石墨烯增强混凝土能否推动可持续建筑? UVA最新研究揭示 

3D打印技术 /[科研]
2024-11-01 11:09
2024年11月1日,据资源库了解,弗吉尼亚大学(UVA)的研究团队成功开发出一种新型的可持续3D打印水泥复合材料,该材料通过将石墨烯与石灰石煅烧粘土(LC2)结合,实现了强度和环保性能的双重提升。研究成果发表在《建筑工程杂志》上,显示出这一材料在应对现代建筑挑战中的广阔应用前景。
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该图显示了用于膜的石墨烯层,图片来自曼彻斯特大学。

该项目由弗吉尼亚大学土木与环境工程系的Osman Ozbulut教授主导,利用表面活性剂辅助的超声分散法将GNP均匀分布在LC2混合物中,从而确保石墨烯在材料中的高效分散性。研究表明,少量添加石墨烯纳米片(GNP)就能显著改善3D打印结构的稳定性,同时大幅减少混凝土生产的环境影响。

实验包括使用紫外-可见光谱和动态光散射技术对分散质量进行评估,并对材料的抗压强度和抗弯强度进行测试。结果表明,尽管GNP的添加量仅占总重量的0.05%,却使抗压强度提高了23%,大幅提升了材料的打印性能,特别是在屈服强度和储能模量方面,显著提高了其适用于挤出成型的性能。

此外,研究团队还进行了生命周期评估(LCA),深入评估了将石墨烯引入LC2混合物对环境的影响。结果显示,与传统的3D打印水泥基混合物相比,添加GNP可以减少约31%的温室气体排放。研究人员认为,这种石墨烯增强复合材料在交通基础设施领域尤其具有应用前景,能够实现技术性能与环保目标的有机结合。
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3D打印的Versarien月球舱,照片来自:Versarien

与此同时,英国的Versarien公司也在与建筑巨头Balfour Beatty合作开发一种低碳3D打印砂浆,以提升土木工程的可持续性与施工效率。该项目为期12个月,目标是生产石墨烯增强型砂浆,旨在降低碳排放,并满足土木工程的结构要求。

近年来,建筑业对可持续发展的关注持续高涨,并催生了诸多绿色环保的建筑创新方案。例如,上月Mighty Buildings公司宣布与霍尼韦尔合作,通过使用霍尼韦尔的Solstice液体发泡剂(LBA)提升3D打印房屋的隔热性能。与此同时,西班牙加泰罗尼亚高级建筑学院(IAAC)的研究人员使用Crane WASP 3D打印机,建造了一座占地100平方米的低碳建筑原型,作为巴塞罗那“3D打印地球森林”TOVA项目的一部分。

这些创新探索表明,随着技术进步与环保意识的增强,3D打印建筑行业正朝着更绿色、更可持续的方向迈进,为未来的建筑发展提供了全新的解决方案。
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