Drukowanie domu z nowatorskiego materiału torfowego

PS-07_Projekt autorski domu jednorodzinnego w technologii Perfekko System (Czerwiec 2019).

Anonim

Naukowcy z Uniwersytetu w Tartu i Estońskiego Uniwersytetu Przyrodniczego stworzyli materiał budowlany składający się głównie z popiołu z łupków torfowych i olejowych, który prawie dziesięciokrotnie obniżył koszty budowy prywatnego domu. Celem było stworzenie samonośnego materiału budowlanego opartego na lokalnych zasobach naturalnych i odpadach, który mógłby zostać wykorzystany do drukowania domów 3-D na wysokościach dwóch pięter bezpośrednio na placu budowy.

Mokradła zajmują około 22% powierzchni Estonii, ale tamtejszy torf nie jest szeroko stosowany. Tylko suchsza górna część warstwy torfu została uznana za użyteczną. Niewykorzystana część pozostawia się do rozpadu. Torf ten mógłby być również wykorzystywany w sposób ekonomicznie korzystny. Wiele frakcji można oddzielić od torfu, na przykład od substancji humusowych i wosków, a końcową pozostałość można nawet stosować do wytwarzania celulozy.

Najpopularniejszą metodą wydobywania torfu jest mielenie. Podczas frezowania warstwy 10 do 20 mm są odrywane z osadu torfowego i pozostawione do wyschnięcia. Aby ta metoda się opłaciła, większość pól frezowania jest większa niż 100 hektarów.

Podnoszenie wartości odpadów

"Do tej pory nikt nie wyprodukował torfowego kompozytu jako materiału budowlanego, ponieważ torf uniemożliwia stwardnienie wielu materiałów, w naszym projekcie udało się przezwyciężyć ten problem" - powiedziała Liiv. Zamiast zwykłego cementu naukowcy z Tartu wykorzystują popiół z łupków bitumicznych jako spoiwo w swojej mieszance. Szacuje się, że w Estonii w ciągu roku powstaje około 7 milionów ton popiołu z łupków bitumicznych, z czego tylko 5 procent jest ponownie wykorzystywane. Resztę odkłada się w popiołów, co powoduje znaczne zanieczyszczenie środowiska.

Popiół łupkowy jest klasyfikowany jako odpad niebezpieczny, ponieważ staje się bardzo zasadowy w kontakcie z wodą (pH prawie 13). Jednak popiół o takim pH najlepiej nadaje się do materiałów budowlanych. Opracowany materiał jest całkowicie nieszkodliwy i bezpieczny dla środowiska.

Ponadto podczas testów naukowcy znaleźli rozwiązanie pozwalające skrócić czas wiązania od około 30 dni do jednego dnia. Jeśli pH roztworu porowego wynosi poniżej dziewięciu, nie stwardnieje. Kwestię tę rozwiązuje bardzo wysokie pH wiążąc tlenek potasu i metale alkaliczne znajdujące się w popiele z łupków bitumicznych z nierozpuszczalnymi związkami.

Wewnątrz torfu popiół z łupków bitumicznych reaguje z kwasami humusowymi i pochłania dwutlenek węgla. Z powodu reakcji chemicznych spoiwo staje się regularnym betonem i wapieniem. Według Toomas Tenno, profesora katedry chemii koloidalnej i środowiskowej Uniwersytetu w Tartu, nanosiliksy, np. Nanokrzemionka lub dym krzemowy, dodaje się do popiołu torfowego i łupkowego w celu poprawy ich właściwości.

"Ponieważ cząstki są bardzo małe, rozpuszczają się one dobrze i rozprowadzają się równomiernie w całym materiale, a dym krzemowy znacznie poprawia jakość tego materiału" - powiedział Tenno.

Minęło około roku, zanim została znaleziona właściwa mieszanina materiału, który jest mocny i ma wysokie przewodnictwo cieplne. Po ostatecznym utwardzeniu materiał jest mocny i bardzo lekki, ma małe przenikanie ciepła i jest trwały. Chociaż torf służy również jako paliwo, materiał opracowany przez naukowców jest niepalny. Materiał torfowy osiąga swoją początkową twardość w ciągu 24 godzin, ale pozostaje elastyczny przez znacznie dłuższy czas. W związku z tym nie ma potrzeby stosowania izolacji lub wypełniaczy, a cała struktura staje się szczelna bez dodawania żadnego zabezpieczenia przed wiatrem. Ponadto jest dobrym blokerem hałasu.

Ponieważ torf i popiół z łupków bitumicznych nie są bardzo drogie, budowniczowie byliby szczególnie zadowoleni z ceny materiału. Według Liiv, naukowcy obliczyli, że koszt budowy powłoki domu wydrukowanej z tego materiału o powierzchni podłogi wynoszącej 100-150 metrów kwadratowych może wynosić około 5000 euro (w porównaniu do budowy obudowy budynku o podobnej wielkości, które kosztowałyby około dziesięć razy więcej).

Do tej pory badania i wiele testów zostały zakończone. Problemy z technologią materiałów zostały pomyślnie rozwiązane. Materiał torfowy jest gotowy do produkcji jako elementy, ale nadal pozostaje wiele pracy przy druku trójwymiarowym.

menu
menu