工程師探索纖維素納米原纖維以增強(qiáng) 3D 打印混凝土

由弗吉尼亞大學(xué)工程與應(yīng)用科學(xué)學(xué)院工程師領(lǐng)導(dǎo)的研究小組首次探索新興植物材料纖維素納米原纖維如何放大 3D 打印混凝土技術(shù)的優(yōu)勢(shì)。

土木與環(huán)境工程系教授奧斯曼·E·奧茲布魯特 (Osman E. Ozbulut) 表示：“我們?cè)谟∷⑿院蜋C(jī)械測(cè)量方面看到的改進(jìn)表明，將纖維素納米原纖維加入商業(yè)可印刷材料中可以很快帶來更具彈性和更環(huán)保的建筑實(shí)踐。”

他的團(tuán)隊(duì)的研究成果將發(fā)表在 2024 年 9 月的《水泥與混凝土復(fù)合材料》雜志上。

采用 3D 打印混凝土建造的建筑物是住房領(lǐng)域的一個(gè)令人興奮的趨勢(shì)，它們提供了一系列好處：快速、精確的施工，可能使用可回收材料，降低勞動(dòng)力成本和減少浪費(fèi)，同時(shí)能夠?qū)崿F(xiàn)傳統(tǒng)建筑商難以實(shí)現(xiàn)的復(fù)雜設(shè)計(jì)。

該過程使用專門的打印機(jī)，逐層分配類似水泥的混合物，然后使用計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)軟件構(gòu)建結(jié)構(gòu)。但到目前為止，可打印材料的選擇有限，而且關(guān)于其可持續(xù)性和耐用性的問題仍然存在。

“我們面臨著相互矛盾的目標(biāo)，”Ozbulut 說道。“混合物必須流動(dòng)性好才能順利制造，但又要硬化成具有關(guān)鍵特性的穩(wěn)定材料，例如良好的機(jī)械強(qiáng)度、層間粘合性和低熱導(dǎo)率。”

纖維素納米纖維由木漿制成，是一種可再生且低影響的材料。與其他植物纖維衍生物一樣，工業(yè)上稱為 CNF 的材料具有作為添加劑改善這些復(fù)合材料的流變性(流動(dòng)特性的科學(xué)術(shù)語)和機(jī)械強(qiáng)度的巨大潛力。

然而，Ozbulut 表示，直到 UVA 領(lǐng)導(dǎo)的團(tuán)隊(duì)在 Ozbulut 的彈性和先進(jìn)基礎(chǔ)設(shè)施實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行細(xì)致的研究之前，CNF 對(duì)傳統(tǒng) 3D 打印復(fù)合材料的影響尚不清楚。

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