Công nghệ Nano trong xây dựng

Nhờ có các thuộc tính nổi trội, ống nano cacbon (CNT) hiện đang rất được quan tâm để phát triển bê tông gia cường. Chỉ bổ sung 1% khối lượng, CNT có thể tăng các thuộc tính cơ học của bê tông. Đặc biệt, đối với CNT đa thành (multi-walled, MWCNT) có thể tăng cường độ nén cũng như cường độ uốn của bê tông, và vẫn còn nhiều cơ hội kỹ thuật để tạo sự đồng nhất của CNT trong nền bê tông (xử lý vón của CNT, cải thiện liên kết kém của CNT với nền).

Chưa có ảnh

 Cho đến nay,  sự ảnh hưởng từ các yếu tố như giá thành sản xuất cao và các nguy cơ sức khỏe chưa được dự đoán chính xác của CNT đã phần nào hạn chế việc ứng dụng nano trong bê tông. Các bộ cảm biến (sensor) dựa trên công nghệ nano (nano-electromechanical devices, NEMS) hiện cũng đang được nghiên cứu và phát triển. Các sản phẩm này có thể được cấy vào trong bê tông, phục vụ kiểm soát chất lượng và quan trắc độ bền lâu. Trong tương lai, các bộ cảm biến này sẽ giúp đo độ đặc và độ nhớt của bê tông cùng với các thông số ảnh hưởng đến độ bền lâu (ví dụ như nhiệt độ, độ ẩm, pH, độ rung).

Các ứng dụng đang được phát triển

Nhờ có các thuộc tính nổi trội, ống nano cacbon (CNT) hiện đang rất được quan tâm để phát triển bê tông gia cường. Chỉ bổ sung 1% khối lượng, CNT có thể tăng các thuộc tính cơ học của bê tông. Đặc biệt, đối với CNT đa thành (multi-walled, MWCNT) có thể tăng cường độ nén cũng như cường độ uốn của bê tông, và vẫn còn nhiều cơ hội kỹ thuật để tạo sự đồng nhất của CNT trong nền bê tông (xử lý vón của CNT, cải thiện liên kết kém của CNT với nền). Cho đến nay,  sự ảnh hưởng từ các yếu tố như giá thành sản xuất cao và các nguy cơ sức khỏe chưa được dự đoán chính xác của CNT đã phần nào hạn chế việc ứng dụng nano trong bê tông. Các bộ cảm biến (sensor) dựa trên công nghệ nano (nano-electromechanical devices, NEMS) hiện cũng đang được nghiên cứu và phát triển. Các sản phẩm này có thể được cấy vào trong bê tông, phục vụ kiểm soát chất lượng và quan trắc độ bền lâu. Trong tương lai, các bộ cảm biến này sẽ giúp đo độ đặc và độ nhớt của bê tông cùng với các thông số ảnh hưởng đến độ bền lâu (ví dụ như nhiệt độ, độ ẩm, pH, độ rung).

Các khía cạnh sức khỏe

Về nguyên tắc, có hai khả năng phơi nhiễm đối với người sử dụng các vật liệu xây dựng nano:

1. Khi sử dụng sản phẩm chế tạo sẵn ví dụ như sơn ngoại thất hoặc các sản phẩm được trộn với các thành phần khác tại công trường thi công (ví dụ phụ gia cho bê tông);

2. Trong quá trình xử lý phá hủy sản phẩm nano, ví dụ như khi cắt, mài, nghiền.

Cả hai đối tượng là người công nhân cũng như người sử dụng có thể tiếp xúc với các vật liệu nano khi sử dụng các sản phẩm xây dựng nano, do đó họ cần phải được bảo vệ để chống lại nguy cơ gây hại cho sức khỏe tiềm tàng. Điều này được bảo đảm trong phần bảo vệ người lao động theo các quy định pháp lý và các biện pháp quản lý nguy cơ tương ứng trong các công ty kinh doanh. Theo Hướng dẫn của EU về phân loại, dán nhãn và bao gói các chất và hỗn hợp (CLP-Directive), thì các nhà sản xuất không bắt buộc phải thông báo trên bao bì cho khách hàng rằng sản phẩm của họ có chứa các vật liệu nano. Chỉ có một khả năng là dựa vào Phiếu dữ liệu an toàn của vật liệu (Material Safety Data Sheet, MSDS), tuy nhiên ngay cả trong trường hợp sản phẩm có kèm theo MSDS thì vẫn tùy thuộc nhà sản xuất quyết định đưa ra hay không đưa ra thông tin về an toàn và sức khỏe của sản phẩm có chứa vật liệu nano. Do vậy, nói chung không có thông tin truyền tải theo suốt chuỗi giá trị - từ nhà sản xuất sản phẩm chứa các vật liệu nano cho tới người sử dụng.

