What if cracks in concrete could fix themselves? - Congrui Jin

Translator: Hai Anh Nguyen Reviewer: Nhu PHAM

Bê tông là vật liệu xây dựng được sử dụng rộng rãi nhất trên thế giới.

Concrete is the most widely used

construction material in the world.

It can be found in swathes of city pavements,

Ta có thể tìm thấy nó từ nơi vỉa hè thành phố,

bridges that span vast rivers,

đến cầu bắc ngang sông,

and the tallest skyscrapers on earth.

và những tòa nhà chọc trời.

But this sturdy substance

Nhưng vật liệu vững chắc này có một khuyết điểm:

does have a weakness:

it’s prone to catastrophic cracking

nó rất dễ bị rạn nứt nghiêm trọng

that costs tens of billions of dollars

làm tiêu tốn mười tỷ đô la để sửa chữa mỗi năm.

to repair each year.

But what if we could avoid that problem,

Sẽ ra sao nếu ta có thể giải quyết vấn đề đó,

by creating concrete that heals itself?

bằng cách tạo ra bê tông tự làm lành vết nứt?

This idea isn’t as far-fetched

Ý tưởng này không còn xa vời.

as it may seem.

It boils down to an understanding

Mấu chốt nằm ở việc thấu hiểu cấu tạo của bê tông,

of how concrete forms,

and how to exploit that process

và tận dụng được nó.

to our benefit.

Concrete is a combination of coarse stone

Bê tông được cấu tạo từ đá thô

and sand particles, called aggregates,

và cát hạt, được gọi là cốt liệu cát,

that mix with cement, a powdered blend

trộn với xi măng và một hỗn hợp bột gồm đất sét và đá vôi.

of clay and limestone.

Khi pha nước vào, xi măng trở thành vữa xây

When water gets added to this mix,

the cement forms a paste and

coats the aggregates, quickly hardening

với cốt liệu cát, hỗn hợp nhanh chóng cứng lại

through a chemical reaction

thông qua một phản ứng được gọi là ngậm nước.

called hydration.

Vật liệu thu được cuối cùng

Eventually, the resulting material

grows strong enough to prop up buildings

đủ vững để chống đỡ các tòa chọc trời cao tới hàng trăm mét.

that climb hundreds of meters

into the sky.

Người ta sử dụng rất nhiều công thức để tạo xi măng

While people have been using

a variety of recipes to produce cement

trong hơn 4000 năm qua,

for over 4,000 years,

concrete itself

bản thân bê tông lại có tuổi thọ ngắn đáng kinh ngạc.

has a surprisingly short lifespan.

After 20 to 30 years,

Sau 20 đến 30 năm,

natural processes like concrete shrinkage,

các quá trình tự nhiên như co rút bê tông,

excessive freezing and thawing,

đóng và tan băng,

and heavy loads can trigger cracking.

và tải nặng dẫn đến nứt vỡ.

And it’s not just big breaks that count:

Bên cạnh những miếng vỡ lớn đếm được,

tiny cracks can be just as dangerous.

những vết nứt nhỏ cũng có thể gây nguy hiểm.

Concrete is often used

Bê tông thường được sử dụng như lớp hỗ trợ

as a secondary support

around steel reinforcements.

xung quanh cốt thép.

In this concrete, even small cracks

Trong khối bê tông, ngay cả những vết nứt nhỏ

can channel water, oxygen,

cũng có thể trở thành kênh dẫn nước, oxy,

and carbon dioxide that corrode the steel

và CO2 để ăn mòn thép,

and lead to disastrous collapse.

dẫn tới những sụp đổ thảm họa.

On structures like bridges and highways

Ở những cấu trúc được sử dụng liên tục như cầu và đường cao tốc,

that are constantly in use,

detecting these problems

việc phát hiện những vấn đề này trước khi thảm họa xảy ra

before they lead to catastrophe

becomes a huge and costly challenge.

là một thách thức lớn và tốn kém.

But not doing so

Nhưng nếu không làm vậy,

would also endanger thousands of lives.

có thể gây nguy hiểm cho hàng ngàn người.

Fortunately, we’re already experimenting

May thay, ta đã thử nghiệm

with ways this material

với loại vật liệu có thể tự sửa lỗi.

could start fixing itself.

And some of these solutions

Một số giải pháp được lấy ý tưởng

are inspired by concrete’s

natural self-healing mechanism.

từ cơ chế tự chữa tự nhiên của bê tông.

When water enters these tiny cracks,

Khi nước đi vào những vết nứt nhỏ,

it hydrates the concrete’s calcium oxide.

nó khiến canxi oxit của bê tông ngậm nước.

