Bê tông in 3D bằng vật liệu tái chế

Trong những năm gần đây, in 3D bê tông nổi lên như một công nghệ có tiềm năng thay đổi cuộc chơi trong ngành xây dựng. Công nghệ này cho phép tạo ra các kết cấu bê tông thông qua quá trình ép đùn từng lớp, thay vì phương pháp đúc khuôn thông thường.

Các nghiên cứu trước đây đã chỉ ra rằng in 3D có một số ưu điểm vượt trội so với phương pháp đúc khuôn, như khả năng in các cấu trúc hình học phức tạp, giảm phụ thuộc vào người lao động, và nâng cao năng suất chế tạo. Tuy nhiên, cả hai phương pháp in 3D và đúc khuôn truyền thống vẫn đều cần đến nguyên liệu thô có thể hao kiệt như cát sông tự nhiên.

Giờ đây các nhà nghiên cứu ở Đại học RMIT đã phát triển một quy trình in bê tông 3D bền vững, trong đó thay thế 50% cát sông tự nhiên bằng vật liệu có tính chất và thành phần tương tự là thủy tinh tái chế.

Nghiên cứu, được đăng trên tạp chí Construction and Building Materials, chỉ ra rằng, in 3D theo cấu trúc tải chéo và sử dụng lượng hạt thủy tinh thô với nồng độ tối ưu sẽ giúp tăng độ bền uốn cong từ 25% - 33%. Nhóm nghiên cứu cho rằng đây là giải pháp phù hợp và bền vững để thay thế cát sông tự nhiên.

Trong một nghiên cứu khác công bố trên tạp chí Automation in Construction, các nhà khoa học đến từ Đại học RMIT (Úc), Đại học HUTECH (Việt Nam) và Viện Công nghệ Guwahati (Ấn Độ) đã đề xuất sử dụng nhựa tái chế để tăng độ kiên cố của dầm bê tông.

Họ phát triển một phương pháp mới nhằm cải thiện độ bền uốn và vấn đề ăn mòn của kết cấu bê tông bằng cách dùng nhựa in 3D làm cốtđể gia cố bê tông. Điều đặc biệt là thiết kế này lấy cảm hứng từ cấu trúc của xương. TS. Trần Phương (Đại học RMIT), chủ nhiệm đề tài, cho biết, dầm bê tông cốt nhựa in 3D có khả năng chịu lực mạnh hơn 4 lần, bền hơn và chống nứt cao hơn so với các mẫu bê tông được đúc bằng khuôn và không có bất kỳ gia cố nào.

TS. Phương giải thích rằng bê tông là một vật liệu giòn với khả năng uốn và giãn vốn khá yếu. Thông thường, bê tông phải được gia cố bằng các thanh cốt thép thì mới có thể chịu được các sự cố trầm trọng hay đổ vỡ bất ngờ. Tuy nhiên, cốt thép có khối lượng nặng, chi phí sản xuất cao và cần nhiều nhân công để lắp đặt.

Trong khi đó, trọng lượng của nhựa nhẹ hơn bê tông khoảng 2 lần và nhẹ hơn thép khoảng 7 lần. Cốt gia cường cho bê tông làm bằng nhựa sẽ không bị ăn mòn và trên hết, nhựa là vật liệu có thể tái chế và có chi phí sản xuất thấp hơn. Phương pháp gia cố này “khá thực tế, bền vững và có khả năng mở rộng” nhờ sự kết hợp của công nghệ in 3D và nhựa tái chế.

Nghiên cứu sinh Nguyễn Văn Vương, thành viên của nhóm nghiên cứu, cho biết thêm, dầm bê tông cốt nhựa hứa hẹn đem đến nhiều ứng dụng khác trong các sản phẩm như kết cấu phức tạp đúc sẵn, tấm tường chắn tiếng ồn, kết cấu bê tông dùng trong môi trường nước biển.

Mặc dù in 3D bê tông vẫn còn là một khái niệm khá mới ở Việt Nam nhưng không bao giờ là quá sớm để các nhà khoa học và kỹ sư xây dựng bắt đầu tìm hiểu cách sử dụng công nghệ này nhằm hỗ trợ phát triển bền vững.

Hằng năm, Việt Nam thải ra khoảng 3,7 triệu tấn chất thải nhựa, trong đó chỉ có 10-15% được thu gom tái chế. Mặt khác, tình trạng thiếu cát trong sản xuất bê tông đang là vấn đề phổ biến trên cả nước. Bộ Xây dựng ước tính nguồn cung cát tự nhiên hợp pháp chỉ đáp ứng được 40-50% nhu cầu của ngành xây dựng.

“Việt Nam có rất nhiều rác thải nhựa và thủy tinh. Nếu có thể biến những rác thải này thành vật liệu xây dựng hữu ích một cách sáng tạo thông qua công nghệ in 3D, điều này sẽ mở ra nhiều cánh cửa cơ hội mới”, TS. Phương chia sẻ.