Що, якби будівельні матеріали можна було збирати та розбирати так само легко, як кубики LEGO? Така кладка, що перебудовується, розбиралася б наприкінці терміну служби будівлі й збиралася б заново в нову конструкцію в стійкому циклі, яка могла б створювати покоління будівель, що використовують ті ж фізичні будівельні блоки.
Це ідея циклічного будівництва, яка спрямована на повторне використання та перепрофілювання будівельних матеріалів, коли це можливо, щоб мінімізувати виробництво нових матеріалів та скоротити «втілений вуглець» будівельної галузі, який стосується викидів парникових газів, пов'язаних з кожним процесом протягом усього будівництва будівлі, від виробництва до знесення.
Тепер інженери Массачусетського технологічного інституту, мотивовані екологічним потенціалом циклічного будівництва, розробляють новий вид кладки, що перебудовується, виготовленої з переробленого скла, надрукованого на 3D-принтері. Використовуючи технологію 3D-друку скла, надану дочірньою компанією MIT Evenline, команда створила міцну багатошарову скляну цеглу, кожна з яких має форму вісімки, які зчіплюються одна з одною, як цегла LEGO.
В ході механічних випробувань одна скляна цегла витримала тиск, аналогічний тиску бетонного блоку. Як структурну демонстрацію дослідники побудували стіну із взаємопов'язаних скляних цеглин. Вони припускають, що 3D-друкована скляна кладка може бути багаторазово використана повторно як цегла, що переробляється, для фасадів будівель і внутрішніх стін.
"Скло - це високопереробний матеріал", - говорить Кейтлін Беккер, доцент кафедри машинобудування в MIT. «Ми беремо скло і перетворюємо його на кладку, яку наприкінці терміну служби конструкції можна розібрати й зібрати заново в нову конструкцію або можна знову вставити в принтер і перетворити на зовсім іншу форму. Все це вписується у нашу ідею сталого, циклічного будівельного матеріалу».
«Скло як конструкційний матеріал трохи ламає людям мізки», — каже Майкл Стерн, колишній аспірант Массачусетського технологічного інституту та науковий співробітник як у Media Lab, так і Lincoln Laboratory, який також є засновником і директором Evenline. "Ми показуємо, що це можливість розсунути межі того, що було зроблено в архітектурі".
Беккер і Стерн з колегами докладно описують свій дизайн скляної цеглини в дослідженні, опублікованому в журналі Glass Structures and Engineering. Серед їхніх співавторів із Массачусетського технологічного інституту — провідний автор Деніел Массіміно та Шарлотта Фолінус, а також Ітан Таунсенд з Evenline.
Крок блокування
Натхнення для нового дизайну круглої кам'яної кладки частково виникло у Glass Lab Массачусетського технологічного інституту, де Беккер та Стерн, тоді студенти бакалаврату, вперше зустрілися з мистецтвом та наукою видування скла.
"Я захопився цим матеріалом", - говорить Стерн, який пізніше спроєктував 3D-принтер, здатний друкувати розплавленим переробленим склом - проєкт, над яким він працював під час навчання на факультеті машинобудування. "Я почав думати про те, як друк склом може знайти своє місце і робити цікаві речі, серед яких будівництво - один з можливих шляхів".
Тим часом Беккер, яка прийняла посаду викладача в Массачусетському технологічному інституті, почала вивчати перетин виробництва та дизайну, а також способи розробки нових процесів, які дозволяють створювати інноваційні проєкти.
"Мене надихає розширення простору для проєктування та виробництва складних матеріалів з цікавими характеристиками, такими як скло, його оптичні властивості та придатність для вторинного перероблення", - говорить Беккер. "Якщо воно не забруднене, ви можете переробляти скло практично нескінченно".
Беккер і Стерн об'єдналися, щоб з'ясувати, чи можна і як можна перетворити 3D-друковане скло на структурний блок кам'яної кладки, такий же міцний і штабельований, як традиційна цегла. Для нового дослідження команда використовувала Glass 3D Printer 3 (G3DP3), останню версію скляного принтера Evenline, який у парі з піччю плавить подрібнені скляні пляшки в розплавлену форму для друку, яку принтер потім наносить у вигляді шаруватих візерунків.
Сходинки
Команда надрукувала скляну цеглу і перевірила їхню механічну міцність у промисловому гідравлічному пресі, який стискав цеглину доти, доки вона не починала тріскатися. Дослідники виявили, що найміцніша цеглина витримувала тиск, який можна порівняти з тим, який витримують бетонні блоки. Ці міцні цеглини були зроблені в основному з друкованого скла з окремо виготовленим замковим елементом, прикріпленим до нижньої частини цегли. Ці результати показують, що більшість цегляної кладки можна було б зробити з друкованого скла з замковим елементом, який можна було б надрукувати, відлити або окремо виготовити з іншого матеріалу.
"Скло - складний матеріал для роботи", - говорить Беккер. «Замкові елементи, виготовлені з іншого матеріалу, показали себе найбільш перспективними на даному етапі».
Група вивчає, чи можна зробити більше замкових елементів цегли з друкованого скла, але не бачить у цьому перешкод для подальшого масштабування проєкту. Щоб продемонструвати потенціал скляної кладки, вони збудували вигнуту стіну із замкової скляної цегли. Далі вони мають намір будувати все більші, фундаментальні скляні конструкції.
"Ми краще розуміємо, які обмеження матеріалу і як його масштабувати", - говорить Стерн. «Ми думаємо про переходи до будівель і хочемо почати з чогось на кшталт павільйону — тимчасової конструкції, з якою люди можуть взаємодіяти, і яку потім можна буде перебудувати на інший дизайн. І можна припустити, що ці блоки можуть пройти через безліч життів».
Це дослідження було частково підтримане Програмою грантів на дослідження Бозе та Комітетом з підтримки досліджень Массачусетського технологічного інституту.
Джерела: MIT News
