У сучасному будівництві 3D-друк обіцяє значне прискорення процесів, однак бетон, що використовується в цій технології, потребує до 28 днів для повного затвердіння. Це очікування суттєво сповільнює реалізацію проєктів. На щастя, науковці розробили новаторський матеріал, придатний для 3D-друку, який набирає необхідну міцність лише за три дні, що може докорінно змінити індустрію.
Екологічні виклики традиційного цементу
Традиційний бетон складається з трьох основних компонентів – води, заповнювача (такого як пісок або гравій) та цементу, який слугує зв’язувальною речовиною. Саме цемент є тією складовою, що вимагає близько місяця для повного набору міцності після заливки. Крім повільного затвердіння, традиційний портландцемент має й інші істотні недоліки. Портландцемент – це найпоширеніший вид цементу у світі, названий на честь острова Портленд у Великій Британії. Його винайшли на початку 19-го століття, і він став основою сучасної будівельної індустрії.
Виробництво портландцементу – це надзвичайно енергоємний процес. Він передбачає подрібнення вапняку та інших сировинних матеріалів, а потім нагрівання отриманого порошку до колосальних температур – до 1450 градусів за Цельсієм. На жаль, для генерації такого тепла спалюються величезні обсяги палива, що призводить до значних викидів вуглекислого газу. Більше того, під час процесу кальцинації, коли нагрітий вапняк перетворюється на цемент, вивільняється ув’язнений у ньому вуглекислий газ як побічний продукт. Сукупність цих викидів – як від спалювання палива, так і від хімічної реакції – за різними оцінками, становить від 5% до 8% усіх антропогенних викидів парникових газів. Це робить виробництво цементу одним із найважливіших забруднювачів довкілля.
Інноваційний склад для майбутнього будівництва
Саме тут на сцену виходить новий матеріал, що змінює правила гри. Його розробила команда дослідників з Університету штату Орегон, серед яких – доцент Девін Роуч та докторант Ніколас Гонсалвес. Університет штату Орегон розташований у місті Корвалліс, США, і є провідним державним дослідницьким університетом, відомим своїми досягненнями в науці та інженерії.
Новий матеріал переважно складається з глинистого ґрунту, наповненого конопляними волокнами, піском та біовугіллям. Біовугілля – це матеріал, схожий на деревне вугілля, що отримується шляхом піролізу, процесу термічного розкладання дерев’яної тріски та інших органічних речовин за відсутності кисню. Біовугілля не тільки є екологічно чистим, оскільки його виробництво сприяє уловлюванню вуглецю, але й може покращувати властивості ґрунту та служити природним добривом.
Революційна швидкість та міцність
Найважливіше, що замість портландцементу в новому матеріалі використовується акриламідна зв’язувальна речовина, яка активується термічно. Цей зв’язувальний елемент ініціює процес затвердіння в хімічній реакції, відомій як фронтальна полімеризація, щойно суміш видавлюється з друкуючої насадки. Фронтальна полімеризація – це самопоширювальна реакція, яка забезпечує швидке та ефективне затвердіння матеріалу. Це надає матеріалу достатньої міцності для друку над непідтримуваними прольотами, такими як верхні частини віконних прорізів.
Доцент Девін Роуч зазначає: “Надрукований матеріал має будівельну міцність 3 мегапаскалі одразу після друку, що дозволяє зводити багатошарові стіни та самостійні навіси, як-от дахи”. Він також додав: “Міцність, що відповідає вимогам до структурного бетону для житлових будівель – 17 мегапаскалів, – досягається всього за три дні, у порівнянні з 28 днями для традиційного бетону на основі цементу”. Хоча матеріал можна використовувати в будівництві вже через три дні, повне затвердіння відбувається за 8-10 днів, досягаючи міцності понад 40 мегапаскалів.
Погляд у майбутнє
Наразі вчені працюють над зниженням собівартості цього матеріалу, оскільки наразі він дорожчий за свій звичайний аналог. Результати їхнього дослідження були нещодавно опубліковані в науковому журналі “Advanced Composites and Hybrid Materials”. Це відкриття має величезний потенціал для прискорення будівельних процесів, зниження екологічного навантаження та відкриття нових можливостей для архітектурних рішень.
