"Τσιμέντο στιγμής" με 3D Printing

 Αν και έχουμε ακούσει πολλά για το πώς η 3D εκτύπωση τσιμεντένιων κατοικιών επιταχύνει τη διαδικασία κατασκευής, πρέπει ακόμα να περιμένετε έως και 28 ημέρες ώστε το τσιμέντο να σκληρυνθεί (πήξει) επαρκώς. Ωστόσο, ένα νέο εκτυπώσιμο υποκατάστατο είναι έτοιμο για χρήση σε μόλις τρεις ημέρες.
Το σκυρόδεμα (σκυρόδεμα/μπετόν) αποτελείται από τρία μέρη: νερό, αδρανή υλικά όπως άμμο ή χαλίκι, και τσιμέντο που συνδέει τα πάντα μεταξύ τους. Το τσιμέντο είναι το μέρος που συνήθως χρειάζεται περίπου έναν μήνα για να σκληρυνθεί μετά τη χύτευση. Και ο αργός χρόνος σκλήρυνσης δεν είναι το μόνο πρόβλημα του τσιμέντου.

Το παραδοσιακό τσιμέντο τύπου Πόρτλαντ παρασκευάζεται με τη θραύση και άλεση ασβεστόλιθου και άλλων πρώτων υλών, και στη συνέχεια τη θέρμανση της παραγόμενης σκόνης σε θερμοκρασίες έως και 1.450 ºC (2.642 ºF). Δυστυχώς, οι διαδικασίες μέσω των οποίων παράγεται αυτή η θερμότητα δημιουργούν μεγάλες ποσότητες διοξειδίου του άνθρακα. Επιπλέον, καθώς ο θερμαινόμενος ασβεστόλιθος μετατρέπεται σε τσιμέντο μέσω μιας διαδικασίας γνωστής ως αποσύνθεση/ασβεστοποίηση (calcination), απελευθερώνει το παγιδευμένο διοξείδιο του άνθρακα ως υποπροϊόν. Ο συνδυασμός αυτών εκτιμάται ότι ευθύνεται για το 5% έως 8% όλων των εκπομπών αερίων του θερμοκηπίου που προκαλούνται από τον άνθρωπο.

Εδώ ακριβώς επεμβαίνει το νέο υλικό 3D εκτύπωσης.
Δημιουργήθηκε από τον Επίκουρο Καθηγητή Devin Roach, τον διδακτορικό φοιτητή Nicolas Gonsalves και τους συνεργάτες τους στο Πανεπιστήμιο της Πολιτείας του Όρεγκον (Oregon State University), και αποτελείται κυρίως από πηλώδες έδαφος εμπλουτισμένο με ίνες κάνναβης, άμμο και βιοχάρβουνο (biochar). Το τελευταίο είναι ένα υλικό σαν κάρβουνο που παράγεται μέσω μιας διαδικασίας που ονομάζεται πυρόλυση, κατά την οποία η θερμότητα χρησιμοποιείται για την αποσύνθεση ροκανιδιών ξύλου και άλλων οργανικών υλικών απουσία οξυγόνου. 

Σημαντικό είναι ότι, αντί για τσιμέντο Πόρτλαντ, το νέο υλικό χρησιμοποιεί έναν θερμικά ενεργοποιούμενο συνδετικό παράγοντα με βάση το ακρυλαμίδιο. Σε μια χημική αντίδραση γνωστή ως μετωπικός πολυμερισμός (frontal polymerization), αυτός ο παράγοντας ξεκινά τη διαδικασία σκλήρυνσης μόλις το μίγμα εξέλθει από το ακροφύσιο του εκτυπωτή. Αυτό το καθιστά αρκετά ισχυρό ώστε να μπορεί να εκτυπωθεί πάνω από μη υποστηριζόμενα κενά, όπως τα πάνω μέρη των ανοιγμάτων των παραθύρων.

«Το εκτυπωμένο υλικό έχει αντοχή δόμησης 3 megapascals αμέσως μετά την εκτύπωση, επιτρέποντας την κατασκευή τοίχων πολλαπλών στρώσεων και ελεύθερων προεξοχών όπως οροφές», λέει ο Roach. «Ξεπερνά τα 17 megapascals, την αντοχή που απαιτείται για το δομικό σκυρόδεμα κατοικιών, σε μόλις τρεις ημέρες, σε σύγκριση με έως και 28 ημέρες για το παραδοσιακό σκυρόδεμα με βάση το τσιμέντο».Και παρόλο που μπορεί να χτιστεί πάνω του σε τρεις ημέρες, σκληραίνει πλήρως σε οκτώ έως 10 ημέρες, φτάνοντας σε αντοχή που ξεπερνά τα 40 megapascals. Οι επιστήμονες εργάζονται τώρα για τη μείωση του κόστους του υλικού, καθώς αυτή τη στιγμή είναι πιο ακριβό από το συμβατικό του ομόλογο. Μια δημοσίευση σχετικά με την έρευνα κυκλοφόρησε πρόσφατα στο περιοδικό Advanced Composites and Hybrid Materials.

Πηγή: Oregon State University
Πηγή: https://newatlas.com/materials/3d-printable-concrete-alternative/
Εικόνα από: https://www.pexels.com/el-gr/photo/38561968/