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    3D打印用泥炭和油页岩灰基材料建造房屋

      [  中关村在线 原创  ]   作者:林晓昕   |  责编:李刚

         塔尔图大学和爱沙尼亚生命科学大学的科学家们用泥炭和油页岩灰建造了一种建筑材料,可以将私人住宅的建筑成本降低近十倍。其目的是创建一种基于当地自然资源和废弃物的自支撑建筑材料,可用于直接在建筑工地进行高达两层高的3D打印房屋制作。

         低成本房屋可以用泥炭和油页岩灰基材料进行3D打印,在确定泥炭中的腐殖酸和富里酸含量并进行元素和矿物质的XRD分析后,对可能的测试混合物进行建模并印刷小的测试片。


    研究人员正在进行实验(图源:www.3ders.org)

          据爱沙尼亚湿地协会称,湿地覆盖了爱沙尼亚约22%的面积,但只有三分之一的泥炭被用作泥炭沉积物。爱沙尼亚的另一个重要原因是油页岩灰,该国每年估计生产700万吨(770万吨)油页岩灰,其中只有5%被重新利用。到目前为止,没有人生产泥炭复合材料作为建筑材料,因为泥炭可以防止许多材料硬化,但研究团队设法克服了这个问题。

          油页岩灰被归类为危险废物,因为它在与水接触时变得非常碱性(pH值接近13)。然而,具有这种pH的灰分最适合建筑材料。开发的材料完全无害,对环境安全。来自塔尔图的科学家开发出一种3D打印混凝土类材料,主要由碾磨的泥炭制成,油页岩灰作为粘合剂。在测试过程中,科学家们找到了一种将凝固时间从大约30天缩短到一天的解决方案。如果孔溶液的pH值低于9,则不会硬化。通过将油页岩灰中发现的氧化钾和碱金属与不溶性化合物结合,可以通过非常高的pH解决该问题。在泥炭中,油页岩灰与腐殖酸反应并吸收二氧化碳。由于化学反应,粘合剂变成普通混凝土和石灰石。此外,将纳米二氧化硅或硅烟雾等纳米添加剂添加到泥炭和油页岩灰中以改善其性质。

          由于颗粒非常小,它们溶解良好并均匀分布在整个材料中。硅烟显着提高了这种材料的质量。找到合适的混合物需要大约一年的时间才能获得坚固且具有高导热性的材料。在最终硬化之后,该材料坚固,轻便,耐用并且具有低传热率。尽管泥炭也被用作燃料,但它也是不可燃的。泥炭被用作填料以获得优异的热性能 ,而经过开发的泥炭材料在24小时内达到其初始硬度,但在之后的一段时间内保持弹性。整个结构变得气密而不增加任何防风保护,并且它还能很好地阻挡声音。

          由于泥炭和油页岩灰非常便宜,科学家们计算出3D打印房屋外壳(100-150平方米)需要花费约5,000欧元,大约是构建传统框架外壳的成本的十分之一。该团队现在正致力于使材料更易于打印。

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