欧洲研发低碳3D打印混凝土技术

在瑞士杜本多夫，一项旨在颠覆传统混凝土建筑业的欧洲研究项目正取得突破性进展。面对日益严峻的气候挑战，以瑞士联邦材料科学与技术研究所（empa）为首的欧洲研究团队，摒弃了单纯增加混凝土和钢材用量的旧思路，转而探索智能模具、数字化制造与替代胶凝材料的创新组合。该项目的核心目标是开发出一种气候友好型、结构轻盈且稳固的建筑材料，支持3d打印定制生产，并具备完全可拆卸与循环利用的特性。

在名为“carbcomn”的欧盟项目中，研究人员致力于用zui少的质量、无需昂贵钢筋和传统水泥来革新混凝土建筑。empa研究员moslem shahverdi指出，项目采用数字化制造方法以节约资源，并用低碳替代胶凝材料取代传统水泥，例如利用钢铁工业的副产品——钢渣。这种新型混凝土完全由工业废料构成，通过3d打印制成独立构件，再组装成承重结构。其核心设计理念是“以形代材”，即利用结构形状而非材料本身来提供稳定性。由于混凝土抗压不抗拉，团队借鉴古罗马石拱桥的原理，设计出以受压为主的“压缩主导型”结构，从而大幅减少甚至消除对传统钢筋的依赖。

数字化制造技术使得几何形状的规划成为可能，不仅显著降低了材料用量，还节省了昂贵的模板成本。通过3d打印逐层堆积，系统可在无需加固的区域自动预留空腔。shahverdi强调，这种轻量化设计不仅节约材料，还能成比例降低地震荷载，对于地震多发区而言是决定性优势，即便减重10%也意义重大。此外，项目并未完全放弃钢筋，而是仅在必要时使用，并引入了empa的专长——铁基形状记忆合金（fe-sma）。这种特殊金属在加热时会收缩而非膨胀，能对混凝土施加预应力，且易于后期拆除，为建筑的可拆卸性提供了关键技术支持。

在固化工艺上，项目采用了创新的“二氧化碳固化”技术。3d打印完成后，构件被送入注入co₂的腔室，二氧化碳与钢渣基混凝土发生化学反应，既加速了混凝土硬化，又实现了碳封存。若强度仍不足，可微量添加水泥作为补充。与此同时，团队正开发涵盖从设计到制造全周期的数字化平台，并与扎哈·哈迪德建筑事务所等设计机构紧密合作。建筑师负责自由形态设计，而empa团队则专注于技术可行性、材料测试及可拆卸组装技术的开发。预计2028年将推出首个3d打印建筑模块原型，验证这一新路径的可行性。

该项目由欧盟“地平线欧洲”计划资助，总预算约600万欧元，汇聚了包括eth zurich、根特大学、达姆施塔特工业大学及多家建筑事务所在内的11个欧洲机构。这一技术路线展示了欧洲在绿色建材领域的深厚积累与前瞻性布局，通过数字化与材料科学的深度融合，为解决建筑行业高碳排放问题提供了切实可行的方案。对于中国建筑业而言，随着“双碳”目标的推进，借鉴其“以形代材”的轻量化设计理念及工业固废高值化利用经验，将有助于推动我国装配式建筑向更绿色、更智能的方向升级。