NGHIÊN CỨU - ỨNG DỤNG

Phát triển ván khuôn in 3D nhằm giảm thiểu sử dụng bê tông trong các tòa nhà

16/03/2022 - 10:20 SA

Các nhà nghiên cứu tại ETH Zurich đã sử dụng các phần tử ván khuôn in 3D làm từ bọt khoáng có thể tái chế để tạo ra một tấm bê tông đúc sẵn, nhẹ hơn và cách nhiệt tốt hơn trong khi sử dụng ít hơn 70% vật liệu.

Hệ thống này được gọi là FoamWork, một khuôn hình chữ nhật thông thường chứa đầy 24 thành phần cốp pha khoáng với các hình dạng và kích thước khác nhau trước khi bê tông được đúc, tạo ra các ô rỗng trên toàn bộ tấm.

Kết quả hình học bên trong được tối ưu hóa để gia cố tấm dọc theo các đường ứng suất chính của nó, tạo ra cường độ cần thiết trong khi giảm đáng kể lượng bê tông cần thiết để sản xuất nó.

Nếu được áp dụng trên quy mô lớn, kiến trúc sư Patrick Bedarf tin rằng điều này có thể giúp giảm lượng khí thải carbon trong xây dựng và đặc biệt là xi măng, vốn là nơi phát thải CO₂ đơn lẻ lớn nhất trên thế giới.

Bedarf, nhà nghiên cứu thuộc bộ phận Công nghệ xây dựng kỹ thuật số (DBT) tại ETH Zurich, cho biết: “Xây dựng phát thải đáng kể vào lượng khí thải CO₂, riêng sản xuất xi măng đã chiếm 7% lượng khí thải trên toàn cầu.

"Với FoamWork, lượng khí thải thông qua tiêu thụ vật liệu trong tấm bê tông sẽ được giảm thiểu. Khối lượng thấp hơn cũng sẽ có tác động phụ đến việc xác định kích thước của toàn bộ kết cấu chịu lực và sẽ giảm chi phí vận chuyển và xếp dỡ trên các công trường xây dựng."

Bản thân các phần tử ván khuôn được in 3D bởi một cánh tay robot tự động sử dụng bọt khoáng, loại bọt truyền thống được tạo ra bằng cách tạo bọt xi măng và ngày càng được sử dụng nhiều làm vật liệu cách nhiệt trong xây dựng do độ xốp cao của nó.

Để tránh phát thải liên quan đến sản xuất xi măng, hệ thống FoamWork sử dụng một giải pháp thay thế do công ty FenX của Thụy Sĩ phát triển, được làm từ phế phẩm từ các nhà máy nhiệt điện than gọi là tro bay.

Điều này giúp giảm thiểu lượng khí thải carbon trong việc sản xuất các tấm bê tông.

Các phần tử FoamWork cuối cùng có thể được giữ nguyên để cải thiện khả năng cách nhiệt của tấm bê tông đúc sẵn hoặc được tái chế và in lại để tạo ra ván khuôn mới.

Quá trình sản xuất phụ gia cũng không gây phát thải CO₂, điều này có nghĩa là toàn bộ hệ thống có khả năng không có chất thải.

Trong nỗ lực giải quyết lượng khí thải carbon quá lớn của mình, Hiệp hội Bê tông và Xi măng Toàn cầu gần đây đã cam kết đạt mức phát thải ròng bằng 0 vào năm 2050.

Để đạt được điều này, ngành công nghiệp đang nỗ lực tìm kiếm các chất thay thế cho clinker - thành phần sử dụng nhiều carbon nhất của xi măng - cũng như sử dụng các công nghệ thu giữ carbon để loại bỏ khí thải được tạo ra trong quá trình sản xuất clinker.

Quá trình này bao gồm việc đốt cháy canxi cacbonat ở nhiệt độ cao để tách canxi cần thiết để tạo ra xi măng khỏi carbon.

Cho đến khi các công nghệ mới này có thể được áp dụng trên quy mô lớn, cách dễ nhất để các kiến trúc sư giảm thiểu lượng khí thải carbon trong các tòa nhà từ vật liệu và xây dựng là sử dụng các vật liệu carbon cao như bê tông và thép một cách tiết kiệm và hiệu quả hơn.

Theo giáo sư kỹ thuật Julian Allwood, Đại học Cambridge, hiện nay, một số lượng lớn các tòa nhà ở Vương quốc Anh đang được thiết kế quá mức.

"Chúng tôi đã thực hiện rất nhiều nghiên cứu về việc sử dụng thép, và chúng tôi nhận thấy rằng hầu hết các tòa nhà thương mại ở Vương quốc Anh đều được thiết kế thừa từ 50 đến 60%. Những gì chúng ta có thể làm ngày nay để giảm lượng khí thải trong xây dựng là hướng tới hiệu quả sử dụng vật liệu, sử dụng ít vật liệu hơn vì vật liệu đã bao hàm lượng khí thải phát ra"- Giáo sư Julian Allwood phát biểu trong Hội nghị thượng đỉnh về môi trường xây dựng gần đây của RIBA.

VLXD.org (TH/ Dezeen)