Sử dụng thủy tinh tái chế để thay thế cát trong bê tông in 3D

Rate this post

Với tốc độ xây dựng chóng mặt, thế giới đang cạn kiệt cát ở sông hồ. Để góp phần giải quyết vấn đề này, Tiến sĩ Trần Phương (Đại học RMIT, Australia) và các cộng sự đã phát triển công nghệ in bê tông 3D sử dụng thủy tinh tái chế có thể thay thế 50% cát tự nhiên.

TS.  Trần Phương (left) đứng cạnh "Boomerang bức tranh"một biểu tượng của nước Úc, được làm bằng bê tông trong 3D.  The face page could not be design and in the other details, not most of a face.  Ảnh: RMIT

Thay đổi “công thức” trộn nguyên liệu

Trong 10 năm qua, bê tông in 3D đã khơi dậy một cuộc cách mạng mới trong kiến ​​trúc và xây dựng. Công nghệ mới này có thể tạo ra nhiều dạng cấu trúc khác nhau mà phương pháp bê tông khuôn truyền thống khó đạt được, từ đó tạo ra các công trình với chi phí thấp hơn và tiết kiệm thời gian.

Tùy thuộc vào hỗn hợp được sử dụng, một ngôi nhà bê tông in 3D có thể tồn tại đến 100 năm giống như những ngôi nhà làm bằng bê tông khối. Máy in 3D cũng thúc đẩy sự sáng tạo và tự do trong thiết kế. Ở những nơi như Dubai, người ta đã công bố rằng đến năm 2025, khoảng 25% các tòa nhà mới trong thành phố sẽ được làm bằng máy in 3D.

Tuy nhiên, vấn đề với bê tông là chúng có tác động môi trường đáng kể. Ngoại trừ xi măng, vật liệu chính của bê tông mà ngành công nghiệp sản xuất, chịu trách nhiệm cho khoảng 8-9% lượng khí thải CO2 do con người tạo ra trên toàn cầu, một lượng lớn cát tự nhiên cũng đang được sản xuất. ban đêm được khai thác hợp pháp và bất hợp pháp từ các bờ sông để đáp ứng nhu cầu lớn của thế giới về bê tông.

Tiến sĩ Trần Phương tại Khoa Kỹ thuật Đại học RMIT, Melbourne, Australia cho biết nhóm nghiên cứu của anh muốn giảm lượng cát tự nhiên trong bê tông bằng một vật liệu tái chế có tính chất và thành phần tương tự, thủy tinh tái chế để tăng tính ‘xanh’ cho Công nghệ.

Vì thủy tinh cũng được làm từ cát nên họ đã nghiền những mảnh thủy tinh bỏ đi như gương, ly, chai lọ,… to bằng sợi tóc để trộn vào bê tông. Điều này thoạt nghe thì có vẻ đơn giản, nhưng mấu chốt ở đây là làm thế nào để thay đổi công thức trộn mà vẫn làm cho bê tông in ra trơn tru và không thay đổi cấu trúc.

Để làm được điều đó, họ phải thay đổi hóa chất nền để đảm bảo độ dẻo của hỗn hợp để chúng có thể đi qua các đầu in 3D mà không bị vỡ. Kích thước của hạt thủy tinh cũng đóng một vai trò rất quan trọng. TS Phương cho rằng, nếu hạt thủy tinh quá lớn sẽ ảnh hưởng đến độ đồng nhất của vật liệu, tạo phản ứng hóa học phụ trong quá trình trộn, về lâu dài sẽ gây ra các vết nứt trên xi măng khiến bê tông xấu đi. , nhưng nếu chúng quá nhỏ, sẽ cần rất nhiều năng lượng để mài chúng thành một kích thước mịn như cát. Do đó, nhóm của ông đã nghiên cứu để tìm ra phạm vi tối ưu “không quá nhỏ cũng không quá lớn” cho các hạt vật liệu thay thế.

Hiện tại, bê tông in 3D không thể loại bỏ cát hoàn toàn, vì vậy một trong những mục tiêu chính là xem xét việc thay thế cát bằng thủy tinh càng lớn càng tốt mà không ảnh hưởng lớn đến cấu trúc in 3D. Họ phát hiện ra rằng con số có thể lên tới 50%, tiết kiệm gần một nửa lượng cát sử dụng so với in 3D thông thường.

Khi thêm nhiều thủy tinh như vậy, các tác giả cũng phát hiện ra những mối tương quan thú vị giữa các đặc tính cơ học và cấu trúc vi mô của vật liệu. Ví dụ, nếu in 3D bê tông song song với dầm, Sự hiện diện của các hạt thủy tinh có thể làm giảm độ bền uốn của bê tông từ 8% đến 20%, nhưng in vuông góc làm tăng độ bền uốn từ 25% đến 33%.

Nghiên cứu sinh Junli Liu, đồng tác giả của bài báo nghiên cứu đăng trên tạp chí Xây dựng và Vật liệu xây dựng nói rằng việc sử dụng thủy tinh tái chế có thể giúp ngành xây dựng giảm sự phụ thuộc vào cát, đồng thời giúp giải quyết vấn đề rác thải thủy tinh chiếm không gian trong các bãi chôn lấp. Về bản chất, thủy tinh có thể được tái chế hàng chục lần, nhưng chỉ có 21% lượng thủy tinh trên thế giới được xử lý.

Khi nói đến thu gom và tái chế, điều quan trọng là phải tìm được một ứng dụng đầu ra đủ lớn và hấp dẫn cho các sản phẩm tái chế. Các nghiên cứu của Tiến sĩ Phương chứng minh rằng có thể sử dụng thủy tinh tái chế làm bê tông chịu lực in 3D – một ngành công nghiệp mới có nhiều hứa hẹn.

