Инженеры исследуют нанофибрилл целлюлозы для усиления 3D-печать бетона

Угур Килич, Университет Вирджинии, кандидат наук.Студент, следит за конкретным принтером в лаборатории профессора Османа Озбулута в UVA на этой фотографии 2022 года.Кредит: Том Когилл, Школа инженерной и прикладной науки Университета Вирджинии

«Улучшения, которые мы видели как по печати, так и по механическим показателям, показывают, что включение нанофибриллов целлюлозы в коммерческие печатные материалы может привести к более устойчивой и экологически чистой практике строительства раньше, чем позже»,-сказал Осман Э. Озбулут, профессор департамента департамента.и экологическая инженерия.

Выводы его команды будут опубликованы в сентябре 2024 года выпуска цемента и конкретных композитов.

Здания, изготовленные из бетона с 3D-печатью, являются захватывающей тенденцией в жилье, и они предлагают множество преимуществ: быстрое, точное строительство, возможно, из переработанных материалов, снижение затрат на рабочую силу и меньше отходов, одновременно обеспечивая сложные конструкции, которые традиционные строители будут боротьсядоставлять.

В процессе используется специализированный принтер, который распределяет цементную смесь в слоях для создания структуры с использованием программного обеспечения для компьютерного проектирования.Но до сих пор варианты для печати ограничены, а вопросы об их устойчивости и долговечности остаются.

«Мы имеем дело с противоречивыми целями», - сказал Озбулут.«Смесь должна хорошо течь для гладкого изготовления, но закрепить в стабильный материал с критическими свойствами, такими как хорошая механическая прочность, межслойная связь и низкая теплопроводность».

Нанофибрилл целлюлозы изготавливаются из деревянной целлюлозы, создавая материал, который возобновляется и низкий удар.Как и другие производные растительного волокна, CNF, как известен материал в промышленности, демонстрирует большой потенциал в качестве добавки для улучшения реологии-научного термина для свойств потока и механической прочности этих композитов.

Однако до тщательного изучения команды под руководством UVA в устойчивой и продвинутой инфраструктурной лаборатории Озбулута влияние CNF на обычные композиты с 3D-печатью не было ясным, сказал Озбулут.

«Сегодня много проб и ошибок уходит в проектирование смесей», - сказал он.«Мы учитываем необходимость более хорошей науки, чтобы лучше понять влияние различных добавок для повышения производительности 3D-печатных структур».

Экспериментируя с различным количеством ADDITIC CNF, команда, возглавляемая Озбулутом и Угур Килич, теперь доктор философии.Выпускник UVA обнаружил, что добавление по меньшей мере 0,3% CNF значительно улучшало производительность потока.Микроскопический анализ закаленных образцов выявил лучшую материальную связь и структурную целостность.

В дальнейшем тестировании в лаборатории Озбулута компоненты с 3D-печатью, усиленные CNF, также поддержали тягу, изгиб и сжатие.

More information: Ugur Kilic et al, Effects of cellulose nanofibrils on rheological and mechanical properties of 3D printable cement composites, Cement and Concrete Composites (2024). DOI: 10.1016/j.cemconcomp.2024.105617