El hormigón impreso en 3D puede reducir los costes y ahorrar tiempo en la arquitectura y la construcción.
Pero utilizar arena natural para fabricar hormigón no es sostenible, por lo que los investigadores están probando el uso de vidrio reciclado.
La impresión 3D es una herramienta valiosa para la construcción: las máquinas pueden funcionar las 24 horas del día, reducir los residuos y mejorar la seguridad de los trabajadores de la construcción.
El hormigón impreso en 3D puede provocar un cambio en la arquitectura y la construcción. Como permite producir formas y estructuras nuevas que las tecnologías actuales no pueden crear con facilidad, podría cambiar los procesos y procedimientos centenarios que aún se utilizan para construir edificios, lo que reduciría los costes y ahorraría tiempo.
Sin embargo, el hormigón tiene un impacto ambiental significativo. Actualmente se utilizan enormes cantidades de arena natural para satisfacer la insaciable demanda mundial de hormigón, a un gran coste para el medio ambiente. En general, el sector de la construcción tiene dificultades para ser sostenible. Genera alrededor del 35 % de todos los residuos de los vertederos del mundo.
Nuestra nueva investigación propone una forma de reducir este impacto. Hemos probado el uso de vidrio reciclado como componente del hormigón para impresión 3D.
El hormigón se fabrica con una mezcla de cemento, agua y áridos como la arena. Probamos a sustituir por vidrio hasta el 100 % de los áridos de la mezcla. En pocas palabras, el vidrio se fabrica a partir de arena, es fácil de reciclar y puede utilizarse para fabricar hormigón sin procesos complejos.
La demanda del sector de la construcción también podría ayudar a garantizar el reciclaje del vidrio. En 2018, en Estados Unidos solo se recicló una cuarta parte del vidrio y más de la mitad acabó en vertederos.
Construir mejor
Utilizamos vidrio marrón de envases para bebidas, de tipo sodocálcico, obtenido de una empresa local de reciclaje. Primero trituramos las botellas de vidrio con una máquina y después lavamos, secamos, molemos y tamizamos los fragmentos. Las partículas resultantes tenían menos de un milímetro cuadrado.
Después utilizamos el vidrio triturado para fabricar hormigón del mismo modo que se usaría la arena. Con este hormigón imprimimos en 3D elementos de pared y bloques de construcción prefabricados que podían ensamblarse para formar un edificio completo.
Si se utiliza de esta manera, el vidrio desechado puede tener una nueva vida como parte de un material de construcción.
La presencia de vidrio no solo resuelve el problema de los residuos, sino que también contribuye a desarrollar un hormigón con propiedades superiores a las del que contiene arena natural.
La conductividad térmica del vidrio sodocálcico —el tipo de vidrio más común, presente en ventanas y botellas— es más de tres veces menor que la de los áridos de cuarzo, que se utilizan ampliamente en el hormigón. Esto significa que el hormigón con vidrio reciclado tiene mejores propiedades aislantes. Estas podrían reducir considerablemente los costes de refrigeración o calefacción en verano o en invierno.
Mejorar la sostenibilidad
También introdujimos otros cambios en la mezcla de hormigón para hacerla más sostenible como material de construcción, entre ellos sustituir parte del cemento Portland por polvo de piedra caliza.
El cemento Portland es un componente clave del hormigón: sirve para unir los demás ingredientes en una mezcla que se endurecerá. Sin embargo, la producción de cemento Portland ordinario libera cantidades significativas de dióxido de carbono, así como otros gases de efecto invernadero. La industria de producción de cemento es responsable de alrededor del 8 % de todas las emisiones de dióxido de carbono al medio ambiente.
La piedra caliza es menos peligrosa y tiene un menor impacto ambiental durante su proceso de producción que el cemento Portland. Puede utilizarse en lugar del cemento Portland ordinario en el hormigón para impresión 3D sin reducir la calidad de la mezcla de impresión.
También añadimos rellenos ligeros, hechos de diminutas esferas termoplásticas huecas, para reducir la densidad del hormigón. Esto modificó su conductividad térmica y la redujo hasta en un 40 % en comparación con otros hormigones utilizados para la impresión 3D. Esto mejoró aún más las propiedades aislantes del hormigón y redujo la cantidad de materia prima necesaria.
Con la tecnología de impresión 3D, podemos diseñar fácilmente una estructura de pared en un ordenador, convertirla en un código sencillo y enviarla a una impresora 3D para construirla. Las impresoras 3D pueden funcionar las 24 horas del día, reducir la cantidad de residuos generados y mejorar la seguridad de los trabajadores de la construcción.
Nuestra investigación demuestra que es posible construir en 3D un edificio ultraligero y bien aislado, algo que podría ser un paso fundamental en nuestra misión de alcanzar las cero emisiones netas.
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