Новая смесь из переработанного стеклобетона от NTU прокладывает путь для высокопрочной 3D-печати строительных конструкций
Исследователи из Наньянского технологического университета (NTU Singapore) изучают возможность использования переработанного стекла в качестве замены песка в 3D-печати бетона, прокладывая путь к экологически чистым строительным материалам.
Многие современные рецептуры традиционных бетонов содержат природный песок в качестве основного компонента. К сожалению, из-за урбанизации и развития инфраструктуры песок постепенно становится дефицитным ресурсом, поэтому растет потребность в поиске подходящей альтернативы.
Стекло, с другой стороны, является одним из наименее перерабатываемых видов отходов, несмотря на то, что оно полностью перерабатывается без снижения качества. По данным Национального агентства по окружающей среде Сингапура, в 74,000 году в Сингапуре было произведено 2021 13 тонн стеклянных отходов, но только XNUMX% из них было переработано. Остальное либо сжигали, либо выбрасывали на свалку.
Стремясь использовать неиспользованный потенциал стекла, команда NTU создала переработанную бетонную смесь на основе стекла и использовала ее для 3D-печати бетонной скамейки высотой 40 см. Доказательство концепции успешно демонстрирует, что их особая формула материала может использоваться для аддитивного производства повседневных несущих объектов, что хорошо подходит для высокопрочного строительства.
Зачем бетону нужны заполнители?
Бетон представляет собой смесь портландцемента, воды и заполнителей, таких как песок, гравий и стекло. Заполнители действуют как связующее для смеси, и без них бетон на водной основе не держится и недостаточно прочен, чтобы выдерживать значительные сжимающие нагрузки. Заполнители также служат для уменьшения пористости бетонных смесей, выступая в качестве наполнителя для дальнейшего повышения прочности.
Одним из наиболее часто используемых заполнителей в строительной отрасли является природный речной песок, который добывают из русел и берегов рек. Хотя он может быть легко доступен на рынке, чрезмерное использование речного песка может привести к загрязнению, наводнениям и другим чрезвычайно разрушительным последствиям для местных экосистем, которые живут в реках и вокруг них.
Стекло, хотя и многообещающее, исторически не могло сравниться по прочностным свойствам с обычным песком, поэтому его часто считают худшей альтернативой в строительной 3D-печати. Однако, по словам исследователей NTU, до сих пор никому не удавалось напечатать на 3D-принтере бетонную конструкцию из переработанного стекла, столь же прочную, как скамья.
Профессор Тан Мин Джен, главный исследователь исследования, сказал: «Основная проблема при составлении рецептур бетонных смесей для 3D-печати состоит в том, чтобы выяснить, сколько каждого компонента нужно добавить, чтобы получить структурно прочную структуру с минимальными дефектами. Наша команда разработала осуществимую формулу, впервые демонстрирующую, что стекло действительно можно использовать для 3D-печати скамейки с превосходной структурной целостностью».
Переработанное стекло как замена песку
Чтобы запустить проект, исследователи NTU сначала установили оптимальный состав своей переработанной стеклобетонной смеси для 3D-печати путем обширного анализа и испытаний. Смесь включала коммерческий цемент, воду, добавки и переработанное стекло, измельченное до различных размеров от «среднего» до «сверхтонкого».
Четырехосевой портальный 3D-принтер с объемом сборки 1.2 x 1.2 x 1 м был затем использован для 3D-печати L-образной бетонной скамьи. По словам исследователей, материал легко экструдировался, то есть он был достаточно жидким, чтобы беспрепятственно проходить через печатающее сопло. Сообщается также, что он продемонстрировал отличную способность к сборке, поскольку не разрушился и даже не деформировался во время последующих испытаний на прочность на сжатие.
Эндрю Тинг, первый автор исследования, сказал: «Наше исследование показало, что переработанное стекло можно использовать для замены до 100% песка в бетоне для 3D-печати. В результате получается бетонная скамья с механической прочностью, соответствующей приемлемым промышленным стандартам».
Исследовательская группа NTU теперь намерена отрегулировать алгоритм печати для стабильной производительности и сотрудничать со стартапом Soda Lemon, занимающимся переработкой стекла, для 3D-печати еще более крупных структур с использованием их устойчивой бетонной смеси.
CyBe x Lab040: первая в мире четырехэтажная квартира, напечатанная на 3D-принтере
Ада Шайхнаг 28 октября 2022 г. – 7:57 Строительство
Mighty Buildings представляет первый в мире напечатанный на 3D-принтере дом с нулевым потреблением энергии
Пол Ханафи 13 октября 2022 г. – 4:28 Строительство
В раздираемой войной Украине построят первую в Европе школу, напечатанную на 3D-принтере
Пол Ханафи 13 октября 2022 г. – 11:52 Строительство
Building for Humanity построит первые в Великобритании 3D-печатные дома в Аккрингтоне
Пол Ханафи 12 октября 2022 г. – 5:00 Строительство
ReInhabit выбирает Azure для 3D-печати десяти новых домов из переработанного пластика в Калифорнии
Пол Ханафи 03 октября 2022 г. – 10:44 Строительство
В новом «новаторском» проекте ChangeMaker 3D и United Utilities устанавливают первую в Великобритании водяную камеру, напечатанную на 3D-принтере.
