Хотя 3D-печать бетонных домов значительно ускоряет строительство, традиционный бетон требует до 28 дней для полного затвердевания. Однако недавно разработанный материал для 3D-печати готов к использованию всего через три дня.

Проблемы традиционного бетона

Бетон состоит из воды, заполнителя (например, песка или гравия) и цемента, который связывает все компоненты. Именно цементу обычно требуется около месяца для достижения необходимой прочности после заливки. Помимо длительного времени затвердевания, цемент имеет и другие недостатки.

Производство портландцемента включает измельчение известняка и других сырьевых материалов, а затем нагрев полученного порошка до температур около 1450 °C. Этот процесс сопровождается значительными выбросами углекислого газа, поскольку для получения такого тепла сжигается много топлива. Кроме того, при кальцинации — превращении нагретого известняка в цемент — выделяется связанный CO₂ как побочный продукт. В совокупности эти выбросы составляют 5–8% всех антропогенных парниковых газов.

Новый материал для 3D-печати

В ответ на эти проблемы ученые из Университета штата Орегон под руководством доцента Девина Роуча и аспиранта Николаса Гонсалвеса создали альтернативу цементу. Их материал основан на глинистой почве, обогащённой волокнами конопли, песком и биоуглём. Биоуголь — это вещество, напоминающее древесный уголь, получаемое пиролизом (разложением органических материалов, таких как древесная щепа, под действием тепла без доступа кислорода).

Вместо портландцемента в новом составе используется термически активируемый связующий агент на основе акриламида. При химической реакции, известной как фронтальная полимеризация, этот агент запускает процесс затвердевания сразу после выхода смеси из печатающей насадки. Благодаря этому материал становится достаточно прочным для печати над незакреплёнными промежутками, например, оконными проёмами.

Преимущества и перспективы

«Печатный материал обладает строительной прочностью 3 мегапаскаля сразу после печати, что позволяет возводить многослойные стены и свободно стоящие свесы, такие как крыши», — отмечает Роуч. — «Через три дня прочность достигает более 17 мегапаскалей, что соответствует требованиям к жилому конструкционному бетону, тогда как традиционному бетону для этого требуется 28 дней».

Полное затвердевание нового материала происходит за 8–10 дней, при этом его прочность превышает 40 мегапаскалей. Сейчас исследователи работают над снижением стоимости материала, поскольку пока он дороже обычного бетона. Результаты исследования недавно опубликованы в журнале Advanced Composites and Hybrid Materials.