美國陸軍撥款320萬美元用于開發(fā)3D打印超高性能混凝土

2022年12月10日，南極熊獲悉,，佛羅里達國際大學(FIU)的研究人員已獲得美國陸軍工程兵團授予的320萬美元（約2225萬人民幣）,，用于資助他們對3D打印超高性能混凝土(UHPC)的研究。

△FIU工程中心外的標志

雖然這種超高性能混凝土比傳統(tǒng)混凝土更堅固,、更防水,，但該材料已被證明不適合用作3D打印材料。因此,，該大學的研究人員將開發(fā)新的超高性能混凝土配方以及新的3D打印方法,。未來，這些材料將部署在民用或軍事基礎設施應用中。

FIU工程與計算學院的土木工程教授Atorod Azizinamini解釋說：“僅僅在結構上的外殼包裹超高性能混凝土就可以增加其總強度,，該材料的特性使我們能夠建造結構更小,、質量更輕的建筑物。這意味著原材料消耗的更少,，因此具有更節(jié)能和更少碳排放的優(yōu)點,。”

△由超高性能混凝土建造的橋梁

什么是超高性能混凝土,？
UHPC也稱為活性粉末混凝土(RPC),，本質上是水泥基材料，其最小指定抗壓強度為17000磅/平方英寸(psi)或120 MPa,。通常由硅酸鹽水泥,、活性粉末、石灰石或石英粉,、細砂,、高效減水劑和水組成，UHPC的最高抗壓強度超過29000 psi,。

由于這種水泥的基質由精細材料制成,，它們往往會提供致密、光滑的表面,。UHPC還可以與金屬,、合成或有機纖維結合使用,，以提高其彎曲強度,。這樣做會增加材料的延展性，并允許它們在負載下安全變形,，即使在開裂后也是如此,。

自2000年以來，UHPC已在美國上市,。早些時候,，UHPC已被用于北美的公路和鐵路基礎設施項目，但事實證明,，將它們部署為3D打印材料存在質量問題,。特別是，水泥在鋪設時凝固的方式,，類似于人行道在硬化前的凝膠狀,，已被證明難以用于3D打印建造，因為當分層時,，它們會產生不一致,，從而抑制結構的完整性。

△ICON與美國防部合作建造的3D打印營房

佛羅里達國際大學的320萬美元水泥研發(fā)計劃
為了克服這些障礙，該大學的一個團隊,，現(xiàn)在正在尋求確定哪些成分可以防止UHPC 3D打印結構中形成缺陷,。利用他們獲得的美國陸軍資助，該大學的教授提出了三種不同的打印方法,，以及一個“成分清單”,，皆在讓最終材料盡可能在本地實現(xiàn)采購。

這三種技術被理解為包括層打印,、層噴涂和超高性能混凝土目前正在申請專利的新型擠壓 3D打印技術,。如果成功，該團隊認為這項研究,，可以為建造更耐腐蝕的定制結構奠定基礎,。

將來，這種技術可以證明在軍事應用中特別有用,，允許不同地區(qū)人員按需3D打印基礎設施,，例如橋梁的支撐梁。根據(jù)該大學團隊成員的說法,，它們的研究成果還將幫助更偏遠地區(qū)的民用建筑,，可實現(xiàn)突破物流障礙等限制。

美國眾議院交通,、住房和城市發(fā)展撥款小組委員會高級成員,、美國眾議員Mario Diaz-Balart說：“這是陸軍部隊對佛羅里達國際大學的一項重要投資。該項目將有助于保持我們的防御保障能力,，同時進一步推進創(chuàng)新并為我們在佛羅里達州的勞動力創(chuàng)造就業(yè)機會,。”

△逐層建造建筑物過程中的3D打印噴嘴

更多關于3D打印混凝土方向的研究
今年早些時候,，新加坡南洋理工大學的研究人員開發(fā)了一種采用回收玻璃代替沙子制作了3D打印混凝土的新思路,，因為沙子正成為一種稀缺資源。

在其他地方,，TU Graz團隊正在研究混凝土3D打印,，如何通過節(jié)省大量材料和削減CO 2排放來推動可持續(xù)發(fā)展。研究人員的工作見證了他們開發(fā)出比傳統(tǒng)建筑板輕得多的混凝土構件,，他們希望這可以幫助抵消建筑的不利影響,。