Пол Ханафи 27 сентября 2022 г. – 7:15 Строительство
Рой похожих на осы дронов для 3D-печати можно использовать для строительства в изолированных районах
Пол Ханафи 23 сентября 2022 г. – 2:53 Строительство
Самая большая в Великобритании бетонная конструкция, напечатанная на 3D-принтере, построена BAM над автомагистралью M8 в Шотландии.
Пол Ханафи 20 сентября 2022 г. – 3:21 Строительство
Новый метод 3D-печати живой почвы может помочь построить дома будущего, улавливающие углерод
Пол Ханафи 07 сентября 2022 г. – 5:35 Строительство
Структура
Каменная, бетонная, керамическая и стекольная промышленность составляют более широкую обрабатывающую и строительную отрасли. Компании, занимающиеся камнеобработкой, добывают горную породу из земли и превращают ее либо в ограненный камень, либо в частично обработанный камень. Изделия из камня сгруппированы почти в 20 различных категорий, включая резные каменные алтари, купели, скамейки, памятники, брусчатку, кафедры, надгробия, урны и вазы, а также грифельные доски, усыпальницы, бордюры, мраморные пьедесталы. и статуи, шиферная кровля и мраморные столешницы.
Камень — прочный, пригодный для строительных целей материал, хотя его недостаток заключается в том, что его труднее резать и транспортировать, чем альтернативные материалы. Сегодня он остается популярным, особенно в качестве материала для улучшения внешнего вида важных сооружений, таких как отели, общественные здания и церкви. В современном строительстве покрытие из каменного шпона толщиной около двух дюймов наносится различными узорами на внешние поверхности зданий; шпон закреплен и поддерживается на стальной раме.
Бетонных изделий даже больше, чем каменных. В эту группу также входят изделия из гипса, материала, используемого при изготовлении гипса и, таким образом, пригодного для покрытия стен и потолков. Некоторые заводы производят только бетонные блоки и кирпичи, которые используют строители. Другие производят более специализированные предметы, такие как ванны, усыпальницы, квадратные потолки, дверные рамы, камины, фонтаны, мусоросжигательные печи, оросительные трубы, резервуары для хранения и септиктенки. Некоторые компании производят товарный бетон, ортопедическую штукатурку, стеновые плиты.
Керамическая и стекольная промышленность используют одинаковое сырье и одну и ту же базовую технологию для создания адаптируемых и долговечных продуктов. Изготовление как керамических, так и стеклянных изделий требует тепла; для стекла материалы обычно сначала нагревают, а затем формуют, тогда как для керамики материалы обычно сначала формуют, а затем нагревают. Керамические и стекольные предприятия производят листовое стекло и другие стеклянные изделия, изделия из конструкционной глины, гончарные изделия и другие изделия из материалов, взятых в основном из недр земли в виде глины и песка.
Производство стекла и керамики сильно диверсифицировано и оказывает непосредственное влияние на другие отрасли, такие как космические технологии, телекоммуникации, пищевая химия, медицина, ядерные технологии и компьютерные технологии. Один только производитель стекла разработал более 65,000 XNUMX различных сортов стекла.
Стекольная промышленность подразделяется на предприятия, выпускающие продукцию следующих основных направлений: листовое стекло, стеклянная тара, прессованное и выдувное стекло и стеклянная посуда, а также изделия из покупного стекла. Компании по производству листового стекла производят стекло, используемое в зданиях, соборах, изоляции, окнах, конструкциях и оптике. Эти компании обрабатывают необработанное стекло специальным покрытием, таким как закаленное и многослойное стекло. Закаленное стекло подвергается термообработке для придания прочности и стойкости; когда оно разбивается, края не зазубриваются и, таким образом, безопаснее, чем незакаленное стекло, поэтому оно используется для изготовления душевых кабин, дверей витрин и каминных экранов. Многослойное стекло улучшает звукоизоляцию, безопасность, контроль солнечной энергии, уменьшает блики и защищает от переносимого ветром мусора.
Есть компании, которые производят стеклянную тару для коммерческой упаковки и розлива в бутылки, а также для домашнего консервирования, включая бутылки для лекарств, флаконы, бутылки с водой, банки для еды, а также бутылки для вина и пива. Они делают контейнеры с узким или широким горлышком. Компании по производству прессованного и выдувного стекла производят продукцию, начиная от посуды и елочных украшений и заканчивая телевизионными трубками и оптоволоконными кабелями, а некоторые компании специализируются на текстильном стекловолокне и прессованных линзах для автомобильных фар, маяков и фонарей.
