Công nghệ in bê tông 3D từ tro bay

Theo TS. Phạm Thị Loan, nhóm nghiên cứu QLAT, thách thức lớn nhất đối với công nghệ này là thời gian mở in của một mẻ trộn bê tông, nghĩa là khi trộn một mẻ, thời gian in lâu làm ảnh hưởng đên thời gian ninh kết của bê tông, khiến sợi bê tông in ra sẽ khác với khi bê tông chưa bắt đầu ninh kết hoặc gây ra khó khăn, cản trở trong đùn vữa ra khỏi đầu in. Giải pháp của QLAT đòi hỏi các kỹ thuật xử lý cùng với những trang thiết bị phải được đầu tư và hiện đại.

Nói về in bê tông 3D thì chúng ta buộc phải nói về thiết bị in, với hai phần là phần mềm điều khiển và các phần cứng gồm máy in và bộ phối trộn bê tông. Việc sử dụng các phần mềm cũng tùy thuộc vào kỹ năng và thói quen của các nhóm nghiên cứu. Với nhóm nghiên cứu QLAT thì sử dụng Mach3.

Sản phẩm bàn ghế in bê tông 3D của QLAT.

Việc làm chủ được một công nghệ trong phòng thí nghiệm, với nhóm nghiên cứu QLAT vẫn chỉ là một nửa của giải pháp. Quy trình tối ưu có thể tạo ra được những sản phẩm có “vòng đời xanh”, đó là tận dụng được nguồn nguyên liệu sẵn có, những phế phẩm của một quá trình sản xuất khác: tro bay. Trên thế giới có xu hướng sử dụng các vật liệu bền vững. Việc tận dụng những lợi thế của tro bay sẽ giảm thiểu được phần xi măng sử dụng trong thành phần của bê tông.

Thực tế cho thấy, việc sử dụng tro bay trong in bê tông 3D của nhóm nghiên cứu QLAT hóa ra đem lại thuận lợi không ngờ. Thông thường, bê tông in vẫn sử dụng các cốt liệu/nguyên liệu thô tương đối nhỏ so với bê tông truyền thống. Nguyên liệu tro bay giúp cho bê tông được đẩy ra khỏi đầu đùn dễ dàng hơn, nghĩa là tính linh hoạt của bê tông cao hơn và sợi in có độ linh hoạt và độ mịn hơn, theo nhận xét của TS. Phạm Thị Loan.

Qua quá trình phối trộn thử và sai, chị và cộng sự phát hiện ra hàm lượng tro bay cũng ảnh hưởng ít nhiều đến cường độ của bê tông. Nếu thay thế khoảng 20 - 30% thì không tác động nhiều đến cường độ chịu nén của bê tông, nhưng nếu mình thay đổi tỉ lệ từ trên 30% đến khoảng 50% thì cường độ chịu nén của bê tông khi đưa tro bay vào sẽ thấp hơn so với bê tông sử dụng hoàn toàn xi măng.

Quá trình in bê tông 3D một vật thể.

Phần sáng tạo về nguyên liệu đầu vào của nhóm nghiên cứu QLAT không chỉ gói gọn ở tro bay. Có thể nói hiện nay trong thành phần cấp phối bê tông in của nhóm nghiên cứu còn có cát nghiền - hỗn hợp các hạt cốt liệu có kích thước nhỏ hơn 5mm từ việc đập hoặc nghiền từ bất cứ loại đá nào có cường độ tốt, ổn định - thay thế cát tự nhiên. Cả hai không chỉ làm giảm giá thành sản phẩm - giá tro bay thấp hơn khá nhiều so với xi măng, và cát nghiền cũng thấp hơn so với cát tự nhiên - mà đem cho sản phẩm của chúng tôi ý nghĩa lớn về kinh tế và môi trường.

Với những điểm mạnh ấy, QLAT đã nghiên cứu, thiết kế và chế tạo được nhiều sản phẩm bằng công nghệ in 3D từ bê tông “xanh”. Ngoài các sản phẩm kết cấu là các cấu kiện chịu uốn như dầm, bản bê tông, nhóm chủ yếu tập trung vào mảng sản phẩm phi kết cấu mang tính trang trí hoặc không đòi hỏi khả năng chịu lực quá cao khi sử dụng, như biểu tượng, biểu trưng, bàn ghế trang trí và các mô hình thu nhỏ làm tiểu cảnh. Trong đó, sản phẩm bàn ghế trang trí cho các khuôn viên đã được thương mại hóa từ cách đây 2 - 3 năm.

Ngoài công năng thông thường, các sản phẩm bàn ghế của QLAT còn tạo ra cảnh quan đẹp và đồng bộ bởi được thiết kế cho phù hợp với không gian sử dụng và hài hòa với các công trình, cây cối xung quanh. 

Theo đánh giá của Giám đốc KisStartup Nguyễn Đặng Tuấn Minh, thuận lợi lớn nhất của nhóm nghiên cứu QLAT là sở hữu và chủ động được công nghệ nhưng vẫn chưa đủ để có được một vị trí trên thị trường. Bởi có một nghịch lý là dù chi phí nguyên liệu đầu vào thấp nhưng giá thành vẫn là rào cản chính trong việc thương mại hóa các sản phẩm của nhóm nghiên cứu QLAT. 

TS. Phạm Thị Loan cho biết, công nghệ in bê tông 3D vẫn còn là phương pháp khá mới trong ngành Xây dựng, khiến chi phí đầu tư ban đầu của sản phẩm còn cao. Đến thời điểm này, vì công nghệ in bê tông chưa phổ biến nên chi phí đầu tư ban đầu còn lớn, khách hàng có thể cảm nhận là về chi phí, giá thành sẽ bị cao hơn. Tuy nhiên, nếu xét theo vòng đời thì sản phẩm vẫn có mức giá hợp lý.

Một trong những thách thức lớn mà QLAT hiện phải đối mặt đó là giải pháp của họ còn quá mới mẻ với thị trường Việt Nam nên tiêu chuẩn, quy chuẩn liên quan đến sản phẩm vẫn chưa sẵn sàng. Về bài toán của công nghệ in bê tông thì cũng có thể thấy, các nghiên cứu và xuất bản khoa học trong thời gian gần đây có rất nhiều, góp phần đem lại những bước tiến triển rất lớn. Tuy nhiên, nếu xét về tính phổ biến của công nghệ trong thực tiễn ngành Xây dựng thì chưa vì nó còn thiếu khá nhiều vấn đề liên quan đến quy chuẩn, tiêu chuẩn, và còn có những thách thức của công nghệ này mà hiện nay cũng chưa giải quyết được một cách tối ưu.

 

Nguồn: KHPT