Công nghệ in bê tông 3D – định hướng phát triển và áp dụng tại Việt Nam

Nhóm nghiên cứu Lưu Văn Thực, Trần Quang Dũng, Trường đại học xây dựng, Nguyễn Thị Diệu Thùy, Trường đại học Vinh đã nghiên cứu về công nghệ này và nhận thấy, công nghệ in 3D hoàn toàn có thể áp dụng tại Việt Nam.

Công nghệ in bê tông 3D được biết đến với kỹ thuật đắp dần (AM), là một công nghệ mới sản xuất các kết cấu 3D trực tiếp từ mô hình số bằng cách đắp liên tiếp các lớp vật liệu. Hiệp hội thí nghiệm và vật liệu Hoa Kỳ (ASTM): “Công nghệ in bê tông 3D là quá trình sử dụng các lớp vật liệu liên kết với nhau để tạo ra đối tượng trực tiệp từ mô hình 3D". Cấu kiện được hình thành thông qua quá trình in dần từng lớp vữa bê tông tươi.

So sánh với bê tông truyền thống, công nghệ in 3D mang trong nó nhiều tiềm năng thay đổi tích cực cách thức xây dựng: giảm chi phí xây dựng vì không cần ván khuôn; giảm tỉ lệ tai nạn và thương vong, công nhân sẽ không phải làm việc trên cao mà thay vào đó là các cánh tay robot và cần trục; tạo ra các công việc liên quan đến công nghệ, tự động hóa giảm lượng công nhân làm trực tiếp trên công trường, tăng lượng công nhân điều khiển vận hành; giảm thời gian xây dựng; tối thiểu hóa nguy cơ sai sót nhờ việc in chính xác bằng máy; phát triển bền vững bởi không có rác thải từ ván khuôn, vật liệu và quá trình xây dựng; vật liệu sử dụng cho quá trình in, phần lớn được lựa chọn từ rác thải rắn xây dưng. Do đó, giải quyết được bài toán về rác thải rắn do ngành công nghiệp xây dưng tạo ra.

Theo nhóm nghiên cứu, công nghệ này không phải chỉ có ưu điểm mà cũng phải đối mặt với một số thách thức: mặc dù công nghệ đã giảm được lượng lớn khí CO₂; nhưng việc sử dụng vữa bê tông nó vẫn tạo ra 1 lượng CO₂ đáng kể; hạn chế lớn nhất của công nghệ này là khả năng in kết cấu ngang, tuy nhiên nhược điểm này đang dần được khắc phục bởi bê tông uốn cong; lý thuyết tính toán và quy trình thi công in bê tông 3D gần như chưa có. Cùng với đó là những rào cản pháp lý do công nghệ này còn mới trong lĩnh vực xây dựng.

Hiện nay nguồn nhân lực ngành xây dựng chưa đáp ứng được yêu cầu cả về số lương và chất lượng. Công nghệ in bê tông 3D sẽ giải quyết vấn đề này, với tiềm năng tạo ra các công việc liên quan đến công nghệ, tự động hóa, sử dụng nguồn lao động tối thiểu bởi việc in cấu kiện được thực hiện bằng robot, công nhân sẽ không làm việc trực tiếp với kết cầu mà sẽ thông qua hệ thống điều khiển. Sẽ có một luồng chuyển dịch cơ cấu lạo động, giảm lượng công nhân làm trực tiếp trên công trường, tăng lượng công nhân cho công tác điều khiển vận hành. Qua đó, sử dụng công nghệ in này sẽ đáp ứng nhu cầu lạo động cho ngành xây dựng Việt Nam hiện tại và tương lại.

Bên cạnh đó, ngành xây dựng là ngành có tỷ lệ tai nạn lao động và các bệnh liên quan đến nghề nghiệp khá cao trong các ngành có tai nạn. Sử dụng công nghệ in bê tông 3D trong xây dưng sẽ làm giảm tỷ lệ tai nạn và thương vong. Công nhân không phải làm việc trên cao mà thay vào đó là các cánh tay robot và cần trục. Không còn công tác lắp dựng và tháo dỡ ván khuôn. Bê tông sẽ được chuẩn bị, trộn ở dưới chân công trình, vận chuyển đến vị trí thi công thông qua hệ thống ống bơm. Do đó sẽ làm tăng mức độ ạn toàn cho công trường. Qua đó, để đáp ứng yêu cầu về nguồn nhân lực và cải thiện sự an toàn ngành xây dựng, nhóm nghiên cứu để xuất phát triển công nghệ in bê tông 3D vào ngành xây dựng Việt Nam.

Để công nghệ và vật liệu mới được áp dụng vào các công trình xẩy dựng, nhóm nghiên cứu cho rằng, việc đâu tiên là phải nâng cao nhận thức trong quản lý nhà nước về công nghệ mới, vượt qua được tư tưởng “không cần thiết phải áp dụng các công nghệ, vật liệu mới cứ như cũ làm cho nhanh". Để xem xét áp dụng công nghệ in bê tông 3D cần hình thành quá trình đồng bộ từ quy hoạch, thiết kế, thi công cho đến vận hành sử dụng phù hợp với bối cảnh xây dựng Việt Nam. Việc áp dụng công nghệ in bê tông 3D sẽ gặp phải rào cản đến từ hệ thống tiêu chuẩn, quy chuẩn, định mức. Hệ thống tiêu chuẩn cũ không áp dụng được, định mức dự toán không đồng bộ, thậm chí không có trong định mức, điều này sẽ gây cản trở cho việc sử dụng rộng rãi. Do đó, nhóm nghiên cứu cũng để xuất thực hiện việc biên soạn, điều chỉnh các tiêu chuẩn, quy chuẩn, định mức dự toán liên quan cho phù hợp với công nghệ in này. Từ phía quản lý nhà nước, cần có cơ chế bảo trợ, khuyến khích áp dụng công nghệ in 3D này không chỉ trong nghiên cứu mà cả trong lĩnh vực thương mại.

Để quản lý được chất lượng các dự án áp dụng công nghệ in bê tông 3D, cơ quan quản lý nhà nước cần tiến hành kiểm soát, thẩm định chặt chẽ trước khi cho xây dựng. Đồng thời, cũng phải có cơ chế giải quyết các vẫn để về mặt pháp lý khi có sự cố chất lượng do áp dụng công nghệ in này.