Фирмы-производители вторичного стекла изготавливают изделия из стекла, закупленного у других компаний, такие как душевые двери, картинное стекло, стекло для часов и дверцы духовых шкафов. Эти элементы также используются во многих промышленных, технических и других небытовых применениях, таких как пуленепробиваемое стекло и гравитационные электролитические преобразователи. Некоторые из наиболее распространенных изделий из стекла в этой категории, которые представляют собой различные методы производства, включают лабораторное стекло, зеркальное стекло, декоративное стекло, безопасное стекло и витражное стекло. Другие компании находятся на переднем крае технологий, производя такие товары, как изоляционные материалы из стекловаты, изолированные оптоволоконные кабели и оптоволоконные медицинские устройства.
Керамическая промышленность состоит из компаний, которые производят различные виды керамических изделий. Сюда входят компании, производящие кирпич и структурную глиняную плитку, керамическую настенную и напольную плитку, глиняные огнеупоры, изделия из конструкционной глины, фарфоровую сантехнику, фаянсовые столовые и кухонные принадлежности, фарфоровые электротовары, гончарные изделия и минеральную вату.
Изделия из группы кирпича и структурной плитки используются в основном из-за их конструкционных свойств, а не в декоративных целях. Они используются для строительства и мощения. С другой стороны, керамическая настенная и напольная плитка в основном декоративна и сделана из-за ее эстетических качеств.
Огнеупоры — это продукты, такие как кирпич, которые устойчивы к интенсивному нагреву, что делает их идеальными для стен, потолков, доменных печей, цементных печей и мартеновских печей. Они в основном используются в огнестойких строительных материалах для промышленных зданий. Канализационная труба представляет собой обычный огнеупорный продукт из конструкционной глины. Другими огнеупорами являются кровельная черепица, облицовка печей и дымоходов, а также архитектурная терракота.
Некоторые компании производят сантехнику, такую как питьевые фонтанчики, писсуары, сливные баки и раковины; ручки кранов и держатели для полотенец; фарфоровая посуда и посуда; хозяйственная и бытовая посуда для приготовления и подачи пищи. Фаянс пористый, грубый и непрозрачный, в отличие от фарфора и костяного фарфора; все они сделаны из глины, но глиняная посуда обжигается при более низких температурах и более хрупкая, чем фарфор и фарфор.
В отличие от других керамических секторов, группа электротоваров из фарфора включает в себя высокие технологии. Эти продукты, такие как фарфоровые изоляторы для электроники и фарфор для свечей зажигания, являются хорошими изоляторами для электричества из-за того, как они направляют тепло. Низкотехнологичные компании, с другой стороны, производят художественную и декоративную керамику, промышленную и лабораторную керамику, а некоторые обжигают и украшают белый фарфор и глиняную посуду. В этой группе ручной труд более распространен, чем автоматизация, и многие используемые машины не сильно изменились за последние 50 лет.
Последняя группа, минеральная вата, производит два основных продукта: минеральную вату для тепло- и звукоизоляции и минеральную вату для промышленной изоляции, изоляции оборудования и приборов. Продукция, производимая в этой группе, включает акустические плиты и плитку, изоляцию из стекловолокна, стекловату и кровельные маты.
Другие отрасли стекольной и керамической промышленности включают непроизводственные элементы. Помимо производства, компании также занимаются исследованиями, разработками и распространением. Многие компании занимаются поставкой сырья для промышленной керамической и стекольной промышленности, включая такие материалы, как глина, кремнезем, глинозем, полевой шпат, оксиды металлов, специальные стекла для эмалей, ферриты для керамических магнитов и множество других материалов для различные специальные приложения. Сегодня очень важно, чтобы поставщики были осведомлены о материалах, которые они продают. Многие поставщики нанимают инженеров, которые контролируют разработку их материалов и продуктов. Сырьевая промышленность отличается высокой конкуренцией, требующей тщательного контроля за составом и свойствами материалов. Поставщик материалов всегда должен быть готов помочь заказчику в решении технических проблем.
Сырье обычно продается для конкретных продуктов. Ан инженер разрабатывает новую концепцию и рассказывает разработчиков и Исследователи что требуется на производственной линии, какие новые продукты нужны клиенту и с какими текущими проблемами сталкивается клиент или отрасль. На этом этапе разработчики и исследователи приступают к созданию новых продуктов. Затем исследователь исследует сырье с помощью сложного аналитического оборудования, такого как электронные микроскопы, масс-спектрометры, рентгеновские дифракторы, многие типы спектрографов, устройства дифференциального термического анализа, оборудование для термогравиметрического анализа и сложные высокотемпературные печи. Следующий, инженеры-разработчики работа с производственным персоналом по выпуску готовых изделий. Производственные рабочие используйте технологическое и рабочее оборудование, такое как измельчители, фрезерные станки, сита, оборудование для смешивания, прессы и распылительные сушилки, чтобы облегчить этот процесс. Когда продукт готов, продавцы создать или расширить рынок для товара и продавать его клиентам. Продавец активно участвует в разработке, предоставляя отзывы потребителей и другую маркетинговую информацию.
