Betonska čelična armatura se koristi u građevinarstvu više od jednog veka, ali se zbog svoje ekološke neprihvatljivosti u budućnosti mora zameniti nekom alternativom koja je podobnija za životno okdruženje. Shodno ovome naučnici su stvorili polimernu rešetkastu strukturu uz pomoć tehnike 3D štampe. Ova struktura ima nizak udeo ugljenika u svom sastavu i snažan je i izdržljiv materijal koji može parirati ćeličnoj armaturi koja je teška, skupa i vremenom propada. Istraživanje je sprovedeno na University of California u Berkliju i nadovezuje se na prethodne studije koje su se pojavile pre otrpilike pola veka, kao i napore za ojačanje betona pomoću polimernih vlakana.
Testiranje betona (Foto: University of California)
Prednosti polimernih vlakana su sledeće: ona su lagana, jeftina za proizvodnju i otporna na koroziju. Trenutni pristupi uključuju mešanje ovih vlakana u beton pre nego što se on izlije. Ovo međutim može dovesti do neravnomerne raspodele, odnosno može se desiti da neki delovi konstrukcije budu jači i otporniji, a drugi osetljiviji na pukotine. Inženjeri su ovaj nedostatak rešili uz pomoć metode 3D štampe kojom su stvorili oktetno-polimernu rešetku.
Oglas
3D štampanje polimerne rešetke (Foto: University of California)
Ova 3D štampana polimerna rešetka lagana je i čvrsta, a pored toga sprečava i stvaranje pukotina zbog gustog rasporeda rešetki. Uspeh je postignut korišćenjem ABS polimera (ABS - akrilonitril butadien stiren) za proizvodnju rešetke, nakon čega su praznine u rešetki ispunjene betonom visokih performansi, koji je četiri puta jači od običnog betona u pogledu kompresije. Eksperimentisalo se sa varijacijama ovog recepta, pa su korišćene različite verzije polimerne rešetke, i to od 19,2 odsto ukupne zapremine betona do čak 33,7 odsto. Ova podešavanja dovela su do malih promena u pogledu čvrstoće na pritisak i vršnih opterećenja, dok su ukupna mehanička svojstva betona ostala uglavnom ista.
Izlivanje betona preko polimerne rešetke (Foto: University of California)
Kada je materijal krt, on može izdržati određeno vršno opterećenje, ali se ovde pokazalo da je beton postajao sve jači i jači, i uspeh je bio pretvoriti nešto tako vrlo krhko u nešto rastegljivo. Svi testirani uzorci postigli su visoke vrednosti gustine deformacije, pa su iz tog razloga sposobni da apsorbuju puno energije, dok su oni sa tanjim rešetkastim strukturima bili jednako čvrsti kao i oni sa debljim.
Jedan od ključnih ciljeva projekta je zadovoljen, a to je da se korišćenjem većih koncentracija alternativnih materijala smanjuje ugljenični otisak koji nastaje proizvodnjom betona. Gledajući dalje u budućnost, koautor studije Hayden Taylor rekao je da postoji zamisao da se koriste polimeri koji su neto ugljenično neutralni ili čak potencijalno ugljenično neutralni jer koriste biopolimere (kroz recikliranje i obnovljive izvore energije). Svakako je u planu da se ekspermentiše sa različitim oblicima rešetke kako bi se utvrdilo mogu li različite geometrije služiti u različite svrhe.
