Vật liệu xanh thế hệ mới: Bê tông than sinh học

1.Than sinh học là gì?

Than sinh học là vật liệu carbon rắn tạo ra bằng nhiệt phân sinh khối trong điều kiện thiếu/không oxy. Tính chất của nó (diện tích bề mặt, cấu trúc lỗ, nhóm chức bề mặt, độ kiềm…) phụ thuộc mạnh vào nhiệt độ nhiệt phân và loại sinh khối, và các tham số này quyết định mức “hợp gu” với chất kết dính xi măng [1], [2].

Quy trình để tạo ra than sinh học

• Chuẩn bị sinh khối (làm khô, sàng lọc);
• Nhiệt phân (~450–700 °C; kiểm soát tốc độ gia nhiệt/thời gian/lưu khí);
• Làm nguội an toàn – kiểm soát bụi/ẩm;
• Phân tích chất lượng (độ tro, pH, BET, phân bố lỗ rỗng) [1], [2]. 

2. Vì sao bê tông than sinh học được xem là “vật liệu xanh thế hệ mới”?

Góc nhìn kỹ thuật. Hạt biochar có hệ lỗ rỗng – diện tích bề mặt lớn: (i) giữ nước và nhả chậm → internal curing giảm co ngót sớm; (ii) đóng vai “filler–nucleation” tạo mầm thủy hoá, làm đặc vùng ITZ; (iii) phối hợp curing CO₂ tăng tốc (ACC) giúp bắt & khoáng hoá CO₂, đồng thời có thể tăng cường độ tuổi sớm nếu tối ưu [1]–[3].

Góc nhìn vòng đời (LCA). Khung LCA gần đây cho thấy lộ trình thay một phần xi măng bằng biochar và đồng tối ưu với SCMs (tro bay, xỉ) là khả thi để giảm phát thải; lợi ích phụ thuộc nguồn biochar, năng lượng và kịch bản chế tạo – sử dụng [4].

Quy trình tạo ra bê tông than sinh học

Ba chiến lược tích hợp phổ biến [1], [2], [7], [8]:

• Thay một phần xi măng (điểm xuất phát thực hành thường ở liều thấp–vừa): cần siêu dẻo tương thích, ưu tiên hạt mịn để phát huy hiệu ứng “filler–nucleation”.
• Thay một phần cát/mịn (nhắm tới internal curing và/hoặc giảm khối lượng thể tích): nên tiền bão hoà biochar để ổn định độ sụt.
• Chuyển hoá thành cốt liệu nhẹ (pellet “cold‑bonded”) hoặc hạt nhân–vỏ (core–shell) giàu biochar: giảm bụi/hút nước, dễ vận hành quy mô công nghiệp, đồng thời “khóa” carbon ở cấp hạt [7], [8].

3. Tìm hiểu rõ về các đặc tính bê tông than sinh học.

  Cơ chế tác động trong ma trận xi măng

• Internal curing: mao quản biochar dự trữ nước → kéo dài thủy hoá, giảm vi nứt do co ngót sớm [1], [2].
• Filler–nucleation & ITZ: hạt mịn làm đặc vi cấu trúc, cải thiện vùng tiếp giáp [1], [2].
• ACC: biochar (khô/tiền bão hoà) + CO₂ → tăng mức khoáng hoá CO₂ và có thể nâng cường độ (tuỳ nhiệt độ nhiệt phân/liều/tuổi) [3].

  Chiến lược tích hợp & cấp phối “an toàn”

• Liều khởi đầu thực hành: thay xi măng ở mức thấp–vừa; thay cát vài phần trăm để kích hoạt internal curing; luôn thử độ sụt – nén/uốn – điện trở suất – thấm hút trên cấp phối mục tiêu [1], [2].
• Xử lý biochar: nghiền mịn, tiền bão hoà, dùng siêu dẻo; cân nhắc ACC khi có mục tiêu carbon và năng lực dưỡng hộ [1]–[3].
• Quy mô công nghiệp: ưu tiên C‑LWA hoặc core–shell để nâng độ lặp lại, giảm rủi ro vận hành, thuận lợi logistics [7], [8].

  Tính năng cơ học & bền lâu

• Cơ học: phần lớn dữ liệu cho thấy giữ/tăng cường độ ở liều thấp–vừa (đặc biệt khi hạt mịn, tiền bão hoà, hoặc có ACC); liều cao dễ giảm cường độ do tăng rỗng – hút nước [1], [2], [3].
• Cl⁻ & ăn mòn: nghiên cứu kết cấu 2024 (môi trường CaCl₂ luân phiên khô–ướt) nhấn mạnh yêu cầu quản trị ẩm/dưỡng hộ, vì độ ẩm cục bộ quanh cốt thép có thể làm nhạy hóa ăn mòn; về cơ học, mẫu khô có thể tăng cường độ [5].
• Đóng băng–tan băng (F/T): bền F/T phụ thuộc đặc trưng biochar & liều; ≤ 5 % và hạt mịn có thể cải thiện, liều cao rủi ro mất khối lượng nhanh trong chu kỳ F/T—do đó cần thử nghiệm theo cấp phối cụ thể [6].

