Los científicos reciclan residuos de demolición para convertirlos en ecológicos

Científicos de la Universidad Tecnológica de Swinburne y la Universidad Tecnológica de Hebei han logrado convertir los residuos de la construcción en un nuevo material de impresión 3D sostenible.

Utilizando agregados de concreto reciclados, partículas de ceramsita y arena del desierto, el equipo pudo formular un material de construcción extruible de bajo costo, en tres grados de partículas diferentes. Durante las pruebas iniciales, el novedoso sustituto del hormigón demostró un efecto "esquelético" autoportante, lo que potencialmente le confiere la resistencia y durabilidad necesarias para su uso en aplicaciones de construcción de alta resistencia.

Adoptando la construcción ecológica

Aunque en las últimas semanas se ha utilizado la impresión 3D para construir de todo, desde puentes peatonales de 97 pies de largo hasta elegantes muebles de hormigón, los materiales convencionales siguen limitando el potencial de construcción de esta tecnología. Una vez impresos, los cementos existentes presentan estructuras de unión y fluencia débiles con un refuerzo inadecuado, lo que significa que la impresión 3D a menudo se implementa dentro de proyectos arquitectónicos únicos y de bajo riesgo.

Sin embargo, la flexibilidad de la fabricación aditiva también tiene sus ventajas y presenta la oportunidad de desarrollar nuevos sustitutos ecológicos del hormigón, un material que produce más de 70 kg de CO2 por tonelada. Dentro de los materiales de construcción convencionales, los áridos forman más de la mitad de la mezcla, por lo que muchos han experimentado con el cambio a áridos vírgenes, pero esto ahora se está convirtiendo en una carga para los recursos naturales.

Como alternativa, los científicos han combinado ahora arena del desierto con ceramsita utilizada para gestionar los sedimentos del lago y los residuos de demolición, para formular un novedoso sustituto del hormigón ligero. Dado que menos del 5% del hormigón se recicla y que a menudo se utiliza en la producción de baldosas y pavimentos, el material del equipo podría eventualmente ayudar a reducir el impacto ambiental más amplio de la industria de la construcción.

“Los residuos de construcción y demolición que se generan cada año suponen la mitad de todos los residuos sólidos urbanos; Esto amenaza el medio ambiente urbano”, explican los científicos en su artículo. "La exploración de soluciones ecológicas es importante para abordar la escasez de recursos naturales y el grave deterioro del medio ambiente ecológico".

Creando un novedoso sustituto del cemento

Durante el proceso de formulación, el equipo mezcló cemento Portland de uso diario, humo de sílice y un superplastificante de policarboxilato para crear tres mezclas de cemento con diferentes tamaños de partículas. Al principio, los científicos descubrieron que, para evitar obstrucciones, los agregados no debían superar un tercio del diámetro de la boquilla, y que entre 0,3 y 2,36 mm de partículas eran insuficientes.

Una vez que el equipo identificó la mezcla óptima, implementaron una impresora 3D tipo pórtico de 1,8 mx 1,8 mx 1,5 m para construir tres estructuras de prueba de diez capas y 300 mm de largo. Uno de los modelos, que se construyó a partir de un material de clasificación denso y continuo, demostró una fluidez especialmente baja, lo que provocó que exhibiera un efecto "esquelético" y un alto nivel de límite elástico.

Además, la formulación más fuerte de los investigadores fue capaz de soportar 91 N de carga y su contenido de hormigón reciclado sirvió para aumentar la superficie entre cada capa, mejorando la adhesión. Sin embargo, las tres mezclas también mostraron altos niveles de contracción dentro de las primeras 24 horas, siendo los materiales con menor contenido de ceramsita los más afectados.

Los investigadores concluyeron sugiriendo que agregar más agregados podría ayudar a mitigar la contracción observada en su matriz de cemento, pero también admitieron que se necesita más investigación y desarrollo para prevenir posibles grietas. Como resultado, el material ecológico del equipo sigue en desarrollo, a pesar de la fluidez, las propiedades mecánicas y la adhesión alentadoras mostradas durante las primeras pruebas.

Formulaciones de cemento reforzado.

Durante el último año, se han logrado avances significativos en el desarrollo de materiales de hormigón optimizados, que producen estructuras con propiedades mecánicas reforzadas. Los científicos de la Universidad Técnica de Delft, por ejemplo, han creado un cemento a base de arcilla calcinada diseñado específicamente para la impresión 3D con mayor consistencia de flujo y capacidad de construcción.

De manera similar, un investigador de la Universidad Tecnológica de Swinburne está trabajando con la empresa constructora francesa Bouygues Travaux Publics para ayudarla a comprender la resistencia a la compresión de sus materiales. Utilizando métodos de aprendizaje automático, el equipo pretende en última instancia clasificar la estabilidad de los compuestos impresos en 3D, muchos de los cuales se utilizan ampliamente en la industria de la construcción.

Por el contrario, los científicos de la Universidad de California en Berkeley han adoptado un enfoque diferente para reforzar las estructuras de hormigón, incorporando en su lugar celosías poliméricas impresas en 3D en los edificios. Las celosías ligeras no sólo reducen la cantidad de material necesario en aproximadamente un 33%, sino que también aumentan la capacidad de carga de las estructuras resultantes.

Los hallazgos de los investigadores se detallan en su artículo titulado "Impresión 3D de hormigón ecológico que contiene sólidos infrautilizados y de desecho como agregados". La investigación fue coautora de Gang Bai, Li Wang, Guowei Ma, Jay Sanjayan y Mingke Bai.

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La imagen destacada muestra una de las estructuras de hormigón impresas en 3D de los investigadores sometidas a pruebas de compresión. Foto vía la revista Cement and Concrete Composites.

Paul es un licenciado en historia y periodismo y le apasiona encontrar las últimas novedades en noticias tecnológicas.