Trong hơn một thế kỷ qua, thép được coi là một thành phần gần như không thể thay thế trong bê tông cốt thép. Vị thế này có khả năng bị lung lay trước phát minh mới của các nhà khoa học tại Các Tiểu vương quốc Ả Rập Thống nhất (UAE).
Nhựa sinh học in 3D hình dạng sóng đạt tới 80% độ bền uốn của thép, nhẹ hơn nhiều, không gỉ sét, và thân thiện với môi trường hơn - mở ra hướng đi mới cho vật liệu xây dựng tương lai.
Đây chính xác là phát minh của đội ngũ các nhà nghiên cứu tại Đại học Sharjah. Phát minh vật liệu mới này có tên Axit polylactic (PLA) - một loại nhựa nhiệt dẻo có khả năng phân hủy sinh học, Đại học Sharjah thông tin cuối tháng 3/2026.
Một phần bê tông cốt thép truyền thống (bên phải) và phần bê tông cốt thép PLA dạng sóng mới thử nghiệm (bên trái). Ảnh: Đại học Sharjah, UAE
Trong nghiên cứu này, các nhà nghiên cứu Trung Đông không chỉ tập trung vào vật liệu mà còn cả hình dạng của các chi tiết gia cường.
Họ phát hiện rằng nhựa, khi được tạo hình đúng cách, có thể hoạt động hiệu quả ngang với thanh thép trong vai trò vật liệu gia cường bê tông. Nghe có vẻ khó tin, nhưng đây là sự thật.
Nhựa PLA lượn sóng - thách thức vị trí "thống trị" của thép
Trong nghiên cứu này, nhóm tác giả đã in 3D và thử nghiệm nhiều cấu hình khác nhau, phát hiện ra rằng một số hình dạng vượt trội hơn hình dạng khác tới 500% trong các bài kiểm tra nhất định.
Thay vì thanh trụ tròn truyền thống, họ in 3D các cấu trúc dạng tấm phẳng, hình sóng, hình răng cưa và hình tam giác - được thiết kế để bám vào bê tông tốt hơn và truyền lực hiệu quả hơn.
Kết quả vượt xa kỳ vọng:
Các dầm bê tông được gia cường bằng tấm PLA đạt khả năng chịu tải đỉnh gấp đôi và hấp thụ năng lượng (độ dai) gấp tới 5 lần so với thanh PLA thông thường.
Ảnh minh họa.
Tiến sĩ Muhammad Talha Junaid, trưởng nhóm nghiên cứu, giải thích rằng diện tích tiếp xúc lớn hơn của tấm phẳng tạo ra liên kết vững chắc hơn nhiều với bê tông.
Các hình dạng sóng và răng cưa còn cải thiện đáng kể khả năng chịu ứng suất sau khi bê tông nứt - chúng hoạt động như những chiếc răng, "cắn" vào bê tông để ngăn trượt.
Khi so sánh trực tiếp với thép, tấm PLA lượn sóng hình tam giác cho kết quả ấn tượng nhất: Bê tông gia cường bằng loại tấm này có độ dẻo dai tương đương với bê tông cốt thép, đồng thời đạt tới 80% độ bền uốn của dầm thép truyền thống.
Phát minh nhựa PLA của người Trung Đông có khả năng thách thức vị thế thống trị của thép, đồng thời có thể "cách mạng hóa" ngành xây dựng hướng xanh/bền vững trong tương lai.
Tại sao đây là bước tiến lớn cho ngành xây dựng tương lai?
Chúng ta đều biết, bê tông là vật liệu xây dựng được sử dụng nhiều nhất thế giới, và hơn 20% trong số gần 2 tỷ tấn thép sản xuất hàng năm trên toàn cầu được dùng để gia cường bê tông. Tuy nhiên, thép mang theo nhiều nhược điểm nghiêm trọng.
Ảnh minh họa.
Thép rất nặng - cứ mỗi 0,7 mét khối bê tông cốt thép thông thường chứa từ 68 đến 113 kg thép, và con số này có thể vượt 136 kg trong các ứng dụng gia cường cao. Thép còn dễ bị ăn mòn theo thời gian, làm suy yếu kết cấu công trình.
Quan trọng hơn, quá trình sản xuất thép - từ khai thác, tinh luyện đến vận chuyển và lắp ráp - tiêu thụ lượng năng lượng khổng lồ và thải ra lượng khí nhà kính đáng kể, khiến thép trở thành một trong những vật liệu xây dựng phát thải carbon cao nhất.
PLA có khả năng phân hủy sinh học, kháng ăn mòn, nhẹ hơn thép nhiều lần, và nhìn chung bền vững hơn về mặt môi trường. Ngoài ra, việc in 3D còn cho phép tùy chỉnh hình dạng theo yêu cầu.
Tất nhiên, vẫn còn những giới hạn cần lưu ý: Nghiên cứu được thực hiện trên mô hình nguyên mẫu quy mô nhỏ, nên cần thêm thử nghiệm thực tế trước khi áp dụng đại trà.
Thép cũng sẽ không biến mất khỏi công trường sớm nhưng với những kết quả này, nhựa PLA hình sóng đã tự khẳng định mình là một ứng viên nghiêm túc cho các ứng dụng xây dựng trong tương lai hướng xanh hơn, tiết kiệm hơn.
Nghiên cứu này đã được công bố trên tạp chí Construction and Building Materials.
