研究

墨西拿的研究人员开发了用于混凝土3D打印的高强度轻质水泥混合料

研究人员墨西拿大学已经制定了一种轻质泡沫混凝土,更有效地3D打印建筑结构,而不需要任何模板。与传统的轻质泡沫混凝土不同,这种新型材料(3DPC)能够保持其“熔融”或“新鲜”状态,因为它具有非常高的粘度。经过大量的测试,该团队还发现,特殊配方的混凝土具有比传统混凝土(CC)更高的抗压强度,使其有可能用于工业用途。

轻质泡沫混凝土

泡沫混凝土是一种低密度胶凝材料,用发泡剂注入以增加空气。混合材料中气泡的存在使混凝土具有一些特殊的(但令人惊讶的有用的)性能,如低重量、隔热、吸声和防火-所有这些都是建筑行业非常需要的。然而,泡沫混凝土的轻量化特性也有其缺点。传统的泡沫混凝土通常表现出较低的机械强度和不稳定性,不适合任何实际的建筑。

墨西拿的研究人员开始用三种不同类型的商业水泥配制他们自己的新型轻质3DPC混合物,其中含有“Foamin C作为发泡剂。

CC(左)和3DPC(右)的孔洞分布比较。图片来自麦地那大学。
CC(左)和3DPC(右)的孔洞分布比较。图片来自麦地那大学。

混凝土和混凝土

该研究将3DPC与CC进行了两种不同的比较。第一个是比较两种混凝土在新鲜状态下的尺寸稳定性(挤压试验),第二个是抗压强度的较量。

水泥样品在测试前成型。图片来自麦地那大学。
水泥样品在测试前成型。图片来自麦地那大学。

由两个新鲜状态的水泥形成6个高度4.5cm的立方体试样。这些立方体放置40分钟,然后测量和记录两种材料的“坍落距离”。研究人员得出的结论是,他们特制的3DPC比标准的CC黏性更强,并且在CC最终变平的时候可以无限期地保持其形状。因此,这种新型混凝土可以在不需要任何模板的情况下进行3D打印,并能够充分支撑自己,直到固化过程完成。

对新鲜水泥立方体试样进行挤压试验,静置时间为5分钟。图片来自墨西拿大学。
新鲜立方水泥试样,静置5分钟(顶部为CC,底部为3DPC),进行挤压试验。图片来自墨西拿大学。

接下来,将一组不同的相似试样放在不同的介质中固化,并对其抗压强度进行对比。平均而言,在所有干密度(400 - 800kg/m)下,3DPC的抗压强度明显高于CC³),使其更能承受建筑物墙壁的压力。

用干密度和养护介质测定水泥试样的抗压强度。图片来自麦地那大学。
用干密度和养护介质测定水泥试样的抗压强度。图片来自麦地那大学。

该研究的更多细节可以在题为“3d打印轻质泡沫混凝土,并与经典泡沫混凝土在新鲜状态性能和机械强度方面进行比较”。它是由Devid Falliano, Dario De Domenico, Guiseppe Ricciardi和Ernesto Gugliandolo合著的。

混凝土3D打印已经开始引起一些公司和研究机构的重视。的工程师普渡大学已经开始研究一种方法3D打印混凝土风力涡轮机部件海上使用。如果成功,这些低成本的部件将被运到离美国海岸30英里的地方,然后安装在海床上。在其他地方,在迪拜,特文特点展示了最新的大型混凝土3D打印机,打印足迹391m³

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特征图像显示的是立方体新鲜水泥试样经受挤压试验,休息时间为5分钟。图片来自墨西拿大学。