Buzz
Loại thép thông minh này có thể ứng dụng rộng rãi trong nhiều kết cấu bê tông như ban công, mái phẳng hoặc các công trình cần giải pháp gia cố nhẹ nhưng hiệu quả.
Các nhà khoa học Thụy Sĩ vừa ghi nhận bước tiến quan trọng trong việc kéo dài tuổi thọ cầu bê tông xuống cấp, phát triển loại thép “thông minh” co lại khi gia nhiệt, khép kín vết nứt và tăng gấp đôi sức chịu lực.
Hệ thống gia cố này do các nhà nghiên cứu tại Phòng thí nghiệm Liên bang Thụy Sĩ về Khoa học và Công nghệ Vật liệu (Empa) phát triển, kết hợp bê tông siêu bền UHPFRC và hợp kim thép nhớ hình dạng Fe-SMA, nổi bật với khả năng “ghi nhớ” hình dạng ban đầu và tự trở lại trạng thái khi được làm nóng.
Phương pháp mới áp dụng lớp bê tông UHPFRC phủ trực tiếp lên mặt cầu, với cấu trúc đặc, chống thấm và độ bền vượt trội. Thay vì cốt thép truyền thống, nhóm nghiên cứu bố trí các thanh Fe-SMA đã kéo giãn sẵn, khi nung tới khoảng 200°C, các thanh thép co lại về hình dạng ban đầu.
Các thanh thép bị khóa bên trong bê tông, tạo lực nén nội tại thay vì co tự do, khép vết nứt, nâng các phần bị võng và cải thiện khả năng chịu tải của cầu. Cơ chế này cho phép gia cố mà không cần thiết bị kéo căng phức tạp như phương pháp truyền thống.
Angela Sequeira Lemos, nghiên cứu sinh tại phòng thí nghiệm kỹ thuật kết cấu Empa, nhấn mạnh điểm hấp dẫn của công nghệ là sự đơn giản: chỉ cần cố định thanh thép, gia nhiệt và hệ thống tự thực hiện phần còn lại.
Trong các thử nghiệm, sự kết hợp giữa bê tông siêu bền và thép nhớ hình dạng đã phục hồi các tấm sàn cầu hư hỏng, khép kín các vết nứt và tăng gấp đôi khả năng chịu tải.
Kết quả này đặc biệt quan trọng khi nhiều cây cầu ở Thụy Sĩ và châu Âu, xây dựng trước thập niên 1980, đang dần hết tuổi thọ thiết kế. Việc phá bỏ và xây mới vừa tốn kém vừa gây gián đoạn giao thông, nên các giải pháp gia cố hiệu quả, nhanh gọn và ít xâm lấn như công nghệ mới nhận được sự quan tâm.
Để kiểm chứng, nhóm nghiên cứu thử nghiệm trên năm tấm bê tông kích thước thực dài khoảng 5 mét, mô phỏng sàn cầu dạng công-xôn. Trước gia cố, các tấm được tạo vết nứt giả lập hư hỏng thực tế. Một tấm giữ nguyên làm đối chứng, các tấm còn lại gia cố bằng UHPFRC hoặc kết hợp với thép Fe-SMA.
Trong thử nghiệm, các kỹ sư liên tục theo dõi biến dạng kết cấu. Camera kỹ thuật số ghi nhận thay đổi vết nứt bề mặt, trong khi cảm biến sợi quang dọc thanh thép đo biến dạng bên trong. Công nghệ hoạt động như cáp quang viễn thông, nhưng ánh sáng phản xạ được phân tích để xác định chính xác biến dạng vật liệu.
Kết quả cho thấy hệ thống lai mới vượt trội so với gia cố truyền thống dưới điều kiện tải trọng hàng ngày, như lưu lượng xe cộ thông thường. Tuy nhiên, chi phí vật liệu Fe-SMA vẫn cao, nên ưu tiên áp dụng cho các công trình hư hỏng nặng hoặc biến dạng lớn.
Ngoài cầu đường, công nghệ này còn có thể ứng dụng cho nhiều kết cấu bê tông khác như ban công, mái phẳng hoặc các công trình cần giải pháp gia cố nhẹ và gọn.
Dự án được Innosuisse tài trợ, với sự tham gia của nhiều đối tác, gồm Trường Khoa học Ứng dụng Đông Thụy Sĩ, công ty spin-off re-fer của Empa và Hiệp hội Công nghiệp Xi măng Thụy Sĩ.