Theo cách hiểu hiện nay của chúng ta,  nếu vật liệu nano được liên kết vĩnh viễn trong nền-matrix, như trong bê tông hoặc trong vật liệu cách nhiệt, cách âm, thì khả năng phơi nhiễm của loại vật liệu nano này là rất thấp hoặc không có. Thậm chí trong trường hợp thử nghiệm phá hủy, các nghiên cứu cho thấy rằng sự tương tác các vật liệu nanocompozit với giấy mài không dẫn đến giải phóng các thành phần hạt nano.

Nghiên cứu cũng chỉ ra rằng, việc khoan bê tông chứa phụ gia nano tạo nồng độ các hạt nano cao hơn trong môi trường không khí so với bê tông thường. Tuy nhiên các thiết bị đo cỡ hạt hiện nay chỉ có thể xác định số lượng các hạt  trên một đơn vị thể tích không khí, không thể xác định được đặc tính của các hạt, kể cả thành phần và nguồn của các nồng độ các hạt đo được. Các tác giả nghiên cứu nghi ngờ rằng động cơ của thiết bị khoan phát thải các hạt nano nhiều hơn khi xâm nhập bê tông nano cứng hơn và rắn chắc hơn so với bê tông thường, do phải cố tăng cường khoan hơn. Trong mọi trường hợp, sự vận hành các thiết bị điện và thiết bị đốt nóng, cũng như các quá trình đốt cháy đều có thể phát thải các hạt nano với nồng độ cao hơn so với khi không có các hoạt động này. Khi thi công phun lớp phủ nano hay trộn vữa tại công trường, công nhân có thể bị phơi nhiễm tiềm năng nguy cơ hít bụi hoặc các sol khí.

Nghiên cứu nêu trên cũng kiểm tra thêm nơi làm việc phơi nhiễm với bụi và các vật liệu dung dịch. Việc trộn vữa dẫn đến các nồng độ hạt nano trong không khí đạt đỉnh trong một thời gian ngắn. Tuy nhiên sự thay đổi các trị số này cũng tùy thuộc các điều kiện thời tiết, ví dụ như trong điều kiện có gió, nồng độ đo được khá thấp. Đôi khi các nồng độ hạt nano được ghi nhận cao hơn khi sơn phun lớp phủ chứa TiO2 nano, số liệu này có thể có sự góp phần của phát thải của các thiết bị sử dụng (máy trộn, máy khoan, động cơ diesen,…) cũng như là thuốc lá của công nhân hút.

Các nhà sản xuất vật liệu nano của châu Âu khá thận trọng và theo đuổi chính sách ngăn ngừa để tránh nguy cơ tiềm năng đối với sức khỏe người lao động từ vật liệu nano như đưa ra các quy phạm thi công, trong đó nêu rõ các biện pháp cần phải thực hiện để ngăn ngừa hít phải các hạt nano có tiềm năng nguy hại sức khỏe. Do vậy, phần lớn các vật liệu nano được sản xuất dưới dạng chất lỏng như dung dịch, huyền phù, hoặc trong bao bì kín nhằm giảm thiểu nguy cơ phơi nhiễm. Phần lớn các phụ gia hạt nano đang được lưu thông trên thị trường dưới dạng sản phẩm chất lỏng. 

Các ưu điểm và nhược điểm đối với môi trường

Các ưu điểm môi trường của các sản phẩm xây dựng chứa các vật liệu nano hoặc các sản phẩm gốc công nghệ nano được thể hiện đặc biệt trong các lĩnh vực tiết kiệm năng lượng và bảo tồn tài nguyên. Các vật liệu cách nhiệt mới cho phép giảm nhu cầu năng lượng sưởi ấm và làm mát nhà ở, không gian văn phòng, cũng như trong các trường hợp không thể dùng cách nhiệt truyền thống. Các lớp phủ nano đặc biệt có thể tăng tuổi thọ của các vật liệu, như trong trường hợp các lớp phủ tự làm sạch, có thể giúp giảm công tác vệ sinh, do vậy, giảm nhu cầu về năng lượng, nước và các hóa chất tẩy rửa. Tuy nhiên, đối với phần lớn “các  sản phẩm xây dựng nano”, không có các phân tích chu kỳ đời sản phẩm hoặc các đánh giá cân bằng sinh thái so sánh (so với vật liệu xây dựng truyền thống), do đó không thể định lượng các ưu điểm môi trường thực tế.

Do “các sản phẩm xây dựng nano” hiện chỉ đóng vai trò phụ gia trong thị trường, nên sự hiện diện nguy cơ môi trường thông qua sự xuất hiện của các vật liệu nano là thấp. Ngoài ra, chưa có dữ liệu thực tiễn về phơi nhiễm, do đó không thể đánh giá nguy cơ từ vật liệu nano. Các phế thải và nước thải công nghiệp, sinh hoạt là các nguồn nguy cơ tiềm năng chính hiện nay đối với môi trường chứ không phải vật liệu nano sử dụng. 

(Trích nguồn Viện Vật liệu xây dựng)

Viết bình luận