Beton Kuat dan Ramah Lingkungan Cetakan Printer 3D

PARA peneliti di Universitas California (UC), Berkeley, telah mengembangkan cara baru untuk menambah kekuatan beton. Mereka juga membuat beton dengan cetakan tiga dimensi (3D).

Beton merupakan salah satu bahan bangunan yang paling banyak digunakan. Beton sering dijadikan penyanggah bangunan atau gedung bertingkat. Namun, beton masih memiliki banyak kelemahan dalam menahan tegangan dan mudah retak jika diberikan tegangan. Tanpa adanya tulangan di dalamnya, struktur beton bisa hancur tanpa adanya peringatan. (Baca: Inilah Dosa yang Lebih Besar daripada Zina)

Para insinyur bangunan sudah menggunakan tulangan baja untuk memperkuat beton sejak pertengahan abad ke-19. Namun, baja memiliki kelemahan seperti mahalnya biaya produksi dan pemasangannya membutuhkan banyak pekerja.

Untuk meningkatkan daya tahan beton, komunitas insinyur di Barkeley mengeksplorasi potensi penggunaan polimer dalam beton. Polimer menarik perhatian para peneliti karena sifatnya yang ringan, tidak mengalami korosi, dan biaya produksi murah karena menggunakan bahan yang dapat didaur ulang.

Penggunaan polimer sebenarnya bukan ide baru. Para insinyur sudah memperkuat beton dengan serat polimer untuk memperkuat mortar (campuran dari semen, pasir, dan batu kapur) sejak 1960-an. Tekniknya hampir sama dengan menambahkan jerami ke dalam batu bata.

Sayangnya, penuangan serat polimer yang dicampur ke dalam beton tidak terdistribusi secara merata. Ini menyebabkan satu bagian dari suatu struktur mungkin memiliki konsentrasi serat yang tinggi. Sementara bagian lain hampir tidak ada sehingga meninggalkan jalur terbentuknya retakan. (Baca juga: 5 Cara Menjaga kesehatan Tulang)

Jaman dulu, inspirasi eksperimen penguatan serat polimer beton diperoleh dari alam, seperti cangkang kerang abalon dan bentuk sarang lebah. Tulangan tersebut bersifat dua dimensi, yang membatasi kemampuannya untuk menopang desain beton yang rumit.

Dalam penelitian terbarunya, Tim Barkeley menggunakan desain 3D yang dapat mendukung beban berat. Para insinyur membuat ketahanan beton lebih baik dari segala sisi yang disebut isotropik. Para peneliti Berkeley menggunakan rangka oktet untuk struktur kisi. Rangka oktet dikenal karena kemampuannya yang kuat dan sangat ringan.

Tim menguji dua polimer yang berbeda. Pertama, polylactic acid (PLA), bahan yang mudah dicetak secara 3D tetapi lebih rapuh daripada polimer lain. Kedua, acrylonitrile butadienestyrene (ABS), yang lebih tangguh dari PLA dan digunakan dalam segala hal mulai dari batu bata lego, helm sepeda motor, kano arung hingga bumper mobil.

Peralihan dari PLA ke ABS tidak menghasilkan perbedaan yang signifikan dalam uji tekan. Semua sampel beton bertulang serat polimer memiliki nilai kerapatan regangan yang tinggi dan mampu menyerap banyak energi.

Para insinyur juga bereksperimen dengan jumlah tulangan kisi yang digunakan dalam beton. Satu sampel lebih tipis, dengan polimer membentuk 19,2% dari volume sampel dan lainnya mencapai 33,7%. Peningkatan jumlah polimer dalam sampel hanya sedikit menurunkan kekuatan tekannya. (Baca juga: Angka KDRT Turun karena Tak Terdeteksi Selama Pandemi)

Jumlah polimer hanya sedikit mengubah sifat mekanik struktur secara keseluruhan. Artinya, sedikit atau banyak jumlah polimer tidak terlalu berpengaruh pada kekuatan beton.

Penggunaan polimer memiliki manfaat dalam mengurangi jumlah emisi karbon dioksida di dunia. Pembuatan semen akan menghasilkan 8% emisi karbon dioksida di dunia. “Reaksi yang membentuk semen secara inheren akan menghasilkan CO2,” kata asisten profesor teknik mesin di UC Barkeley, Taylor.

Langkah selanjutnya adalah menentukan, apakah penggunaan beton yang berbeda akan lebih baik dengan bentuk kisi yang berbeda. Para insinyur dapat menentukan geometri penguatan terbaik untuk proyek tertentu dengan bantuan perangkat lunak untuk mengoptimalkan topologi pada masa depan. (Lihat videonya: Diterjang Angin Puting Beliung, 109 Rumah Rusak di Bekasi Utara)

“Sebaliknya, ada kemungkinan menuju polimer yang tidak netral terhadap karbon atau bahkan berpotensi negatif karbon melalui penggunaan biopolimer, daur ulang dan sumber energi terbarukan,” sebutnya. (Fandy)