材料

科学家们将拆除后的垃圾回收成环保的3D可打印混凝土

研究中心的科学家斯文本科技大学河北工业大学已设法将建筑废物转化为可持续的新型3D印刷材料。

使用回收的混凝土骨料,陶瓷矿石颗粒和沙漠沙子,该团队能够配制一个低成本的可挤压建筑材料,三种不同的粒子等级。在初始测试期间,新颖的混凝土替代品展示了自支持的“骨骼”效应,可能借给重型施工应用部署所需的强度和耐用性。

一名研究人员的3D打印混凝土结构正在接受压缩测试。
科学家的新型混凝土产生具有增强的中间层互锁的结构。照片通过水泥和混凝土复合材料杂志。

拥抱环保建设

尽管3D打印已经被用于建造任何东西97英尺长的人行桥时尚的混凝土家具最近几周,传统材料继续限制了该技术的建设潜力。一旦打印出来,现有的水泥具有粘接薄弱和钢筋不足的屈服结构,这意味着3D打印通常用于一次性的低风险建筑项目。

然而,添加剂制造的灵活性也具有其优点,并提出了开发用于混雷电竞充值凝土的新型Eco友好替代品的机会,这是每吨超过70kg的二氧化碳的材料。在传统的建筑材料中,聚集体形成了一半以上的混合物,因此许多人已经尝试了切换到原始骨料,但现在正在成为自然资源的负担。

作为一种替代方案,科学家们现在已经将沙漠沙子与用于管理湖泊沉积物和爆破垃圾的陶粒结合起来,形成一种新型轻质混凝土替代品。考虑到只有不到5%的混凝土被回收利用,而且它经常被用于地砖和路面的生产,该团队的材料最终将有助于减少建筑行业更广泛的环境影响。

“每年产生的建筑垃圾占城市固体垃圾总量的一半;这威胁着城市环境,”科学家们在论文中解释道。“探索环保解决方案,对于解决自然资源短缺、生态环境严重恶化的问题具有重要意义。”

科学家们的3D不同水泥配方的3D重建。通过水泥和混凝土复合材料的图像。
科学家三种不同水泥配方的三维重建。通过水泥和混凝土复合材料的图像。

创造一种新的水泥替代品

在配方过程中,该团队将日常使用的波特兰水泥、硅灰和聚羧酸高效减水剂混合,生成三种不同粒径的水泥混合物。最初,科学家们发现,为了避免堵塞,聚合体的直径不应大于喷嘴直径的三分之一,而且0.3-2.36毫米的颗粒是不够的。

一旦团队确定了最佳的混合物,他们部署了一个1.8米x 1.8米x 1.5米的机架式3D打印机,建立三个10层的300毫米长的测试结构。其中一个模型是由连续致密级配材料构建的,其流动性特别低,这导致它表现出“骨架”效应和高屈服应力水平。

此外,研究人员最强的配方能够承受91N的荷载,其再生混凝土的含量可以增加每层之间的表面积,提高附着力。然而,这三种混合物在最初的24小时内也表现出了高度的收缩,其中最低的陶粒材料受到的影响最严重。

研究人员通过表明添加进一步的聚集体可以有助于减轻它们在水泥基质中看到的收缩,但也承认需要进一步的研发来防止潜在的裂缝。因此,尽管早期测试期间显示的令人鼓舞的流动性,机械性能和粘合性,但该团队的环保材料仍然是开发的。

钢筋水泥配方

在过去的一年中,在优化混凝土材料的发展方面取得了重大进展,使结构屈服与增强力学性能。科学家们荷兰代尔夫特科技例如,创建了一个煅烧粘土基水泥这是专门为3D打印设计的,具有更高的流动一致性和可建造性。

类似的,来自斯文本科技大学和法国建筑公司合作布依格减速公众帮助它了解材料的抗压强度。使用机器学习方法,团队的最终目标是分类3D印刷化合物的稳定性,其中许多被广泛应用于建筑行业。

相比之下,科学家在加州大学伯克利分校采取了不同的方法来加强混凝土结构,通过合并3D印刷聚合物格子代替建筑物。轻量级格子不仅将所需的材料量减少约33%,而且还增加了所得结构的承载能力。

研究人员的调查结果在题为“3D打印环保混凝土包含未充分利用和废物固体作为骨料该研究由白刚、王丽、马国伟、Jay Sanjayan和白明科共同撰写。

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特色图片显示了研究人员的3D印刷混凝土结构之一进行压缩测试。照片通过水泥和混凝土复合材料杂志。

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