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使用当地土壤3D打印更绿色的建筑物

当前，建筑行业面临两个主要挑战：对可持续基础设施的需求以及对不断恶化的建筑物，桥梁和道路的维修需求。尽管混凝土是许多建筑项目的首选材料，但它的碳足迹很大，导致浪费和能源消耗很高。今天，研究人员报告了使用3D打印机创建承重结构，以当地土壤制成可持续建筑材料的进展

研究人员今天将在美国化学学会2020年秋季虚拟会议和博览会上展示他们的结果。ACS将在星期四举行会议。它以关于广泛的科学主题的6,000多个演讲为特色。

该项目的首席研究员萨尔巴吉·班纳吉博士说：“建筑业对环境的影响日益引起人们的关注。” “一些研究人员已转向增材制造或逐层建造结构，这通常是通过3D打印机完成的。这一进步已开始在减少浪费方面改变这一领域，但过程中使用的材料必须是可持续的也一样。”

例如，使用混凝土挤出层的建筑项目突显了增材制造快速，廉价地用于建筑结构的潜力。但是，根据国际能源署的数据，混凝土生产约占二氧化碳排放量的7％，并且不能回收利用。

德州农工大学Banerjee实验室的研究生Aayushi Bajpayee说：“从历史上看，人类过去常常使用土坯等本地采购的材料来建造房屋，但转向混凝土则引发了许多环境问题。” 她正在会议上介绍工作。“我们的想法是倒转时光，找到一种方法来改编我们自己后院的材料，以作为混凝土的潜在替代品。”

在建筑中使用本地土壤的一个优势在于，无需制造材料并将其运输到建筑工地，既减少了成本，又减少了环境破坏。Banerjee和Bajpayee还说，有土壤的增材制造有一天可以用于地球以外的地方，以在月球甚至火星上创造定居点。

土壤通常按其构成的材料层分类，从植物生长的顶层有机层开始，到地壳的坚硬基岩结束。在最初的有机层下面是黏土，黏土赋予了土壤可塑性，可塑的特性，研究人员在他们的项目中利用了这种特性。

研究人员首先从同事的后院收集土壤样品，然后使用一种新的环保添加剂对材料进行裁剪，以使其结合在一起并很容易通过3D打印机挤出。由于土壤随位置的不同而有很大差异，因此他们的目标是拥有一种化学“工具包”，该工具包可以将任何类型的土壤转化为可印刷的建筑材料。Bajpayee从那里建造了小型测试结构，每个侧面长2英寸的立方体，以观察材料在挤压成堆叠层时的性能。

下一步是确保混合物具有承重能力，这意味着混合物不仅要承受各层的重量，而且还要承受建筑中使用的其他材料的重量。为了解决这个问题，研究人员通过“拉链”表面的微观层来增强粘土混合物的强度，以防止其吸收水分和膨胀，从而损害印刷结构。通过这种方法，研究人员表明，该材料所能承受的重量是未改性粘土混合物的两倍。

接下来，该团队计划提高土壤的承重能力，以扩大其测试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，以查看这些3D打印结构是否如预期的那样对环境友好，特别是在碳足迹和回收潜力方面。一旦他们对用当地土壤建造建筑物的化学，功能和可行性有了更好的了解，他们计划进一步探索如何在我们自己的星球之外使用这项技术。

研究人员感谢德克萨斯农工大学X-Grants计划的支持和资助。

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