I. Tổng quan về hiện tượng biến dạng nứt vỡ trong bê tông xi măng
Bê tông là vật liệu xây dựng phổ biến, nhưng hiện tượng nứt vỡ trong bê tông xi-măng là một vấn đề nghiêm trọng. Khi chịu tải trọng, bê tông có thể xuất hiện các vết nứt do nội ứng suất. Các vết nứt này không chỉ ảnh hưởng đến tính bền của cấu kiện mà còn làm giảm khả năng chịu lực của bê tông. Việc nghiên cứu và hiểu rõ cơ chế hình thành vết nứt là rất quan trọng để phát triển các giải pháp khắc phục. Các nguyên nhân gây nứt bao gồm co ngót do thủy hóa, chênh lệch nhiệt độ và từ biến. Những yếu tố này dẫn đến sự hình thành các vết nứt nhỏ, có thể phát triển thành các vết nứt lớn hơn nếu không được xử lý kịp thời.
1.1. Nội ứng suất xuất hiện trong vật liệu bê tông
Nội ứng suất trong bê tông là một yếu tố quan trọng ảnh hưởng đến sự hình thành vết nứt. Khi bê tông chịu tải trọng, các ứng suất này có thể vượt quá giới hạn chịu lực của vật liệu, dẫn đến hiện tượng nứt vỡ. Quá trình này diễn ra từ từ và liên tục, và các vết nứt có thể xuất hiện ngay cả khi bê tông chưa chịu tải. Việc hiểu rõ về nội ứng suất giúp các kỹ sư thiết kế các cấu kiện bê tông có khả năng chịu lực tốt hơn và giảm thiểu rủi ro nứt vỡ.
II. Cơ chế tự liền sinh học
Cơ chế tự liền sinh học là một phương pháp mới trong việc khắc phục vết nứt trong bê tông. Phương pháp này sử dụng vi khuẩn để tạo ra các sản phẩm khoáng như calcite, giúp lấp đầy các vết nứt. Vi khuẩn Bacillus subtilis HU58 được lựa chọn vì khả năng tổng hợp calcite hiệu quả. Khi vi khuẩn này được đưa vào bê tông, chúng sẽ hoạt động trong môi trường ẩm ướt và tạo ra calcite, từ đó giúp tự liền các vết nứt. Nghiên cứu cho thấy rằng bê tông có chứa vi khuẩn có khả năng tự liền tốt hơn so với bê tông thông thường.
2.1. Bản chất hóa lý của quá trình tạo calcite
Quá trình tạo calcite từ vi khuẩn là một hiện tượng sinh học thú vị. Vi khuẩn Bacillus subtilis HU58 có khả năng chuyển hóa các hợp chất như urea và CaCl2 thành calcite. Sản phẩm này không chỉ giúp lấp đầy các vết nứt mà còn cải thiện tính chất cơ học của bê tông. Các nghiên cứu đã chỉ ra rằng calcite có thể hình thành trong các lỗ rỗng của bê tông, từ đó làm tăng độ bền và khả năng chịu lực của vật liệu. Điều này mở ra hướng đi mới cho việc phát triển bê tông tự liền, góp phần vào sự bền vững trong xây dựng.
III. Đánh giá hiệu quả tự liền của bê tông vi khuẩn
Nghiên cứu đã chỉ ra rằng bê tông chứa vi khuẩn có khả năng tự liền vết nứt tốt hơn so với bê tông thông thường. Các thí nghiệm cho thấy mẫu bê tông có chứa Bacillus subtilis HU58 có thể tự liền các vết nứt lên đến 1,5mm sau 28 ngày. Kết quả phân tích cho thấy sự hình thành calcite trong các vết nứt, giúp cải thiện độ bền cơ học của bê tông. Việc sử dụng vi khuẩn trong bê tông không chỉ giúp khắc phục các vết nứt mà còn làm tăng tuổi thọ của công trình, giảm thiểu chi phí bảo trì.
3.1. Kết quả đánh giá hiệu quả cải thiện độ bền cơ của mẫu bê tông vi khuẩn
Các phép thử nghiệm cho thấy bê tông vi khuẩn có cường độ chịu nén và chịu uốn cao hơn so với mẫu đối chứng. Sự hiện diện của calcite do vi khuẩn tạo ra đã làm tăng khả năng chịu lực của bê tông. Kết quả này chứng minh rằng việc ứng dụng vi khuẩn trong bê tông không chỉ mang lại lợi ích về mặt tự liền mà còn cải thiện đáng kể các tính chất cơ học của vật liệu. Điều này mở ra cơ hội cho việc phát triển các loại bê tông thông minh, bền vững hơn trong tương lai.
