弗吉尼亞大學工程與應用科學學院的工程師們正在率先使用纖維素納米纖維 (CNF) 來增強 3D 打印混凝土。這種源自木漿的植物基材料可以使混凝土更具韌性和環(huán)保性。“我們在可印刷性和機械性能方面看到的改進表明，在商業(yè)可印刷材料中加入纖維素納米纖維可以更快地實現(xiàn)更具韌性和環(huán)保性的建筑實踐，”土木與環(huán)境工程系教授 Osman E. Ozbulut 說。

弗吉尼亞大學土木工程博士生 Ugur Kilic 在教授 Osman Ozbulut 的 UVA 實驗室監(jiān)控混凝土打印機。

纖維素納米纖維的創(chuàng)新應用

由 3D 打印混凝土建造的建筑物可實現(xiàn)快速、精確的施工、降低勞動力成本和減少浪費。然而，目前的可印刷材料選擇有限，其可持續(xù)性和耐久性常常受到質疑。“我們面臨著相互矛盾的目標，”O(jiān)zbulut 解釋道?！盎旌衔锉仨毩鲃恿己靡詫崿F(xiàn)平滑制造，但必須硬化為具有關鍵性能的穩(wěn)定材料，例如良好的機械強度、層間粘合和低熱導率。”

CNF 以其可再生和低影響力的特性而聞名，作為添加劑顯示出巨大的潛力。它改善了水泥復合材料的流動性和機械強度。在此研究之前，CNF 對 3D打印復合材料的影響尚不清楚。

研究發(fā)現(xiàn)

Ozbulut 的團隊，包括博士校友 Ugur Kilic，發(fā)現(xiàn)添加至少 0.3% 的 CNF 可以顯著改善流動性能。顯微分析顯示出更好的粘合和結構完整性。進一步的測試表明，增強 CNF 的組件能夠承受拉伸、彎曲和壓縮。

影響和未來方向

該研究題為“纖維素納米纖維對 3D 可印刷水泥復合材料流變和機械性能的影響”，已在線發(fā)表，并將于 2024 年 9 月刊登在《水泥與混凝土復合材料》雜志上。共同作者包括德克薩斯農工大學 - 科珀斯克里斯蒂的 Nancy Soliman 和麻省理工學院的 Ahmed Omran。該研究由弗吉尼亞大學環(huán)境研究所資助。