Sản xuất bê tông in 3D ưu việt: Nhóm giảng viên Bách khoa công bố bài báo quốc tế

Với dự án này, nhóm MiKen – 3DCP đã chế tạo thành công một loại bê tông có khả năng chống co ngót cao hơn hẳn bê tông in 3D thông thường.

Công nghệ in 3D bê tông được xem là một cuộc cách mạng trong lĩnh vực xây dựng. Việc ứng dụng công nghệ in 3D bê tông trong xây dựng góp phần rút ngắn thời gian xây cất, nâng cao tính linh hoạt của kết cấu lẫn kiến trúc, gia tăng mức độ an toàn của điều kiện làm việc cũng như giảm thiểu phát thải gây ô nhiễm môi trường. 

Nhận thấy ưu điểm vượt trội của phương pháp tiên tiến này, PGS. TS. Trần Văn Miền – giảng viên Bộ môn Vật liệu Xây dựng, Khoa Kỹ thuật Xây dựng, Trường ĐH Bách khoa (ĐHQG-HCM) – cùng các cộng sự đã bắt tay nghiên cứu từ khi lĩnh vực này từ rất sớm. 

Sau một thời gian theo đuổi đề tài này, PGS. Miền và nhóm nghiên cứu đã công bố bài báo Rheology and Shrinkage of Concrete Using Polypropylene Fiber for 3D Concrete Printing trên tạp chí Journal Building Engineering. Cùng OISP khám phá công nghệ in 3D trong xây dựng và công trình nghiên cứu khoa học của nhóm giảng viên Bách khoa nhé!

Bài viết liên quan
► Giảng viên Bách khoa: vượt qua mùa dịch bằng nghiên cứu khoa học
► Hệ thống chẩn đoán bệnh từ xa của giảng viên Bách khoa

* Thưa thầy, ý tưởng thực hiện bài báo Rheology and Shrinkage of Concrete Using Polypropylene Fiber for 3D Concrete Printing bắt nguồn từ đâu?

Ngoài hoạt động giảng dạy, tôi còn tham gia cố vấn kỹ thuật về vật liệu xây dựng (VLXD) cho nhà thầu hoặc chủ đầu tư. 

Trong quá trình thực hiện những dự án nghiên cứu liên quan đến VLXD, tôi có điều kiện tiếp cận nhiều thông tin mới trong lĩnh vực này thông qua các hội đồng tư vấn xét duyệt, giám định, nghiệm thu đề tài và hội thảo khoa học quốc tế thuộc lĩnh vực xây dựng. Nhờ đó, tôi nhận ra công nghệ xây dựng tích hợp những chuyên ngành về VLXD, cơ điện tử và công nghệ thông tin sẽ là giải pháp hữu ích mang lại giá trị lớn và khác biệt cho công trình xây dựng. 

Trong đó, in 3D bê tông trong xây dựng là một nhánh công nghệ rất mới mẻ ở Việt Nam và có tiềm năng ứng dụng rất cao và thực tế ứng dụng in 3D bê tông trong xây dựng đã được chứng minh ở Mỹ và châu Âu.

Từ những vấn đề thực tiễn và tính mới nêu trên, tôi bắt đầu nghiên cứu và lập nhóm nghiên cứu về in 3D bê tông từ năm 2019, đã đăng ký và đang thực hiện hai đề tài nghiên cứu khoa học (NCKH) cấp cơ sở và thành phố. Bài báo Rheology and Shrinkage of Concrete Using Polypropylene Fiber for 3D Concrete Printing là sản phẩm của đề tài NCKH cấp cơ sở do Trường ĐH Bách khoa đặt hàng, triển khai trong hai năm 2020-2021.

* Xin thầy chia sẻ chi tiết hơn về đề tài này ạ.

Trong đề tài này, thành phần và tỷ lệ cấp phối nguyên liệu được khảo sát cẩn thận nhằm hướng tới vùng cấp phối bê tông mà ở đó hỗn hợp bê tông có tính lưu biến (độ nhớt, ứng suất chảy) phù hợp để có thể in 3D tạo hình trong xây dựng, đồng thời bê tông có khả năng chống co ngót cao nhất. 

