Từ những lần chứng kiến nước mưa tràn ngập đường phố gần nhà, Luca Durham - học sinh lớp 6 tại thành phố Miami (bang Florida, Mỹ) - đã nảy ra ý tưởng phát triển một loại bê tông có khả năng hấp thụ nước, thay vì đẩy nước chảy tràn trên bề mặt như bê tông truyền thống.

Dự án giúp Luca giành giải Lemelson Award for Emerging Inventor, giải thưởng dành cho các nhà sáng chế trẻ do tổ chức Society for Science trao tặng tại Hội chợ Khoa học và Kỹ thuật Nam Florida (South Florida Science and Engineering Fair).

Ý tưởng bắt nguồn từ trận mưa

Theo Society for Science, ý tưởng đến với Luca sau khi em quan sát nước mưa từ gara của một ngôi nhà gần đó tràn xuống đường, tạo thành vùng ngập nhỏ mỗi khi có mưa lớn.

Thay vì coi đây là điều bình thường, cậu học sinh đặt câu hỏi vì sao bê tông lại khiến nước chảy đi thay vì thấm xuống đất. Từ đó Luca bắt đầu tìm hiểu đặc tính của bê tông truyền thống và thử nghiệm nhiều công thức, nhằm tạo ra vật liệu có khả năng thoát nước tốt hơn nhưng vẫn đảm bảo độ bền.

"Tôi muốn tìm những chất phụ gia giúp bê tông thoát nước nhưng vẫn đủ chắc chắn", Luca chia sẻ.

Biến rác thải thành vật liệu xây dựng

Trong quá trình nghiên cứu, Luca thử sử dụng nhiều loại vật liệu thường bị bỏ đi như vỏ hàu nghiền nhỏ và than củi.

Theo Luca, hình dạng gồ ghề của vỏ hàu giúp tạo thêm các khoảng rỗng bên trong bê tông, qua đó tạo đường dẫn để nước thấm xuống nền đất. Trong khi đó than củi với cấu trúc xốp tự nhiên có thể hỗ trợ lọc nước khi nước đi qua lớp bê tông.

Đá dăm cũng được bổ sung nhằm tăng khả năng chịu lực và cải thiện hiệu quả thoát nước.

Việc tận dụng các vật liệu vốn bị xem là rác thải không chỉ hướng đến giảm chi phí sản xuất mà còn góp phần tái sử dụng chất thải, giảm tác động đến môi trường.

Luca đã thử nghiệm nhiều tỉ lệ phối trộn khác nhau để đánh giá khả năng thấm nước và độ bền của từng mẫu bê tông.

Điều đáng chú ý là hỗn hợp cho kết quả tốt nhất lại không phải công thức sử dụng vỏ hàu hay than củi.

Theo kết quả nghiên cứu, mẫu bê tông có hiệu suất cao nhất gồm khoảng 30% đất tảo cát (diatomaceous earth) - loại vật liệu tự nhiên có khả năng hút nước tốt - kết hợp với 70% xi măng và đá dăm.

Dù vậy vỏ hàu và than củi vẫn được xem là những vật liệu tiềm năng trong quá trình nghiên cứu, góp phần mở ra hướng tận dụng chất thải làm phụ gia cho bê tông thấm nước.

Hiện Luca cho biết sẽ tiếp tục cải tiến công thức bằng cách bổ sung sợi carbon nhằm tăng khả năng chịu lực, hướng tới giải quyết hạn chế lâu nay của bê tông thấm nước là độ bền chưa cao.

Giải quyết bài toán đường ngập

Miami là một trong những thành phố của Mỹ thường xuyên đối mặt với tình trạng ngập lụt do mưa lớn, triều cường và mực nước biển dâng.

Quá trình đô thị hóa khiến diện tích bề mặt không thấm nước như bê tông và nhựa đường ngày càng tăng, làm nước mưa khó thấm xuống đất và nhanh chóng gây ngập cục bộ.

Theo các chuyên gia, bê tông thấm nước không phải công nghệ mới. Loại vật liệu này đã được ứng dụng tại nhiều quốc gia cho vỉa hè, bãi đỗ xe và các tuyến đường có lưu lượng phương tiện thấp nhằm giảm lượng nước chảy tràn và bổ sung nước ngầm.

Tuy nhiên bê tông thấm nước vẫn tồn tại một số hạn chế như dễ bị tắc các lỗ rỗng theo thời gian và có cường độ chịu lực thấp hơn bê tông thông thường.

Dự án của Luca được đánh giá là một hướng nghiên cứu nhằm cải thiện những hạn chế này thông qua việc tìm kiếm các phụ gia giá rẻ, thân thiện với môi trường và có nguồn gốc từ vật liệu tái chế.

Theo Society for Science, việc một học sinh mới học lớp 6 thực hiện được dự án này cho thấy những vấn đề thực tế trong cuộc sống có thể trở thành nguồn cảm hứng cho các ý tưởng khoa học, nếu được tiếp cận bằng tư duy quan sát và nghiên cứu.

Con đường làm từ hạt ô liu, không dễ bị nứt nẻ hay hình thành ổ gà

Barcelona (Tây Ban Nha) sắp thử nghiệm nhựa đường sử dụng than sinh học từ hạt ô liu và sinh khối cây thông. Con đường mới được kỳ vọng giúp giảm tới 76% lượng khí thải CO₂ so với vật liệu truyền thống, đồng thời tăng độ bền mặt đường.