Wiemy, że druk 3D możemy wykorzystać do budowy kompletnego domu. A co, gdyby zastosować technologię do ulepszenia aktualnie wykorzystywanych metod, zamiast ich całkowitego zastąpienia? Nad tym właśnie pracuje zespół naukowców z UC Berkeley, którzy przetestowali metodę włączenia siatki drukowanej w 3D do klasycznych konstrukcji betonowych.

Mniejsza zawartość betonu o 33%

Dzięki zastosowaniu polimerowej siatki naukowcom udało się nie tylko zmniejszyć zawartość betonu o 33% i zmniejszyć jego wagę, ale także zwiększyć jego plastyczność oraz wytrzymałość.

Jak wskazuje Brian Salazar, główny autor badania, celem eksperymentu było przede wszystkim sprawdzenie możliwości wzmocnienie betonu dzięki zastosowaniu właściwości polimerów. Betonowe konstrukcje są coraz bardziej złożone, a metody wzmacniania materiału według wielu są przestarzałe. Tutaj właśnie z pomocą przychodzi druk 3D.

Cement to półprodukt budowniczy wykorzystywany praktycznie na całym świecie. To łatwo dostępny budulec świetnie sprawdzający się we wszystkich konstrukcjach nośnych. Jednak sam w sobie jest dość kruchy, a pod wpływem dużych nacisków może pękać. Jednym z rozwiązań są stalowe pręty zbrojeniowe, które mogą być kosztowne, bardzo ciężkie, a przy tym podatne na korozję.

Produkcja cementu a zanieczyszczenie powietrza

Co więcej, produkcja cementu wiąże się z ogromnymi zanieczyszczeniami powietrza. Niektóre badania wskazują, że wytwarzany podczas produkcji cementu dwutlenek węgla odpowiada za 8% zanieczyszczenia w skali światowej! Oba wyżej opisane problemy zdaje się rozwiązywać wykorzystanie druku 3D w połączeniu z tradycyjnymi formami budownictwa.

Polimery pod względem emisji dwutlenku węgla są neutralne, a nawet potencjalnie ujemne. Dlatego zmniejszenie nawet o niewielki procent ilości produkowanego betonu może przełożyć się na zmniejszenie emisji CO2 do atmosfery.

Beton zbrojony siatką polimerową

Pierwszym krokiem w badaniach był dobór odpowiedniej geometrii kratownic. Ostatecznie wybór padł na kratownice oktetowe. Jest to izotropowa struktura, spopularyzowana przez architekta Buckminstera Fullera w połowie XX wieku. To jedno z najmocniejszych, a przy tym najlżejszych rozwiązań, co potwierdziły testy obciążenia na oktecie ABS z drukiem FDM, wskazując, że kratownica cechuje się dużymi możliwościami odkształcania i pochłaniania energii.

Następnym krokiem było zalanie gotowych kratownic cementem o wysokiej wydajności. Najcieńsza struktura polimerowa stanowiła niewiele ponad 19%, a najgrubsza prawie 34%. Jak wykazały testy, zwiększenie całkowitej zawartości polimeru w próbce zmniejszało ogólną wytrzymałość na ściskanie, ale przy tym zwiększyło maksymalne obciążenie bez zmiany właściwości mechanicznych. Twardość próbki pozostawała praktycznie stała, mimo zmniejszenia zawartości cementu nawet o 33,7%!

Różne grubości struktury polimerowej

Dalsze wnioski naukowcy opisali w raporcie “Polymer lattice-reinforcement for enhancing ductility of concrete”. 

Branża budowlana to ogromny biznes, a zmiany tam zachodzą stosunkowo powoli. Czy druk 3D okaże się tym rozwiązaniem, które zmieni sposób wznoszenia konstrukcji betonowych? Mamy nadzieję, że badania naukowców z UC Berkeley się do tego przyczynią – chociażby ze względu na szansę zmniejszenia ilości produkowanego dwutlenku węgla.

Źródło:
https://3dprintingindustry.com/news/berkeley-researchers-use-novel-3d-printed-polymer-lattices-as-concrete-reinforcements-177852/