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.

Ученые разработали метод 3D-печати конструкций из местного грунта

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.