Bê tông in 3D có thể dẫn đến sự thay đổi mang tính cách mạng trong kiến ​​trúc và xây dựng. Do kỹ thuật có thể tạo ra các hình dạng và hình thức mới mà kỹ thuật thông thường gặp khó khăn, thay đổi các quy trình hàng thế kỷ được sử dụng để xây dựng các tòa nhà, giảm chi phí và thời gian xây dựng.

Nhưng sản xuất bê tông gây tác động lớn đến môi trường. Một khối lượng cát tự nhiên đang được khai thác đáp ứng nhu cầu bê tông vô độ của thế giới, gây tổn thất nặng nề cho môi trường. Hiện nay, ngành xây dựng đang tạo ra 35% tổng lượng rác chôn lấp khó phân hủy trên toàn cầu .

Một nghiên cứu mới của nhóm nhà khoa học thuộc Đại học Brunel London, Anh, do Seyed Ghaffar, PGS về Kỹ thuật Xây dựng và Vật liệu Môi trường đề xuất một giải pháp để hạn chế tác động ngành xây dựng vào môi trường. Nhóm nghiên cứu đã thử nghiệm sử dụng thủy tinh tái chế như một thành phần của bê tông để in 3D.

Bê tông được sản xuất từ hỗn hợp xi măng, nước và cốt liệu cát. Nhóm nghiên cứu đã thay thế tới 100% cốt liệu bằng thủy tinh. Do thủy tinh được sản xuất từ ​​cát, dễ tái chế và được sử dụng làm bê tông không cần bất kỳ quá trình xử lý phức tạp nào.

Nhu cầu từ ngành xây dựng cũng đảm bảo thủy tinh tái chế được sử dụng triệt để. Năm 2018 ở Mỹ, chỉ 1/4 thủy tinh phế thải được tái chế, hơn một nửa đưa đi chôn lấp .

Nhóm nghiên cứu sử dụng chai nước thủy tinh soda - vôi màu nâu, thu được từ một công ty tái chế địa phương. Đầu tiên, các chai thủy tinh được nghiền bằng máy nghiền, sau đó những mảnh vụn được rửa sạch, làm khô, xay và sàng. Những hạt thủy tinh thu được nhỏ hơn một milimét vuông.

Sau đó, thủy tinh nghiền được sử dụng để sản xuất bê tông tượng tự như cát. Bê tông thu được sử dụng để in 3D các chi tiết tường và những khối xây dựng đúc sẵn, có thể được lắp với nhau để tạo thành toàn bộ tòa nhà.

Tường của tòa nhà được đúc sẵn bằng công nghệ in 3D. Ảnh Mehdi Chougan

Nếu bê tông được sản xuất theo cách này, thủy tinh phế thải sẽ là nguyên vật liệu mới trong xây dựng và sẽ không còn thủy tinh bị chôn lấp ở bãi rác thải. Đặc biệt, thủy tinh sẽ góp phần tạo ra loại bê tông mới với những đặc tính ưu việt hơn là cát tự nhiên.

Độ dẫn nhiệt của thủy tinh soda – vôi, loại thủy tinh phổ biến nhất trong cửa sổ và chai lọ thấp hơn ba lần so với cốt liệu thạch anh, sử dụng rộng rãi trong bê tông. Có nghĩa là bê tông chứa thủy tinh tái chế có đặc tính cách nhiệt tốt hơn, làm giảm đáng kể chi phí làm mát hoặc sưởi ấm trong mùa hè hoặc mùa đông.

Nhóm nghiên cứu cũng tiến hành những thay đổi khác với hỗn hợp bê tông để làm cho vật liệu bền vững hơn như thay thế một số xi măng Pooclăng bằng bột đá vôi.

Xi măng pooclăng là thành phần chính của bê tông, liên kết các thành phần vật liệu khác với nhau thành một hỗn hợp đông cứng. Nhưng sản xuất xi măng pooclăng thải ra một lượng rất lớn khí carbon và những khí nhà kính khác. Ngành công nghiệp sản xuất xi măng chiếm khoảng 8% tổng lượng khí thải carbon dioxide ra môi trường.

Đá vôi ít độc hại hơn, ít tác động đến môi trường hơn trong quá trình sản xuất so với xi măng poóc lăng. Vật liệu có thể được sử dụng thay cho xi măng pooclăng thông thường trong bê tông để in 3D, chất lượng của hỗn hợp in không hề giảm.

Các lớp in 3D của một mảnh tường. Ảnh Mehdi Chougan

Nhóm nghiên cứu thử nghiệm bổ sung các chất độn nhẹ, chế tạo từ các quả cầu nhựa nhiệt dẻo rỗng nhỏ nhằm giảm tỷ trọng của bê tông. Chất độn này thay đổi độ dẫn nhiệt của bê tông, giảm tới 40% so với các loại bê tông khác, được sử dụng để in 3D, tăng cường tính cách nhiệt và giảm nguyên liệu thô cần thiết cho bê tông.

Sử dụng công nghệ in 3D, kỹ sư xây dựng có thể phát triển cấu trúc chi tiết tòa nhà trên máy tính đơn giản và gửi đến máy in 3D để thi công. Máy in 3D hoạt động 24 giờ/ngày, tăng năng suất lao động và độ an toàn cho công nhân xây dựng.

Nghiên cứu mới mở đường cho những tòa nhà 3D siêu nhẹ, cách nhiệt tốt, một bước quan trọng trong sứ mệnh hướng tới không phát thải carbon.