Замки из песка больше не шутка: «импакт-печать» отправляет бетон в прошлое
Группа ученых в Швейцарском федеральном технологическом институте ETH работает над новой технологией строительства, которую они назвали «импакт-печатью» (impact printing).
В качестве материала используются простейшие земные породы – песок, глина, ил и гравий, которые на любой строительной площадке есть в изобилии. Достаточно вырыть котлован под фундамент и – вуаля – у вас есть все нужное, чтобы возводить стены и перекрытия.
Как 3D-печать, но без бетона
Сам процесс строительства похож на то, как работают строительные аддитивные (3D) принтеры. Над будущим домом устанавливается подвижная система, по которой движется печатающая головка с бункером для материала, автоматически укладывая материал слой за слоем.
Отличие в том, что в классической аддитивной технологии используется бетон, а в «импакт-печати» – смесь сыпучих материалов разного размера, от мелкой пыли до довольно крупных частиц.
Печатающая головка выстреливает поток частиц с высокой скоростью, от 10 до 32 м/с. За счет этого материал очень плотно утрамбовывается в будущей стене – получается довольно прочный монолит.
К настоящему моменту, разработчики достигли класса прочности на сжатие около 2 МПа. Это пока меньше, чем даже самый слабый бетон: для сравнения, прочность бетона варьируется от 4,5 до 100 МПа. Но уже достаточно для строительства двухэтажных зданий, считают они.
Пока, правда, в своих экспериментах они ограничиваются возведением стен высотой до 2 метров. Впрочем, так всегда бывает с каждой новой технологией. По мере ее совершенствования, прочность наверняка станет выше.
Чем плохи бетон и 3D-печать
Бетон, говоря попросту, это смесь цемента, воды и наполнителя – как правило, песка и гравия. Плюс небольшие количества добавок, меняющих его свойства.
Он довольно неэкологичен, потому что производство цемента – это энерго- и материалоемкий процесс. Его вдобавок еще и крайне сложно утилизировать. Вот почему бетону давно ищут альтернативы – или хотя бы способ, который позволил бы уменьшить его расход.
Это одна из главных причин, почему 3D-печать так привлекает строителей. Она позволила отказаться от прямоугольных стен и перекрытий, неоптимальных с точки зрения прочности, и создавать более оптимальные формы. А это позволило обойтись меньшим количеством материала. Кроме того, аддитивные принтеры образуют довольно мало отходов.
Еще одно достоинство в том, что при новом методе удается роботизировать процесс строительства.
И все равно, даже 3D-принтеры в качестве материала используют старый добрый цементный раствор, пусть и в меньших количествах.
При импакт-печати связующее вещество не нужно. Почти
В этом ее преимущество перед 3D-печатью. Если все, что вам надо – это механически обработать песок или гравий, получив нужную консистенцию, можно получить строительный материал с малыми затратами энергии, который потом можно будет использовать снова и снова.
Не исключено, впрочем, что получить прочность, достаточную для многоэтажных зданий, только за счет трамбовки не получится. Тогда к смеси материалов придется все-таки добавить некий склеивающий состав. Но поскольку частицы прилегают друг к другу очень плотно, его потребуется в разы меньше, чем при нынешних технологиях.