Remerciez-le!

Remerciez @Admin pour avoir partagé cet document gratuitement, de la manière la plus simple, en partageant sur les réseaux sociaux.

PERSPECTIVE publié : 10 mars 2020 doi : 10.3389/fmats.2020.00052 In situ Utilis

PERSPECTIVE publié : 10 mars 2020 doi : 10.3389/fmats.2020.00052 In situ Utilisation des ressources et reconfiguration des sols en matériaux de construction pour la fabrication additive de bâtiments Aayushi Bajpayee1,2, Mehdi Farahbakhsh3, Umme Zakira4, Aditi Pandey5, Léna Abou Ennab4, Zofia Rybkowski6, Manish Kumar Dixit6, Paul Arthur Schwab5, Negar Kalantar3,7, Bjorn Birgisson4 et Sarbajit Banerjee1,2* 1 Département de chimie, Texas A&M University, College Station, Texas, États-Unis, 2 Department of Materials Science and Engineering, Texas A&M University, College Station, Texas, États-Unis, 3 College of Architecture, Texas A&M University, College Station, Texas, États-Unis, 4 Zachry Department of Civil and Environmental Engineering, Texas A&M University, College Station, Texas, États-Unis, 5 Department of Soil and Crop Sciences, Texas A&M University, College Station, Texas, États-Unis, 6 Département des sciences de la construction, Texas A&M University, College Station, Texas, États-Unis, 7 California College of the Arts, San Francisco, Californie, États-Unis Édité par: John L. Provis, L'Université de Sheffield, Royaume-Uni L'industrie de la construction est secouée par un vent de changement, équilibrant le besoin urgent de remédier à la détérioration des infrastructures dans le monde développé et la volonté de construire de nouvelles infrastructures dans les économies émergentes tout en concevant des moyens d'améliorer son empreinte carbone catastrophique. Une grande partie de l'impact environnemental délétère de la construction provient de l'utilisation du béton ainsi que des inefficacités tout au long du processus de construction qui entraînent des déchets et des dépenses énergétiques considérables. Les méthodes de fabrication additive sont sur le point de transformer considérablement l'industrie en améliorant l'automatisation, en permettant une économie d'utilisation des matériaux et en permettant une fusion sans précédent de la forme et de la fonction ; Cependant, le recours au béton comme matériau extrusif de choix peut potentiellement aggraver considérablement les défis environnementaux croissants. Dans cette perspective, nous discutons de nos efforts pour développer une toute nouvelle palette de matériaux de construction d'origine naturelle à base de sols naturels, qui sont reconfigurés en formulations extrudables compatibles avec la fabrication additive. Nous délimitons en outre une feuille de route rassemblant la chimie du sol avec la science composite, la modélisation des phénomènes à mésoéchelle, les études rhéologiques des «encres de sol extrudables», la conception générative et le développement de corrélations structure-fonction robustes reliant les structures atomistiques et à mésoéchelle ainsi que la géométrie de la architectures aux capacités de charge et à la réponse mécanique. Nous illustrons cette approche en utilisant un échantillon d'argile burlewash naturellement récolté réticulé par la formation d'un cadre de siloxane, qui a été imprimé en 3D dans une structure porteuse. Revue par: Ru Mu, Université de technologie du Hebei, Chine Liberato Ferrare, Politecnico di Milano, Italie * Correspondance: Sarbajit Banerjee banerjee@chem.tamu.edu Rubrique spécialité : Cet article a été soumis à Matériaux de structure, une section de la revue Frontiers in Materials A reçu: 13 octobre 2019 Accepté: 18 février 2020 Publié : 10 mars 2020 Citation: Bajpayee A, Farahbakhsh M, Zakira U, Pandey A, Ennab LA, Rybkowski Z, Dixit MK, Schwab PA, Kalantar N, Birgisson B et Banerjee S (2020) Utilisation des ressources in situ et reconfiguration des sols Dans les matériaux de construction pour la fabrication additive de bâtiments. De face. Mater. 7h52. doi: 10.3389/fmats.2020.00052 Mots clés : fabrication additive, argiles et minéraux argileux, matériaux de structure, évaluation du cycle de vie (impact), béton, performances rhéologiques frontières des matériaux | www.frontiersin.org 1 mars 2020 | Tome 7 | 52 Bajpayee et al. Matériaux durables pour la construction numérique INTRODUCTION du processus d'impression 3D. Les faibles ratios « achat/vol », qui sont au cœur de la promesse fondamentale de la fabrication additive pour réduire l'utilisation de matières premières, restent à réaliser, et le recours à des compositions de matériaux homogènes gaspille les avantages potentiels d'un nouveau paradigme de construction adapté aux besoins du client. ressources et les besoins de l'environnement local. Le matériau extrusif de choix pour la plupart des prototypes actuels est actuellement le béton (Buswell et al., 2018; Flatt et Wangler, 2018; Wangler et al., 2019); c'est en effet inquiétant puisque l'industrie du béton est l'un des plus gros contributeurs à L'industrie de la construction est l'un des principaux remparts de l'économie mondiale; les dépenses mondiales de construction sont estimées à 13 % du PIB, et certaines estimations suggèrent en effet qu'environ 7 % de la population mondiale en âge de travailler est employée dans des activités liées à la construction (Barbosa et al., 2017). Cependant, cette industrie est largement considérée comme