Mới lạ về công nghệ nhà in 3D tại Việt Nam

Một công trình nhà bê tông bằng công nghệ in 3D tại TPHCM

Công nghệ in bê tông 3D trong xây dựng

Ưu điểm đầu tiên của công nghệ in 3D đúng như tên gọi của nó đó là: công nghệ tạo mẫu nhanh, với việc công nghệ này bạn sẽ có sự vượt trội về thời gian để chế tạo một sản phẩm hoàn thiện. Thông thường, để tạo ra được một sản phẩm mới bạn mất khoảng từ 3 – 72 giờ, nó phụ thuộc vào kích thước và độ phức tạp của từng sản phẩm. Có thể bạn cho rằng khoảng thời gian này có vẻ như là chậm, nhưng so với thời gian để tạo ra một sản phẩm bằng các công nghệ chế tạo truyền thống thường mất từ nhiều tuần cho đến nhiều tháng thì bạn phải thấy là nó nhanh hơn rất nhiều. Cũng chính vì cần ít thời gian hơn để tạo ra những sản phẩm nên các công ty sản xuất sẽ tiết kiệm được chi phí và có thể nhanh chóng đưa ra thị trường những sản phẩm mới.

Một nhóm các nhà khoa học ở Đại học Bách khoa (ĐHQG TPHCM) đã thực hiện nhiệm vụ khoa học và công nghệ “Nghiên cứu công nghệ bê tông in 3D dùng cho công trình xây dựng” nhằm triển khai ứng dụng loại vật liệu bê tông in 3D mới trong thi công công trình nhà ở.

PGS.TS Trần Văn Miền (chủ nhiệm nhiệm vụ) cho biết, nhóm thực hiện mong muốn tạo ra vật liệu bê tông in 3D tạo hình hướng đến ứng dụng cho xây dựng ở 2 mảng gồm: In tường công trình xây dựng dân dụng và tạo hình mặt dựng trang trí công trình (Facade).

Nguyên liệu sử dụng để chế tạo bê tông in 3D có đặc trưng là cốt liệu nhỏ (kích thước hạt cốt liệu lớn nhất phổ biến không quá 5mm) và hàm lượng chất kết dính thấp, vì vậy tốc độ co ngót và ứng suất kéo do co ngót sinh ra trong giai đoạn đầu (1 đến 3 ngày sau khi in tạo hình cấu kiện) là lớn hơn đáng kể so với bê tông nặng truyền thống.

Do vậy, hầu hết bê tông in 3D sẽ có khả năng xuất hiện nứt trên cấu kiện ở tuổi sớm. Để bê tông in 3D có khả năng đùn và khả năng đắp dần lên cao tốt thì hỗn hợp bê tông này cần phải có độ nhớt thấp nhất nhưng không được phân tầng, và có ứng suất chảy tĩnh cao.

Giải quyết những phức tạp trong thi công

Theo PGS.TS Trần Văn Miền, việc hỗn hợp bê tông quá chậm ninh kết ảnh hưởng đến quá trình thi công và sự ổn định của khối in, cho nên cần rút ngắn thời gian. Khoảng thời gian ninh kết của bê tông không quá 12 tiếng sẽ phù hợp với công tác thi công và đảm bảo sự ổn định cho khối in trong và sau khi kết thúc quá trình in.

Ưu thế nổi trội của công nghệ in bê tông 3D là có thể tạo hình tường bao công trình có hình dạng phức tạp, ví dụ như có độ cong, độ uốn lượn có quy luật hoặc không có quy luật nhất định.

Nhóm thực hiện đã thi công thử nghiệm thành công 2 công trình nhà ở bằng công nghệ in bê tông 3D: Công trình 1 rộng 5m, dài 14m và cao 4m (có 1 phòng khách, 1 phòng ăn – bếp và 1 phòng ngủ); Công trình 2 rộng 8,5m, dài 15m và cao 3,8m (có 2 phòng ngủ, 1 phòng ăn – bếp, 1 phòng khách và 1 phòng làm việc, tường nhà thiết kế tạo kiểu dáng cánh hoa hồng, tường dày 200mm bao gồm 2 lớp tường, mỗi lớp thiết kế dày 50mm).

So sánh khả năng kháng thấm nước, tường bê tông in 3D tốt hơn so với tường gạch đất sét nung tô vữa xi măng một mặt. Hệ số thấm nước của tường bê tông thấp hơn đáng kể so với tường gạch đất sét nung.

Tuy nhiên, tương tự như tường xây bằng gạch đất sét nung, nước thấm xuyên qua tường bê tông in 3D chủ yếu tại vị trí tiếp xúc giữa 2 lớp bê tông. Điều này có nghĩa là tại vị trí tiếp xúc giữa 2 lớp bê tông không đủ đặc chắc, có tồn tại khuyết tật và lỗ rỗng đủ lớn để nước thấm xuyên qua.

Thực tế cho thấy, ứng dụng công nghệ in bê tông 3D để thi công xây dựng có lợi thế hơn so với công nghệ thi công truyền thống về tiến độ (nhanh hơn gần 80%) và giá thành xây dựng (giảm khoảng 20%) khi thi công phần thô trên cùng một thiết kế công trình xây dựng.

Ngoài ra, công nghệ in bê tông 3D có điểm nổi bật là có thể thi công được những công trình có thiết kế nghệ thuật và phức tạp mà việc thi công truyền thống hầu như không thể thực hiện được, lại giảm đáng kể chất thải xây dựng, có thể tận dụng các chất thải rắn (tro xỉ nhiệt điện, xà bần xây dựng, thạch cao…).