 4. So sánh bê tông than sinh học với bê tông phổ biến hiện nay

      Bê tông than sinh học                                  Bê tông hiện nay

Ưu điểm:

• Giảm phát thải vòng đời: thay một phần xi măng bằng biochar, kết hợp SCMs (tro bay/xỉ) là lộ trình LCA hứa hẹn; lợi ích tăng thêm khi tích hợp ACC [4], [3].
• Vi cấu trúc & bền lâu: internal curing + “filler–nucleation” giúp giảm thấm hút, hỗ trợ vi cấu trúc ITZ, duy trì/tăng cơ học ở liều tối ưu [1], [2].
• Vận hành công nghiệp (giải pháp hạt): C‑LWA hoặc core–shell làm dễ trộn – ít bụi – ít hút nước; đồng thời là bể chứa carbon ở cấp cốt liệu [7], [8].

Nhược điểm:

• Tính công tác: biochar giảm độ sụt/tăng nhu cầu nước nếu không tối ưu (cần siêu dẻo/tiền bão hoà); liều cao dễ giảm cường độ [1], [2].
• Ăn mòn trong môi trường clorua đặc thù: cần kiểm soát ẩm, đặc biệt dưới CaCl₂ khô–ướt [5].
• Vùng lạnh – ẩm: bền F/T nhạy với kích thước/lỗ rỗng/ưa nước của biochar; yêu cầu thử F/T theo tiêu chuẩn địa phương [6].
• Chuẩn hoá tiêu chuẩn: hiện chưa có danh định riêng trong EN/ACI; nên theo thiết kế theo tính năng và chứng minh tương đương [1], [2].

Kết luận

Bê tông than sinh học không phải “thuốc tiên” cho mọi cấp phối, nhưng là lộ trình khả thi để giảm phát thải và tối ưu hoá vi cấu trúc khi được triển khai đúng liều – đúng quy trình: hạt mịn/tiền bão hoà, siêu dẻo tương thích, cân nhắc ACC; song song, ưu tiên cấu hình hạt C‑LWA/core–shell cho sản xuất quy mô. Để tiến tới ứng dụng rộng rãi, cần chuẩn hoá đặc trưng biochar – phương pháp thử, vận dụng thiết kế theo tính năng và lồng ghép LCA vào quyết định cấp phối [1]–[8].

Nguồn

[1] S. Barbhuiya, B. B. Das, and F. Kanavaris, “Biochar‑concrete: A comprehensive review of properties, production and sustainability,” Case Studies in Construction Materials,vol. 20,e02859,2024. [Online].Available: https://assets.syncraft.at/2024/10/PU-Barbhuiya-2024-Biochar-Concrete.pdf

[2] G. Murali and L. S. Wong, “A comprehensive review of biochar‑modified concrete: Mechanical performance and microstructural insights,” Construction and Building Materials, vol. 425, 135986, 2024.  [Online]. Available: https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0950061824011279?utm_source

[3] Y. Chen et al., “Accelerated carbonation curing of biochar‑cement mortar: Effects of biochar pyrolysis temperatures on carbon sequestration, mechanical properties and microstructure,” Construction and Building Materials, 2024. [Online].Available: https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/
S0950061824035888?utm_source

[4] “Circular economy for the building industry: Life cycle assessment of biochar in cementitious materials,” Resources, Conservation & Recycling, 2025 (online first). [Online].Available:https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S092134492500415X?utm_source

[5] F. Zanotto et al., “Study of the corrosion behaviour of reinforcing bars in biochar‑added concrete under wet and dry exposure to calcium chloride solutions,” Construction and Building Materials, vol. 420, 135509, 2024. [Online].Available:https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2352710225001950?utm_source

[6] T. Chen, Z. Yang, H. Liu, L. Li, L. Qin, and X. Gao, “Effect of biochar characteristics on freeze‑thaw durability of biochar‑cement composites,” JournalofBuildingEngineering,111959,2025. [Online].Available:https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2352710225001950?utm_source

[7] M. Wyrzykowski, N. Toropovs, F. Winnefeld, and P. Lura, “Cold‑bonded biochar‑rich lightweight aggregates for net‑zero concrete,” Journal of Cleaner Production,vol. 434,140008,2023. [Online].Available:https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0959652623041665?utm_source

[8] S. Zou, M. L. Sham, J. Xiao, L. M. Leung, J.‑X. Lu, and C. S. Poon, “Biochar‑enabled carbon‑negative aggregate designed by core‑shell structure: A novel biochar utilising method in concrete,” Construction and Building Materials,138507,2024.Online].Available: https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0950061824036493?utm_source

• Share
• Facebook
• twitter
• linkedin
• pinterest