Bê tông, một vật liệu chủ chốt trong ngành xây dựng, đóng vai trò quan trọng trong việc xây dựng nền móng và cấu trúc cho các tòa nhà, đường, đập, cầu, cũng như nhiều dự án cơ sở hạ tầng khác. Tuy nhiên, tuổi thọ của bê tông có hạn và cần phải được giám sát để đảm bảo an toàn cho các kết cấu này.

Với tuổi thọ trung bình khoảng 50 năm, bê tông thường phải đối mặt với hiện tượng axit hóa do liên tục hấp thụ nước, muối và khí từ khí quyển. Điều này dẫn đến thanh cốt thép trong tấm, cột và các bộ phận khác của kết cấu bị  ăn mòn, đồng thời làm giảm đáng kể khả năng chịu trọng lượng.

Để kéo dài tuổi thọ của bê tông, các biện pháp phòng ngừa như thêm các lớp bảo vệ để ngăn chặn sự xâm nhập của carbon dioxide (CO2) đã được áp dụng. Tuy nhiên, để đo lường mức độ hư hỏng, các kỹ sư thường phải thực hiện việc khoan để lấy mẫu và phân tích trong phòng thí nghiệm, một quy trình tốn kém và tốn công sức, có thể gây nguy hiểm và làm thay đổi cấu trúc bê tông.

Nhằm giải quyết thách thức này, nhóm nghiên cứu tại Đại học São Paulo (IF-USP) ở Brazil và Đại học Leuven ở Bỉ đã phát triển một vật liệu phát quang có khả năng chỉ ra sự suy giảm của bê tông khi tiếp xúc với tia cực tím. Điều này giúp phân tích và đo lường chất lượng bê tông nhanh chóng, ngay tại chỗ với chi phí thấp mà không cần phải lấy mẫu về phòng thí nghiệm.

Bằng cách sử dụng chất xúc tác dựa trên hydroxit kép phân lớp (LDH) và thêm europium hóa trị ba (Eu 3+), nhóm nghiên cứu đã tạo ra sự phát quang từ cam đến đỏ khi vật liệu tiếp xúc với tia cực tím. Các thử nghiệm cho thấy độ phát quang của vật liệu biến đổi tùy thuộc vào lượng cacbonat mà nó hấp thụ, từ đó có thể phát hiện sự xuống cấp của bê tông.

Alysson Ferreira Morais, thành viên của nhóm nghiên cứu, cho biết: "Vật liệu có thể giúp xác định thời gian thực cấu trúc bên trong bê tông đang xuống cấp như thế nào và khi nào cần bảo trì, mà không cần khoan hay chờ phân tích trong phòng thí nghiệm. Điều này góp phần đưa ra quyết định nhanh nhẹn hơn, tạo điều kiện cho việc bảo trì phòng ngừa và giúp tránh những tai nạn có thể gây thiệt hại kinh tế và mất mát người."

Bước tiếp theo, nhóm nghiên cứu sẽ phát triển một cảm biến để phát hiện vật liệu phát quang và thử nghiệm nó trong điều kiện thực tế, để xác minh khả năng chịu thời tiết và độ ổn định trong bê tông.

Giáo sư Danilo Mustafa, thành viên của nhóm nghiên cứu cho biết thêm: "Các tòa nhà càng tồn tại lâu thì càng ít đầu tư vào công trình mới và ngành xây dựng càng đóng góp nhiều hơn vào nỗ lực cắt giảm khí thải nhà kính, 8% trong số đó đến từ ngành này trên toàn cầu, nhờ sản xuất bê tông và xây dựng."  Do đó, ngoài việc đóng góp vào sự an toàn của tòa nhà, phương pháp mới này còn mang lại lợi ích tiềm năng về chi phí và giảm lượng carbon thải.

Kết quả của nghiên cứu được công bố trong tạp chí Chemical Communications.