Bê tông dùng cho thi công theo công nghệ in 3 D

Lâu đài được thi công theo công nghệ in 3D (ảnh minh họa - nguồn Internet)

Loại bê tông này sử dụng một số ưu điểm của của bê tông tự đầm và bê tông phun về mặt tối ưu hóa cấp phối nhằm đáp ứng quy trình in bê tông. Quy trình in bê tông và các tính chất của bê tông tươi, bao gồm sự tối ưu cấp phối bê tông, tính đùn, tính công tác, thời gian công tác và khả năng thi công đã được trình bày trong nhiều nghiên cứu.

Quy trình in bê tông sử dụng kỹ thuật đắp dần theo lớp để tạo hình mà không cần sử dụng cốp pha, và do vậy có ưu thế độc đáo so với các phương pháp thi công bê tông truyền thống. Kỹ thuật đắp dần (Additive manufacturing) được ứng dụng để chế tạo compozit xi măng, ví dụ như theo phương pháp Contour Crafting và D-Shape (Monolite). Phương pháp Contour Crafting dựa trên việc sử dụng bay để đùn hồ compozit xi măng, tạo bề mặt nhẵn và xây cao khối xây bằng nhiều lớp này. Phương pháp D-Shape bao gồm quá trình rải bột, mỗi lớp vật liệu xây dựng được rải theo độ dày mong muốn, được đầm, sau đó phun chất kết dính nhờ các họng phun gắn trên giá.

Công nghệ in bê tông này cũng đã được áp dụng trong y tế để cấy màng xương bằng chất kết dính xương gia cường sợi nhằm thay thế và/hoặc sửa chữa các khuyết tật xương.

Trong quá trình in bê tông, các kết cấu được thiết kế giống như một vật thể đang ở trong không gian nhờ một chương trình phần mềm mô hình hóa 3D. Kết cấu được xử lý cắt lớp và trình diễn dưới dạng các lớp 2D. Dữ liệu được chuyển tới máy in để in kết cấu cấu trúc theo lớp nhằm kiểm soát quá trình đùn của bê tông. Tính chất lưu biến của bê tông tươi phải cho phép bê tông tươi đùn qua họng in gắn vòi phun kích thước 9 mm để tạo thành các sợi bê tông nhỏ như thế. Khi các sợi này được rải, chúng liên kết cùng với nhau để tạo một lớp và kết hợp với các lớp trước đó  tạo kết cấu 3D.

Cấu trúc lớp của kết cấu in 3D có tính không đẳng hướng do các lỗ rỗng có thể hình thành giữa các sợi bê tông làm yếu khả năng chịu tải của cấu trúc. Sự liên kết giữa các sợi bê tông cũng như giữa các lớp có thể ảnh hưởng đến các tính chất đóng rắn của các kết cấu bê tông. Do vậy, cường độ cao khi nén, uốn, và liên kết bám dính là mối quan tâm chính để phát triển vật liệu này. Ngoài ra, độ co thấp là quan trọng đối với bê tông in do các kết cấu được tạo hình không sử dụng khuôn nên bê tông có thể bị mất nước nhanh qua quá trình bay hơi và bị nứt.

Dưới đây trình bày một ví dụ nghiên cứu bê tông in tính năng cao được so sanh đối chứng với bê tông truyền thống:

Có thể nhận thấy chất lượng bê tông in tính năng cao khá dao động, phụ thuộc vào điều kiện thi công không cốp pha.

Lỗ rỗng giữa các sợi bê tông

                   Bọt khí trong bê tông đúc khuôn                                                 Bọt khí trong bê tông in

Trung tâm Thông tin (Theo Cement and Concrete Research)