Ảnh minh họa. Nguồn: ITN

Một nhóm nghiên cứu tại Đại học Bang Oregon vừa giới thiệu loại vật liệu in 3D mới có thể thay thế bê tông truyền thống và đạt độ cứng cần thiết chỉ trong 3 ngày, rút ngắn đáng kể so với 28 ngày của bê tông xi măng Portland. Đây được xem là bước đột phá trong lĩnh vực xây dựng bằng công nghệ in 3D, vốn đang được quan tâm như một giải pháp tăng tốc tiến độ và giảm phát thải carbon.

Bê tông thông thường được cấu thành từ nước, cốt liệu và xi măng, trong đó quá trình đông cứng của xi măng thường kéo dài gần một tháng. Không chỉ chậm, xi măng Portland còn gây lo ngại lớn về môi trường.

Quy trình sản xuất xi măng yêu cầu nung đá vôi ở mức nhiệt lên tới 1.450°C, thải ra lượng lớn CO₂. Đồng thời, khi đá vôi bị nung trong quá trình “nung kết”, bản thân vật liệu cũng giải phóng lượng lớn CO₂ bên trong. Tổng hợp hai nguồn phát thải này khiến xi măng chiếm tới 5 – 8% lượng khí nhà kính do con người tạo ra trên toàn cầu.

Trong bối cảnh đó, vật liệu in 3D mới được phát minh nởi PGS Devin Roach cùng nhóm nghiên cứu đã mang đến hướng đi bền vững hơn. Hỗn hợp chủ đạo gồm đất sét pha sợi gai dầu, cát và than sinh học, một loại vật liệu tương tự than củi, sản xuất bằng phương pháp nhiệt phân từ dăm gỗ và các chất hữu cơ trong môi trường không oxy.

Đáng chú ý, vật liệu này không sử dụng xi măng Portland như bê tông thông thường. Thay vào đó, nó dùng một loại chất kết dính đặc biệt làm từ acrylamide. Khi hỗn hợp được in ra và gặp nhiệt, chất kết dính này lập tức phản ứng và bắt đầu đông cứng rất nhanh. Ngay khi hỗn hợp được đùn ra khỏi đầu in, phản ứng hóa học lập tức diễn ra, giúp vật liệu nhanh chóng cố định và đủ bền để xây dựng các cấu trúc phức tạp, bao gồm cả những phần vượt nhịp như khung trên cửa sổ.

Theo nhóm nghiên cứu, vật liệu đạt độ bền 3 megapascal ngay sau khi in, đủ để tạo các lớp tường hoặc chi tiết nhô ra. Chỉ trong 3 ngày, độ bền tăng vượt 17 megapascal, mức yêu cầu đối với bê tông kết cấu trong xây dựng nhà ở. Sau tám đến 10 ngày, sản phẩm cứng hoàn toàn, đạt hơn 40 megapascal, tương đương hoặc vượt nhiều loại bê tông thông dụng hiện nay.

Thách thức hiện tại nằm ở chi phí, khi giá thành loại vật liệu mới vẫn cao hơn vật liệu xây dựng truyền thống. Nhóm khoa học đang tiếp tục tối ưu công thức và quy trình để giảm chi phí sản xuất, mở đường cho khả năng ứng dụng rộng rãi trong tương lai. Kết quả nghiên cứu đã cho thấy tiềm năng lớn của một thế hệ “bê tông xanh” mới cho ngành Xây dựng.