Окажет ли 3D-печать бетона свой след в коммерческом строительстве?

Поделиться этой статьей

Что общего между школами в Африке, ветряными турбинами рекордной высоты, устойчивыми к стихийным бедствиям армейскими жилищами, отелями из песка и строительными проектами на Луне?

Если бы вы сказали «3D-печать», вы были бы правы, но это не раскрывает всей истории. Что отличает эти проекты, так это то, что они расширяют границы возможностей технологии 3D-печати бетона (3DCP). 3D-печать бетоном широко тестировалась по всему миру: от проектов коммерческого жилья в Эйндховене, Нидерланды, до первого официального коммерческого здания в Дубае, Объединенные Арабские Эмираты. Благодаря пластичным, но твердым свойствам бетона и механическим манипуляторам 3D-принтеров, способным выдерживать экстремальные климатические условия и труднопроходимую местность, 3DCP предлагает множество преимуществ для коммерческого строительства.

Бетонное основание ветряной турбины, напечатанное на 3D-принтере, изготовленное с помощью 3D-принтера BOD 2 для GE. Изображение предоставлено COBOD.

Более 70% населения мира живет в бетонных конструкциях, и ожидается, что спрос на бетон и цемент будет только увеличиваться — даже ветряные турбины, использующие возобновляемые источники энергии, нуждаются в бетоне и стали, чтобы прослужить долго. Тем не менее, цементная промышленность несет ответственность за 8% мировых выбросов углекислого газа (CO2), который медленно нагревает планету. Сегодняшние учёные сходятся во мнении, что необходимо принять решительные меры, чтобы потепление Земли не превысило 1,5 градуса — порог, нарушение которого влечет за собой катастрофические последствия. Итак, в мире, сильно зависящем от бетона, как инженеры могут сократить выбросы и сделать бетон более экологичным?

Давайте подробнее рассмотрим преимущества 3D-печати бетона и то, как ее методология аддитивного производства может стать жизнеспособным решением для смягчения последствий изменения климата.

Долговечность и безопасность имеют решающее значение в любом строительном проекте, но для коммерческих зданий, предназначенных для широкого общественного использования, риски становятся еще выше. Взять, к примеру, мосты. В 2018 году мост Моранди в Генуе обрушился во время проливного дождя, в результате чего десятки автомобилей упали в пропасть. Этот мост был частью одной из самых важных автомагистралей страны, соединявшей ее с Францией, что привлекло международное внимание к состоянию инфраструктуры Италии.

Хотя концептуально мосты 3DP существуют с 2016 года, недавние проекты по всему миру воплощают в жизнь подход аддитивного производства, причем пионерами в этой области являются Китай и Нидерланды. Поддерживаемый 176 единицами цемента, в Китае находится самый длинный бетонный мост, напечатанный на 3D-принтере, который переправляет пассажиров через Шанхайский канал. В то же время в Амстердаме установлен первый в мире стальной мост, напечатанный на 3D-принтере. К мосту прикреплено несколько датчиков, помогающих отслеживать движение, температуру и вибрацию, чтобы постоянно поддерживать общественную безопасность.

Преимущества аддитивного производства хорошо документированы. С помощью 3D-принтеров инженеры используют или «добавляют» только точное количество материала, необходимое для изготовления конструкций, максимально увеличивая ресурсы и сводя к минимуму отходы. Гентский университет, который тестировал дорожку, изготовленную с использованием аддитивных технологий, обнаружил, что конструкция 3DP требует меньше материала и оказывает меньшее воздействие на окружающую среду.

Морские пехотинцы из 7-го инженерного батальона 1-й группы материально-технического обеспечения морской пехоты вместе укрепляют бетонную опорную колонну моста, созданную с помощью 3D-принтера, во время учений в Кэмп-Пендлтоне, Калифорния. Фотография Корпуса морской пехоты.

Мало того, что 3D-принтеры позволяют строить быстрее, эти инструменты также минимизируют нагрузку на рабочих и сокращают потери материала, одновременно обеспечивая максимальную точность. Не зря Корпус морской пехоты США использует 3D-печать бетона для создания мостов по индивидуальному заказу для пересечения любой пустоты.

Для изготовления большого количества бетона требуется много электроэнергии, а в процессе производства цемента, основного ингредиента бетона, возникают дополнительные выбросы CO2. Хотя сети возобновляемой энергетики могут сократить выбросы на 50%, переход является своевременным и дорогостоящим. Фактически, инвестиции в переход к энергетике должны будут увеличиться до 4,4 триллиона долларов США в год до 2050 года. Между тем, переосмысление строительных процессов и использование более устойчивых материалов имеют решающее значение.