3D混凝土打印是否能够应用在商业建筑中？

导读：混凝土3D打印已在全球范围内进行了广泛测试和应用，包括荷兰埃因霍温的商业住宅项目、阿拉伯联合酋长国迪拜的第一座官方商业建筑等。混凝土的可塑性和坚硬特性与3D打印机的机械臂结合，可以承受极端气候和并应用于极其复杂的地形中，3DCP在商业建筑行业中有许多优势。


△使用 GE 的 BOD 2 3D 打印机制作的 3D 打印混凝土风力涡轮机底座。

世界上超过70%的人口居住在混凝土建筑中，人们对混凝土的需求预计只会增加，即使是利用可再生能源的风力涡轮机也需要混凝土和钢材才能经久耐用。然而，水泥行业占全球二氧化碳排放量的8% 。今天的科学家们一致认为，必须采取严厉的行动来防止地球变暖超过1.5 度，如果超过这个阈值，将带来灾难性的后果。那么，在这样一个严重依赖混凝土的世界里，工程师如何才能减少排放并使混凝土更环保？下面南极熊将介绍3D混凝土打印的优势，以及它的增材制造方法和应用。

3D 混凝土打印在商业建筑中的优势
耐久性和安全性在任建筑项目中十分关键，尤其是商业建筑中。以桥梁为例，2018 年，热那亚的莫兰迪桥在一场暴雨中倒塌，数十辆汽车坠入深渊。这座桥位于高速公路上，将其连接到法国，这引起了国际社会对意大利基础设施状况的关注。

3DP桥梁的概念于2016年形成，但近两年人们才把它应用到实际工程实践中，中国和荷兰是该领域的先驱。中国最大规模3D打印混凝土步行桥在沪落成，此项目公使用了两台机器臂3D打印系统，耗时450小时打印完成全部混凝土构件，与同等规模的桥梁相比，它的造价只有普通桥梁造价的三分之二，该桥梁主体的打印及施工未用模板及钢筋，大大节省了工程花费。上海3D打印步行桥的建成，标志着该技术从研发到实际工程应用迈出了可喜的一步，也标志着中国3D混凝土打印建造技术已跨入世界先进水平。
使用 3D 打印机，工程师只需要或“添加”制造结构所需的精确材料量，从而最大限度地利用资源并最大限度地减少浪费。根特大学对增材制造的人行道进行了测试，发现 3DP 结构需要的材料更少，对环境的影响也更小。3D 打印机不仅可以更快地进行建筑制造，还可以最大程度地减少工人的压力并减少材料浪费，同时最大限度地提高精度。美国海军陆战队正在使用 3D 混凝土打印来创建用于跨越任何空隙的定制桥梁，


△在加利福尼亚州彭德尔顿营地的一次演习中，海军陆战队与第 1 海洋后勤大队第 7 工兵支援营一起合作保护使用 3D 打印机创建的混凝土桥梁支撑柱。

可持续水泥可能吗？

制造大量混凝土需要大量电力，水泥是混凝土的核心成分，而水泥制造过程会产生更多的二氧化碳排放。事实上，到 2050 年，能源转型投资每年必须增加到4.4 万亿美元，并需要重新思考施工流程和使用更可持续的材料。

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%，科技巨头微软、谷歌和 Salesforce 等 50 家公司承诺开始购买低碳水泥。这一追求背后有一大批研究人员。

●剑桥大学的研究人员已经宣称发明了“世界上第一个零排放水泥”，剑桥电动水泥。那么它是怎样工作的？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，通常被认为是废品。它富含氧化钙，这是一种用于制造水泥的熟料中的一种关键成分，占水泥和混凝土行业总碳排放量的 90% 。剑桥团队将回收的炉渣研磨成粉末，发现它实际上与作为新型硅酸盐水泥基础的熟料完全相同。

●其他加固混凝土和减少碳足迹的方法是在混合物中添加回收塑料。麻省理工学院的科学家发现，通过将塑料薄片粉碎成细粉，与水泥浆和粉煤灰混合，生产出比传统混凝土强度高 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，通过用回收玻璃、石灰石和塑料填料部分替代波特兰水泥中的沙子，可以使混凝土更加坚固和环保。该团队大幅提高了其强度和导热性，构建了持久耐用的最终产品。

这些创新已经被一些领先的建材公司所采用。2020 年，CEMEX 推出了名为 Vertua 的净零二氧化碳混凝土版本。用 Vertua 水泥代替 100 袋传统水泥相当于让 105 辆汽车离开道路一天，相当于减少了1.3 吨的二氧化碳排放量。

3D打印可持续混凝土的机遇
回顾 2015 年，材料科学工程师兼酒店老板 Lewis Yakich在刘易斯大酒店使用3D打印技术。Yakich 与 3D 打印专家 Anthony Rudenko 合作，在短短 100 小时内创建了第一个 3D 打印酒店套房。这个例子完美地说明了与传统构造方法相比，3D 打印提供的显着时间效率和成本节省（在本例中高达 60%）。现在想象一下，用可持续的替代品替换这些项目中的混凝土，优势会成倍增加！

2019 年，工程师在莫桑比克建造了世界上第一家用沙子和海水砂浆建造的豪华3D打印沙子酒店。使用当地可用的材料意味着设计师和工程师还可以在此过程中节省运输成本和排放。

在我们为未来建设的过程中，可以期待看到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，用时间证明它们的耐久性，以确保公共安全并减少碳足迹。