CemConcComp: Будущее строительной индустрии — 3D-печать бетона с наноцеллюлозой

Исследователи из Университета Вирджинии изучили, как новый материал — целлюлозные нановолокна — может улучшить технологию 3D-печати бетона.

Профессор Осман Э. Озбулут считает, что включение целлюлозных нанофибрилл в материалы для печати может привести к появлению более устойчивых и экологичных методов строительства.

Результаты работы его команды будут опубликованы в сентябрьском номере журнала Cement and Concrete Composites за 2024 год.

Здания из 3D-печати бетона — это интересная тенденция в строительстве. У таких зданий есть ряд преимуществ: быстрое и точное строительство (возможно, из переработанных материалов), снижение трудозатрат и количества отходов. Ещё одно преимущество — возможность создавать сложные конструкции, которые трудно реализовать традиционным строителям.

Для печати используется специализированный принтер, который послойно выдаёт цементоподобную смесь. Создание конструкции происходит с помощью программного обеспечения для автоматизированного проектирования. Однако пока возможности использования материалов для печати ограничены. Кроме того, остаются вопросы об экологичности и долговечности таких конструкций.

У нас противоречивые цели. Смесь должна хорошо растекаться для плавного изготовления, но при этом застывать в прочный материал с хорошей механической прочностью, межслойным сцеплением и низкой теплопроводностью, — говорит Озбулут.

CNF — это нановолокна целлюлозы из древесной массы. Это экологичный материал, который получают из возобновляемого сырья. Как и другие производные растительных волокон, CNF может улучшить свойства композитов — их прочность и реологию.

До недавнего времени влияние CNF на обычные 3D-печатные композиты было неясно. Но группа под руководством UVA провела исследование в Лаборатории прочности и передовой инфраструктуры.

Озбулут отмечает, что при разработке смесей приходится делать много проб и ошибок. Необходимо провести больше научных исследований, чтобы лучше понять влияние различных добавок для улучшения характеристик 3D-печатных структур.

Команда под руководством Озбулута и Угура Килича, выпускника UVA, экспериментировала с разным количеством добавки CNF. Они обнаружили, что добавление не менее 0,3% CNF значительно улучшает текучесть материала. Микроскопический анализ затвердевших образцов показал лучшее сцепление материалов и структурную целостность.

В лаборатории Озбулута провели дальнейшие испытания компонентов, напечатанных на 3D-принтере с добавлением CNF. Эти компоненты выдерживали растяжение, изгиб и сжатие.

03.08.2024