利用纖維素納米原纖維增強的環(huán)保型混凝土3D打印技術

導讀：作為一種新型建筑技術，混凝土3D打印 (3DCP) 技術可以徹底改變建筑領域，為快速成型和定制提供新的可能性。目前，研究人員正在通過嚴謹的研究改進3D混凝土打印施工技術，以使可打印材料更堅固、更具可持續(xù)性、性能更佳。

△弗吉尼亞大學的工程師利用木漿制成的材料顯著提高了混凝土流動性能

2024年8月5日，南極熊獲悉，弗吉尼亞大學(University of Virginia)工程與應用科學學院宣稱，科研人員在探索植物基材料纖維素納米原纖維（CNF）應用于3D打印混凝土技術方向取得了突破性進展。這一研究成果將于2024年9月刊登在《Cement and Concrete Composites》雜志上。

△該研究的題目為“纖維素納米原纖維對3D打印水泥復合材料流變性和機械性能的影響”（傳送門）

土木與環(huán)境工程系教授Osman E. Ozbulut指出：“我們觀察到的可打印性和機械性能改進表明，將纖維素納米原纖維與商業(yè)可打印材料結合，能夠迅速推動更具彈性和更環(huán)保的建筑實踐。”

△弗吉尼亞大學土木工程研究人員正在研究混凝土打印機

技術研發(fā)背景和結論

3D打印混凝土建筑具有多重優(yōu)勢，如施工速度快、精度高、可使用再生材料、降低人工成本和減少浪費。這種技術還能實現傳統(tǒng)建筑中難以實現的復雜設計。然而，當前可選的打印材料有限，并且其可持續(xù)性和耐久性仍存在挑戰(zhàn)。

Ozbulut解釋道：“我們面臨的挑戰(zhàn)是如何在保證材料流動性的同時，確保混合物在硬化后具備關鍵的特性，如良好的機械強度、層間粘結性和低熱導率。”

纖維素納米原纖維源自木漿，可再生且對環(huán)境影響小。作為添加劑，這種稱為CNF的材料具有巨大潛力，能夠改善3D打印復合材料的流變性和機械強度。

在弗吉尼亞大學的Ozbulut彈性和先進基礎設施實驗室的領導下，研究團隊對CNF對傳統(tǒng)3D打印復合材料的影響進行了深入研究。Ozbulut補充道：“目前，我們需要進行大量的試驗來精確設計混合物。我們正在努力滿足更高科學標準，以更好地理解不同添加劑對改善3D打印結構性能的影響。”

該研究團隊由Ozbulut教授和弗吉尼亞大學博士校友Ugur Kilic共同領導。他們嘗試了不同比例的CNF添加劑，并發(fā)現添加至少0.3%的CNF顯著改善了流動性能。對硬化樣品進行的微觀分析顯示出更優(yōu)秀的材料粘結性和結構完整性。

Ozbulut實驗室進一步的測試表明，CNF增強的3D打印組件能夠承受拉伸、彎曲和壓縮。