều này là do sự khác biệt về chức năng của những khoáng chất đó trong quá trình tự phục hồi. Magnesia phục vụ cho sự giãn nở và liên kết, bentonite phục vụ cho sự giãn nở và giàn giáo để làm cầu nối cho các khoáng chất mở rộng bị nứt, và vôi sống phục vụ chức năng kết tinh, giúp tăng cường hiệu suất sửa chữa.