弗吉尼亞大學開發出新型3D打印水泥復合材料，顯著提高了材料的可打印性
時間：2024-11-01 08:54 來源：南極熊 作者：admin 閱讀：次
△石墨烯層
項目由弗吉尼亞大學土木與環境工程系的Osman Ozbulut教授領導，研究團隊發現，即使只添加少量的石墨烯納米片（GNP），也能顯著改善3D打印層的結構完整性，同時減少對環境的影響。
增強強度和可持續性
研究團隊由弗吉尼亞大學彈性和先進基礎設施實驗室的博士研究員Tuğba Baytak和Tawfeeq Gdeh與弗吉尼亞交通研究委員會（VTRC）合作進行。他們使用表面活性劑輔助超聲處理法將GNPs分散在LC2中，確保石墨烯在混合物中均勻分布。
通過紫外可見光譜和動態光散射等測試方法，研究團隊評估了分散質量，以及抗壓強度和抗彎強度。結果顯示，僅添加0.05%重量的GNP即可將抗壓強度提高23%，并且顯著提高了材料的可打印性，這對于3D打印應用非常重要。
△石墨烯增強型 LC2 復合材料的三維打印性能評估
環境影響評估
為了評估這種新材料對環境的影響，研究團隊進行了生命周期評估（LCA）。評估由博士后研究員 Zhangfan Jiang和Lisa Colosi Peterson教授共同進行。結果顯示，與傳統3D打印水泥基混合物相比，添加GNP可減少近31%的溫室氣體排放。
Zhangfan Jiang表示：“能夠全面了解這種新混凝土的環境足跡非常重要。”他強調了石墨烯增強LC2混凝土在促進更可持續建筑實踐方面的巨大潛力。Ozbulut教授指出，與VTRC的合作對于揭示新混凝土的基本特性至關重要。他認為，這種石墨烯增強材料在交通基礎設施領域尤其有前景，可以將技術性能與環境目標完美結合。
行業合作與應用
先進工程材料集團Versarien與建筑公司Balfour Beatty合作，開發了一種低碳、3D打印砂漿，旨在提高土木工程的可持續性和效率。這個為期12個月的項目將專注于制造石墨烯注入砂漿，以減少碳排放，同時滿足建筑需求。Balfour Beatty的公路部門將測試該材料與傳統材料的耐用性和成本效益，Versarien的Cementene外加劑可減少水泥用量。此外，該合作伙伴關系將建立一條英國供應鏈，吸引當地供應商并與外部合作伙伴合作，以確保符合法規并獲得未來市場應用的認證。
△3D 打印的 Versarien 月球艙
近年來，可持續性一直是建筑業的重要議題，催生了許多環保方法。2024年9月，Mighty Buildings與霍尼韋爾合作，通過使用霍尼韋爾的Solstice液體發泡劑（LBA）進行隔熱，提高3D打印房屋的可持續性。這種發泡劑的全球變暖潛能值（GWP）僅為1，遠低于傳統隔熱材料。通過使用Solstice LBA，Mighty Buildings旨在減少碳排放、提高能源效率并改善家庭溫度控制。這些房屋在Mighty Buildings的蒙特雷工廠生產，可在一周內建成。霍尼韋爾經EPA認證的Solstice技術支持全行業的碳減排，還用于制冷、氣霧劑和醫用吸入器。
加泰羅尼亞高級建筑學院（IAAC）的研究人員使用Crane WASP 3D打印機創建了一座100平方米的原型低碳建筑，這是巴塞羅那3D打印地球森林校園TOVA項目的一部分。此建筑采用當地土壤和天然材料建造，展示了可持續3D打印如何通過提供環保、適應性強的房屋來解決住房短缺問題。每面3D打印墻都包含通風腔，充當熱量和濕度調節器。據該團隊介紹，Crane WASP系統可以高效地建造穩定、輕質的墻壁，支撐木屋頂，并提供自然隔熱和采光。
上述創新舉措不僅推動了3D打印技術在建筑行業的應用，也為實現更可持續的建筑實踐提供了新的方向。
原文鏈接：https://doi.org/10.1016/j.jobe.2024.110673
(責任編輯：admin)
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