德黑蘭大學的研究人員開發(fā)了一種新型混凝土，可以3D打印到房屋中，產(chǎn)生的二氧化碳排放量比目前的建筑少 400 倍。在模擬的家庭 3D 打印中，研究小組發(fā)現(xiàn)，使用與隔熱和相變材料 (PCM) 混合的活性氧化鎂可以降低其能源使用和環(huán)境影響。如果在更廣泛的范圍內(nèi)部署，工程師們表示，這種材料可以幫助 3D 打印成為解決住房短缺和氣候變化問題的更具吸引力的工具。

該團隊的 DesignBuilder 3D 打印房屋模型。圖片來自德黑蘭大學。

建筑業(yè)的碳排放

根據(jù)歐盟委員會的研究，傳統(tǒng)建造的建筑物占歐盟產(chǎn)生的所有二氧化碳排放量的 36%。當然，由于人口增長，經(jīng)濟適用房建設(shè)是必要的，但更可持續(xù)地建設(shè)這些住房正迅速成為研究的熱門話題。這些研究通常圍繞減少建筑物的冷卻和加熱負荷展開。

這樣做被認為對于提高房屋建造過程的可持續(xù)性至關(guān)重要，因為它可以幫助降低與建造和供暖相關(guān)的燃料需求。先前的研究發(fā)現(xiàn)，提高此類建筑物熱性能的一種方法是使用 PCM 進行 3D 打印，能夠吸收特定范圍內(nèi)的熱量并管理內(nèi)部溫度。

然而，德黑蘭團隊表示，這些 PCM 已被證明能夠“提高熱容量”，但它們的機械性能可能會下降，從而阻礙其最終用途應(yīng)用的潛力。工程師們還聲稱，將地聚合物網(wǎng)絡(luò)注入水泥中的其他材料在環(huán)境方面取得了不同程度的成功，其中一些仍然具有較高的二氧化碳排放量。

正在運行的混凝土 3D 打印機。照片來自漢密爾頓實驗室。

3D打印房更可持續(xù)

為了確定 3D 打印房的最佳水泥配方，該團隊研究了模擬建筑的性能，通過氧化鎂 (RMC) 和硫鋁酸鈣 (CSA) 水泥實現(xiàn)。通過 DesignBuilder 軟件進行的測試，證明兩者都能夠快速設(shè)置并顯示出較高的初始強度水平，但 RMC 的抗壓強度更高，為 60 MPa。在分析這種虛擬兩層建筑的可持續(xù)性時，研究人員選擇對其進行從運輸?shù)讲牧虾碗娏κ褂玫娜芷谠u估 (LCA)。事實證明，LCA 的結(jié)果表明，他們的兩種水泥配方的生態(tài)影響都低于傳統(tǒng)的波特蘭水泥，而 CSA 的能耗高于 RMC。

為了使他們的材料更有效地控制內(nèi)部溫度，工程師后來在混合物中添加了氯化鈣。添加該化合物使混合物能夠被 3D 打印到混凝土中，當它們達到熔點或冰點時，能夠吸收和釋放熱量。在模擬中用泡沫補充 RMC 也增強了這種效果，優(yōu)化了建筑物的絕緣。最終，人們發(fā)現(xiàn)鎂的存在會增加房屋墻壁的致癌毒性，但帶有絕緣材料的 3D 打印 RMC 對生態(tài)的影響最小。因此，該團隊得出結(jié)論，3D 打印可以“極大地幫助降低未來建筑的能源消耗”，即使他們的 RMC 仍然非常耗水并且存在需要解決的毒性問題。

研究人員的 LCA 結(jié)果。圖片來自德黑蘭大學。

AM 在自建筑行業(yè)中的潛力

正在進行大量研究以優(yōu)化混凝土 3D 打印建筑的熱效率，特別是在建筑材料領(lǐng)域。例如，德克薩斯 A&M 大學的研究人員開發(fā)了 3D 打印相變材料，可用于建造能夠被動內(nèi)部溫度調(diào)節(jié)的房屋。過去，Microlight3D 還獲得了歐盟的支持，以開發(fā)用于建造“自冷”建筑的混凝土。作為未來和新興技術(shù) (FET) 計劃的一部分，該公司與五所歐洲大學合作，旨在設(shè)計一種能夠?qū)钩鞘袩釐u現(xiàn)象的微結(jié)構(gòu)材料。  

在其他地方，斯威本科技大學和河北科技大學的團隊采取了不同的方法來使房屋建筑更加環(huán)保。通過開發(fā)一種由建筑垃圾制成的 3D 打印材料，工程師們希望減少增材制造建筑的二氧化碳排放以及該技術(shù)對自然資源的依賴。

來源：https://www.3ddayin.net/xinwenpindao/guowaikuaidi/43106.html