用于3D打印的新型混凝土可減少31%的碳排放

魔猴君  科技前沿   40天前

混凝土在建筑3D打印中的使用持續(xù)增長(zhǎng)。這種復(fù)合材料由骨料（如礫石、沙子或碎石）和水泥制成，因其耐用性和強(qiáng)度特性而被廣泛使用。但其生產(chǎn)的環(huán)境成本較高。據(jù)Statista稱，僅2022年，全球水泥（混凝土的重要組成部分）的生產(chǎn)就產(chǎn)生了16億噸二氧化碳。因此，專為3D打印而設(shè)計(jì)并減少碳足跡的混凝土的制造代表著向前邁出的重要一步。

這正是弗吉尼亞大學(xué)(UVA)的研究人員通過(guò)開(kāi)發(fā)一種新型混凝土所實(shí)現(xiàn)的目標(biāo)，該混凝土在與前身產(chǎn)品一樣堅(jiān)固耐用的同時(shí)，還能將二氧化碳排放量減少約31%。這種創(chuàng)新混凝土由石墨烯、石灰石和煅燒粘土水泥(LC2)的獨(dú)特混合物制成。

Osman Ozbulut，土木與環(huán)境工程系正教授（圖片來(lái)源：Tom Daly來(lái)自弗吉尼亞大學(xué)）

石墨烯帶來(lái)的創(chuàng)新材料

石墨烯是一種非常輕且堅(jiān)固的碳基材料，在這種新配方中發(fā)揮著關(guān)鍵作用。UVA土木與環(huán)境工程系教授Osman Ozbulut解釋道：“將石墨烯融入LC2水泥中可以讓我們減少碳排放，同時(shí)又不會(huì)影響建筑中3D打印所必需的強(qiáng)度和靈活性。?

這項(xiàng)研究題為“可打印石墨烯增強(qiáng)石灰石和煅燒粘土復(fù)合材料的流變學(xué)、機(jī)械和環(huán)境性能”，探討了這種新一代混凝土的流變（與流動(dòng)相關(guān)）、機(jī)械和環(huán)境性能。該研究小組由客座研究員Tu?ba Baytak和UVA博士生Tawfeeq Gdeh領(lǐng)導(dǎo)，著手評(píng)估該材料的可加工性、結(jié)構(gòu)性能及其生態(tài)影響。

通過(guò)生命周期分析減少環(huán)境足跡

為了精確測(cè)量這種混凝土對(duì)環(huán)境的影響，研究人員進(jìn)行了生命周期分析（LCA），這種方法可以評(píng)估混凝土產(chǎn)品整個(gè)生命周期的能源消耗和相關(guān)排放。博士后研究員姜章帆與UVA環(huán)境工程教授Lisa Colosi Peterson合作發(fā)現(xiàn)，與傳統(tǒng)的可打印混凝土相比，這種新型可打印混凝土可以減少31%的溫室氣體排放。

“了解這種材料的完整環(huán)境足跡至關(guān)重要，”Jiang說(shuō)?！斑@種混凝土不僅可以提高機(jī)械性能，而且還有助于實(shí)現(xiàn)更可持續(xù)的3D建筑，與傳統(tǒng)的3D打印方法相比，可以減少對(duì)生態(tài)的影響。?

弗吉尼亞大學(xué)工程與應(yīng)用科學(xué)學(xué)院

在交通運(yùn)輸領(lǐng)域的應(yīng)用前景廣闊

該項(xiàng)目還受益于弗吉尼亞州交通研究委員會(huì)(VTRC)的專業(yè)知識(shí)，該合作伙伴關(guān)系使UVA團(tuán)隊(duì)能夠確定混凝土在交通領(lǐng)域的潛在應(yīng)用。“與VTRC的合作對(duì)于加深我們對(duì)這種創(chuàng)新材料特性的理解至關(guān)重要，”O(jiān)zbulut強(qiáng)調(diào)。

最后需要指出的是，這項(xiàng)研究還得益于伊斯坦布爾技術(shù)大學(xué)博士生Tugba Baytak的貢獻(xiàn)，并得到了土耳其科學(xué)技術(shù)研究委員會(huì)（TUBITAK）和UVA Cavaliers 3計(jì)劃的資助。這項(xiàng)研究的結(jié)果發(fā)表在2024年的《建筑工程雜志》上。

綠色建筑的未來(lái)材料

這種用于3D打印的新型混凝土標(biāo)志著邁向更加生態(tài)和可持續(xù)的建筑方法的重要一步。研究人員正在利用石墨烯和LC2水泥等材料，為可能改變建筑行業(yè)的創(chuàng)新鋪平道路。

編譯整理：3dnatives