研究人員正開(kāi)發(fā)氧化石墨烯增強(qiáng)3D打印混凝土，并賦予它導(dǎo)電性

2023年12月6日，南極熊獲悉，澳大利亞皇家墨爾本理工大學(xué)和墨爾本大學(xué)的科學(xué)家們正在探索一項(xiàng)新技術(shù)，該研究考察了使用氧化石墨烯（GO）增強(qiáng)3D打印混凝土砂漿樣本抗壓強(qiáng)度的可行性。

△由增強(qiáng)混凝土制成的部分3D打印建筑結(jié)構(gòu)

該團(tuán)隊(duì)表示，相較于傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)，3D打印混凝土結(jié)構(gòu)的建造速度更快、成本更低，然而，這些結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度并非始終如一。通過(guò)微量添加氧化石墨烯，或許能夠迅速解決這一問(wèn)題。值得一提的是，氧化石墨烯還可用于裂縫檢測(cè)。這項(xiàng)創(chuàng)新有望為3D打印領(lǐng)域帶來(lái)更可靠、堅(jiān)固的建筑結(jié)構(gòu)。

△關(guān)于這項(xiàng)研究的論文最近發(fā)表在《增材制造快報(bào)》雜志上，題目為“利用氧化石墨烯增強(qiáng)3D打印水泥砂漿強(qiáng)度的探索”

石墨烯增強(qiáng)3D打印混凝土

通常，混凝土建筑物、橋梁和其它結(jié)構(gòu)是通過(guò)將濕混凝土倒入木模（又稱模板）中制成的，一旦混凝土硬化，木模就被移除。相比之下，此類結(jié)構(gòu)的3D打印涉及沉積連續(xù)的擠壓混凝土層，這些混凝土層在硬化時(shí)會(huì)粘合在一起。不幸的是，這些層之間的結(jié)合有時(shí)最終會(huì)成為薄弱點(diǎn)，從而降低結(jié)構(gòu)的整體強(qiáng)度。

實(shí)驗(yàn)采用了兩種不同的氧化石墨烯劑量，分別為0.015%（GO-0.015）和0.03%（GO-0.03%）。GO的增加會(huì)減少砂漿的流動(dòng)性，但對(duì)整體施工性和擠出性影響不大。GO的添加提高了砂漿在各個(gè)方向的抗壓強(qiáng)度，其中GO-0.015的強(qiáng)度增幅更高。原因可能是GO-0.03的樣本底部砂漿填充，導(dǎo)致流動(dòng)性較差。

經(jīng)過(guò)不同摻量的試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，當(dāng)氧化石墨烯的摻量為水泥重量的0.015%時(shí)，所得混凝土表現(xiàn)出更好的層間結(jié)合力。這一提升使整體實(shí)力增加了10%。

皇家墨爾本理工大學(xué)的副教授Jonathan Tran教授說(shuō)?！把趸┑谋砻嬗泄倌軋F(tuán)，就像材料表面的粘點(diǎn)一樣，可以抓住其他東西。這些‘粘點(diǎn)’主要由各種含氧官能團(tuán)組成，在促進(jìn)其與水泥等其它材料更強(qiáng)的結(jié)合方面發(fā)揮著至關(guān)重要的作用。這種牢固的結(jié)合可以提高混凝土的整體強(qiáng)度。”

△較高劑量的氧化石墨烯實(shí)際上降低了混凝土的強(qiáng)度和和易性

作為額外的好處，由于石墨烯具有高導(dǎo)電性，因此可以使電流通過(guò)硬化混凝土。希望這一功能有一天能夠用于裂縫檢測(cè)系統(tǒng)，其中即使是最小的裂縫也會(huì)中斷穿過(guò)混凝土結(jié)構(gòu)的電路。在這方面還需要進(jìn)行更多的研究，而且科學(xué)家們還沒(méi)有確定增強(qiáng)3D打印混凝土的強(qiáng)度與傳統(tǒng)澆注混凝土的強(qiáng)度相比如何。

南極熊還了解到，在之前的研究中，氧化石墨烯已被用來(lái)在混凝土上形成保護(hù)涂層，并提高用于增強(qiáng)混凝土的碎面膜纖維的粘合強(qiáng)度。