Các kết cấu bê tông được in 3D được cho là nhanh chóng và giá rẻ hơn so với những công trình truyền thống, nhưng chúng không luôn mạnh mẽ như vậy. Vấn đề này có thể sớm được giải quyết bằng cách thêm một lượng nhỏ graphene oxide, có thể cũng được sử dụng để phát hiện vết nứt.
Thường, các công trình bê tông, cầu và các công trình khác được tạo ra bằng cách đổ bê tông ướt vào khuôn gỗ (còn được gọi là khuôn) và loại bỏ chúng sau khi bê tông đã đông.
Ngược lại, quá trình in 3D của các công trình này bao gồm việc đặt các lớp liên tiếp của bê tông được ép ra mà liên kết với nhau khi chúng đông lại. Thật không may, liên kết giữa những lớp này đôi khi trở thành điểm yếu, giảm sức mạnh tổng thể của cấu trúc.
Trong một nỗ lực để giải quyết vấn đề đó, các nhà khoa học đến từ Đại học RMIT và Đại học Melbourne ở Úc đã thử thêm graphene oxide vào xi măng được sử dụng như một chất kết dính trong bê tông in 3D. Graphene oxide là dạng oxy hóa của graphene, một tấm graphene dày một nguyên tử, được kết nối với nhau theo mẫu ô kết hợp.
Sau khi thử nghiệm với các lượng khác nhau, họ phát hiện rằng khi thêm graphene oxide với liều lượng 0.015% trọng lượng xi măng, bê tông kết quả cho hiện tượng kết dính giữa các lớp tốt hơn. Sự cải thiện này dẫn đến việc tăng 10% sức mạnh tổng thể.
“Graphene oxide có các nhóm chức năng trên bề mặt của nó, giống như các điểm dính trên bề mặt của một vật liệu có thể nắm bắt vào các vật khác,” Assoc. Prof. Jonathan Tran của RMIT nói. “Các ‘điểm dính’ này chủ yếu được tạo ra từ các nhóm chức năng khác nhau chứa oxy, đóng vai trò quan trọng trong việc tạo ra các liên kết mạnh với các vật liệu khác như xi măng. Liên kết mạnh này có thể cải thiện sức mạnh tổng thể của bê tông.”
Như một lợi ích bổ sung, vì graphene có khả năng dẫn điện cao, nên có thể dẫn một dòng điện qua bê tông đã đóng rắn. Hy vọng rằng chức năng này một ngày nào đó có thể được sử dụng trong hệ thống phát hiện vết nứt, trong đó ngay cả những vết nứt nhỏ nhất cũng sẽ làm gián đoạn mạch điện chạy qua cấu trúc bê tông.
Tuy nhiên, cần thêm nghiên cứu nhiều hơn về mặt này, cũng như các nhà khoa học vẫn chưa xác định được sức mạnh của bê tông in 3D được bổ sung so với bê tông truyền thống đã đúc. Một bài báo nghiên cứu, do sinh viên nghiên cứu tiến sĩ Junli Liu của RMIT làm chủ nhiệm, đã được xuất bản gần đây trong tạp chí Additive Manufacturing Letters.
Trong các nghiên cứu trước đó, graphene oxide đã được sử dụng để tạo một lớp phủ bảo vệ trên bê tông và để tăng sức mạnh kết dính của sợi mặt nạ đã nát, được sử dụng để làm mạnh bê tông.