Vật liệu phụ gia Nano:Tương lai mới của bảo trì đường bộ

Quá trình sửa chữa đường trong tương lai sẽ được rút gọn bằng phụ gia nano

Với khả năng dễ phát sinh dưới tác động của phương tiện và môi trường..., chi phí sửa chữa cao cùng với những nguy hiểm tiềm tàng, “ổ gà” hiện đang là một trong những vấn đề lớn nhất đối với các quốc gia sở hữu nhiều tuyến đường bộ.

Theo báo cáo tình trạng TNGT tại Hoa Kỳ, trong năm trở lại, “ổ gà” đã khiến cho 16 triệu tài xế Mỹ bị hư hại phương tiện, trong đó bao gồm thủng lốp, chấn động giảm xóc, cong vành bánh xe. Theo ước tính, thiệt hại do “ổ gà” trên đường khiến cho ngành Bảo hiểm của Mỹ thất thoát 3 tỷ USD/năm nhằm khắc phục hậu quả trên các phương tiện. Báo cáo của Ủy ban ATGT Quốc gia Hoa Kỳ cho biết, để có thể sửa chữa toàn bộ “ổ gà” theo phương pháp truyền thống của các quốc gia trên thế giới, Chính phủ nước này cần tới lượng ngân sách khổng lồ lên đến 17 tỷ USD.

Tại Ấn Độ, số lượng người chết do tai nạn liên quan đến hư hại đường sá lên tới 3.000 người/năm, khiến cho việc sửa chữa các tuyến đường hư hỏng ngày càng cấp bách.

Để khắc phục tình trạng xuất hiện “ổ gà” và giảm thiểu chi phí sửa chữa, vừa qua các nhà khoa học tại Phòng Thí nghiệm Vật liệu cấu trúc phức tạp thuộc Viện Khoa học Vật liệu Thụy Sỹ đã công bố thử nghiệm phương pháp sử dụng vật liệu phụ gia nano từ tính nhằm giúp nhựa đường trong tương lai có khả năng tự chữa lành hư hại.

Công nghệ nano (nanotechnology) là ngành công nghệ liên quan đến việc thiết kế, phân tích, chế tạo và ứng dụng các cấu trúc, thiết bị và hệ thống bằng việc điều khiển hình dáng, kích thước trên quy mô nanomet (nm, 1nm = 10-9m). Ranh giới giữa công nghệ nano và khoa học nano đôi khi không rõ ràng, tuy nhiên chúng đều có chung đối tượng là vật liệu nano. Công nghệ nano bao gồm: Cơ sở khoa học nano; phương pháp quan sát và can thiệp ở quy mô nanomet; chế tạo vật liệu nano; ứng dụng vật liệu nano.

Đối với sửa chữa và bảo trì đường, phương pháp nano được áp dụng dựa trên quá trình trộn lẫn các hạt nano hợp nhất với các chất kết dính bitumen, qua đó sử dụng nhiệt độ để làm nóng chất kết dính để tạo độ mềm. Chất phụ gia sau quá trình làm nóng sẽ được đổ vào các “ổ gà” nhằm lấp đầy các vết nứt. Độ chính xác và hiệu quả của phương pháp này dựa trên sự tính toán chính xác lượng hạt nano oxit sắt cần thiết để trộn với phụ gia bitumen. Sản phẩm được trộn thành công sẽ có độ dính cao, màu đen và có khả năng bám dính tốt nhằm duy trì vị trí của lớp nhựa đường sau khi vật liệu nano được đưa vào “ổ gà”. Vật liệu phụ gia nano sau khi được đun nóng sẽ có khả năng thẩm thấu cao vào các vết nứt do “ổ gà” gây ra, làm đầy các khe nứt nhỏ, tạo ra hiệu ứng tự sửa chữa.

 Đối với những con đường thường xuyên có phương tiện đi lại, sự tác động liên tục từ áp lực cơ học và ảnh hưởng của môi trường, vật liệu nano sẽ ngăn ngừa hoàn toàn sự xuất hiện của các vết nứt trong tương lai. Bên cạnh đó, tuổi thọ của vật liệu này có thể được kéo dài một cách dễ dàng bằng cách cho các tuyến đường tiếp xúc với trường điện từ một năm một lần.

Giáo sư Etienne Jeoffroy thuộc Chương trình Nghiên cứu vật liệu phụ gia nano cho biết, vật liệu này sẽ rút gọn thời gian sửa chữa đường sá trong tương lai từ vài ngày xuống chỉ còn vài giờ. Tuy nhiên, để đạt được khả năng tự chữa lành vết nứt cao nhất, toàn bộ con đường trong tương lai sẽ cần được xây dựng bằng cách sử dụng phụ gia bitumen công nghệ nano. Hạt nano từ tính nhúng được đưa vào nhựa đường trong quá trình chuẩn bị và sau đó được phủ lên bề mặt đường.

Theo báo cáo thử nghiệm từ đội nghiên cứu, phương pháp này không yêu cầu công nhân sửa chữa đường phải có trình độ cao, lượng máy móc sử dụng trong quá trình đưa vật liệu phụ gia nano cũng chỉ nằm ở mức tối thiểu. Các đội sửa chữa chỉ cần sử dụng một chiếc xe tải chứa thiết bị tạo từ trường và các cuộn dây từ trường lớn nhằm đảm bảo khả năng từ trường bao phủ tối đa diện tích mặt đường. Từ trường sẽ làm nóng bề mặt con đường đến nhiệt độ hoàn hảo nhằm tăng khả năng bám dính của phụ gia đưa vào, qua đó giảm thiểu chi phí sản xuất, sửa chữa đường so với các phương pháp truyền thống hiện tại. Bên cạnh đó, chất phụ gia nano có thể được phủ lên bề mặt các tuyến đường nhằm tạo thêm một lớp bảo vệ nhằm ngăn ngừa hư hại trong quá trình sử dụng đường lâu dài. Trong tương lai, những chiếc xe được trang bị máy phát từ trường chỉ cần di chuyển trên các con đường, khiến cho các hạt nano chuyển động dưới tác động của từ trường và quá trình tự sửa chữa vết nứt của đường sẽ được bắt đầu mà không cần đến bàn tay con người.

Hiện tại, phương pháp này vẫn đang dừng ở quá trình thử nghiệm ban đầu. Các nhà nghiên cứu đang tiến hành tìm kiếm phương pháp và nhà sản xuất nhằm mở rộng quá trình sản xuất vật liệu phụ gia nano trên quy mô lớn hơn để giảm thiểu chi phí sản xuất và gia tăng khả năng áp dụng vào đời sống thực tế. Vật liệu phụ gia nano sẽ còn phải đối mặt với nhiều bài kiểm tra khắc nghiệt từ các tổ chức, chính phủ trước khi được áp dụng rộng rãi. Nếu thành công, vật liệu này sẽ mang lại một “cuộc cách mạng” mới trong lĩnh vực xây dựng và bảo trì đường bộ