Tòa nhà 3D ở Đức |  Nguồn: PERI

Tại Úc, nhóm của ông đã được một số doanh nghiệp địa phương thách thức xây dựng những ngôi nhà in 3D cho công nhân hoặc người lao động thời vụ, những người dành phần lớn thời gian trên các công trường xây dựng và cần nhà. Thuận tiện, đơn giản, nhanh chóng. Tiến sĩ lý giải, trước đây điều này hiếm nhưng do nhận thức của xã hội đã thay đổi, cộng với việc Chính phủ Australia có các chương trình phát triển công nghệ 4.0 tập trung vào sản xuất tiên tiến và tăng tính bền vững. để doanh nghiệp có thêm động lực để tiếp cận.

Trên thế giới, các doanh nghiệp đang thể hiện sự quan tâm nhất định đến các vật liệu thay thế. Tại Hoa Kỳ, không chỉ các công ty sáng tạo quan tâm đến việc tái chế thủy tinh thành bê tông, mà các doanh nghiệp sản xuất vật liệu bê tông truyền thống cũng bắt đầu có động thái. Mặc dù đây là sản phẩm cạnh tranh trực tiếp với các sản phẩm hiện tại của họ, nhưng một số công ty đang âm thầm xây dựng đội ngũ nghiên cứu nội bộ của riêng mình để bắt kịp xu hướng mới.

Truyền cảm hứng cho cộng tác in 3D

Trong một nghiên cứu khác được công bố trên tạp chí Tự động hóa trong xây dựng Đầu năm nay, các nhà khoa học từ Đại học RMIT (Úc), Đại học HUTECH (Việt Nam) và Học viện Công nghệ Guwahati (Ấn Độ) đã đề xuất cấu trúc nhựa in 3D lấy cảm hứng từ vi cấu trúc. của xương để thay thế thép trong dầm bê tông. Nó có khả năng chịu lực và chống nứt cao hơn gấp 4 lần so với các mẫu bê tông đúc mà không có bất kỳ loại gia cố nào. Do không sử dụng thép nên bê tông cốt thép nhựa có khả năng khắc phục một số điểm yếu của bê tông cốt thép như nặng và rỉ sét.

Tương tự như ý tưởng sử dụng kính tái chế trong bê tông, TS Trần Phương cho biết việc sử dụng nhựa làm dầm trong bê tông cũng góp phần giải quyết vấn đề rác thải nhựa hiện nay khi chỉ khoảng 10-15% rác thải nhựa ở Việt Nam được thu gom và tái chế. Ông tin rằng nếu có thể biến những chất thải này thành vật liệu xây dựng hữu ích một cách sáng tạo thông qua công nghệ in 3D, nhiều cánh cửa cơ hội mới sẽ được mở ra tại Việt Nam.

Cũng giống như Australia, Việt Nam đang đề ra chiến lược phát triển công nghệ 4.0, trong đó có in 3D và chế tạo robot. Mặc dù nghiên cứu trong lĩnh vực này là tương đối mới, một số trường đại học hàng đầu trong nước và các tổ chức liên quan đến xây dựng, kiến ​​trúc và công nghệ đã bắt đầu xem xét. Là một nhà nghiên cứu đang làm việc tại Australia, Tiến sĩ Phương hy vọng mình có thể trở thành cầu nối liên kết các bên để thực hiện một số dự án chung về công nghệ vật liệu tiên tiến cho tương lai.

Cuối năm ngoái, anh bắt đầu tham gia vào Hợp tác 5 năm về Đổi mới Giáo dục Đại học (PHER) của USAID với ngân sách 14,2 triệu USD để hiện đại hóa ba trường đại học hàng đầu của Việt Nam. là Đại học Quốc gia Hà Nội, Đại học Quốc gia Thành phố Hồ Chí Minh và Đại học Đà Nẵng. “Trong khuôn khổ chương trình này, tôi muốn đưa một phần về công nghệ vật liệu mới để phần nào khơi dậy hoặc mở rộng sự quan tâm của mọi người đối với công nghệ in 3D”, TS Phương tiết lộ.

Nhà bê tông in 3D thường được sử dụng khi nào?

• Xây dựng nhà thấp tầng: Giống như ngành công nghiệp ô tô, người ta có thể sử dụng công nghệ in 3D khi muốn xây dựng hàng loạt tòa nhà thấp tầng, giống nhau, cùng kích thước, cùng kiểu dáng, cùng khuôn. Những ngôi nhà này có thể giúp giải quyết nhu cầu nhà ở của những người có thu nhập thấp hoặc những người lao động thời vụ.

• Đối với các công trình ở xa, không dễ tiếp cận nhân lực và vật liệu xây dựng: Thiết bị, máy móc xây dựng nhà in 3D có thể được đóng vào thùng xe tải lớn để vận chuyển đến các vùng sâu, vùng xa, sau đó lắp ráp vào máy in 3D và do một vài người điều khiển để in tại chỗ. Máy in 3D có thể giảm khối lượng lớn vật liệu như ván khuôn hoặc xi măng dư thừa, đồng thời đáp ứng tình trạng thiếu thợ xây lành nghề ở các vùng sâu vùng xa.

• Ở những nơi có nguồn nước hạn chế: Các nhà nghiên cứu ở Mỹ và châu Âu đã khởi động các dự án xem xét việc xây dựng nhà trên Mặt trăng, sao Hỏa hoặc sa mạc, và nhận thấy rằng in 3D là lựa chọn duy nhất hiệu quả. So với phương pháp đổ truyền thống, bê tông in 3D cần rất ít nước và sử dụng một số hóa chất giúp bê tông đông cứng nhanh chóng sau khi in.

Leave a Reply

Your email address will not be published.