Những vết nứt bêtông trên cầu xuất hiện theo thời gian

Quá trình AAR làm xuất hiện một dạng vật liệu chiếm nhiều diện tích hơn so với bêtông ban đầu và dần dần gây ra những vết nứt bêtông từ bên trong.

Cấu trúc chính xác của vật liệu này đã được các nhà nghiên cứu khám phá ra. Họ đã chứng minh nguyên tử có mật độ dày đặc tạo thành tinh thể. Cấu trúc tinh thế này còn được gọi là silicat. Qua các phép đo thực hiện ở Swiss Light Source SLS, PSI, các nhà nghiên cứu đã khám phá ra cấu trúc này. Kết quả nghiên cứu có thể giúp định hướng phát triển loại bêtông bền vững hơn trong tương lai.

Cụ thể, AAR là một phản ứng hóa học có ảnh hưởng tới kết cấu bêtông ngoài trời trên khắp thế giới. Phản ứng này xảy ra khi bêtông tiếp xúc với hơi ẩm hoặc nước. Hiện nay, có đến 20% trong các đập tại Thụy Sĩ bị ảnh hưởng bởi AAR.

Phản ứng tác động tới thành phần cơ bản trong bêtông là ximăng (có chứa những kim loại kiềm như kali và natri). Khi độ ẩm từ nước mưa xâm nhập vào trong bêtông gây ra phản ứng kim loại kiềm.

Trong bêtông, thành phần chính thứ hai là sỏi, cát chứa những khoáng chất như fenspat hoặc thạch anh. Kiềm phản ứng với silicat tạo nên kiềm calcium silicate hydrate hấp thụ nước nhiều hơn, lâu dần tạo nên các vết nứt bêtông từ bên trong. Đó là toàn bộ quá trình AAR.

Thông thường, AAR diễn ra rất chậm nên những vết nứt ban đầu chỉ nhỏ và mô hình với mắt thường. Song, từ 3-4 thập kỷ, những vết nứt đã mở rộng đáng kể và gây nguy hiểm cho sự bền vững tất cả kết cấu bêtông.

Các nhà nghiên cứu đã dùng mẫu vật liệu từ cây cầu chịu phản ứng AAR, những mẫu sau đó được đưa tới Swiss Light Source SLS, đồng thời chiếu xạ bằng chùm tia x-ray mỏng, hẹp hơn 50 lần sợi tóc người.

Họ thực hiện phép đo nhiễu xạ, phân tích dữ liệu phức tạp, cuối cùng đã xác định được cấu trúc tinh thể của vật liệu với độ chính xác cao. Andreas Leemann, trưởng nhóm nghiên cứu công nghệ bêtông ở Empa, cho hay kết quả này mới cung cấp một cơ sở khoa học để mở đường cho sự phát triển một vật liệu xây dựng mới.