Phương án "giá rẻ" của người Mỹ giải quyết vấn nạn nứt gãy, ổ gà trên đường

Tình trạng nhựa đường nứt gãy, phồng rộp và ổ gà xuất hiện dày đặc không chỉ là nỗi ám ảnh của người tham gia giao thông mà còn trở thành bài toán ngân sách nan giải đối với nhiều quốc gia, đặc biệt tại các vùng khí hậu lạnh với chu kỳ đóng băng - tan băng liên tục.

Hàng tỷ USD mỗi năm được chi cho việc sửa chữa, duy tu đường sá tại Mỹ và châu Âu, nhưng hiệu quả vẫn chỉ mang tính ngắn hạn.

Trong bối cảnh đó, một phát minh mới từ Mỹ đang thu hút sự chú ý của giới khoa học và ngành xây dựng hạ tầng toàn cầu. Lời giải bất ngờ cho những con đường bền bỉ hơn lại đến từ một nguồn nguyên liệu rất "xanh": tảo.

Từ điểm yếu chí tử của nhựa đường đến lời giải từ vi tảo

Vật liệu lát đường truyền thống phụ thuộc vào bitum, một chất kết dính có nguồn gốc từ dầu mỏ, giúp liên kết cát và đá tạo thành mặt đường. Bitum có khả năng giãn nở khi trời nóng và co lại khi trời lạnh.

Tuy nhiên, ở nhiệt độ thấp, vật liệu này trở nên giòn, dễ nứt. Khi các vết nứt xuất hiện, nước xâm nhập, đóng băng rồi giãn nở, mặt đường nhanh chóng bị phá hủy và hình thành ổ gà.

Nhận diện rõ "tử huyệt" này, theo Eurekalert, nhóm nghiên cứu do nhà khoa học Elham Fini dẫn đầu đã tìm hướng đi mới bằng cách phát triển một loại chất kết dính đàn hồi và bền vững hơn, được sản xuất từ dầu chiết xuất từ vi tảo.

Các nghiên cứu trước đó của nhóm cho thấy dầu tảo có thể thay thế một phần chất kết dính gốc dầu mỏ trong nhựa đường, đồng thời cho hiệu suất vượt trội trong điều kiện nhiệt độ thấp.

Bà Elham Fini cho biết: "Các hợp chất có nguồn gốc từ tảo giúp cải thiện khả năng chống ẩm, tăng độ linh hoạt và khả năng tự phục hồi của nhựa đường. Điều này giúp kéo dài tuổi thọ mặt đường và giảm đáng kể chi phí bảo trì".

Thử nghiệm khắc nghiệt và kết quả gây chú ý

Để kiểm chứng hiệu quả trong điều kiện gần với thực tế, nhóm nghiên cứu đã sử dụng mô hình máy tính phân tích dầu từ bốn loài tảo khác nhau, nhằm tìm ra loại dầu có thể trộn tốt với các thành phần rắn của nhựa đường và vẫn giữ được hiệu suất khi nhiệt độ xuống thấp.

Kết quả cho thấy dầu chiết xuất từ vi tảo nước ngọt Haematococcus pluvialis nổi bật hơn cả. Loại dầu này có khả năng chống biến dạng vĩnh viễn cao nhất dưới áp lực giao thông mô phỏng, đồng thời bảo vệ mặt đường tốt hơn trước tác động của độ ẩm, yếu tố then chốt gây ra ổ gà.

Các thử nghiệm trong phòng thí nghiệm tiếp tục "đẩy" vật liệu tới giới hạn. Mẫu nhựa đường có bổ sung dầu tảo được cho chịu tải giao thông lặp đi lặp lại, kết hợp với các chu kỳ đóng băng và tan băng, mô phỏng điều kiện khắc nghiệt tại những vùng khí hậu lạnh.

Sự khác biệt thể hiện rõ rệt. Mặt đường sử dụng chất kết dính từ tảo cải thiện tới 70% khả năng phục hồi biến dạng so với nhựa đường truyền thống dùng chất kết dính từ dầu thô. Nói cách khác, mặt đường có thể "chịu đòn" tốt hơn trước sức nặng xe cộ và sự thay đổi nhiệt độ, giảm nguy cơ nứt vỡ kéo theo ổ gà.

Không chỉ bền hơn, còn "xanh" hơn

Bên cạnh độ bền cơ học, tác động môi trường của công nghệ này cũng được đánh giá là rất đáng chú ý. Theo ước tính của nhóm nghiên cứu, chỉ cần thay thế 1% chất kết dính gốc dầu mỏ bằng vật liệu từ tảo, lượng phát thải carbon ròng từ nhựa đường có thể giảm khoảng 4,5%.

Nếu tỷ lệ thay thế đạt mức khoảng 22%, mặt đường nhựa về mặt lý thuyết có thể tiến tới trạng thái trung hòa carbon, một mục tiêu đầy tham vọng trong bối cảnh ngành xây dựng và hạ tầng đang chịu nhiều áp lực cắt giảm phát thải.

Các nhà nghiên cứu cho rằng công nghệ này có thể mang lại những tuyến đường hiệu suất cao hơn mà không làm tăng đáng kể chi phí, đồng thời giúp giảm phát thải từ một trong những vật liệu xây dựng được sử dụng phổ biến nhất trên thế giới.

Nghiên cứu này được tài trợ bởi Bộ Năng lượng Mỹ và đang mở ra một hướng tiếp cận mới cho ngành xây dựng cầu đường. Thay vì liên tục vá víu những con đường nhanh xuống cấp, việc cải thiện chất kết dính ngay từ đầu có thể giúp tiết kiệm ngân sách bảo trì trong dài hạn, đồng thời nâng cao an toàn giao thông.