Trong công nghệ in 3D bê tông, tính chất lưu biến [dòng chảy và biến dạng của vật chất – ghi chú của người viết] quyết định khả năng in tạo hình bê tông trong xây dựng. Mức độ liên tục, sắc nét và đồng đều của dải bê tông in ra phụ thuộc vào tính chất lưu biến này. 

Ngoài ra, do đặc trưng của công nghệ in 3D bê tông là sản phẩm được tạo hình bằng cách in đắp chồng liên tục các dải bê tông lên đến chiều cao thiết kế nên sản phẩm tạo hình không cần khuôn. Diện tích mặt thoáng tiếp xúc với môi trường của sản phẩm rất lớn.

Vì vậy, tác động bất lợi của môi trường sẽ khiến sản phẩm in 3D bê tông tăng tốc độ co ngót, từ đó kéo theo nguy cơ nứt vỡ sản phẩm sau khi in 3D. Đây chính là lý do vì sao khả năng chống co ngót của bê tông trong công nghệ in 3D là một trong những tính chất quan trọng cần nghiên cứu.

* Cơ duyên nào dẫn dắt thầy và các cộng sự hợp tác với nhau trong dự án này?

Từ đề tài cấp cơ sở của Trường ĐH Bách khoa, tôi và các đồng nghiệp đã đề xuất đề tài quy mô lớn hơn và đòi hỏi tính ứng dụng cao hơn. Đầu năm 2021, nhóm nghiên cứu MiKen – 3DCP được thành lập để thực hiện đề tài NCKH cấp thành phố Nghiên cứu Công nghệ in 3D bê tông dùng cho công trình xây dựng. Đề tài được triển khai trong giai đoạn 2021-2022.

Quy tụ những chuyên gia về VLXD và công trình xây dựng với thế mạnh phân tích phi tuyến kết cấu công trình xây dựng [phân tích kết cấu khi chúng làm việc ngoài miền đàn hồi tuyến tính hoặc/ và khi chúng bị biến dạng khá lớn; việc phân tích này đóng vai trò quan trọng trong thiết kế kết cấu hiện đại – ghi chú của người viết], nhóm bao gồm các giảng viên Trường ĐH Bách khoa cùng nhiều chuyên viên giàu kinh nghiệm từ những công ty xây dựng hàng đầu Việt Nam. Hơn nữa, trước đây các thành viên cũng từng làm việc cùng nhau trong một số dự án NCKH và dự án triển khai ứng dụng công nghệ xây dựng mới. 

Hiện tại, nhóm MiKen – 3DCP bao gồm:

• Tôi – PGS. TS. Trần Văn Miền (Trưởng nhóm) – giảng viên Bộ môn Vật liệu Xây dựng, Trường ĐH Bách khoa
• PGS. TS. Nguyễn Văn Chánh – giảng viên Bộ môn Vật liệu Xây dựng, Trường ĐH Bách khoa
• PGS. TS. Ngô Hữu Cường – giảng viên Bộ môn Công trình, Trường ĐH Bách khoa
• TS. Thái Sơn – giảng viên Bộ môn Công trình, Trường ĐH Bách khoa
• TS. Nguyễn Thị Hải Yến – giảng viên Khoa Kỹ thuật  Xây dựng, Trường ĐH Bách khoa
• ThS. GVC. Cù Khắc Trúc – giảng viên Bộ môn Vật liệu Xây dựng, Trường ĐH Bách khoa
• ThS. Đinh Viết Duy – Tổng Giám đốc Công ty CP Xây lắp thương mại 2 (ACSC), Thành viên Hội đồng Trường ĐH Bách khoa
• ThS. Lê Văn Hải Châu – giảng viên Bộ môn Vật liệu Xây dựng, Trường ĐH Bách khoa
• ThS. Cù Thị Hồng Yến – giảng viên Bộ môn Hình họa Vẽ kỹ thuật, Trường ĐH Bách khoa
• KS. Tạ Anh Tú – Trưởng Phòng R&D, Công ty CP Tập đoàn xây dựng RICONS
• KS. Nguyễn Quốc Việt – chuyên viên Phòng R&D, Công ty CP Tập đoàn xây dựng RICONS

* Quá trình nghiên cứu và triển khai thực tế bước đầu ra sao ạ?

