Xi măng tự làm mát, giúp bề mặt tòa nhà giảm hơn 5 độ C

Xi măng giúp các tòa nhà chắc chắn, đứng vững, nhưng đồng thời cũng khiến chúng nóng bức. Mái nhà và vỉa hè hấp thụ ánh sáng mặt trời, lưu trữ nhiệt, sau đó bức xạ nhiệt trở lại không khí. Máy lạnh giúp các tòa nhà mát mẻ hơn, nhưng chúng lại tiêu thụ nhiều điện, làm tăng khí thải.

Để giải quyết vấn đề này, nhóm nghiên cứu của Đại học Đông Nam, Trung Quốc phát triển loại xi măng mới, có thể phản xạ ánh sáng mặt trời và tỏa nhiệt ra ngoài, nhờ đó giúp tòa nhà mát hơn. Loại xi măng mới này đạt được mức giảm 5,4 độ C vào giữa trưa với cường độ ánh sáng mặt trời 850 watt/m2.

Vật liệu cũng gồm các khoáng chất phổ biến như đá vôi, thạch cao, alumina, silica. Các nhà nghiên cứu điều chỉnh thành phần hóa học của các hạt nhỏ (clinker) là vật liệu cơ bản của xi măng, để tạo ra cấu trúc phân tán hiệu quả ánh sáng mặt trời. Sau đó, họ sản xuất xi măng có chức năng làm mát bằng cách tạo áp lực.

Nhóm nghiên cứu cho biết, các thử nghiệm hiệu suất mở rộng, xác nhận độ bền cơ học cao của vật liệu dưới tác động của lực nén, lực uốn, lực mài mòn, lực bám dính, cũng như tính kỵ nước, tính dẻo đối với các hình dạng phức tạp và tính linh hoạt trong cấu trúc tổng thể của xi măng.

Nhóm nghiên cứu đo hiệu suất thời gian thực của xi măng làm mát trên mái các tòa nhà thực tế. Từ 13h đến 14h chiều, khi nhiệt độ đạt 38,4 độ C, xi măng làm mát thấp hơn nhiệt độ môi trường xung quanh 5,4 độ C. Trong cùng điều kiện, xi măng thông thường nóng lên đến 59 độ C. Điều đó cho thấy có sự tương phản rõ rệt.

Ngay cả vào ban đêm, khi không có ánh sáng mặt trời, xi măng vẫn tiếp tục giải phóng nhiệt lượng dự trữ vào không khí. Điều này cho thấy, khả năng làm mát của nó không dừng lại khi Mặt trời lặn. Nó có thể giữ cho bề mặt tòa nhà, mặt đường mát hơn cả ngày lẫn đêm.

Không chỉ có khả năng làm mát, xi măng mới cho thấy cường độ nén trên 100 MPa, mạnh hơn nhiều loại hỗn hợp truyền thống. Loại xi măng mới có độ bền nội tại cao, khả năng chống mài mòn và độ ổn định quang học, ngay cả khi tiếp xúc với điều kiện khắc nghiệt, như chất lỏng ăn mòn, bức xạ cực tím và chu kỳ đóng băng - tan băng.

Theo nghiên cứu, tính hiệu quả về mặt chi phí và quy trình sản xuất có thể mở rộng của vật liệu này, mang lại cho nó lợi thế vượt trội so với các vật liệu khác, khiến nó phù hợp sử dụng trong lớp phủ, kết cấu mái và tường, ngay cả trong môi trường khắc nghiệt. Loại xi măng này được sản xuất ở nhiệt độ thấp hơn, giúp giảm khoảng 25% lượng khí thải trong quá trình sản xuất.

Xi măng thông thường có màu xám. Trong nghiên cứu này, nhóm trộn thêm thuốc nhuộm phosphor đặc biệt, tạo ra các phiên bản màu vàng, xanh lá, đỏ. Với màu sắc khác nhau, xi măng vẫn phản xạ khoảng 90% ánh sáng mặt trời. Điều đó có nghĩa nó vẫn giữ được khả năng làm mát, đồng thời cung cấp nhiều lựa chọn thiết kế cho các tòa nhà và đường phố.

Việc áp dụng loại xi măng làm mát này cho các đô thị, có thể giúp tiết kiệm năng lượng đáng kể và đóng vai trò quan trọng trong ứng phó với biến đổi khí hậu. Sáng kiến này giúp biến xi măng thông thường, nặng, tích trữ nhiệt thành vật liệu thân thiện với môi trường, có khả năng phản xạ và phát xạ nhiệt mặt trời.

Theo công trình nghiên cứu, đánh giá về vòng đời được máy học chỉ ra cho thấy, trong hơn 70 năm, một tấn xi măng này có thể giảm tới 2.867 kg CO₂ so với xi măng Portland tiêu chuẩn. Nghiên cứu được công bố trên tạp chí Science Advances.