شهرهای آینده را می توان با استفاده از بتن ساخته شده با شیشه بازیافتی چاپ سه بعدی کرد

28 فوریه 2022 -نوشته سید غفار، مهدی چوگان، پاول سیکورا، – اعتبار Matjazz/Shutterstock

گفتگو

چاپ  سه بعدی بتن ممکن است منجر به تغییر در معماری و ساخت و ساز شود. از آنجایی که می توان از آن برای تولید اشکال جدیدی استفاده کرد که فناوری های کنونی با آن دست و پنجه نرم می کنند، ممکن است فرآیندها و رویه های چند صد ساله ای را که هنوز برای ساختن ساختمان ها استفاده می شود، تغییر دهد و در نتیجه هزینه ها و زمان صرفه جویی شود.

با این حال، بتن اثرات زیست محیطی قابل توجهی دارد. در حال حاضر مقادیر زیادی شن و ماسه طبیعی برای رفع اشتهای سیری ناپذیر جهان برای بتن استفاده می شود که هزینه زیادی برای محیط زیست دارد. به طور کلی، صنعت ساخت و ساز با پایداری دست و پنجه نرم می کند. حدود 35 درصد از کل زباله ها را در سطح جهان را ایجاد می کند.تحقیقات جدید ما راهی برای مهار این تاثیر پیشنهاد می کند. ما استفاده از شیشه بازیافتی را به عنوان جزئی از بتن برای چاپ سه بعدی آزمایش کرده ایم.

بتن از مخلوط سیمان، آب و سنگدانه هایی مانند ماسه ساخته می شود. ما سعی کردیم تا 100٪ از سنگدانه را در مخلوط با شیشه جایگزین کنیم. به عبارت ساده، شیشه از شن و ماسه تولید می شود، بازیافت آن آسان است و می توان از آن برای ساخت بتن بدون هیچ گونه پردازش پیچیده استفاده کرد.

تقاضا از طرف صنعت ساخت و ساز همچنین می تواند به اطمینان از بازیافت شیشه کمک کند. در سال 2018 در ایالات متحده تنها یک چهارم شیشه بازیافت شد که بیش از نیمی از آن به محل دفن زباله رفت.

بهتر ساختن

ما از لیوان نوشابه قهوه ای سودا-آهک که از یک شرکت بازیافت محلی تهیه شده بود استفاده کردیم. بطری های شیشه ای ابتدا با استفاده از دستگاه خرد کن خرد شده و سپس قطعات خرد شده شسته، خشک، آسیاب و الک می شوند. ذرات حاصل کوچکتر از یک میلی متر مربع بودند.سپس از شیشه خرد شده برای ساخت بتن به همان روشی که شن و ماسه استفاده می شود استفاده شد. ما از این بتن برای پرینت سه بعدی عناصر دیوار و بلوک های ساختمانی پیش ساخته استفاده کردیم که می توانستند برای ساختن یک ساختمان کامل به هم متصل شوند.

در صورت استفاده از این روش، شیشه های ضایعاتی می توانند به عنوان بخشی از مصالح ساختمانی زندگی جدیدی پیدا کنند.وجود شیشه نه تنها مشکل ضایعات را حل می کند، بلکه به توسعه بتن با خواص برتر نسبت به بتن حاوی ماسه طبیعی کمک می کند.

رسانایی گرمایی شیشه‌های سودا آهکی – رایج‌ترین نوع شیشه‌ای که در پنجره‌ها و بطری‌ها می‌بینید – بیش از سه برابر کمتر از سنگدانه‌های کوارتز است که به‌طور گسترده در بتن استفاده می‌شود. این بدان معناست که بتن حاوی شیشه بازیافتی دارای خواص عایق بهتری است. آنها می توانند به طور قابل توجهی هزینه های مورد نیاز برای سرمایش یا گرمایش در تابستان یا زمستان را کاهش دهند.

بهبود پایداری

ما همچنین تغییرات دیگری را در مخلوط بتن انجام دادیم تا آن را به عنوان مصالح ساختمانی پایدار کنیم، از جمله جایگزینی مقداری از سیمان پرتلند با پودر سنگ آهک.

سیمان پرتلند یکی از اجزای کلیدی بتن است که برای چسباندن سایر مواد به یکدیگر و در نتیجه سفت شدن استفاده می شود. با این حال، تولید سیمان پرتلند معمولی منجر به انتشار مقادیر قابل توجهی دی اکسید کربن و همچنین سایر گازهای گلخانه ای می شود. صنعت تولید سیمان حدود 8 درصد از کل انتشار دی اکسید کربن در محیط را به خود اختصاص می دهد.

سنگ آهک نسبت به سیمان پرتلند خطر کمتری دارد و اثرات زیست محیطی کمتری در طول فرآیند تولید دارد. می توان آن را به جای سیمان پرتلند معمولی در بتن برای چاپ سه بعدی بدون کاهش کیفیت مخلوط چاپ استفاده کرد.

ما همچنین پرکننده های سبک وزن، ساخته شده از کره های توخالی کوچک، برای کاهش چگالی بتن اضافه کردیم. این امر رسانایی حرارتی بتن را تغییر داد و در مقایسه با سایر بتن های مورد استفاده برای چاپ سه بعدی، آن را تا 40 درصد کاهش داد. این امر باعث بهبود بیشتر خواص عایق بتن و کاهش مقدار مواد خام مورد نیاز شد.

با استفاده از فناوری پرینت سه بعدی، می‌توانیم به سادگی یک ساختار دیواری را روی یک کامپیوتر توسعه دهیم، آن را به کد ساده تبدیل کنیم و آن را به یک چاپگر سه بعدی بفرستیم تا ساخته شود. پرینترهای سه بعدی می توانند به مدت 24 ساعت شبانه روز کار کنند، میزان ضایعات تولیدی را کاهش دهند و همچنین ایمنی کارگران ساختمانی را افزایش دهند.

تحقیقات ما نشان می‌دهد که یک ساختمان سه‌بعدی فوق‌سبک و با عایق‌بندی خوب امکان‌پذیر است – چیزی که می‌تواند گامی حیاتی در مأموریت ما به سمت صفر خالص باشد.