3D打印“可塑粘土”，用土造房成科技新趨向？

文/陳根

傳統(tǒng)建筑業(yè)目前面臨兩大挑戰(zhàn)：對可持續(xù)基礎(chǔ)設(shè)施的需求和修復(fù)日益惡化的建筑、橋梁和道路的需要。雖然混凝土是許多建筑項(xiàng)目的首選材料，但由于混凝土碳耗用量過大，導(dǎo)致高浪費(fèi)和能源消耗。

事實(shí)上，一些研究人員已經(jīng)轉(zhuǎn)向增材制造，即逐層建造結(jié)構(gòu)，這通常是用3D打印機(jī)完成的。這一進(jìn)展已經(jīng)開始改變浪費(fèi)的情況，但在這一過程中使用的材料也必須是可持續(xù)的。

例如，使用擠壓混凝土層的建筑項(xiàng)目突出了快速廉價(jià)地制造建筑結(jié)構(gòu)添加劑的潛力。然而，根據(jù)國際能源署（iea）的數(shù)據(jù)，依舊有約7%的二氧化碳排放是由混凝土制造造成的，而且不能回收利用。

現(xiàn)在，德克薩斯農(nóng)工大學(xué)的科學(xué)家們?yōu)榱藢ふ腋h(huán)保的替代品，將目光投向了世界各地表土下的可塑粘土。一般來說，土壤通常按其組成的材料層進(jìn)行分類，從植物生長的頂部有機(jī)層開始，到地殼堅(jiān)硬的基巖結(jié)束。在最初的有機(jī)層下面是粘土，這使土壤具有可塑性和可塑性，研究人員正是利用了這一特性。

研究人員首先從同事后院采集土壤樣本，然后用一種新的環(huán)保添加劑對材料進(jìn)行剪裁，使其能夠結(jié)合在一起，并通過3D打印機(jī)的噴嘴輕松擠出。因?yàn)橥寥酪虻乩砦恢枚兓艽?，他們的目?biāo)是要有一個(gè)化學(xué)“工具箱”，可以將任何類型的土壤轉(zhuǎn)化為可打印的建筑材料。在那里，巴杰帕伊建造了小規(guī)模的測試結(jié)構(gòu)，每側(cè)各有兩英寸的立方體，以觀察材料在擠壓成層疊的層時(shí)的表現(xiàn)。

隨后，研究人員為確?；旌狭夏艹惺芎奢d，這意味著它能承受層的重量，也能承受建筑中使用的其他材料，如鋼筋和隔熱層，研究人員通過表面的微觀層來強(qiáng)化粘土混合物，以防止其吸水膨脹。通過這種方法，研究人員發(fā)現(xiàn)這種材料的重量是未改性粘土混合物的兩倍。

現(xiàn)在，研究小組計(jì)劃提高土壤的承載能力，以便擴(kuò)大他們的試驗(yàn)結(jié)構(gòu)，并盡可能接近混凝土的替代品。此外，他們正在收集數(shù)據(jù)，看看這些3D打印結(jié)構(gòu)是否像他們預(yù)想的那樣環(huán)保，特別是在碳消耗和回收潛力方面。

研究人員表示，一旦他們對當(dāng)?shù)赝寥赖幕瘜W(xué)成分、功能和可行性有了更好的了解，他們將計(jì)劃進(jìn)一步探索這項(xiàng)技術(shù)如何在我們的星球之外得到應(yīng)用。