A possibilidade de imprimir concreto em 3D pode levar a grandes mudanças na arquitetura e na construção. Como as impressoras 3D podem ser usadas para produzir formas diferentes, difíceis de fazer com as tecnologias atuais, elas podem representar a superação de alguns processos e procedimentos usados há séculos
para construir edifícios, resultando em custos mais baixos e em economia de tempo.
No entanto, é importante observar que o concreto tem um impacto ambiental muito significativo. Grandes quantidades de areia natural ainda são necessárias para atender ao apetite insaciável do mundo por concreto, o que destrói o meio ambiente. Em geral, a indústria da construção é um verdadeiro desafio para a sustentabilidade. Sozinha, é responsável por cerca de 35% de todos os resíduos de aterros do mundo.
Mas nossa nova pesquisa também sugere uma maneira de conter esse impacto. Testamos o uso de vidro reciclado como componente de concreto na impressão 3D.
Crédito: Simon_M/ HMCRSCLL/ Blendswap
Normalmente, o concreto é produto de uma mistura de cimento, água e agregados, como areia. Testamos a substituição de até 100% dos agregados da mistura por vidro reciclado. A ideia era simplificar: o vidro é produzido a partir da areia, é fácil de reciclar e pode ser usado para fazer concreto sem nenhum processamento complexo.
A demanda da indústria da construção também pode ajudar a garantir que o vidro seja reciclado. Em 2018, nos Estados Unidos, apenas um quarto do vidro foi reciclado e mais da metade foi parar em aterros sanitários.
CONSTRUÇÕES MELHORES
Usamos vidro marrom proveniente de garrafas de bebida obtidas de uma empresa de reciclagem local. As garrafas foram trituradas e, em seguida, os cacos foram lavados, secos, moídos e peneirados. As partículas resultantes eram menores que um milímetro quadrado.
O vidro triturado foi usado para produzir concreto da mesma forma que a areia seria. Por fim, usamos esse concreto para imprimir em 3D elementos de parede e blocos de construção pré-fabricados que podem ser encaixados para formar até um edifício inteiro.
Envelope de construção pré-fabricado pelo processo de impressão 3D. (Crédito: Mehdi Chougan/ Divulgação)
A presença do vidro não só resolve o problema dos resíduos como também contribui para o desenvolvimento de um betão com propriedades superiores ao que contém areia natural. Se forem utilizados desta forma, os resíduos de vidro podem ganhar nova vida como parte de um material de construção.
Além disso, a condutividade térmica do vidro de soda-cal – o tipo mais comum, encontrado em janelas e garrafas – é mais de três vezes menor que a do agregado de quartzo, amplamente utilizado no concreto. Isso significa que o concreto contendo vidro reciclado apresenta melhores propriedades de isolamento. Isso pode reduzir substancialmente os custos necessários para resfriamento durante o verão ou aquecimento, no inverno.
MELHORANDO A SUSTENTABILIDADE
Fizemos outras mudanças na mistura de concreto, para torná-lo mais sustentável como material de construção, incluindo a substituição de parte do cimento Portland por pó de calcário.
O cimento Portland é um componente-chave, usado para unir os outros ingredientes para endurecer a mistura. No entanto, sua produção leva à liberação de quantidades significativas de dióxido de carbono, bem como outros gases do efeito estufa. Aliás, a indústria de produção de cimento é responsável por cerca de 8% do total de emissões de dióxido de carbono no ambiente.
O calcário é menos perigoso e tem menos impacto ambiental durante o processo de produção. Ele pode ser usado no lugar do cimento Portland comum em concreto para impressão 3D sem nenhuma redução na qualidade da mistura de impressão.
Camadas impressas em 3D de um elemento de parede. (Crédito: Mehdi Chougan/Divulgação)
Também adicionamos agregados leves, feitos de pequenas esferas termoplásticas ocas, para reduzir a densidade do concreto. Essas esferas alteraram a condutividade térmica do concreto, reduzindo-a em até 40% quando comparada com outros concretos usados
para impressão 3D. Além disso, elas melhoraram ainda mais as propriedades de isolamento do concreto e reduziram a quantidade de matéria-prima necessária.
Usando a tecnologia de impressão 3D, podemos desenvolver no computador uma estrutura de parede, convertê-la em código simples e enviá-la para uma impressora para ser construída. As impressoras 3D podem operar 24 horas por dia, diminuir a quantidade de resíduos produzidos e aumentar a segurança dos trabalhadores da construção civil.
Nossa pesquisa mostra que um edifício 3D ultraleve e bem isolado é possível. Essa tecnologia pode ser um passo vital em nossa missão de zerar as emissões de carbono.
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