» Các nhà nghiên cứu tại Đại học Oregon State (Hoa Kỳ) vừa phát triển một vật liệu thay thế bê tông có khả năng đóng rắn nhanh và thân thiện môi trường, hướng tới ứng dụng trong in 3D nhà ở và hạ tầng với tốc độ cao.
Nhu cầu tìm kiếm vật liệu in 3D có khả năng rút ngắn thời gian thi công, giảm phát thải và thay thế một phần bê tông truyền thống đang tăng nhanh trong ngành xây dựng. Khi nhiều quốc gia chịu áp lực từ khủng hoảng nhà ở và yêu cầu cắt giảm khí nhà kính, những giải pháp vật liệu mới trở thành hướng đi quan trọng để đáp ứng cả tiến độ lẫn mục tiêu môi trường.
Các cấu trúc bê tông polymer in 3D.
Vật liệu mới do nhóm nghiên cứu tại Đại học Oregon State do Devin Roach và nghiên cứu sinh tiến sĩ Nicolas Gonsalves phụ trách cùng các cộng sự phát triển từ hỗn hợp đất sét được gia cường bằng sợi gai dầu, cát và biochar. Nhờ chất kết dính gốc acrylamide tạo phản ứng polymer hóa theo mặt phản ứng, vật liệu này có thể đóng rắn ngay trong lúc được đẩy ra từ máy in 3D. Đặc tính này cho phép máy in tạo các lớp vật liệu liền mạch và thậm chí bắc qua các khoảng không, không cần chống đỡ, chẳng hạn như mép trên của cửa hoặc cửa sổ. Nghiên cứu được công bố trên tạp chí Advanced Composites and Hybrid Materials.
Mô hình tiếp cận sử dụng phản ứng polymer hóa theo mặt phản ứng trong in 3D bê tông polymer.
Theo Roach, trợ lý giáo sư ngành Kỹ thuật cơ khí, vật liệu vừa in đạt cường độ chịu nén 3 megapascal ngay lập tức, đủ để xây tường nhiều lớp và các phần nhô tự do như mái. Sau 3 ngày, cường độ vượt mức 17 megapascal, tương đương yêu cầu với bê tông kết cấu dùng cho nhà ở. Bê tông xi măng truyền thống có thể mất đến 28 ngày mới đạt mức này.
Lợi thế nổi bật khác đến từ thành phần tự nhiên chiếm tỷ lệ lớn. Biochar được tạo ra bằng cách gia nhiệt mùn cưa và sinh khối hữu cơ trong môi trường ít oxy, trong khi đất sét và sợi gai dầu đều dễ khai thác. Nhờ không sử dụng xi măng, vật liệu mới giảm đáng kể lượng khí carbon phát thải. Quy trình sản xuất xi măng từ lâu được biết đến là nguồn phát thải khí CO₂ lớn khi nguyên liệu phải được nung trong lò công nghiệp ở hơn 1.400°C bằng năng lượng từ nhiên liệu hóa thạch.
Roach cho rằng vật liệu mới có tiềm năng ứng dụng trong thực tế, nhất là trong bối cảnh nhu cầu xây dựng nhanh sau thiên tai ngày càng tăng. Ông nhấn mạnh nguồn vật liệu đầu vào rất sẵn có và lượng phát thải thấp giúp giải pháp này có tính thực tiễn cao nếu được ứng dụng rộng rãi.
Mặc dù nhiều ưu điểm, vật liệu mới hiện có chi phí cao hơn bê tông xi măng. Roach cho biết nhóm cần tối ưu giá thành và sẽ phải tiến hành đầy đủ các thử nghiệm theo tiêu chuẩn ASTM. Báo cáo kỹ thuật sẽ được chuẩn bị để các kỹ sư thẩm định trước khi vật liệu được đề xuất đưa vào các dự án xây dựng.
Cem.Info
