Ученые перерабатывают отходы сноса в эко

Ученым из Технологического университета Суинберна и Технологического университета Хэбэя удалось превратить строительные отходы в новый экологичный материал для 3D-печати.

Используя переработанный заполнитель бетона, частицы керамзита и пустынный песок, команда смогла создать недорогой экструдируемый строительный материал в трех различных классах частиц. Во время первоначальных испытаний новый заменитель бетона продемонстрировал самонесущий «скелетный» эффект, потенциально придавая ему прочность и долговечность, необходимые для использования в тяжелых строительных целях.

На пути к экологичному строительству

Хотя в последние недели 3D-печать использовалась для строительства всего: от пешеходных мостов длиной 97 футов до стильной бетонной мебели, традиционные материалы продолжают ограничивать строительный потенциал этой технологии. После печати существующие цементы имеют слабую связь и структуру с недостаточным армированием, а это означает, что 3D-печать часто применяется в рамках одноразовых архитектурных проектов с низким уровнем риска.

Однако гибкость аддитивного производства также имеет свои преимущества и дает возможность разработать новые экологически чистые заменители бетона — материала, который производит более 70 кг CO2 на тонну. В традиционных строительных материалах заполнитель составляет более половины смеси, поэтому многие экспериментировали с переходом на первичные заполнители, но теперь это становится бременем для природных ресурсов.

В качестве альтернативы ученые теперь объединили песок пустыни с керамзитом, используемым для переработки озерных отложений, а также отходов сноса, чтобы создать новую замену легкого бетона. Учитывая, что менее 5% бетона перерабатывается и он часто используется при производстве напольной плитки и тротуарной плитки, материал команды может в конечном итоге помочь снизить более широкое воздействие строительной отрасли на окружающую среду.

«Отходы строительства и сноса, образующиеся каждый год, составляют половину всех твердых городских отходов; это угрожает городской среде», — объяснили ученые в своей статье. «Изучение экологически чистых решений важно для решения проблемы нехватки природных ресурсов и серьезного ухудшения экологической среды».

Создание нового заменителя цемента

В процессе разработки команда смешала обычный портландцемент, микрокремнезем и поликарбоксилатный суперпластификатор, чтобы создать три цементные смеси с различными размерами частиц. Первоначально ученые установили, что заполнители должны быть не более трети диаметра сопла, чтобы избежать засоров, а частиц размером 0,3–2,36 мм недостаточно.

После того, как команда определила оптимальную смесь, они использовали портальный 3D-принтер размером 1,8 x 1,8 x 1,5 м для создания трех десятислойных тестовых структур длиной 300 мм. Одна из моделей, изготовленная из сплошного плотного материала, продемонстрировала особенно низкую сыпучесть, что обусловило ее «скелетный» эффект и высокий уровень предела текучести.

Кроме того, самая прочная формула исследователей была способна выдерживать нагрузку 91 Н, а содержание в ней переработанного бетона способствовало увеличению площади поверхности между каждым слоем, улучшая адгезию. Однако все три смеси также показали высокие уровни усадки в течение первых 24 часов, при этом сильнее всего пострадали материалы с самым низким содержанием керамзита.

В заключение исследователи предположили, что добавление дополнительных заполнителей может помочь смягчить усадку, наблюдаемую в их цементной матрице, но они также признали, что необходимы дальнейшие исследования и разработки для предотвращения потенциального растрескивания. В результате экологически чистый материал команды все еще находится в стадии разработки, несмотря на обнадеживающие текучесть, механические свойства и адгезию, показанные в ходе ранних испытаний.

Армированные цементные составы

За последний год был достигнут значительный прогресс в разработке оптимизированных бетонных материалов, позволяющих создавать конструкции с усиленными механическими свойствами. Например, ученые из Делфтского технического университета создали цемент на основе обожженной глины, специально разработанный для 3D-печати, обладающий повышенной текучестью и способностью к сборке.