Hiện thực hóa việc ''xây nhà bằng máy in''

Thử nghiệm khả quan

Phó Giáo sư, Tiến sĩ Trần Văn Miền (Trường Đại học Bách khoa, Đại học Quốc gia thành phố Hồ Chí Minh) cho chúng tôi xem những bức ảnh, thước phim ghi lại quá trình “in” một ngôi nhà tại thành phố Thủ Đức hồi tháng 6-2022. Theo đó, các kỹ sư thiết kế ngôi nhà với không gian 3 chiều trên máy tính bằng phần mềm CAD. Máy tính sẽ điều khiển đầu phun bê tông đặt trên các giá đỡ có thể di chuyển linh hoạt, phụt các lớp bê tông tạo hình ngôi nhà với các bức tường theo mọi hình dạng phức tạp mà không cần dùng ván khuôn như đổ bê tông thông thường.

Nhóm đã xây thành công 2 ngôi nhà từ công nghệ bê tông in 3D. Ngôi nhà thứ nhất rộng 70m2. Ngôi nhà thứ 2 rộng 127,5m2. Đáng chú ý, các bức tường được thiết kế 2 lớp bê tông, mỗi lớp dày 50mm, ở giữa là khoảng thoáng 100mm để cách âm, cách nhiệt, tạo kết cấu vững chắc. “Đây là các công trình thuộc nhiệm vụ khoa học “Nghiên cứu công nghệ bê tông in 3D dùng cho công trình xây dựng”. Nếu ứng dụng thành công, công nghệ này không chỉ mở ra hướng đi mới trong xây dựng nhà cửa mà còn giúp xây mặt dựng trang trí công trình (Facade) thuận tiện, đa dạng hơn”, Phó Giáo sư, Tiến sĩ Trần Văn Miền, Chủ nhiệm đề tài cho biết.

Trước đó, tháng 5-2022, Phó Giáo sư, Tiến sĩ Lê Trung Thành (Viện Vật liệu xây dựng thuộc Trường Đại học Sư phạm kỹ thuật thành phố Hồ Chí Minh) cùng nhóm 4 sinh viên đã tự chế tạo máy in và vật liệu, xây dựng thành công một ngôi nhà rộng 27m2 bằng công nghệ bê tông in 3D. Công trình hoàn tất sau 2 tháng vừa nghiên cứu, vừa xây dựng với tổng cộng 30 giờ in, chi phí 50 triệu đồng.

Trưởng nhóm sinh viên Lê Văn Kiệt, Trường Đại học Sư phạm kỹ thuật thành phố Hồ Chí Minh cho biết: “Tường ngôi nhà được in 3D theo nguyên tắc phun chồng từng lớp vữa với độ dày mỗi lớp 2cm, độ dày vách tường 20cm. Nhà được xây bằng công nghệ này có thời gian thi công nhanh, giảm nhân công, chi phí hợp lý nhưng vẫn có kết cấu chắc chắn”.

Còn nhiều thách thức

Theo Phó Giáo sư, Tiến sĩ Trần Văn Miền, thách thức trong ứng dụng công nghệ in bê tông 3D không phải là thiết kế nhà hay chế tạo máy in phun mà nằm ở khâu vật liệu dùng cho in bê tông. Vật liệu này phải mịn (hạt vật liệu lớn nhất có đường kính tối đa 5mm) và đủ lỏng để không làm tắc đầu phun, nhưng phải có độ kết dính tốt…

“Chúng tôi đã mất nhiều thời gian thử nghiệm để chọn ra hỗn hợp bê tông gồm xi măng PC50, tro bay loại F, Silicafume (SF), sợi Polypropylene (PP), cát, nước, phụ gia điều chỉnh độ nhớt (VMA) và phụ gia siêu dẻo, nhằm chống lại việc bê tông co ngót nhanh, có thể dẫn đến phá vỡ kết cấu tường. Thời gian liên kết, đông đặc của bê tông dưới 12 giờ là lý tưởng nhất…”, Phó Giáo sư, Tiến sĩ Trần Văn Miền chia sẻ.

Qua thực tế thử nghiệm, các nhóm nghiên cứu còn phải đối mặt với những thách thức lớn khác. Đơn cử, việc xử lý các lỗ hổng và độ liên kết giữa 2 lượt phun bê tông do độ co ngót khác nhau. Việc thi công ngoài trời dễ bị tác động tiêu cực của thời tiết gây nứt bê tông, ảnh hưởng đến chịu lực và khả năng chống thấm…

Chia sẻ những khó khăn này, Tiến sĩ Trần Bá Việt, Phó Chủ tịch kiêm Tổng Thư ký Hội Bê tông Việt Nam cho biết, hiện Việt Nam (và nhiều nước trên thế giới) chưa có tiêu chuẩn quốc gia về sản xuất theo phương pháp đắp dần (phun từng lớp bê tông tạo thành tường); chưa có quy chuẩn về vật liệu xây dựng, kết cấu công trình, tiêu chuẩn chất lượng… cho công trình xây dựng theo công nghệ bê tông in 3D.

Ông Trần Bá Việt đề xuất: “Đây là công nghệ xanh vì hầu như không phát thải, lại tận dụng được một số chất thải công nghiệp làm vật liệu. Khả năng tự động hóa cao và robot hóa quá trình ứng dụng công nghệ cho phép xây dựng công trình trong môi trường khắc nghiệt mà không gây hại cho người lao động. Chúng ta rất cần có hành lang pháp lý để mở ra hướng ứng dụng công nghệ này ở Việt Nam”.

Đồng quan điểm, Phó Giáo sư, Tiến sĩ Trần Văn Miền nhấn mạnh: “Tường bê tông in 3D có độ chống thấm tốt hơn; cường độ chịu nén tốt hơn 30% so với tường xây gạch nung trát vữa, có thể làm cả tường chịu lực. Công nghệ này giúp xây nhà nhanh hơn 80%, giá thành hạ đến 20% so với phương pháp truyền thống. Chúng tôi rất mong được hợp tác với các đối tác để hoàn thiện và ứng dụng công nghệ này tại Việt Nam”.

Hiện Sở Khoa học và Công nghệ thành phố Hồ Chí Minh đang nghiên cứu hỗ trợ nhóm nghiên cứu mở rộng thử nghiệm các giải pháp hạn chế hiện tượng nứt trong quá trình thi công công trình in bê tông 3D ngoài trời, kết hợp đánh giá khả năng chống cháy của công trình, hướng đến mục tiêu ứng dụng công nghệ này vào xây dựng cả những công trình có thiết kế nghệ thuật và phức tạp mà việc thi công truyền thống hầu như không thể thực hiện được.