3D-бетон үйлерін басып шығару құрылыс процесін айтарлықтай жеделдеткенімен, дәстүрлі бетонның толық қатуы үшін 28 күнге дейін уақыт қажет. Алайда жақында жасалған 3D-баспаға арналған жаңа материал небәрі үш күнде пайдалануға дайын болады.

Дәстүрлі бетонның мәселелері

Бетон су, толтырғыш (мысалы, құм немесе қиыршық тас) және барлық компоненттерді біріктіретін цементтен тұрады. Әдетте, цементтің қажетті беріктікке жетуі үшін құйылғаннан кейін шамамен бір ай уақыт керек. Ұзақ қату мерзімінен бөлек, цементтің басқа да кемшіліктері бар.

Портландцемент өндіру процесі әктасты және басқа шикізатты ұнтақтаудан басталып, алынған ұнтақты шамамен 1450 °C температураға дейін қыздырумен жалғасады. Бұл процесс көп отын жағуды талап етеді, нәтижесінде айтарлықтай мөлшерде көмірқышқыл газы бөлінеді. Сонымен қатар, кальцинация кезінде — яғни қыздырылған әктасты цементке айналдыру барысында — қосымша CO₂ жанама өнім ретінде бөлінеді. Жалпы алғанда, бұл шығарындылар барлық антропогендік парниктік газдардың 5–8% құрайды.

3D-баспаға арналған жаңа материал

Осы мәселелерге жауап ретінде Орегон штаты университетінің доценті Девин Роуч пен аспирант Николас Гонсалвес бастаған ғалымдар цементке балама материал әзірледі. Бұл материал негізінен балшық топырақтан тұрады, оған кендір талшықтары, құм және биокөмір қосылған. Биокөмір — ағаш көміріне ұқсас зат, ол органикалық материалдарды (мысалы, ағаш жаңқасын) оттегісіз ортада қыздыру арқылы алынады.

Жаңа құрамда портландцементтің орнына термиялық белсендірілген акриламид негізіндегі байланыстырушы агент қолданылады. Химиялық реакция — фронтальды полимеризация — нәтижесінде бұл агент қоспа баспа саптамасынан шыққаннан кейін бірден қату процесін бастайды. Осылайша, материал терезе ойықтары сияқты бекітілмеген аралықтарға да басып шығаруға жеткілікті беріктікке ие болады.

Артықшылықтары мен болашағы

«Баспа материалы басып шығарылғаннан кейін бірден 3 мегапаскаль құрылыс беріктігіне ие, бұл көпқабатты қабырғалар мен еркін ілінген құрылымдарды, мысалы, шатырларды тұрғызуға мүмкіндік береді», — дейді Роуч. — «Үш күннен кейін оның беріктігі 17 мегапаскальдан асады, бұл тұрғын үйге арналған құрылыс бетонының талаптарына сай келеді, ал дәстүрлі бетонға мұндай беріктікке жету үшін 28 күн қажет».

Жаңа материалдың толық қатуы 8–10 күнде аяқталады, бұл кезде оның беріктігі 40 мегапаскальдан асады. Қазіргі уақытта зерттеушілер материалдың өзіндік құнын төмендету бағытында жұмыс істеуде, себебі әзірге ол кәдімгі бетоннан қымбатырақ. Зерттеу нәтижелері жақында Advanced Composites and Hybrid Materials журналында жарияланды.