南洋理工大學(xué)研發(fā)新型3D打印混凝土技術(shù)：強(qiáng)度和耐久性更強(qiáng)

2024年12月17日，南極熊獲悉,，新加坡南洋理工大學(xué)（NTU Singapore）研究人員開(kāi)發(fā)了一種創(chuàng)新的3D打印混凝土技術(shù),，該技術(shù)能夠捕捉碳，為減少建筑行業(yè)的環(huán)境足跡提供了有前景的解決方案,。

△研究題目為“利用原位二氧化碳和蒸汽集成3D打印混凝土進(jìn)行碳捕獲和封存”（傳送門(mén)）

這一突破性研究發(fā)表在《Carbon Capture Science & Technology》期刊上，旨在通過(guò)減少材料用量,、縮短施工周期和降低勞動(dòng)力需求，顯著降低水泥的碳足跡,。水泥生產(chǎn)每年排放約16億噸二氧化碳（CO2），占全球二氧化碳排放量的8%,。研究結(jié)果表明,，二氧化碳和蒸汽的注入顯著改善了混凝土的機(jī)械性能，與傳統(tǒng)的3D打印混凝土相比,，新混凝土強(qiáng)度和耐久性更強(qiáng),。

△研究人員新開(kāi)發(fā)的3D混凝土

這項(xiàng)研究的首席研究員,、南洋理工大學(xué)機(jī)械與航空航天工程學(xué)院（MAE）及新加坡3D打印中心（SC3DP）主任Tan Ming Jen教授表示：“建筑行業(yè)是全球溫室氣體排放的重要來(lái)源之一,。我們新開(kāi)發(fā)的3D打印混凝土系統(tǒng)提供了一種減少碳排放的替代方案,，不僅改善了混凝土的機(jī)械性能,，還有效減少了該行業(yè)對(duì)環(huán)境的負(fù)面影響。進(jìn)一步展示了將發(fā)電廠或其它工業(yè)領(lǐng)域產(chǎn)生的二氧化碳用于打印的可行性,�,？紤]到傳統(tǒng)水泥生產(chǎn)會(huì)排放大量二氧化碳，我們的方法提供了一種通過(guò)3D打印將二氧化碳回收并封存的創(chuàng)新方案,�,！�

△新系統(tǒng)將捕獲的二氧化碳直接封存到混凝土中，然后在噴嘴打印頭處沉積,，從而實(shí)現(xiàn)人工加速碳化反應(yīng)并增強(qiáng)機(jī)械性能

新型3D混凝土可實(shí)現(xiàn)二氧化碳封存與吸收

為了實(shí)現(xiàn)這一新型3D混凝土打印系統(tǒng),，團(tuán)隊(duì)將3D打印機(jī)與二氧化碳泵和蒸汽噴射器連接。在打印過(guò)程中,，系統(tǒng)將二氧化碳和蒸汽注入混凝土混合物中,。二氧化碳與混凝土成分反應(yīng)后,，轉(zhuǎn)化為固體并永久儲(chǔ)存，鎖定在材料內(nèi)部,。同時(shí)，蒸汽的引入有助于提升3D打印結(jié)構(gòu)對(duì)二氧化碳的吸收能力,，從而增強(qiáng)混凝土的性能,。

在實(shí)驗(yàn)室測(cè)試中，研究人員發(fā)現(xiàn)使用該系統(tǒng)打印的混凝土結(jié)構(gòu)可打印性提高了50%,，意味著成型和打印效率得到了顯著提升,。與此同時(shí)，打印出的混凝土展現(xiàn)出更優(yōu)越的強(qiáng)度和耐用性,。與傳統(tǒng)3D打印混凝土相比,，打印結(jié)構(gòu)的抗壓強(qiáng)度（即可承受的重量）提高了36.8%，抗彎強(qiáng)度（即斷裂前的彎曲程度）提高了45.3%,。

值得注意的是,，這一技術(shù)不僅顯著提高了性能，還在環(huán)境保護(hù)方面表現(xiàn)出色,，與傳統(tǒng)3D打印方法相比,，采用該系統(tǒng)可吸收和封存更多的二氧化碳，達(dá)到38%的提升,。

研究的第一作者,、南洋理工大學(xué)建筑與工程學(xué)院博士生Lim Sean Gip表示：“我們正處于一個(gè)關(guān)鍵的時(shí)刻，全球正在加速實(shí)現(xiàn)氣候變化目標(biāo),。我們相信我們的技術(shù)能夠幫助建筑行業(yè)朝著更加可持續(xù)的方向發(fā)展,，”該研究的第一作者、南洋理工大學(xué)建筑與工程學(xué)院博士生Lim Sean Gip表示,。

論文合著者,、南洋理工大學(xué)工程與建筑學(xué)院研究員Daniel Tay博士補(bǔ)充道：“我們提出的系統(tǒng)展示了如何有效捕獲二氧化碳并將它用于混凝土3D打印，從而生產(chǎn)更堅(jiān)固,、更環(huán)保的建筑材料,，推動(dòng)建筑技術(shù)的持續(xù)進(jìn)步�,！�

團(tuán)隊(duì)相信,，他們的創(chuàng)新對(duì)實(shí)現(xiàn)全球可持續(xù)發(fā)展目標(biāo)和減少建筑行業(yè)對(duì)傳統(tǒng)能源密集型材料（如鋼筋混凝土）的依賴具有重要意義。未來(lái)的研究將進(jìn)一步優(yōu)化3D打印過(guò)程,，提高生產(chǎn)效率,，并探索使用廢氣代替純二氧化碳的可能性。

南洋理工大學(xué)以及國(guó)際合作伙伴已為這一創(chuàng)新申請(qǐng)了美國(guó)專利。