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石墨烯增強混凝土能否推動可持續(xù)建筑? UVA最新研究揭示 

2024-11-01 11:09
2024年11月1日,據(jù)資源庫了解,弗吉尼亞大學(UVA)的研究團隊成功開發(fā)出一種新型的可持續(xù)3D打印水泥復合材料,該材料通過將石墨烯與石灰石煅燒粘土(LC2)結(jié)合,實現(xiàn)了強度和環(huán)保性能的雙重提升。研究成果發(fā)表在《建筑工程雜志》上,顯示出這一材料在應對現(xiàn)代建筑挑戰(zhàn)中的廣闊應用前景。
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該圖顯示了用于膜的石墨烯層,圖片來自曼徹斯特大學。

該項目由弗吉尼亞大學土木與環(huán)境工程系的Osman Ozbulut教授主導,利用表面活性劑輔助的超聲分散法將GNP均勻分布在LC2混合物中,從而確保石墨烯在材料中的高效分散性。研究表明,少量添加石墨烯納米片(GNP)就能顯著改善3D打印結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性,同時大幅減少混凝土生產(chǎn)的環(huán)境影響。

實驗包括使用紫外-可見光譜和動態(tài)光散射技術(shù)對分散質(zhì)量進行評估,并對材料的抗壓強度和抗彎強度進行測試。結(jié)果表明,盡管GNP的添加量僅占總重量的0.05%,卻使抗壓強度提高了23%,大幅提升了材料的打印性能,特別是在屈服強度和儲能模量方面,顯著提高了其適用于擠出成型的性能。

此外,研究團隊還進行了生命周期評估(LCA),深入評估了將石墨烯引入LC2混合物對環(huán)境的影響。結(jié)果顯示,與傳統(tǒng)的3D打印水泥基混合物相比,添加GNP可以減少約31%的溫室氣體排放。研究人員認為,這種石墨烯增強復合材料在交通基礎(chǔ)設(shè)施領(lǐng)域尤其具有應用前景,能夠?qū)崿F(xiàn)技術(shù)性能與環(huán)保目標的有機結(jié)合。
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3D打印的Versarien月球艙,照片來自:Versarien

與此同時,英國的Versarien公司也在與建筑巨頭Balfour Beatty合作開發(fā)一種低碳3D打印砂漿,以提升土木工程的可持續(xù)性與施工效率。該項目為期12個月,目標是生產(chǎn)石墨烯增強型砂漿,旨在降低碳排放,并滿足土木工程的結(jié)構(gòu)要求。

近年來,建筑業(yè)對可持續(xù)發(fā)展的關(guān)注持續(xù)高漲,并催生了諸多綠色環(huán)保的建筑創(chuàng)新方案。例如,上月Mighty Buildings公司宣布與霍尼韋爾合作,通過使用霍尼韋爾的Solstice液體發(fā)泡劑(LBA)提升3D打印房屋的隔熱性能。與此同時,西班牙加泰羅尼亞高級建筑學院(IAAC)的研究人員使用Crane WASP 3D打印機,建造了一座占地100平方米的低碳建筑原型,作為巴塞羅那“3D打印地球森林”TOVA項目的一部分。

這些創(chuàng)新探索表明,隨著技術(shù)進步與環(huán)保意識的增強,3D打印建筑行業(yè)正朝著更綠色、更可持續(xù)的方向邁進,為未來的建筑發(fā)展提供了全新的解決方案。
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