工程师们在水泥混合物中添加了氧化石墨烯，以制造更坚固、更容易打印的3D打印混凝土，为创建可以监控裂缝的潜在“智能”墙壁铺平了道路。
这项研究由皇家墨尔本理工大学和墨尔本大学进行，首次研究了氧化石墨烯对3D打印混凝土的可打印性和压缩性能的影响。
研究发现，添加氧化石墨烯(一种常用于电池和电子产品的纳米材料)可以赋予混凝土导电性，并将混凝土的强度提高多达10%。
这篇题为“探索使用氧化石墨烯增强3D打印水泥砂浆强度”的文章发表在《增材制造快报》上。
研究主管兼皇家墨尔本理工大学副教授乔纳森·特兰(JonathanTran)表示，这种混凝土有潜力创造“智能”建筑，其中墙壁可以充当传感器来检测和监控小裂缝。
虽然当前的检测方法(例如超声波或声学传感器)是非破坏性的，并且广泛应用于建筑行业来检测混凝土结构中的大裂缝，但早期检测较小的裂缝仍然是一个挑战。
“这些方法的设备通常体积庞大，因此很难定期用于监测桥梁或高层建筑等大型结构，”工程学院的Tran说。
“但是氧化石墨烯的添加使得混凝土结构中出现电路成为可能，这有助于检测结构问题、温度变化和其他环境因素。”
Tran表示，虽然这项研究还处于初步阶段，但氧化石墨烯具有令人兴奋的潜力，可以使3D打印混凝土在建筑行业中更加可行，这可能对成本和可持续性产生积极影响。
“目前的混凝土结构是使用模板创建的，在将新拌混凝土混合物倒入其中之前，您可以在其中创建模具，”他说。
“模板需要大量的劳动力、时间和金钱，而且常常会造成大量浪费。
“使用3D打印混凝土，不仅有助于节省时间、金钱和劳动力，而且还可以创建更复杂的结构，并在水泥基材料中重新利用一些建筑垃圾。”
由于3D打印混凝土采用逐层打印，可能会导致各层之间的结合力较弱，但在混凝土中添加氧化石墨烯使其更容易挤出，从而产生更好的层间结合力，这也有助于最大限度地提高混凝土的强度。力量。
“氧化石墨烯表面有官能团，就像材料表面的粘点一样，可以抓住其他东西，”特兰说。
“这些‘粘点’主要由各种含氧官能团组成，在促进其与水泥等其他材料更强的结合方面发挥着至关重要的作用。这种牢固的结合可以提高混凝土的整体强度。
“然而，需要更多的研究来测试含有氧化石墨烯的混凝土是否可以匹配或超过传统浇筑混凝土的强度。”
好事太多了
首席研究员、皇家墨尔本理工大学博士候选人刘军丽表示，如果氧化石墨烯与混凝土混合物之间的结合得到改善，则可以提高混凝土的强度。
研究测试了水泥中氧化石墨烯的两种用量，发现较低用量(水泥重量的0.015%)比较高用量(水泥重量的0.03%)更强。
Tran表示，添加过多的氧化石墨烯可能会影响混凝土混合物的强度和和易性，从而导致可打印性、强度和耐久性方面的潜在问题。
“混凝土是一种经过精心平衡的混合物。添加过多的氧化石墨烯会破坏这种平衡，特别是水化过程，这对混凝土强度至关重要，”Tran说。
“过多的氧化石墨烯会影响混凝土的流动，使其更难以挤压，从而形成混凝土层之间有更多间隙的结构。
“氧化石墨烯也可能聚集在一起，而不是均匀分布，这会在混凝土中产生薄弱点并降低其整体强度。”
该研究的下一阶段将研究混凝土中氧化石墨烯的导电性，并测试其作为潜在智能材料的可行性。
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