Új korszakot nyithat a cellulóz a 3D-nyomtatott betontechnológiában

Az elmúlt években a 3D nyomtatás rohamos fejlődésen ment keresztül, és ígéretes alkalmazási területeket mutatott a biológiai szövetek előállításától kezdve a víztisztító kerámiák kifejlesztéséig. Az építőipar, különösen a betontechnológia az egyik olyan terület, amely jelentős előnyökre tehet szert a 3D nyomtatásból – pláne egy új megoldás segítségével, ami bevonja a folyamatba a cellulózt, hogy fenntarthatóbbá tegye a modern építőipart.

A beton gyártása a globális szén-dioxid-kibocsátás egyik fő forrása: a teljes kibocsátás körülbelül 8 százalékára becsülik, vagyis sürgető igény alakult ki a fenntartható alternatívák iránt. A 3D-nyomtatott betonépületek gyors és környezetbarát építési lehetőségeket kínálnak, azonban egy olyan anyag kifejlesztése, amely egyszerre nyomtatható és rendkívül erős, jelentős kihívást jelent. A Virginiai Egyetem Mérnöki és Alkalmazott Tudományok Karának kutatói viszont, úgy fest, a cellulóz segítségével megoldották a problémát.

A cellulóz nanofibrillum (CNF) rostokat tartalmaz, amelyek ígéretes adalékanyagot jelenthetnek: fokozzák ugyanis a kompozitok áramlási képességét és szilárdságát. „Az áramlási és mechanikai tulajdonságok javulása azt sugallja, hogy a cellulóz nanofibrillumok beépítése a kereskedelmi forgalomban kapható nyomtatható anyagokba hamarabb vezethet tartósabb és környezetbarátabb építési gyakorlatokhoz, mint gondoltuk” – osztotta meg a kutatásban résztvevő Osman E. Ozbulut professzor.

A CNF fából, vagyis megújuló és fenntartható forrásból származik. Amikor a betonhoz adják, növeli az anyag áramlási képességét, lehetővé téve a simább nyomtatást, miközben szilárdabbá, tartósabbá formálja a betont, ezáltal hosszabb élettartamot biztosít az építményeknek.

Az egyetem szigorú tesztelései azt mutatták, hogy a CNF-fel dúsított beton kiválóan teljesít a terhelés alatt, ami ígéretes anyaggá teszi a tartós szerkezetek építéséhez. Ozbulut és csapata különböző CNF koncentrációkkal kísérletezett, és felfedezték, hogy már 0,3% CNF is jelentősen javította a 3D-nyomtatott cement áramlási képességét. A jól áramló betonkeverék segít kiszorítani a légbuborékokat a betonból, megelőzve azokat az üregeket, amelyek később gyengíthetik a szerkezetet. A megszilárdult minták mikroszkopikus vizsgálatai javított kötést és általános szerkezeti integritást mutattak, míg további elemzések során kiderült, hogy a CNF-fel dúsított 3D-nyomtatott elemek kivételes szilárdságúak széthúzó, hajlító és nyomás alatti terhelés esetén.

Az additív gyártással készült betonépületek számos előnyt kínálnak, beleértve a rövidebb építési időintervallumokat, az újrahasznosított anyagok alkalmazásának lehetőségét, az alacsonyabb munkaerőigényt és a minimális hulladéktermelést. Nem mellékesen tervezői szempontból is remekelnek, hiszen a mérnököknek lehetőségük nyílik olyan összetett tervek létrehozására, amelyeket nehezen lehetne megvalósítani hagyományos építési módszerekkel.

Gábor János, NEW technology