Строительная отрасль в настоящее время сталкивается с двумя серьезными проблемами: спрос на устойчивую инфраструктуру и необходимость ремонта приходящих в негодность зданий, мостов и дорог. Хотя бетон является предпочтительным материалом для многих строительных проектов, он оставляет значительный углеродный след, что приводит к новым отходам и большому расходу энергии. Сегодня исследователи сообщают о прогрессе в создании экологически безопасного строительного материала из местной почвы с использованием 3D-принтера для создания несущей конструкции. Ученые представят свои результаты на виртуальном собрании и выставке Американского химического общества (ACS).
Воздействие строительной отрасли на окружающую среду вызывает все большее беспокойство. Некоторые исследователи обратились к аддитивному производству или построению структур слой за слоем, что часто делается с помощью 3D-принтера. Этот прогресс начал преобразовывать сектор строительства с точки зрения сокращения отходов, но материалы, используемые в процессе, также должны быть экологичными.
Сарбаджит Банерджи, доктор философии, главный исследователь проекта
Например, строительные проекты с использованием бетона продемонстрировали потенциал аддитивного производства строительных конструкций быстро и дешево. Тем не менее, по данным Международного энергетического агентства, производство бетона является причиной примерно 7% выбросов углекислого газа.
Исторически люди строили из местных материалов, таких как саман, но переход к бетону вызвал множество экологических проблем. Основная мысль ученых заключалась в том, чтобы повернуть время вспять и найти способ адаптировать материалы «с наших дворов» в качестве потенциальной замены бетону, объясняют исследователи.
Преимущество использования местного грунта в строительстве заключается в том, что материалы не нужно будет производить и транспортировать на строительную площадку, что снижает как затраты, так и ущерб окружающей среде. Также говорят, что аддитивное производство с использованием почвы однажды может быть использовано за пределами Земли для создания поселений на Луне или даже Марсе.
Почва обычно классифицируется по слоям материалов, которые она включает, начиная с верхнего органического слоя, где растут растения, и заканчивая твердым основанием земной коры. Под первоначальным органическим слоем находится глина, которая придает почве пластичный характер, который исследователи использовали в своем проекте.
Исследователи начали со сбора образцов почвы на заднем дворе своего коллеги и обработки материала с новой экологически чистой добавкой, чтобы он связывался вместе и легко подвергался экструзии через 3D-принтер. Поскольку почвы сильно различаются в зависимости от местоположения, их цель состояла в том, чтобы иметь химический «инструментарий», который мог бы превратить любой тип почвы в пригодный для печати строительный материал.
Следующим шагом было убедиться, что смесь выдерживает нагрузку, а это означает, что она выдержит вес слоев, а также других материалов, используемых в строительстве, таких как арматура и изоляция. Чтобы помочь в этом, исследователи усилили глиняную смесь, «застегнув» микроскопические слои на ее поверхности, чтобы предотвратить поглощение воды и расширение, которое может поставить под угрозу печатную структуру. С помощью этого метода исследователи показали, что материал может удерживать вдвое больший вес, чем немодифицированная глиняная смесь.
Затем команда ученых планирует улучшить несущую способность грунта, чтобы расширить свои испытательные конструкции и максимально приблизиться к замене бетона. Кроме того, они собирают данные, чтобы понять, являются ли эти трехмерные печатные конструкции такими же экологически чистыми, как они предполагают, особенно с точки зрения углеродного следа и потенциала вторичной переработки. Как только они получат лучшее представление о химическом составе, функциональности и возможности строительства с использованием местных почв, то планируют продолжить изучение использования этой технологии за пределами нашей планеты.
Читать также
Российские физики изучили условия, при которых не работает третий закон Ньютона
После введения российской вакцины у добровольцев нашли 144 побочных эффекта
Ученые узнали состав астероида неизвестного происхождения Оумуамуа