在欧盟支持的CARBCOMN项目中,瑞士联邦材料科学与技术研究所(Empa)、苏黎世联邦理工学院(ETH Zurich)等欧洲科研机构正联合攻关一种面向3D打印的混凝土构件建造新方法。该方案核心在于通过精准控制材料用量并实现构件后续重复使用,大幅减少对传统水泥和钢筋的依赖,转而采用钢渣等工业副产品作为低碳胶凝材料,契合欧洲推动工业废弃物资源化利用的循环经济政策背景。
项目设计的构件遵循“可拆卸、可重组”原则,技术基础是土木工程中经典的“受压主导结构”理念:混凝土抗压性能优异但抗拉脆弱,因此需通过特殊几何设计将荷载转化为压力传递,类似传统石拱或穹顶结构。3D打印技术在此发挥关键作用,能够精确制造含特定空腔的复杂形态,仅在结构必需处投放材料,基本取消传统模板,显著降低资源浪费。
Empa研究员Moslem Shahverdi指出,该项目融合数字制造与低碳胶凝材料两大优势。尽管目标是减少金属用量,但完全取消钢筋尚不现实,因此引入基于铁基的形状记忆合金(Fe-SMA)。这种合金在打印完成后植入构件,加热后收缩产生预应力,使混凝土处于受压状态,既提升强度又促进CO2矿化反应。
后续工艺中,打印完成的构件被送入富含CO2的密闭 chamber,CO2与钢渣基胶凝材料发生化学反应,生成稳定碳酸盐,不仅增强材料耐久性,还实现碳封存。Shahverdi强调,若优化后的混凝土配方仍无法满足特定工程需求,可微量掺入传统水泥,这已构成当前工程应用的可行起点。项目计划于2028年前建成功能型建筑原型,验证模块化、可拆卸住宅系统的实际可行性。
欧洲在绿色建材领域长期处于政策与技术创新前沿,尤其注重将工业副产物转化为高价值建材,并推动建筑全生命周期碳减排。中国建材行业正加速向低碳转型,此类融合3D打印、固废利用与碳捕集技术的集成方案,为国内企业提供了可借鉴的技术路径与商业模式参考,尤其在装配式建筑与城市更新场景中具备广阔应用潜力。
