弗吉尼亞大學(xué)工程與應(yīng)用科學(xué)學(xué)院的工程師們正在率先使用纖維素納米纖維 (CNF) 來增強(qiáng) 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(jī)械性能方面看到的改進(jìn)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(shí)現(xiàn)更具韌性和環(huán)保性的建筑實(shí)踐，”土木與環(huán)境工程系教授 Osman E. Ozbulut 說。

弗吉尼亞大學(xué)土木工程博士生 Ugur Kilic 在教授 Osman Ozbulut 的 UVA 實(shí)驗(yàn)室監(jiān)控混凝土打印機(jī)。

纖維素納米纖維的創(chuàng)新應(yīng)用

由 3D 打印混凝土建造的建筑物可實(shí)現(xiàn)快速、精確的施工、降低勞動力成本和減少浪費(fèi)。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(zhì)疑。“我們面臨著相互矛盾的目標(biāo)，”O(jiān)zbulut 解釋道?！盎旌衔锉仨毩鲃恿己靡詫?shí)現(xiàn)平滑制造，但必須硬化為具有關(guān)鍵性能的穩(wěn)定材料，例如良好的機(jī)械強(qiáng)度、層間粘合和低熱導(dǎo)率?！?/p>

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(fù)合材料的流動性和機(jī)械強(qiáng)度。在此研究之前，CNF 對 3D打印復(fù)合材料的影響尚不清楚。

研究發(fā)現(xiàn)

Ozbulut 的團(tuán)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(jié)構(gòu)完整性。進(jìn)一步的測試表明，增強(qiáng) 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(fù)合材料流變和機(jī)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(fù)合材料》雜志上。共同作者包括德克薩斯農(nóng)工大學(xué) - 科珀斯克里斯蒂的 Nancy Soliman 和麻省理工學(xué)院的 Ahmed Omran。該研究由弗吉尼亞大學(xué)環(huán)境研究所資助。