Ekologisempi rakennustuotanto 3D-tulostettavan betonin avulla
Harju, Elli (2024-04-26)
Ekologisempi rakennustuotanto 3D-tulostettavan betonin avulla
(26.04.2024)
Julkaisu on tekijänoikeussäännösten alainen. Teosta voi lukea ja tulostaa henkilökohtaista käyttöä varten. Käyttö kaupallisiin tarkoituksiin on kielletty.
avoin
Julkaisun pysyvä osoite on:
https://urn.fi/URN:NBN:fi-fe2024042923247
https://urn.fi/URN:NBN:fi-fe2024042923247
Tiivistelmä
Betoni on maailman käytetyin rakennusmateriaali, jota on lähes jokaisessa rakennuksessa. Tämä inertti komposiittimateriaali koostuu sementistä, sileästä ja karkeasta runkoaineesta, mineraalisekoituksesta ja vedestä. Betoniteollisuus on yksi suurimmista kasvihuonekaasujen aiheuttajista maapallolla: sen osuus on noin 7 % maailman hiilidioksidipäästöistä. Suurien hiilidioksidipäästöjen takana on betonin sisältämä kalkkikivi-klinkkeri, jonka valmistuksessa vapautuu suuria määriä hiilidioksidia. Kasvihuonekaasujen lisäksi sen tuotantoon kuluu suuria määriä uusiutumattomia luonnonvaroja. Tavanomaiselle betonin valmistukselle pyritään jatkuvasti kehittämään korvaavia ekologisempia valmistustekniikoita. Lupaavana vaihtoehtona pidetään betonin 3D-tulostusta.
Tulostin pursottaa ohuita kerroksia laastia, kunnes lopullinen kolmiulotteinen betonikappale on valmis. Betonin 3D-tulostuksessa käytettävien sementtimäisten laastien ominaisuuksilla on suuri vaikutus tulostuksen onnistumiseen: 3D-tulostukseen soveltuvalla laastilla on oltava riittävä pursotettavuus, sen on oltava juoksevaa, rakennettavaa, stabiilista ja sillä on oltava riittävä kovettumisaika. Koska suurin osa betonin valmistuksesta tulevista päästöistä syntyy siihen valmistettavan kalkkikivipohjaisen sideaineen valmistuksesta, korvaavia vähähiilisiä sideaineita on kehitetty. Lupaavimmiksi ekologisemmiksi sidosaineiksi on todettu geopolymeerit, alkaliaktivoidut materiaalit, alumiinisementit, magnesiapohjaiset sementit, kipsimateriaalit sekä kalsinoidut savet.
Tutkielmassa tarkastellaan betonin 3D-tulostuksen mahdollisuuksia luoda ekologisempaa betonituotantoa. Tavoitteena on tarkastella betonin aiheuttamia päästöjä, ja tutkia niiden vähentämistä tulostamisen ja vaihtoehtoisten raaka-aineiden avulla. Lisäksi kartoitetaan betonin tulostuksen mahdollisuuksia soveltua rakennustuotantoon. Tutkielmaan haettiin tietoa tieteellisistä aikakausijulkaisusta sekä Volterista.
Tehdyn kirjallisuuskatsauksen perusteella, betonirakenteiden valmistaminen 3D-tulostaen on tehokasta, ja rakennusnopeus on parempi kuin perinteisillä rakennustekniikoilla. Rakenteet saadaan kerralla tulostettua lopulliseen muotoon, jolloin aikaa vievää muottien valmistamista ja valamista ei tarvita. Nopeampi rakentaminen mahdollistaa myös rakennusprojektien nopeamman rahallisen tuoton, kiinteiden kustannuksien vähentämisen, sekä nopeamman siirtymisen seuraavaan projektiin. 3D- tulostuksen ansiosta pystytään suunnittelemaan ja valmistamaan monimutkaisia rakenteita, joita on hankala tehdä perinteisin keinoin. Arviolta 30–60 % rakentamisen aikana syntyvästä rakennusjätteestä on pystytty vähentämään 3D-tulostuksen ansiosta. Kuitenkin, kuten missä tahansa teknologiassa myös 3DCP-tekniikassa on monta haastetta. 3DCP:n tulostimen suuri koko, hinta, geometrinen rajoittuvuus sekä kuljettaminen on arvioitu olevan yleistymisen este. Myös tekniikan puuttuvat standardit ja yleiset ennakkoluulot hidastavat yleistymistä. Nämä ongelmat ovat ratkaistava, jotta 3DCP saadaan soveltumaan rakennusteollisuuteen.
Tulostin pursottaa ohuita kerroksia laastia, kunnes lopullinen kolmiulotteinen betonikappale on valmis. Betonin 3D-tulostuksessa käytettävien sementtimäisten laastien ominaisuuksilla on suuri vaikutus tulostuksen onnistumiseen: 3D-tulostukseen soveltuvalla laastilla on oltava riittävä pursotettavuus, sen on oltava juoksevaa, rakennettavaa, stabiilista ja sillä on oltava riittävä kovettumisaika. Koska suurin osa betonin valmistuksesta tulevista päästöistä syntyy siihen valmistettavan kalkkikivipohjaisen sideaineen valmistuksesta, korvaavia vähähiilisiä sideaineita on kehitetty. Lupaavimmiksi ekologisemmiksi sidosaineiksi on todettu geopolymeerit, alkaliaktivoidut materiaalit, alumiinisementit, magnesiapohjaiset sementit, kipsimateriaalit sekä kalsinoidut savet.
Tutkielmassa tarkastellaan betonin 3D-tulostuksen mahdollisuuksia luoda ekologisempaa betonituotantoa. Tavoitteena on tarkastella betonin aiheuttamia päästöjä, ja tutkia niiden vähentämistä tulostamisen ja vaihtoehtoisten raaka-aineiden avulla. Lisäksi kartoitetaan betonin tulostuksen mahdollisuuksia soveltua rakennustuotantoon. Tutkielmaan haettiin tietoa tieteellisistä aikakausijulkaisusta sekä Volterista.
Tehdyn kirjallisuuskatsauksen perusteella, betonirakenteiden valmistaminen 3D-tulostaen on tehokasta, ja rakennusnopeus on parempi kuin perinteisillä rakennustekniikoilla. Rakenteet saadaan kerralla tulostettua lopulliseen muotoon, jolloin aikaa vievää muottien valmistamista ja valamista ei tarvita. Nopeampi rakentaminen mahdollistaa myös rakennusprojektien nopeamman rahallisen tuoton, kiinteiden kustannuksien vähentämisen, sekä nopeamman siirtymisen seuraavaan projektiin. 3D- tulostuksen ansiosta pystytään suunnittelemaan ja valmistamaan monimutkaisia rakenteita, joita on hankala tehdä perinteisin keinoin. Arviolta 30–60 % rakentamisen aikana syntyvästä rakennusjätteestä on pystytty vähentämään 3D-tulostuksen ansiosta. Kuitenkin, kuten missä tahansa teknologiassa myös 3DCP-tekniikassa on monta haastetta. 3DCP:n tulostimen suuri koko, hinta, geometrinen rajoittuvuus sekä kuljettaminen on arvioitu olevan yleistymisen este. Myös tekniikan puuttuvat standardit ja yleiset ennakkoluulot hidastavat yleistymistä. Nämä ongelmat ovat ratkaistava, jotta 3DCP saadaan soveltumaan rakennusteollisuuteen.