Các nhà khoa học thuộc Đại học Kỹ thuật Bang Don (DSTU) của Nga vừa công bố một loại vật liệu composite mới dựa trên khoáng kẽm đất sét nung (kermzit) và bê tông, hứa hẹn mang đến bước tiến quan trọng trong kỹ thuật xây dựng các giàn nổi.
Kết quả nghiên cứu, được đăng trên Journal of Composites Science, cho thấy vật liệu mới bền hơn tới 30-38% và hấp thụ nước ít hơn 25-26% so với những chất liệu đang được sử dụng hiện nay.
Theo DSTU, các giàn nổi phục vụ khai thác dầu khí và thám hiểm thủy lực phải chịu được tải trọng lớn mà không bị chìm do trọng lượng hay do hút nước. Hiện tại, ngành công nghiệp này thường sử dụng kim loại chống ăn mòn, nhựa nhẹ hoặc vật liệu composite đặc biệt để chế tạo những cấu trúc này. Tuy nhiên, mỗi loại đều có hạn chế riêng, trong khi bê tông truyền thống, dù rẻ và dễ sản xuất, lại không phù hợp do mật độ quá cao khiến nó không thể nổi trên mặt nước.
Chính vì vậy, nhóm nghiên cứu của DSTU đã phát triển kermzit-bê tông, một vật liệu mới kết hợp giữa độ bền của bê tông và khả năng nổi do cấu trúc rỗng của kermzit. Thử nghiệm cho thấy vật liệu này mạnh hơn 38% khi chịu uốn và 25% khi chịu nén so với các mẫu tương tự. Đặc biệt, mức hút nước giảm 1/4, giúp tăng khả năng chống thấm - yếu tố then chốt đối với các công trình hoạt động liên tục dưới tác động của nước biển và biến thiên nhiệt độ.
Theo Sergey Stelmakh, Trưởng bộ môn “Xây dựng công trình đặc biệt” của DSTU, thành công của vật liệu đến từ quy trình xử lý kermzit bằng xi măng kết hợp gia cường bằng sợi bazan. Cách làm này giúp giảm độ rỗng, tăng liên kết với ximăng và cải thiện đáng kể độ bền tổng thể.
Ông cho biết thêm, những phương pháp xử lý này sẽ là nền tảng để phát triển thế hệ bê tông nhẹ siêu bền dành cho các giàn nổi hoạt động ở Bắc Cực và vùng Cực Bắc Nga, nơi vật liệu phải chịu các điều kiện khắc nghiệt bao gồm nước biển mặn, gió mạnh và nhiệt độ xuống thấp kéo dài.
Nhóm nghiên cứu hiện đang tiếp tục thử nghiệm khả năng chịu lạnh cực độ và mức độ bền vững của vật liệu khi tiếp xúc lâu dài với nước biển. Đây là 2 yếu tố quan trọng để kermzit-bê tông có thể được ứng dụng rộng rãi trong công nghiệp khai thác dầu khí ngoài khơi, các giàn nghiên cứu hải dương học và những công trình thủy lực quy mô lớn.
Trên thế giới, việc sử dụng vật liệu nhẹ có độ bền cao cho các kết cấu nổi không phải là mới. Một số nghiên cứu quốc tế ứng dụng vi cầu thủy tinh hoặc các loại hạt siêu nhẹ để tạo ra bê tông nổi. Song, công trình của DSTU là một trong những nghiên cứu hiếm hoi kết hợp vật liệu địa phương như kermzit - vốn được dùng rộng rãi trong xây dựng dân dụng tại Nga, để tạo ra một giải pháp hướng tới công nghiệp biển.
