» Các nhà nghiên cứu tại Trinity College Dublin đã thử nghiệm thành công một loại geopolymer không chứa xi măng portland, trong đó hơn 30% thành phần có tính chất tương tự chất kết dính đến từ chất thải công nghiệp của quá trình tinh luyện bauxite. Khi kết hợp với công nghệ in 3D, vật liệu này có tiềm năng giảm khoảng 70% phát thải carbon hàm chứa so với bê tông sử dụng xi măng portland thông thường.
Geopolymer không sử dụng xi măng đang được nghiên cứu như một hướng phát triển chất kết dính carbon thấp cho xây dựng. Nghiên cứu tại Ireland kết hợp chất thải từ quá trình tinh luyện bauxite với công nghệ in 3D, tạo ra một mô hình có thể đồng thời giảm sự phụ thuộc vào xi măng phát thải cao, tận dụng chất thải công nghiệp và tự động hóa quá trình sản xuất vật liệu xây dựng.
Từ chất thải công nghiệp đến vật liệu in 3D
Nhóm nghiên cứu thuộc trường kỹ thuật của Trinity College Dublin đã phối hợp với Harcourt Technologies Ltd., một doanh nghiệp công nghệ Ireland chuyên về chế tạo kỹ thuật số và in 3D, để thử nghiệm khả năng xử lý và in vật liệu geopolymer. Các chuyên gia của Harcourt Technologies hỗ trợ nhóm nghiên cứu kiểm chứng vật liệu qua các công đoạn trộn, bơm, đùn và in 3D.
Thử nghiệm công nghệ in 3D vật liệu geopolymer không sử dụng xi măng portland từ chất thải công nghiệp của quá trình tinh luyện bauxite.
Vật liệu có màu nâu đỏ đặc trưng, được phát triển từ chất thải của quá trình tinh luyện bauxite. Vật liệu không chứa xi măng portland, trong khi hơn 30% thành phần có tính chất tương tự chất kết dính đến từ chất thải công nghiệp địa phương.
Nếu không được tận dụng, dòng chất thải này có thể cần được xử lý, lưu trữ trong thời gian dài hoặc đưa đi chôn lấp. Việc sử dụng chất thải làm thành phần của vật liệu xây dựng vì vậy tạo ra một hướng tiếp cận theo kinh tế tuần hoàn, chuyển một dòng chất thải công nghiệp thành nguyên liệu có giá trị cao hơn.
Theo đánh giá sơ bộ, vật liệu có thể giúp giảm khoảng 70% phát thải carbon hàm chứa so với bê tông sử dụng xi măng portland thông thường. Tuy nhiên, đây mới là kết quả đánh giá ban đầu và khả năng giảm phát thải vẫn cần được tiếp tục kiểm chứng khi vật liệu được mở rộng quy mô sản xuất và ứng dụng.
In 3D tự động hóa quá trình sản xuất vật liệu
Công nghệ in 3D mang lại nhiều thay đổi so với phương thức sản xuất và thi công truyền thống. Các dự án thông thường có thể được hoàn thành trong vài tuần thay vì vài tháng. Việc in trực tiếp theo mô hình kỹ thuật số giúp giảm nhu cầu sử dụng khuôn và cốp pha truyền thống, đồng thời hạn chế lượng chất thải phát sinh.
Quá trình xây dựng cũng được tự động hóa ở mức cao hơn khi máy in tạo ra cấu kiện theo từng lớp dựa trên mô hình kỹ thuật số. Điều này có thể góp phần giảm nhu cầu lao động thủ công và chi phí liên quan. Một lợi thế khác là khả năng tạo ra các đường cong phức tạp và hình học đặc biệt. Những cấu trúc này có thể khó thực hiện hoặc quá tốn kém nếu sử dụng các phương pháp xây dựng truyền thống.
Trong thử nghiệm tại Harcourt Technologies, các chuyên gia đã hỗ trợ nhóm nghiên cứu kiểm chứng khả năng xử lý vật liệu geopolymer qua các công đoạn trộn, bơm, đùn và in. Việc đánh giá khả năng tương thích với thiết bị in là một bước quan trọng trong quá trình đưa vật liệu từ nghiên cứu sang các ứng dụng có quy mô lớn hơn.
Giáo sư Sara Pavia thuộc Trinity College Dublin cho biết, thử nghiệm cho thấy chất thải công nghiệp địa phương có thể được chuyển hóa thành vật liệu xây dựng có tính năng, khả năng thích ứng và đặc tính thẩm mỹ riêng. Theo bà, giá trị của vật liệu này không chỉ nằm ở khả năng thay thế xi măng. Geopolymer có thể được phát triển như một nền tảng chất kết dính linh hoạt, trong đó thành phần, tính lưu biến, đặc tính đông kết và tính năng ở giai đoạn đầu có thể được điều chỉnh để phù hợp với các quy trình sản xuất và ứng dụng xây dựng khác nhau.
Hướng tới mở rộng quy mô công nghiệp
Nghiên cứu là một phần của dự án phát triển các giải pháp carbon thấp từ nghiên cứu trong phòng thí nghiệm đến ứng dụng công nghiệp. Dự án được tài trợ bởi Research Ireland và có sự tham gia của các doanh nghiệp SISK, FLI Precast Solutions, McGrath Quarries, Techcrete và Roadstone.
Các đơn vị tham gia dự án đóng góp chuyên môn trong nhiều khâu của chuỗi cung ứng xây dựng, từ phát triển vật liệu, sản xuất bê tông, sản xuất cấu kiện đúc sẵn đến triển khai xây dựng và chế tạo kỹ thuật số. Sự tham gia của các doanh nghiệp giúp quá trình phát triển vật liệu được định hướng theo các yêu cầu thực tế về khả năng sản xuất, đảm bảo chất lượng, mở rộng quy mô và khả năng tiếp nhận của thị trường.
Thách thức tiếp theo là mở rộng vật liệu từ các mẻ sản xuất trong phòng thí nghiệm lên khối lượng và mức độ ổn định cần thiết để sử dụng với thiết bị công nghiệp. Khi quy mô tăng lên, quá trình sản xuất sẽ phát sinh thêm nhiều biến số liên quan đến thành phần, tính đồng nhất và khả năng kiểm soát vật liệu.
Các nghiên cứu tiếp theo sẽ tập trung vào đặc tính cơ học, độ bền, khả năng gia cường, độ ổn định lâu dài, kiểm soát quy trình và mức độ đáp ứng các yêu cầu pháp lý. Những vấn đề này sẽ quyết định khả năng đưa geopolymer không xi măng từ chất thải bauxite vào các ứng dụng xây dựng thực tế. Dù kết quả thử nghiệm ban đầu cho thấy tiềm năng của vật liệu, việc mở rộng quy mô vẫn cần được đánh giá đầy đủ về hiệu năng, độ ổn định và khả năng kiểm soát chất lượng.
Sự kết hợp giữa geopolymer không sử dụng xi măng, chất thải từ quá trình tinh luyện bauxite và công nghệ in 3D đang mở ra một hướng nghiên cứu đáng chú ý cho vật liệu xây dựng carbon thấp. Mô hình này đồng thời tiếp cận 3 bài toán gồm giảm sự phụ thuộc vào chất kết dính phát thải cao, gia tăng giá trị sử dụng của chất thải công nghiệp và tự động hóa quá trình sản xuất.
Cem.Info (TH/ Globalcement)
