3D프린팅 콘크리트는 건축과 건축의 변화로 이어질 수 있다. 현재 기술이 어려움을 겪는 새로운 모양과 형태를 생산하는 데 사용할 수 있기 때문에 건물을 건설하는 데 여전히 사용되는 수백 년 된 프로세스와 절차를 변경하여 비용을 절감하고 시간을 절약할 수 있다.

그러나 콘크리트는 상당한 환경적 영향을 미친다. 현재 엄청난 양의 천연 모래를 사용하여 환경에 막대한 피해를 입히면서 콘크리트에 대한 세계의 끝없는 욕구를 충족시키고 있다. 일반적으로 건설 산업은 지속 가능성에 어려움을 겪고 있다. 이는 전 세계적으로 모든 매립지 폐기물의 약 35%를 생성한다.

우리의 새로운 연구는 이러한 영향을 억제하는 방법을 제안한다. 우리는 재활용 유리를 3D프린팅용 콘크리트 구성 요소로 사용해 보았다.

콘크리트는 시멘트와 물, 모래와 같은 골재를 섞어서 만든다. 우리는 혼합물에서 골재의 최대 100%를 유리로 교체하려고 시도했다. 간단히 말해서 유리는 모래로 만들어지고 재활용이 쉽고 복잡한 처리 없이 콘크리트를 만드는 데 사용할 수 있다.

건설 산업의 수요도 유리 재활용을 보장하는 데 도움이 될 수 있다. 2018년 미국에서는 유리의 4분의 1만이 재활용되었으며 절반 이상이 매립되었다.

더 나은 건물

우리는 지역 재활용 회사에서 얻은 갈색 소다 석회 음료 유리를 사용했다. 유리병은 먼저 파쇄기를 사용하여 파쇄한 다음 파쇄된 조각을 세척, 건조, 제분 및 체질했다. 생성된 입자는 밀리미터 제곱보다 작다.

그런 다음 부서진 유리를 사용하여 모래와 같은 방식으로 콘크리트를 만든다. 우리는 이 콘크리트를 사용하여 전체 건물을 만들기 위해 함께 맞출 수 있는 벽 요소와 조립식 빌딩 블록을 3D 프린팅 했다.

이런 식으로 사용하면 폐유리는 건축 자재의 일부로 새 생명을 찾을 수 있다.

유리의 존재는 폐기물 문제를 해결할 뿐만 아니라 천연 모래보다 우수한 물성을 지닌 콘크리트 개발에도 기여하고 있다.

유리창과 병에서 볼 수 있는 가장 일반적인 유형의 유리인 소다 석회 유리의 열전도율은 콘크리트에 널리 사용되는 석영 골재의 열전도율보다 3배 이상 낮다. 이는 재활용 유리가 포함된 콘크리트가 더 나은 단열 특성을 갖는다는 것을 의미한다. 그들은 여름이나 겨울 동안 냉방 또는 난방에 필요한 비용을 상당히 줄일 수 있다.

지속 가능성 개선

또한 일부 포틀랜드 시멘트를 석회석 가루로 교체하는 것을 포함하여 콘크리트 혼합물을 건축 자재로서 보다 지속 가능하게 만들기 위해 다른 변경 사항을 적용했다.

포틀랜드 시멘트는 콘크리트의 핵심 구성 요소로, 다른 성분을 함께 결합하여 단단하게 만드는 데 사용된다. 그러나 일반 포틀랜드 시멘트 생산은 상당한 양의 이산화탄소와 기타 온실 가스를 방출한다. 시멘트 생산 산업은 환경의 모든 이산화탄소 배출량의 약 8%를 차지한다.

석회석은 포틀랜드 시멘트보다 덜 위험하고 생산 과정에서 환경에 미치는 영향이 적다. 3D 프린팅용 콘크리트의 일반 포틀랜드 시멘트 대신 프린팅 혼합물의 품질 저하 없이 사용할 수 있다.

 벽 요소의 3D 프린팅 레이어. 이미지: Mehdi Chougan 

우리는 또한 콘크리트의 밀도를 줄이기 위해 작은 속이 빈 열가소성 구체로 만든 경량 필러를 추가했다. 이는 콘크리트의 열전도율을 변화시켜 3D 프린팅에 사용되는 다른 콘크리트에 비해 최대 40%까지 감소시켰다. 이는 콘크리트의 단열 특성을 더욱 향상시키고 필요한 원료의 양을 줄였다.

3D프린팅 기술을 사용하여 컴퓨터에서 벽 구조를 간단하게 개발하고 이를 심플 코드로 변환하여 3D 프린터로 보내 시공할 수 있다. 3D프린터는 24시간 가동이 가능해 폐기물 발생량을 줄이고 건설인력의 안전을 높일 수 있다.

우리의 연구에 따르면 초경량의 단열이 잘 된 3D 건물이 가능하며 이는 순 제로를 향한 우리의 사명에서 중요한 단계가 될 수 있다.