Đề hoàn thiện bài báo, nhóm MiKen – 3DCP đã trải qua hai giai đoạn chính với tổng thời gian 20 tháng, cụ thể:

• Giai đoạn định hướng nghiên cứu và thực hiện thí nghiệm: 12 tháng
• Giai đoạn phân tích kết quả thí nghiệm, soạn thảo bài báo, nộp và trả lời câu hỏi của phản biện: 8 tháng

Chúng tôi đã đầu tư khoảng 300 triệu đồng cho dự án này.

Hiện tại nhóm nghiên cứu chưa triển khai dự án thực tế nào trong khuôn khổ của đề tài cấp cơ sở do Trường ĐH Bách khoa đặt hàng. Tuy nhiên, đề tài cấp thành phố của nhóm sẽ triển khai thực tế bằng cách xây dựng nhà có diện tích 50m². 

Hơn nữa, đã có một số đơn vị thi công biệt thự và resort đặt vấn đề với nhóm nghiên cứu về việc triển khai công nghệ in 3D bê tông trong những dự án sắp tới của họ. RICONS và ACSC (hai công ty xây dựng đồng hành với chúng tôi trong nghiên cứu này) rất quan tâm tới việc ứng dụng kết quả nghiên cứu và chuyển giao công nghệ sau này.

• 

• 

* Thưa thầy, nhóm nghiên cứu định hướng phát triển dự án trong tương lai ra sao?

Dự án nghiên cứu trong tương lai hướng đến triển khai, phổ biến rộng rãi công nghệ thi công xây dựng bằng in 3D bê tông cho những dự án yêu cầu tính mỹ thuật cao và thiết kế kiến trúc độc đáo. Ngoài ra, nhóm sẽ kết hợp với một số đơn vị của Bộ Xây dựng để tiến đến xây dựng bộ tiêu chuẩn về vật liệu, thiết kế, quy trình thi công và nghiệm thu xây dựng bằng công nghệ in 3D bê tông.

* Hiện tại, lĩnh vực in 3D bê tông tại Việt Nam đang ở vị trí nào trên bản đồ thế giới? Thầy nhận định thế nào về tương lai ngành công nghệ VLXD Việt Nam?

Lĩnh vực nghiên cứu in 3D bê tông ở Việt Nam vẫn còn khá mới mẻ và gần như chưa có vị trí nào trên bản đồ thế giới. Hiện cộng đồng nghiên cứu – ứng dụng công nghệ in 3D bê tông nước ta chỉ bao gồm nhóm nghiên cứu chúng tôi ở phía Nam và một nhóm nghiên cứu khác ở Viện Vật liệu Xây dựng ở phía Bắc.

Ngành công nghệ VLXD nước ta đang có rất nhiều cơ hội và sẽ phát triển mạnh mẽ khi tiếp cận với các công nghệ mới của những quốc gia tiên tiến. Xu hướng phát triển của công nghệ VLXD hiện nay là tập trung vào các sản phẩm nội thất, sản phẩm VLXD xanh và thân thiện với môi trường khi ngày càng nhiều công trình xây dựng được thiết kế theo tiêu chuẩn và đạt chứng nhận công trình xanh.

Việc chúng ta cần làm là phải luôn luôn cập nhật kiến thức, công nghệ mới trong quá trình nghiên cứu và chế tạo VLXD. Bên cạnh đó, đội ngũ giảng viên ở các trường ĐH cần phải tiếp xúc và làm việc trực tiếp trong ngành công nghiệp xây dựng để kịp thời nắm bắt nhu cầu thị trường cũng như xu hướng phát triển VLXD mới nhất.

Journal Building Engineering là tạp chí khoa học liên ngành trực thuộc nhà xuất bản Elsevier, bao gồm tất cả khía cạnh khoa học – công nghệ liên quan tới toàn bộ vòng đời của môi trường xây dựng.  Các chủ đề của tạp chí rất đa dạng, chẳng hạn: nhu cầu xây dựng, quản lý năng lượng, bảo trì tòa nhà, vật liệu xây dựng, thiết kế kiến ​​trúc đáp ứng với khí hậu, quản lý và vận hành cơ sở vật chất…

XUÂN MAI thực hiện – Hình: Nhân vật cung cấp