Kỹ sư Nga phát triển thành công loại bê tông mới giúp giảm 40% vật liệu, độ bền tăng gần 80%, giá thấp hơn đến 12%

Nhóm nghiên cứu thuộc Đại học Kỹ thuật Quốc gia Don (DSTU), Nga, đã phát triển hệ thống sản xuất bê tông sử dụng công nghệ rung kết hợp quay ly tâm, đồng thời tích hợp trí tuệ nhân tạo (AI) để dự đoán tính chất vật liệu.

Theo công bố của trường, công nghệ này có thể giúp các nhà sản xuất tiết kiệm tới 40% bê tông so với phương pháp truyền thống. Lượng thép cốt sử dụng cho mỗi cấu kiện cũng có thể giảm tới 15% nhờ giảm trọng lượng kết cấu.

Không chỉ tiết kiệm nguyên vật liệu, việc ứng dụng AI và tự động hóa được kỳ vọng giúp đơn giản hóa quy trình sản xuất khoảng 12%, giảm giá thành tới 12%. Đối với doanh nghiệp xây dựng, công nghệ còn có tiềm năng rút ngắn thời gian thi công tới 20%.

Điểm đặc biệt của công nghệ là tạo ra loại bê tông có đặc tính thay đổi theo từng vị trí bên trong cấu kiện, thay vì duy trì cấu trúc tương đối đồng nhất như nhiều phương pháp sản xuất thông thường. Vật liệu này được gọi là bê tông variatropic, trong đó độ đặc, độ bền và khả năng biến dạng có thể khác nhau giữa các lớp.

Để tạo ra cấu trúc này, các nhà khoa học sử dụng thiết bị kết hợp rung và quay ly tâm. Khi hỗn hợp bê tông được xử lý, các thành phần phân bố lại, tạo ra những vùng có đặc tính cơ học khác nhau. Nhờ đó, các kỹ sư có thể tối ưu lượng vật liệu tại những vị trí cần chịu lực, tránh sử dụng quá nhiều bê tông và thép mà không mang lại hiệu quả tương ứng.

Theo Evgeny Shcherban, trưởng nhóm nghiên cứu, công nghệ ly tâm vẫn chưa được khai thác hết tiềm năng trong ngành xây dựng. Việc nghiên cứu cấu trúc vật liệu có thể mở đường cho những cấu kiện nhẹ hơn, bền hơn và sử dụng ít nguyên liệu hơn.

Nhóm nghiên cứu cũng thử nghiệm bổ sung sợi bazan để tăng cường tính chất cơ học của bê tông. Với tỷ lệ sợi bazan 1,5%, độ bền chịu nén tăng 8,5%, độ bền chịu uốn tăng hơn 79%, trong khi khả năng hút nước giảm khoảng 27,5% so với mẫu đối chứng.

Kết quả này cho thấy việc thay đổi cấu trúc và thành phần vật liệu không chỉ giúp tiết kiệm nguyên liệu mà còn có thể cải thiện độ bền của sản phẩm.

Trong công bố mới nhất vào tháng 6/2026, nhóm nghiên cứu cho biết đã phát triển các thuật toán AI nhằm dự đoán độ bền và nhận diện khuyết tật trong bê tông, với độ chính xác được báo cáo đạt 89%. Các thuật toán hỗ trợ đánh giá đặc tính vật liệu, lựa chọn thành phần hỗn hợp và xác định thông số sản xuất phù hợp.

Đáng chú ý, kết quả nghiên cứu cho thấy cấu kiện có thể tăng khả năng chịu lực tới 15% khi giữ nguyên lượng nguyên liệu, hoặc giảm lượng vật liệu tương ứng mà vẫn duy trì khả năng chịu lực.

Trong một thử nghiệm, cột bê tông dạng ống rỗng chế tạo bằng phương pháp rung kết hợp quay ly tâm chịu tải cao hơn 13% so với mẫu cột đặc đối chứng. Nhóm nghiên cứu cũng cho biết phương pháp mới có thể giúp tăng tốc độ lắp đặt cấu kiện tới 24%, qua đó giảm chi phí nhân công xây lắp tới 28%.

Dự án được triển khai trong khuôn khổ chương trình phát triển khoa học Priority 2030 và nhận hỗ trợ từ Quỹ Khoa học Nga. Kinh phí phát triển công nghệ được công bố là 16 triệu ruble.

Theo kế hoạch ban đầu, nhóm nghiên cứu dự kiến sản xuất thử một lô 500 cột bê tông cốt thép vào năm 2026. Đại học Kỹ thuật Quốc gia Don cho biết công nghệ đã được thử nghiệm cùng các đối tác công nghiệp và chế tạo thành công nguyên mẫu hoạt động trên dây chuyền thử nghiệm.

Các nhà khoa học hiện tiếp tục nghiên cứu khả năng bổ sung vật liệu kích thước nano nhằm cải thiện cấu trúc và tính chất bê tông.

Theo TASS