3D混凝土打印在商业建筑方面的应用
栏目:国 际 发布时间:2023-02-14
3D混凝土打印在商业建筑方面的应用原创 Tiffany 广西增材制造协会 2023-02-14 16:26 发表于广西非洲的学校是什么样的,创纪录的风力涡轮机、防灾的军队住所、沙子建造的酒店和建筑项目在月球上都有共同点吗?如果你说“3D打印”,你是对的,但它并不能说明全部。这些项目之所以与众不同,是因为它们拓展了3D混凝土打印(3DCP)技术的极限。从荷兰埃因霍温的商业住宅项目到第一座官方商业建筑

3D混凝土打印在商业建筑方面的应用

 Tiffany 广西增材制造协会 2023-02-14 16:26 发表于广西

非洲的学校是什么样的,创纪录的风力涡轮机、防灾的军队住所、沙子建造的酒店和建筑项目在月球上都有共同点吗?

如果你说“3D打印”,你是对的,但它并不能说明全部。这些项目之所以与众不同,是因为它们拓展了3D混凝土打印(3DCP)技术的极限。从荷兰埃因霍温的商业住宅项目到第一座官方商业建筑在阿拉伯联合酋长国迪拜。3DCP具有混凝土的延展性和硬性,3D打印机的机械臂能够承受极端气候和困难地形,为商业建筑行业提供了许多优势。

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使用通用电气BOD 2 3D打印机制作的3D打印混凝土风力涡轮机底座。图片由COBOD提供。
结束 70%世界上有%的人口居住在混凝土结构中,预计对混凝土和水泥的需求只会增加风力涡轮机利用可再生能源需要混凝土和钢材才能持久。然而,水泥行业应负责 8%全球缓慢升温的二氧化碳(CO2)排放量。今天的科学家一致认为,必须采取激烈行动,防止地球超越1.5度升温一个门槛,一旦突破,将带来灾难性后果。那么,在一个严重依赖混凝土的世界里,工程师如何减少排放并使混凝土更环保?
让我们仔细看看3D混凝土打印的好处,以及它的附加制造方法如何成为缓解气候变化的可行解决方案。

商业建筑中3D混凝土打印的好处

耐久性和安全性在任何建筑项目中都至关重要,但对于广泛用于公共用途的商业建筑来说,风险变得更大。以桥梁为例。2018年莫兰迪大桥在热那亚,一场倾盆大雨导致数十辆汽车坠入深渊。这座桥是意大利最重要的公路之一,连接着法国,这使国际社会关注意大利的基础设施状况。
虽然自2016年以来,3DP桥梁在概念上已经存在,但全球最近的项目正在将附加制造方法引入生活,中国和荷兰是这一领域的先驱。由176单位水泥支撑最长的3D预应力混凝土桥它是在中国发现的,通过上海运河运送乘客。与此同时,阿姆斯特丹是世界上第一个3D涂漆钢桥桥上安装了多个传感器,以帮助监测运动、温度和振动,从而持续维护公共安全。
增材制造的好处有很好的记录。使用3D打印机,工程师仅使用或“添加”制造结构所需的精确数量的材料,从而最大限度地利用资源,最大限度地减少浪费。根特大学(Ghent University)测试了一条附加制造的走道,发现3DP结构所需材料更少减少了对环境的影响。

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在加利福尼亚州海军陆战队彭德尔顿营的一次演习中,陆战队与第一海军后勤集团第七工程师支援营合作,确保使用3D打印机创建的混凝土桥梁支柱的安全。
3D打印机不仅可以更快地构建,而且这些工具还可以最大限度地减少工人的压力,减少材料浪费,同时最大限度地提高精度。美国海军陆战队正在使用3D混凝土打印来创建定制桥梁穿过任何空隙。

可持续水泥是否可行

制造大量混凝土需要大量电力,水泥制造过程中会产生更多的二氧化碳排放,而水泥是混凝土的核心成分。虽然可再生电网可以减少50%的排放,过渡既及时又昂贵。事实上,能源转型投资必须增加到4.4万亿美元每年一次,直到2050年。与此同时,重新考虑施工过程和使用更可持续的材料至关重要。
例如,加利福尼亚州承诺到2035年将每吨水泥的碳排放量减少40%,而科技巨头微软、谷歌和Salesforce等50家公司则承诺开始采购低碳水泥。这项研究背后有大批研究人员。剑桥大学的研究人员已经宣称“世界上第一批零排放水泥“-剑桥电气水泥公司。那么,它是如何工作的呢?
当用过的水泥从再生混凝土中分离出来时,它最终会变成矿渣,通常被认为是废物。它富含氧化钙——用于制造水泥的熟料中的关键成分碳排放总量的90%水泥和混凝土行业。剑桥大学的研究小组将回收的矿渣磨成粉末,发现它“实际上与新型波特兰水泥的基础熟料完全相同”。
其他加固混凝土并减少其碳足迹的方法是在混合物中添加再生塑料麻省理工学院的科学家发现,通过将塑料薄片粉碎成细粉,他们可以将其与水泥浆和粉煤灰混合,制成比传统混凝土强度高达15%的混凝土。
柏林技术大学和布鲁内尔大学的研究人员发现,波特兰的部分沙子可以替代混凝土,从而使其更加坚固和环保再生玻璃水泥石灰石和塑料填料。该团队大幅提高了其强度和导热性,打造了持久的最终产品。
这些创新已经被一些领先的建材公司采用。2020年,CEMEX推出了名为Vertua的净零二氧化碳混凝土,该混凝土对环境有可测量的影响。用Vertua水泥替代100袋传统水泥相当于每天减少105辆汽车的二氧化碳排放量,减少了1.3吨。

可持续混凝土3D打印的机遇

我们已经确立了3D打印施工技术的优势以及与可持续混凝土相关的创新。这两种力量的结合为非住宅结构带来了一个可持续和生态意识建筑的新时代。
回顾2015年,材料科学工程师和酒店业主Lewis Yakich使用3D打印技术在Lewis Grand酒店。雅基奇与3D打印专家安东尼·鲁登科(Anthony Rudenko)合作,在短短100个小时内打造出第一套3D打印酒店套房。这个例子完美地说明了3D打印与传统施工方法相比所提供的显著的时间效率和成本节约(本例中高达60%)。现在想象一下,用可持续替代品替换这些项目中的混凝土,优势将成倍增长!
早在2019年,这两项创新就在莫桑比克付诸实施,工程师们在那里建造了世界上第一座豪华酒店3D彩绘沙滩酒店用沙子和海水砂浆建造。使用当地可用的材料意味着设计师和工程师也可以在这一过程中节省运输成本和排放。
我们生活在一个技术突破司空见惯的时代。然而,这些突破需要时间才能被广泛采用。随着我们为未来而努力,我们预计会有更多的工程师继续在商业项目中试验3D混凝土打印和可持续原材料,随着时间的推移监测其耐久性,以确保公共安全并减少其碳足迹。

关于作者

伊本·伊里巴,投资与开放创新顾问CEMEX风险投资,深入探索和分析建筑业的先进技术,并帮助跨多个市场的建筑技术生态系统的新创业公司、项目和实体确定投资和业务发展机会。伊本(Ibon)牵头应对建筑初创公司面临的最大挑战,即建筑初创大赛(construction Startup Competition),全年致力于寻求最具创新性和前景的解决方案,以投资或与之合作,支持初创公司在建成环境中的发展和成长。