研究人員開發(fā)出混凝土3D打印的高強(qiáng)度輕質(zhì)水泥混合料

2020年5月6日，南極熊從外媒獲悉， 來自墨西拿大學(xué)的研究人員配制了一種輕質(zhì)發(fā)泡混凝土，可以更有效地3D打印建筑結(jié)構(gòu)，無需任何模板。與傳統(tǒng)的輕質(zhì)發(fā)泡混凝土不同，這種新型材料(3DPC)由于粘度非常高，能夠在 "熔融 "或 "新鮮 "狀態(tài)下保持其形狀。經(jīng)過廣泛的測(cè)試，該團(tuán)隊(duì)還發(fā)現(xiàn)這種特殊配方的混凝土的抗壓強(qiáng)度高于傳統(tǒng)混凝土（CC），因此有可能被用于工業(yè)用途。

輕質(zhì)泡沫混凝土

發(fā)泡混凝土是指注入發(fā)泡劑以添加空氣的低密度水泥基材料。混合料中氣泡的存在往往會(huì)使混凝土具有一些特殊的特性，如輕質(zhì)、隔熱、吸音和耐火等，這些特性在建筑行業(yè)中都是非常理想的。然而，發(fā)泡混凝土的輕質(zhì)特性也有其缺點(diǎn)。傳統(tǒng)的發(fā)泡混凝土往往表現(xiàn)出較低的機(jī)械強(qiáng)度和不穩(wěn)定性，使其不適合用于任何實(shí)際建筑。

Messina的研究人員用三種不同類型的市售水泥配制出了自己的新型輕質(zhì)3DPC混合物，并以 "Foamin C "作為發(fā)泡劑。

△比較CC（左）和3DPC（右）的截面空隙分布，圖片來源：麥地那大學(xué)。

混凝土與混凝土的對(duì)比

該研究以兩種不同的方式對(duì)3DPC與CC進(jìn)行了比較。第一種是比較兩種混凝土在新鮮狀態(tài)下的尺寸穩(wěn)定性（擠壓試驗(yàn)），第二種是抗壓強(qiáng)度的比拼。

△測(cè)試前正在成型的水泥樣品，照片由麥地那大學(xué)提供。

六個(gè)高4.5厘米的立方體試樣由兩種水泥在新鮮狀態(tài)下形成。這些立方體被靜置40分鐘，并對(duì)兩種材料的 "坍落度距離 "進(jìn)行了測(cè)量和記錄。研究人員的結(jié)論是，他們的特殊配方的3DPC比標(biāo)準(zhǔn)CC的粘度大得多，并且可以無限期地保持其形狀，而CC最終會(huì)變平。因此，這種新型混凝土可以在沒有任何模板的情況下進(jìn)行3D打印，并且能夠充分支撐自己，直到固化過程結(jié)束。

△新鮮的立方體水泥試樣進(jìn)行擠壓試驗(yàn)，休息時(shí)間為5分鐘（上圖為CC，下圖為3DPC）。圖片來源：墨西拿大學(xué)。

接下來，一組不同的類似試樣在各種介質(zhì)中進(jìn)行固化，并對(duì)它們的抗壓強(qiáng)度進(jìn)行了對(duì)比。平均而言，該團(tuán)隊(duì)的3DPC在所有干密度（400-800kg/m3）下的抗壓強(qiáng)度明顯高于CC，這使得它能夠承受建筑墻體中的應(yīng)力。

按干密度和固化介質(zhì)的水泥樣品的抗壓強(qiáng)度，圖片來源：麥地那大學(xué)。

該研究的更多細(xì)節(jié)可以在題為 "3D-printable lightweight foamed concrete and comparison with classical foamed concrete in terms of fresh state properties and mechanical strength "的論文中找到。該論文由Devid Falliano、Dario De Domenico、Guiseppe Ricciardi和Ernesto Gugliandolo共同撰寫。


編譯自：3dprintingindustry