In bê tông 3D đang dần trở thành xu hướng trong lĩnh vực xây dựng nhờ khả năng tạo ra những sản phẩm độc đáo, linh hoạt và thân thiện với môi trường. Dù đã tối ưu công nghệ tiên tiến và tạo ra những sản phẩm có "vòng đời xanh", nhóm nghiên cứu QLAT ở trường Đại học Hải Phòng vẫn đang phải đối mặt với nhiều khó khăn để biến ý tưởng này thành một giải pháp khả thi trên thị trường Việt Nam.

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

Năm 2017, một nhóm nghiên cứu tại Đại học Công nghệ Eindhoven (Hà Lan) đã gây ấn tượng với việc in 3D cây cầu bê tông dài 8 mét cho xe đạp, đánh dấu bước tiến vượt bậc trong ứng dụng công nghệ này. Tại Việt Nam, số lượng nhóm nghiên cứu đủ điều kiện để theo đuổi công nghệ in bê tông 3D vẫn còn hạn chế. Nhóm QLAT tại Khoa Xây dựng, trường Đại học Hải Phòng, là một trong số ít những đơn vị tiên phong trong lĩnh vực này, mặc dù còn khá mới mẻ so với các nhóm nghiên cứu khác tại Viện Vật liệu xây dựng, trường ĐH Sư phạm Kỹ thuật TP. HCM và trường ĐH Bách khoa.

Theo TS. Phạm Thị Loan, thành viên chủ chốt của QLAT, một trong những thách thức lớn nhất đối với công nghệ này là việc kiểm soát thời gian mở in của mẻ trộn bê tông. Thời gian in kéo dài có thể ảnh hưởng đến quá trình ninh kết, khiến cho sợi bê tông in ra khác với dự tính hoặc gây khó khăn trong việc đùn vữa ra khỏi đầu in. Để giải quyết vấn đề này, nhóm QLAT đã phải đầu tư vào các thiết bị hiện đại và áp dụng những kỹ thuật xử lý phức tạp.

Công nghệ in bê tông 3D đòi hỏi sự kết hợp giữa phần mềm thiết kế và phần cứng bao gồm máy in và bộ phối trộn bê tông. Nhóm QLAT đã sử dụng phần mềm Mach3 để điều khiển máy in, cắt lớp và tạo ra hình thể vật cần in. Tuy nhiên, việc làm chủ công nghệ trong phòng thí nghiệm mới chỉ là một nửa của giải pháp. QLAT mong muốn tạo ra những sản phẩm có "vòng đời xanh" bằng cách tận dụng tro bay – một phế phẩm từ quá trình sản xuất điện. Hải Phòng có nhà máy nhiệt điện gần trường, cung cấp nguồn nguyên liệu tro bay thuận lợi cho nhóm nghiên cứu. Việc sử dụng tro bay không chỉ giảm thiểu lượng xi măng cần thiết trong thành phần bê tông mà còn mang lại độ linh hoạt và tính mịn cho sợi in.

Trong quá trình thử nghiệm, nhóm phát hiện ra rằng hàm lượng tro bay cũng ảnh hưởng đến cường độ của bê tông. Nếu thay thế khoảng 20-30% tro bay trong hỗn hợp, cường độ chịu nén của bê tông gần như không bị ảnh hưởng. Tuy nhiên, khi tỉ lệ này vượt quá 30%, cường độ chịu nén sẽ giảm so với bê tông sử dụng hoàn toàn xi măng. Ngoài tro bay, nhóm còn sử dụng cát nghiền – một nguyên liệu có giá thành thấp hơn so với cát tự nhiên – để tạo ra một loại bê tông vừa tiết kiệm chi phí vừa thân thiện với môi trường.

Với những điểm mạnh này, nhóm QLAT đã thiết kế và chế tạo nhiều sản phẩm bằng công nghệ in bê tông 3D. Các sản phẩm bao gồm bàn ghế trang trí, biểu trưng và các mô hình thu nhỏ. Nhờ thiết kế linh hoạt và phù hợp với không gian sử dụng, các sản phẩm bàn ghế trang trí đã được thương mại hóa từ 2-3 năm trước. Tuy nhiên, việc đưa công nghệ này vào thị trường xây dựng Việt Nam vẫn gặp nhiều khó khăn. Mặc dù chi phí nguyên liệu đầu vào thấp, giá thành sản phẩm vẫn là một rào cản trong việc thương mại hóa. Điều này phần nào do chi phí đầu tư ban đầu cho công nghệ in bê tông 3D còn cao, khiến khách hàng cảm nhận giá thành sản phẩm khá đắt đỏ.

Bên cạnh đó, in bê tông 3D vẫn là một công nghệ mới tại Việt Nam, chưa có các tiêu chuẩn và quy chuẩn rõ ràng. TS. Phạm Thị Loan chia sẻ rằng dù đã có nhiều nghiên cứu và xuất bản khoa học về công nghệ này, nhưng tính phổ biến của nó trong ngành xây dựng vẫn còn hạn chế. Điều này đòi hỏi phải có sự quan tâm đầu tư ở tầm vĩ mô để phát triển công nghệ in bê tông 3D song hành với các phương pháp xây dựng truyền thống.

Dù vậy, QLAT không ngừng tìm kiếm cơ hội mới. Nhóm đang nghiên cứu thiết kế và chế tạo các rạn san hô nhân tạo bằng công nghệ in bê tông 3D, một thị trường hoàn toàn mới mẻ tại Việt Nam. Các rạn san hô này tận dụng lợi thế của bê tông in 3D như độ nhám và khả năng tạo ra cấu trúc phức tạp, góp phần tái tạo môi trường sống cho các loài sinh vật biển. TS. Phạm Thị Loan tin rằng hướng đi này sẽ mang lại nhiều tiềm năng phát triển cho QLAT, đặc biệt trong bối cảnh Việt Nam đang mất đi nhiều rạn san hô tự nhiên.

In bê tông 3D từ tro bay là một giải pháp công nghệ đầy tiềm năng, góp phần tạo ra các sản phẩm "xanh" và thân thiện với môi trường. Mặc dù còn nhiều thách thức về chi phí đầu tư, tiêu chuẩn kỹ thuật và thị trường, nhưng nhóm QLAT đang từng bước vượt qua để khẳng định vị thế của mình. Việc tiếp tục lăn xả vào thực tế và tìm kiếm những thị trường ngách, như dự án rạn san hô nhân tạo, là minh chứng cho tinh thần đổi mới sáng tạo của QLAT. Để công nghệ này thực sự phát triển, cần có sự hỗ trợ từ chính sách và quan điểm xã hội, qua đó mở ra cơ hội mới cho những sáng kiến bền vững như in bê tông 3D từ tro bay.

P.A.T (tổng hợp)