Innowacje w zrównoważonym budownictwie: druk 3D rewolucjonizuje przemysł betonowy!

Innowacje w zrównoważonym budownictwie: druk 3D rewolucjonizuje przemysł betonowy!

Branża budowlana stoi przed pilnym wyzwaniem znacznego ograniczenia zużycia zasobów i emisji CO2. Obiecującym rozwiązaniem w tym kontekście są badania w Instytucie Technologii Cząstek na Politechnice w Brunszwiku i na Politechnice w Monachium. Nacisk położony jest tutaj na rozwój materiałów przyjaznych dla środowiska, ze szczególnym uwzględnieniem technologii druku 3D „Selective Paste Intrusion” (SPI). Ta innowacyjna metoda ma na celu odzyskiwanie cząstek pochodzących z recyklingu z betonu pochodzącego z recyklingu z rozbiórki budynków, co w dłuższej perspektywie może prowadzić do bardziej zrównoważonego budownictwa.

Technologia SPI rewolucjonizuje budownictwo betonowe poprzez rozprowadzenie kruszywa w cienkich warstwach i związanie ich zaczynem cementowym. Dogłębne zrozumienie technologii cząstek ma kluczowe znaczenie dla poprawy efektywności energetycznej i zrównoważonego rozwoju w budownictwie. Świeży beton składa się z wody, cementu i kruszyw, takich jak piasek i żwir. Jednak recykling betonu jest zadaniem złożonym, ponieważ ziarna skały są połączone matrycą cementową.

Kruszenie mechaniczne i wykorzystanie betonu pochodzącego z recyklingu

Do przygotowania betonu stosuje się dwie metody kruszenia mechanicznego: po pierwsze, uderzenie cząstki w twardą powierzchnię i po drugie, naprężenia ściskające i ścinające pomiędzy dwiema powierzchniami, przy czym preferowana jest ta druga. Selektywne rozdrabnianie umożliwia kontrolowane rozdrobnienie materiału, pozostawiając nienaruszone ziarna skały. Po rozdrobnieniu cząstki są klasyfikowane i oczyszczane, dzięki czemu kruszywo grube można ponownie wykorzystać do produkcji nowych materiałów budowlanych. Drobne cząstki cementu można natomiast stosować jako dodatek do zaczynu cementowego. Jednak rygorystyczne przepisy dotyczące ponownego wykorzystania betonu pochodzącego z recyklingu często stoją na przeszkodzie efektywnemu wykorzystaniu cennych materiałów.

W tym miejscu wkracza technologia SPI, tworząc zrównoważony cykl i umożliwiając danie wyrzuconym materiałom drugiej szansy. Takie podejście może przynieść znaczące, długoterminowe zmiany w branży budowlanej.

SPI i jego zastosowanie w praktyce

Firmy Scawo3D i Skeno zaprezentowały technologię SPI na targach BAU 2025 w Monachium. Ich innowacyjna metoda drukowania betonu 3D wykorzystuje nowatorską głowicę drukującą atramentową, która osadza pastę cementową w luźnych kruszywach, aby skutecznie realizować złożone struktury. Integracja narzędzi do projektowania wspomaganego komputerowo, takich jak Spherene for Rhino/Grasshopper, umożliwia tworzenie delikatnych geometrii i optymalizację wydajności konstrukcyjnej. Podczas targów stoisko wystawiennicze służyło nie tylko prezentacji, ale także przykładowi badawczemu zastosowań SPI w konstrukcjach nośnych.

Na stoisku o powierzchni 25 m² i ściankach tylnych o wysokości 3 m zaprezentowano konstrukcje Spherene podzielone na sześć modułów o wadze od 150 do 320 kg. Centralna ściana z logo Scawo3D została podzielona na segmenty w celu zapewnienia wydajnego transportu. Ponadto we współpracy ze Skeno i Timo Harboe zaprezentowano schody wydrukowane w 3D, demonstrując zdolność SPI do tworzenia złożonych konstrukcji nośnych. Cały proces obejmował duże złoże cząstek (4 x 2,5 x 1,5 metra) i przebiegał według techniki warstwa po warstwie zapewniającej precyzję.

Szybka metoda produkcji w technologii SPI skraca czas produkcji i minimalizuje straty materiału w porównaniu z tradycyjnymi metodami konstrukcji betonowych. W przypadku stoiska BAU 2025 tylne panele zostały wydrukowane w ciągu jednej sesji trwającej zaledwie sześć godzin, przy użyciu lekkiego materiału z ekspandowanej gliny. Pozostałe komponenty wytworzono w ciągu czterech godzin przy użyciu kruszywa piaskowego zawierającego kwarc. Takie zaawansowane metody produkcji w dużym stopniu demonstrują potencjał SPI i narzędzi projektowania wspomaganego komputerowo w zakresie ponownego definiowania możliwości architektonicznych i promowania zrównoważonych praktyk budowlanych. Współpraca pomiędzy Scawo3D, Skeno i Spherene oznacza znaczący postęp w dziedzinie cyfrowej produkcji w architekturze betonowej.