3D打印“可塑粘土”，用土造房成科技新趋向？

文/陈根

传统建筑业目前面临两大挑战：对可持续基础设施的需求和修复日益恶化的建筑、桥梁和道路的需要。虽然混凝土是许多建筑项目的首选材料，但由于混凝土碳耗用量过大，导致高浪费和能源消耗。

事实上，一些研究人员已经转向增材制造，即逐层建造结构，这通常是用3D打印机完成的。这一进展已经开始改变浪费的情况，但在这一过程中使用的材料也必须是可持续的。

例如，使用挤压混凝土层的建筑项目突出了快速廉价地制造建筑结构添加剂的潜力。然而，根据国际能源署（iea）的数据，依旧有约7%的二氧化碳排放是由混凝土制造造成的，而且不能回收利用。

现在，德克萨斯农工大学的科学家们为了寻找更环保的替代品，将目光投向了世界各地表土下的可塑粘土。一般来说，土壤通常按其组成的材料层进行分类，从植物生长的顶部有机层开始，到地壳坚硬的基岩结束。在最初的有机层下面是粘土，这使土壤具有可塑性和可塑性，研究人员正是利用了这一特性。

研究人员首先从同事后院采集土壤样本，然后用一种新的环保添加剂对材料进行剪裁，使其能够结合在一起，并通过3D打印机的喷嘴轻松挤出。因为土壤因地理位置而变化很大，他们的目标是要有一个化学“工具箱”，可以将任何类型的土壤转化为可打印的建筑材料。在那里，巴杰帕伊建造了小规模的测试结构，每侧各有两英寸的立方体，以观察材料在挤压成层叠的层时的表现。

随后，研究人员为确保混合料能承受荷载，这意味着它能承受层的重量，也能承受建筑中使用的其他材料，如钢筋和隔热层，研究人员通过表面的微观层来强化粘土混合物，以防止其吸水膨胀。通过这种方法，研究人员发现这种材料的重量是未改性粘土混合物的两倍。

现在，研究小组计划提高土壤的承载能力，以便扩大他们的试验结构，并尽可能接近混凝土的替代品。此外，他们正在收集数据，看看这些3D打印结构是否像他们预想的那样环保，特别是在碳消耗和回收潜力方面。

研究人员表示，一旦他们对当地土壤的化学成分、功能和可行性有了更好的了解，他们将计划进一步探索这项技术如何在我们的星球之外得到应用。