研究人員正開發(fā)氧化石墨烯增強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)家們正在探索一項新技術(shù)，該研究考察了使用氧化石墨烯（GO）增強3D打印混凝土砂漿樣本抗壓強度的可行性。

△由增強混凝土制成的部分3D打印建筑結(jié)構(gòu)

該團隊表示，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)的強度并非始終如一。通過微量添加氧化石墨烯，或許能夠迅速解決這一問題。值得一提的是，氧化石墨烯還可用于裂縫檢測。這項創(chuàng)新有望為3D打印領(lǐng)域帶來更可靠、堅固的建筑結(jié)構(gòu)。

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

石墨烯增強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會粘合在一起。不幸的是，這些層之間的結(jié)合有時最終會成為薄弱點，從而降低結(jié)構(gòu)的整體強度。

實驗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的增加會減少砂漿的流動性，但對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方向的抗壓強度，其中GO-0.015的強度增幅更高。原因可能是GO-0.03的樣本底部砂漿填充，導(dǎo)致流動性較差。

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

皇家墨爾本理工大學(xué)的副教授Jonathan Tran教授說。“氧化石墨烯的表面有官能團，就像材料表面的粘點一樣，可以抓住其他東西。這些‘粘點’主要由各種含氧官能團組成，在促進其與水泥等其它材料更強的結(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度。”

△較高劑量的氧化石墨烯實際上降低了混凝土的強度和和易性

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硬化混凝土。希望這一功能有一天能夠用于裂縫檢測系統(tǒng)，其中即使是最小的裂縫也會中斷穿過混凝土結(jié)構(gòu)的電路。在這方面還需要進行更多的研究，而且科學(xué)家們還沒有確定增強3D打印混凝土的強度與傳統(tǒng)澆注混凝土的強度相比如何。

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