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Impressão 3-D de edifícios ‘mais verdes’ usando solo local

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A indústria da construção enfrenta atualmente dois grandes desafios: a demanda por infraestrutura sustentável e a necessidade de reparar edifícios, pontes e estradas em deterioração. Embora o concreto seja o material escolhido para muitos projetos de construção, ele tem uma grande pegada de carbono, resultando em grande desperdício e gasto de energia. Hoje, os pesquisadores relatam o progresso em um material de construção sustentável feito do solo local, usando uma impressora 3-D para criar uma estrutura de suporte de carga.

Os pesquisadores apresentarão seus resultados hoje no Encontro Virtual Outono 2020 da American Chemical Society (ACS) e Expo.

“O impacto ambiental da indústria da construção é uma questão de preocupação crescente”, disse Sarbajit Banerjee, Ph.D., o principal investigador do projeto. “Alguns pesquisadores se voltaram para a manufatura aditiva, ou seja, construir estruturas camada por camada, que muitas vezes é feita com uma impressora 3D. Esse avanço começou a transformar esse setor em termos de redução de desperdício, mas os materiais usados ​​no processo precisam ser sustentável também. “

Por exemplo, projetos de construção usando camadas extrudadas de concreto destacaram o potencial da manufatura aditiva para construir estruturas de forma rápida e econômica. No entanto, a fabricação de concreto é responsável por aproximadamente 7% das emissões de dióxido de carbono, de acordo com a Agência Internacional de Energia, e não pode ser reciclada.

“Historicamente, os humanos costumavam construir com materiais de origem local, como o adobe, mas a mudança para o concreto levantou muitas questões ambientais”, disse Aayushi Bajpayee, um estudante graduado no laboratório de Banerjee na Texas A&M University. Ela está apresentando o trabalho na reunião. “Nosso pensamento era voltar no tempo e encontrar uma maneira de adaptar materiais de nossos próprios quintais como um substituto potencial para o concreto.”

Uma vantagem de usar solo local na construção é que os materiais não precisariam ser fabricados e transportados para o canteiro de obras, reduzindo custos e danos ambientais. Banerjee e Bajpayee também dizem que a manufatura aditiva com solo poderia um dia ser usada fora da Terra, para criar assentamentos na Lua ou mesmo em Marte.

O solo é tipicamente classificado pelas camadas de materiais que compreende, começando com a camada orgânica superior onde as plantas crescem e terminando na rocha dura da crosta terrestre. Abaixo da camada orgânica inicial está a argila, que dá ao solo seu caráter plástico e moldável, que os pesquisadores aproveitaram em seu projeto.

Os pesquisadores começaram coletando amostras de solo do quintal de um colega e adaptando o material com um novo aditivo ecologicamente correto para que se ligasse e fosse facilmente extrudado através da impressora 3-D. Como os solos variam muito de acordo com o local, seu objetivo era ter um “kit de ferramentas” de química que pudesse transformar qualquer tipo de solo em material de construção para impressão. De lá, Bajpayee construiu estruturas de teste em pequena escala, cubos medindo cinco centímetros de cada lado, para ver como o material se saía quando extrudado em camadas empilhadas.

O próximo passo foi garantir que a mistura suporte carga, o que significa que irá suportar o peso das camadas, mas também de outros materiais usados ​​na construção, como vergalhões e isolamento. Para ajudar nisso, os pesquisadores fortaleceram a mistura de argila “fechando com zíper” as camadas microscópicas de sua superfície para evitar que absorvesse água e se expandisse, o que comprometeria a estrutura impressa . Com esse método, os pesquisadores mostraram que o material pode suportar o dobro do peso da mistura de argila não modificada.

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Em seguida, a equipe planeja melhorar as capacidades de suporte de carga do solo , a fim de dimensionar suas estruturas de teste e chegar o mais perto possível de uma substituição de concreto. Além disso, eles estão coletando dados para verificar se essas estruturas impressas em 3-D são tão ecologicamente corretas quanto imaginam, especialmente em termos de pegada de carbono e potencial de reciclagem. Assim que tiverem uma imagem melhor da química, funcionalidade e viabilidade de construção com solos locais, eles planejam explorar mais como essa tecnologia pode ser usada fora de nosso próprio planeta.

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