Thành phố tương lai có thể được in 3D — và xanh hơn

Bê tông in 3D có thể dẫn đến một sự thay đổi trong kiến trúc và xây dựng. Bởi vì nó có thể được sử dụng để tạo ra các hình dạng mới mẻ mà các công nghệ hiện tại gặp khó khăn, nó có thể thay đổi các quy trình hàng thế kỷ và thủ tục vẫn được sử dụng để xây dựng tòa nhà, dẫn đến chi phí thấp và tiết kiệm thời gian.

Tuy nhiên, bê tông gây ra ảnh hưởng môi trường lớn. Lượng lớn cát tự nhiên hiện đang được sử dụng để đáp ứng nhu cầu không đội mũi của thế giới về bê tông, với chi phí lớn cho môi trường. Nói chung, ngành xây dựng gặp khó khăn về mặt bền vững. Nó tạo ra khoảng 35% của toàn bộ rác đổ tràn toàn cầu.

Nghiên cứu mới của chúng tôi đề xuất một cách để kiềm chế ảnh hưởng này. Chúng tôi đã thử nghiệm việc sử dụng thủy tinh tái chế làm một thành phần của bê tông cho in 3D.

Bê tông được làm từ sự kết hợp của xi măng, nước và các hạt như cát. Chúng tôi thử nghiệm thay thế lên đến 100% của các hạt trong hỗn hợp bằng thủy tinh. Đơn giản, thủy tinh được sản xuất từ cát, dễ tái chế và có thể được sử dụng để làm bê tông mà không cần bất kỳ xử lý phức tạp nào.

Nhu cầu từ ngành xây dựng cũng có thể giúp đảm bảo thủy tinh được tái chế. Năm 2018 tại Hoa Kỳ, chỉ có một phần tư thủy tinh được tái chế, với hơn một nửa đi vào rác đổ.

Xây dựng tốt hơn

Chúng tôi sử dụng thủy tinh nâu soda-lime thu được từ một công ty tái chế địa phương. Chai thủy tinh được đầu tiên nghiền bằng máy nghiền và sau đó những mảnh nghiền được rửa sạch, phơi khô, nghiền và sàng lọc. Các hạt kết quả nhỏ hơn một millimet vuông.

Thủy tinh nghiền sau đó được sử dụng để làm bê tông theo cách mà cát sẽ làm. Chúng tôi đã sử dụng bê tông này để in 3D các thành phần tường và khối xây dựng tiền lập có thể được lắp ráp để tạo nên một toàn bộ tòa nhà.

Sự hiện diện của thủy tinh không chỉ giải quyết vấn đề rác thải mà còn đóng góp vào việc phát triển một loại bê tông với các đặc tính xuất sắc hơn so với chứa cát tự nhiên. Nếu được sử dụng theo cách này, thủy tinh tái chế có thể tìm thấy một cuộc sống mới như một phần của vật liệu xây dựng.

Độ dẫn nhiệt của thủy tinh soda-lime – loại thủy tinh phổ biến nhất, bạn thường thấy trong cửa sổ và chai – thấp hơn hơn ba lần so với hạt thạch anh, được sử dụng rộng rãi trong bê tông. Điều này có nghĩa là bê tông chứa thủy tinh tái chế có đặc tính cách nhiệt tốt hơn. Chúng có thể giảm đáng kể chi phí cần thiết cho làm mát hoặc sưởi ấm trong mùa hè hoặc mùa đông.

Nâng cao tính bền vững

Chúng tôi cũng đã thực hiện các thay đổi khác trong hỗn hợp bê tông để làm cho nó trở nên bền vững hơn như một vật liệu xây dựng, bao gồm việc thay thế một số lượng xi măng Portland bằng bột đá vôi.

Xi măng Portland là một thành phần chính của bê tông, được sử dụng để liên kết các thành phần khác vào một hỗn hợp sẽ đóng rắn. Tuy nhiên, quá trình sản xuất xi măng Portland thông thường dẫn đến phát thải lượng lớn khí carbon dioxide cũng như các khí nhà kính khác. Ngành sản xuất xi măng chiếm khoảng 8% tổng lượng carbon dioxide phát thải ra môi trường.

Đá vôi ít nguy hiểm hơn và có ít tác động môi trường hơn trong quá trình sản xuất so với xi măng Portland. Nó có thể được sử dụng thay thế xi măng Portland thông thường trong bê tông cho in 3D mà không làm giảm chất lượng của hỗn hợp in.

Chúng tôi cũng thêm những vật liệu nhẹ, được làm từ các hạt nhựa nhiệt độ co rỗng nhỏ, để giảm mật độ của bê tông. Điều này đã thay đổi độ dẫn nhiệt của bê tông, giảm đi đến 40% so với các loại bê tông khác được sử dụng cho in 3D. Điều này càng cải thiện tính chất cách nhiệt của bê tông và giảm lượng nguyên liệu thô cần thiết.

Sử dụng công nghệ in 3D, chúng tôi có thể dễ dàng phát triển một cấu trúc tường trên máy tính, chuyển đổi nó thành mã đơn giản và gửi nó đến máy in 3D để xây dựng. Máy in 3D có thể hoạt động 24/7, giảm lượng rác thải sản xuất và tăng an toàn cho công nhân xây dựng.

Nghiên cứu của chúng tôi cho thấy rằng việc xây dựng 3D nhẹ, cách âm tốt là hoàn toàn khả thi - điều có thể là một bước quan trọng trong hành trình của chúng tôi đến hướng net zero.

Bài viết bởi Seyed Ghaffar, Giáo sư Khoa học Xây dựng và Vật liệu Môi trường, Đại học Brunel London, Mehdi Chougan, Nghiên cứu Sinh viên Marie Skłodowska-Curie, Đại học Brunel London, và Pawel Sikora Giáo sư Khoa học Xây dựng và Môi trường, Đại học Công nghệ Tây Pomeranian tại Szczecin.

Bài viết này được tái xuất bản từ The Conversation dưới giấy phép Creative Commons. Đọc bài viết gốc.

Ảnh đầu trang: Peri