The resulting calcium hydroxide

Kết quả là canxi hydroxit - CA(OH)2

reacts with carbon dioxide in the air,

phản ứng với CO2 trong không khí,

starting a process called

bắt đầu một quá trình được gọi là tự khắc phục,

autogenous healing, where

microscopic calcium carbonate crystals

các tinh thể canxi cacbonat vi mô

form and gradually fill the gap.

hình thành và dần lấp đầy khoảng trống.

Unfortunately, these crystals

Tuy nhiên, những tinh thể này chỉ có thể khắc phục

can only do so much, healing cracks

that are less than 0.3mm wide.

các vết nứt với kích thước nhỏ hơn 0.3mm chiều rộng.

Material scientists have figured out how

Các nhà khoa học vật liệu đã tìm ra cách

to heal cracks up to twice that size by

xử lý vết nứt với kích thước gấp đôi

adding hidden glue into the concrete mix.

bằng cách pha keo ẩn vào hỗn hợp bê tông.

If we put adhesive-filled fibers

Nếu cho các xơ dính và ống vào hỗn hợp,

and tubes into the mixture,

they’ll snap open when a crack forms,

chúng sẽ mở ra khi một vết nứt hình thành,

releasing their sticky contents

tiết ra chất dính và khóa chặt khoảng trống.

and sealing the gap.

But adhesive chemicals often behave

Nhưng hóa chất kết dính thường hoạt động

very differently from concrete,

rất khác so với bê tông.

and over time, these adhesives

Theo thời gian, những chất kết dính

can lead to even worse cracks.

có thể gây nên những vết nứt tồi tệ hơn.

So perhaps the best way to heal

Có lẽ cách tốt nhất để xử lý những vết nứt lớn

large cracks is to give concrete

là cho bê tông công cụ để tự phục hồi.

the tools to help itself.

Các nhà khoa học đã tìm ra

Scientists have discovered that

some bacteria and fungi

một số loại vi khuẩn và nấm

can produce minerals,

có thể sản xuất khoáng chất

including the calcium carbonate

bao gồm canxi cacbonat cần thiết cho sự tự phục hồi.

found in autogenous healing.

Experimental blends of concrete

Hỗn hợp bê tông thử nghiệm

include these bacterial or fungal spores

gồm các bào tử vi khuẩn hoặc nấm

alongside nutrients in their concrete mix,

cùng với các chất dinh dưỡng trong hỗn hợp bê tông,

where they could lie dormant

nơi chúng có thể ngủ yên suốt trăm năm.

for hundreds of years.

When cracks finally appear

Khi các vết nứt xuất hiện và nước chảy vào bê tông,

and water trickles into the concrete,

bào tử nảy mầm, phát triển

the spores germinate, grow, and consume

the nutrient soup that surrounds them,

và tiêu thụ chất dinh dưỡng xung quanh,

modifying their local environment

điều chỉnh môi trường,

to create the perfect conditions

tạo điều kiện hoàn hảo cho canxi cacbonat phát triển.

for calcium carbonate to grow.

Các tinh thể này dần lấp đầy khoảng trống,

These crystals gradually fill the gaps,

and after roughly three weeks,

và sau khoảng ba tuần,

the hard-working microbes

những hạt vi khuẩn chăm chỉ có thể hoàn tất

can completely repair cracks

up to almost 1mm wide.

việc sửa chữa vết nứt lên đến gần 1mm chiều rộng.

When the cracks seal,

Khi các vết nứt được phục hồi,

the bacteria or fungi will make spores

vi khuẩn hoặc nấm sẽ trở lại thành bào tử và ngủ yên —

and go dormant once more—

ready to start a new cycle of self-healing

sẵn sàng cho chu kỳ tự phục hồi kế tiếp

when cracks form again.

khi các vết nứt mới xuất hiện.

Although this technique

Dù đã nghiên cứu rộng rãi,

has been studied extensively,

người ta vẫn đang tìm cách triển khai kỹ thuật này

we still have a ways to go

before incorporating it

in the global production of concrete.

trước khi đưa vào quy trình sản xuất bê tông toàn cầu.

But, these spores have huge potential

Nhưng chúng có tiềm năng rất lớn

to make concrete

để tạo ra loại bê tông bền bỉ và lâu dài —

more resilient and long-lasting—

which could drastically reduce

giúp giảm đáng kể

the financial and environmental cost

thiệt hại về kinh tế và môi trường

of concrete production.

Cuối cùng, những vi sinh vật này

Eventually, these microorganisms

may force us to reconsider

buộc ta phải xem xét cách nhìn của ta về thành phố,

the way we think about our cities,

bringing our inanimate concrete jungles

khi mang vào đó những rừng bê tông vô hồn.

to life.