déficiente en termes de valeur ajoutée mondiale et a été caractérisée par une croissance relativement lente de l'ecacité et de la productivité ces dernières années en raison de la lente adoption des innovations dans les matériaux, l'automatisation et la fabrication qui ont transformé d'autres les industries (Bakshi et al., 2015; L'économiste, 2017). Le besoin urgent de remédier à la détérioration des infrastructures dans le monde développé et la volonté de construire de nouvelles infrastructures dans les économies émergentes ont récemment donné une impulsion aux eﬀorts visant à redynamiser la construction grâce à l'adoption de nouveaux matériaux (Bechthold et Weaver, 2017), augmentant la mise en œuvre des méthodes de fabrication additive (Pittsburgh, PA : Daehn et Spanos, 2019) et l'utilisation généralisée de l'automatisation tout au long du processus de construction. La durabilité et l'accent mis sur la conservation de l'énergie et des ressources jouent un rôle central dans ces eﬀorts, qui sont encore plus prometteurs pour accroître l'accès mondial à des habitats dignes, permettre une architecture optimale grâce à une conception générative et permettre la construction sur des terrains inhospitaliers. Dans cet article de perspective, nous délimitons nos efforts en cours pour récolter les sols naturels et reconfigurer ces mélanges complexes d'argiles, de détritus rocheux et de matière organique en formulations extrudables compatibles avec les processus de fabrication additive. Nous soulignons en outre la nécessité de concevoir et de modifier des matériaux à plusieurs échelles pour permettre un nouveau paradigme de construction de matériaux utilisant des sols d'origine locale structurés en motifs géométriques qui offrent une nouvelle fonction. CO anthropique2 émissions, responsable par certains représente jusqu'à 5 à 7 % des émissions mondiales (Conseil mondial des entreprises pour le développement durable [WBCSD], 2002; Damtoft et al., 2008; AIE, 2008; Allwood et coll., 2010; Friedlingstein et al., 2010; UNSTATS, 2010; Hasanbeigi et al., 2012; André, 2018). Certaines estimations suggèrent que 85,9 millions de tonnes de ciment Portland ordinaire (OPC) ont été produites aux États-Unis en 2017 (US Geological Survey., 2018). Même avec la modernisation des procédés de fabrication, la production d'OPC consomme 4 GJ de d'énergie et libère environ une tonne de CO2 par tonne d'OPC (Worrell et al., 2000, 2001; Khurana et al., 2002; Choate, 2003; Thomas et Peethamparan, 2015). En tant que tel, une préoccupation très réelle est que l'avènement du béton imprimé en 3D exacerbe les défis environnementaux déjà aggravants en promouvant des pratiques de construction non durables. Une attention considérable s'est donc portée sur la recherche d'alternatives au béton plus respectueuses de l'environnement, en particulier les argiles d'origine naturelle qui peuvent être récoltées et déployées sans avoir besoin de transporter des matériaux sur de longues distances, permettant une empreinte carbone considérablement réduite et des coûts énergétiques intégrés. Il convient en outre de noter que les méthodes d'impression 3D pour l'extrusion de béton continuent de se heurter à l'incorporation d'agrégats courants et à l'intégration avec des barres d'armature. En tant que tel, Une partie importante de l'attrait de l'impression 3D de structures à grande échelle est la possibilité d'automatiser la construction de manière robotique dans des environnements extrêmes ou hostiles (par exemple, des cliniques en temps de guerre ou dans des jungles infestées de maladies, des environnements planétaires extraterrestres, etc.). De telles applications nécessitent l'utilisation de matériaux d'origine locale. Les matériaux d'origine locale peuvent en outre être remis dans l'environnement naturel dont ils sont dérivés, offrant un scénario de fin de vie considérablement amélioré par rapport aux options de construction actuelles. FABRICATION ET CONSTRUCTION ADDITIVES : L'APPROCHE D'UN POINT DE BASCULEMENT L'impression 3D permet la structuration macroscopique de la matière dans des géométries jusqu'alors inaccessibles, couvrant la gamme des composants usinés individuels aux infrastructures telles que les ponts et les passerelles ainsi que des habitats entiers, permettant des économies d'utilisation des matériaux et permettant une complexité de conception géométrique sans précédent (Hager et al., 2016; Tay et al., 2017) à accéder de manière routinière et reproductible. Cependant, les matériaux actuellement utilisés pour l'impression 3D dans la construction ne sont ni respectueux de l'environnement ni adaptés aux besoins. CONCEVOIR UNE NOUVELLE PALETTE MATÉRIAUX : DE LA POUSSIÈRE AUX STRUCTURES L'inévitable transformation de l'industrie de la construction aura une résonance généralisée pour l'avenir du travail (Auteur, 2015). Alors que les technologies d'impression 3D transforment les paysages urbains, la conception d'une nouvelle palette de matériaux est devenue un impératif urgent et est nécessaire pour atténuer l'impact environnemental catastrophique du béton et améliorer la qualité de vie frontières des matériaux | www.frontiersin.org 2 mars 2020 | Tome 7 | 52 Bajpayee et al. Matériaux durables pour la construction numérique des populations vulnérables à travers le monde. Plutôt que uploads/Ingenierie_Lourd/ in-situ.pdf