Экологичная 3D-печать преобразует бетонное строительство

Инженеры из Школы инженерии и прикладных наук Университета Вирджинии являются пионерами в использовании целлюлозных нанофибрилл (CNF) для улучшения 3D-печатного бетона. Этот растительный материал, полученный из древесной массы, может сделать бетон более прочным и экологически чистым. «Улучшения, которые мы увидели как в плане пригодности для печати, так и в плане механических показателей, свидетельствуют о том, что включение нанофибрилл целлюлозы в коммерческие печатные материалы может скорее привести к более устойчивым и экологичным методам строительства», — сказал Осман Э. Озбулут, профессор кафедры гражданского и экологического строительства.

Угур Кылыч, доктор философии в области гражданского строительства. Студент Университета Вирджинии следит за работой бетонного принтера в лаборатории профессора Османа Озбулута в Университете Вирджинии, как показано на этой фотографии 2022 года. (Автор изображения: Том Когилл, Школа инженерии и прикладных наук Университета Вирджинии)

Инновационное использование нанофибрилл целлюлозы

Здания из 3D-печатного бетона обеспечивают быстрое и точное строительство, снижение трудозатрат и меньше отходов. Однако текущие возможности печатных материалов ограничены, а их устойчивость и долговечность часто подвергаются сомнению. «Мы имеем дело с противоречивыми целями», — пояснил Озбулут. «Смесь должна хорошо течь для гладкого изготовления, но затвердевать в стабильный материал с критическими свойствами, такими как хорошая механическая прочность, межслойное сцепление и низкая теплопроводность».

CNF, известный в отрасли своими возобновляемыми и малоудовлетворительными свойствами, демонстрирует большой потенциал в качестве добавки. Он улучшает текучесть и механическую прочность цементных композитов. До этого исследования влияние CNF на 3D-печатные композиты было неясным.

Результаты исследований

Команда Озбулута, включая доктора наук выпускник Угур Килич обнаружил, что добавление не менее 0,3% CNF значительно улучшило характеристики потока. Микроскопический анализ выявил лучшее сцепление и структурную целостность. Дальнейшие испытания показали, что компоненты, усиленные CNF, выдерживают растяжение, изгиб и сжатие.

Удар и будущие направления

Исследование «Влияние нанофибрилл целлюлозы на реологические и механические свойства цементных композитов для 3D-печати» доступно онлайн и будет опубликовано в выпуске Cement and Concrete Composites за сентябрь 2024 года. Соавторами являются Нэнси Солиман из Техасского университета A&M – Корпус-Кристи и Ахмед Омран из Массачусетского технологического института. Исследование финансировалось Институтом окружающей среды UVA.

Более подробную информацию можно найти здесь.

Источник: eurekalert.org