Будущие города могут быть напечатаны на 3D-принтере с использованием бетона, изготовленного из переработанного стекла

Трехмерная печать бетона может привести к изменениям в архитектуре и строительстве, поскольку его можно использовать для создания новых форм, с которыми борются современные технологии. Он может изменить вековые процессы и процедуры, которые до сих пор используются для строительства зданий, что приведет к снижению затрат и экономии времени.

Однако бетон оказывает значительное воздействие на окружающую среду. В настоящее время огромное количество природного песка используется для удовлетворения ненасытного мирового спроса на бетон, что дорого обходится окружающей среде. К тому же, бетон создает около 35% всех отходов на свалках во всем мире. Наше новое исследование предлагает способ обуздать это влияние. Мы пробовали использовать переработанное стекло в качестве компонента бетона для 3D-печати.

Фото: https://blog.drupa.com/

Бетон состоит из смеси цемента, воды и заполнителей, таких как песок. Мы попробовали заменить до 100% заполнителя в смеси стеклом. Проще говоря, стекло производится из песка, легко перерабатывается и может быть использовано для производства бетона без какой-либо сложной обработки. Спрос со стороны строительной отрасли также может помочь обеспечить переработку стекла. В 2018 году в США была переработана только четверть стекла, а более половины отправилось на свалку.

Строительство лучше

Мы использовали коричневое известково-натриевое стекло для напитков, полученное от местной компании по переработке. Стеклянные бутылки сначала измельчали ​​с помощью дробильной машины, а затем измельченные кусочки промывали, сушили, измельчали ​​и просеивали. Полученные частицы были меньше квадратного миллиметра.

Затем дробленое стекло использовалось для изготовления бетона так же, как и песок. Мы использовали этот бетон для 3D-печати элементов стен и сборных строительных блоков, которые можно было соединить вместе, чтобы построить целое здание. При таком использовании стеклянные отходы могут обрести новую жизнь как часть строительного материала. Ведь наличие стекла не только решает проблему отходов, но и способствует получению бетона с превосходными свойствами по сравнению с бетоном, содержащим природный песок.

Теплопроводность известково-натриевого стекла — наиболее распространенного типа стекла, используемого в окнах и бутылках, — более чем в три раза ниже, чем у кварцевого заполнителя, который широко используется в бетоне. Это означает, что бетон, содержащий переработанное стекло, обладает лучшими изоляционными свойствами. Они могли бы существенно снизить затраты, необходимые для охлаждения или обогрева в летнее и зимнее время.

Повышение устойчивости

Мы также внесли другие изменения в бетонную смесь, чтобы сделать ее более устойчивой в качестве строительного материала, в том числе заменили часть портландцемента известняковой пудрой.

Портландцемент является ключевым компонентом бетона, используемым для связывания других ингредиентов в смесь, которая будет затвердевать. Однако производство обычного портландцемента приводит к выбросу значительного количества углекислого газа, а также других парниковых газов. На долю цементной промышленности приходится около 8% всех выбросов углекислого газа в окружающую среду.

Фото: https://poisknews.ru/

Известняк менее опасен и оказывает меньшее воздействие на окружающую среду в процессе производства, чем портландцемент. Его можно использовать вместо обычного портландцемента в бетоне для 3D-печати без снижения качества печатной смеси.

Мы также добавили легкие наполнители, сделанные из крошечных полых термопластичных сфер, чтобы уменьшить плотность бетона. Это изменило теплопроводность бетона, снизив ее на 40% по сравнению с другим бетоном, используемым для 3D-печати. Это еще больше улучшило изоляционные свойства бетона и уменьшило количество необходимого сырья.

Используя технологию 3D-печати, мы можем просто разработать структуру стены на компьютере, преобразовать ее в простой код и отправить на 3D-принтер для изготовления. 3D-принтеры могут работать 24 часа в сутки, уменьшать количество производимых отходов, а также повышать безопасность строителей.

Наше исследование показывает, что сверхлегкое трехмерное здание с хорошей теплоизоляцией возможно, и это может стать жизненно важным шагом в нашей миссии по достижению нулевого уровня выбросов.

Авторы:

Сейед Гаффар, адъюнкт-профессор гражданского строительства и экологических материалов Лондонского университета Брунеля;

Мехди Чуган, научный сотрудник Марии Склодовской-Кюри, Лондонский университет Брунеля;

Павел Сикора, адъюнкт-профессор гражданской и экологической инженерии, Западно-Поморский технологический университет в Щецине.