Kestävän rakentamisen innovaatio: 3D-tulostus mullistaa betoniteollisuuden!

Kestävän rakentamisen innovaatio: 3D-tulostus mullistaa betoniteollisuuden!

Rakennusteollisuudella on kiireellinen haaste vähentää merkittävästi resurssien kulutusta ja hiilidioksidipäästöjä. Lupaava ratkaisu tässä yhteydessä on tutkimus Braunschweigin teknisen yliopiston hiukkasteknologian instituutissa ja Münchenin teknisessä yliopistossa. Tässä keskitytään ympäristöystävällisten materiaalien kehittämiseen, erityisesti 3D-tulostusteknologiaan "Selective Paste Intrusion" (SPI). Tällä innovatiivisella menetelmällä pyritään ottamaan talteen kierrätetyt hiukkaset puretuista rakennuksista kierrätetystä betonista, mikä voi johtaa kestävämpään rakentamiseen pitkällä aikavälillä.

SPI-teknologia mullistaa betonirakentamisen jakamalla kiviainekset ohuiksi kerroksiksi ja liimaamalla ne sementtitahnalla. Hiukkasteknologian syvä ymmärtäminen on ratkaisevan tärkeää rakentamisen energiatehokkuuden ja kestävyyden parantamiseksi. Tuore betoni koostuu vedestä, sementistä ja kiviaineksista, kuten hiekasta ja sorasta. Betonin kierrätys on kuitenkin monimutkainen tehtävä, koska kivirakeita yhdistää sementtimatriisi.

Mekaaninen murskaus ja kierrätysbetonin käyttö

Betonin valmistukseen käytetään kahta mekaanista murskausmenetelmää: ensinnäkin hiukkasen iskeminen kovalle pinnalle ja toiseksi puristus- ja leikkausjännitys kahden pinnan välillä, jälkimmäinen on edullinen. Selektiivinen jauhaminen mahdollistaa materiaalin hallitun pilkkomisen, jolloin kiven rakeet jäävät ennalleen. Murskauksen jälkeen hiukkaset luokitellaan ja puhdistetaan niin, että karkeat kiviainekset voidaan käyttää uudelleen uusien rakennusmateriaalien valmistukseen. Sen sijaan hienoja sementtihiukkasia voidaan käyttää sementtipastan lisäaineena. Tiukat kierrätysbetonin uudelleenkäytön määräykset ovat kuitenkin usein esteenä arvokkaiden materiaalien tehokkaalle käytölle.

Tässä SPI-teknologia tulee peliin luomalla kestävän syklin ja mahdollistamalla hylätyille materiaaleille toisen mahdollisuuden. Tämä lähestymistapa voi tuoda merkittäviä pitkän aikavälin muutoksia rakennusalalle.

SPI ja sen soveltaminen käytännössä

Yritykset Scawo3D ja Skeno esittelivät SPI-teknologiaa BAU 2025 -messuilla Münchenissä. Heidän innovatiivinen 3D-betonitulostusmenetelmä käyttää uutta mustesuihkutulostuspäätä, joka levittää sementtipastaa irtonaisiin kiviaineksiin monimutkaisten rakenteiden tehokkaaksi toteuttamiseksi. Tietokoneavusteisten suunnittelutyökalujen, kuten Spherene for Rhino/Grasshopperin, integrointi mahdollistaa herkkien geometrioiden luomisen ja optimoidun rakenteellisen suorituskyvyn. Messujen aikana messuosasto ei toimi vain esittelynä, vaan myös tutkimusesimerkkinä kantavien rakenteiden SPI-sovelluksista.

25 m²:n ja 3 m korkeiden takaseinien osastolla oli Spherene-rakenteita, jotka oli jaettu kuuteen moduuliin, jotka painavat 150-320 kg. Scawo3D:n logolla varustettu keskiseinä segmentoitiin tehokkaan kuljetuksen takaamiseksi. Lisäksi yhteistyössä Skenon ja Timo Harboen kanssa esiteltiin 3D-tulostettu portaikko, joka osoittaa SPI:n kyvyn tuottaa monimutkaisia, kantavia rakenteita. Koko prosessi sisälsi suuren hiukkaskerroksen (4 x 2,5 x 1,5 metriä) ja noudatettiin kerros kerrokselta -tekniikkaa tarkkuuden vuoksi.

SPI-teknologian nopea valmistusmenetelmä vähentää tuotantoaikaa ja minimoi materiaalihukkaa verrattuna perinteisiin betonirakennusmenetelmiin. BAU 2025 -telineen takapaneelit painettiin yhdessä vain kuuden tunnin istunnossa käyttäen kevyttä paisutettua savimateriaalia. Loput komponentit valmistettiin neljässä tunnissa käyttämällä kvartsia sisältäviä hiekkakiviaineksia. Tällaiset edistyneet valmistusmenetelmät osoittavat vahvasti SPI:n ja tietokoneavusteisten suunnittelutyökalujen mahdollisuudet määritellä uudelleen arkkitehtonisia mahdollisuuksia ja edistää kestäviä rakentamiskäytäntöjä. Yhteistyö Scawo3D:n, Skenon ja Spherenen välillä on merkittävä edistysaskel betoniarkkitehtuurin digitaalisen valmistuksen alalla.