弗吉尼亚大学工程与应用科学学院的工程师们率先使用纤维素纳米纤维 (CNF) 来增强3D打印混凝土。这种源自木浆的植物基材料可以使混凝土更具弹性和环保。土木与环境工程系教授 Osman E. Ozbulut 表示：“我们在可打印性和机械测量方面看到的改进表明，将纤维素纳米纤维加入商业可打印材料中可以很快实现更具弹性和环保的建筑实践。”
弗吉尼亚大学土木工程博士生 Ugur Kilic 正在 UVA 教授 Osman Ozbulut 实验室监控混凝土打印机，如这张 2022 年的照片所示。（图片来源：弗吉尼亚大学工程与应用科学学院 Tom Cogill）
纤维素纳米原纤维的创新用途
用 3D 打印混凝土建造的建筑物施工速度快、精度高，劳动力成本低，浪费少。然而，目前可打印材料的选择有限，而且它们的可持续性和耐用性经常受到质疑。“我们面临着相互矛盾的目标，”Ozbulut 解释道。“混合物必须流动性好才能顺利制造，但又要硬化成具有关键特性的稳定材料，例如良好的机械强度、层间粘合性和低导热性。”
CNF 以其可再生和低影响特性而闻名于业界，显示出作为添加剂的强大潜力。它改善了水泥复合材料的流动性和机械强度。在这项研究之前，CNF 对 3D 打印复合材料的影响尚不清楚。
研究结果
Ozbulut 的团队（包括博士校友 Ugur Kilic）发现，添加至少 0.3% 的 CNF 可显著改善流动性能。微观分析显示粘合性和结构完整性更好。进一步的测试表明，CNF 增强型组件可承受拉伸、弯曲和压缩。
影响和未来方向
这项研究题为“纤维素纳米纤维对 3D 可打印水泥复合材料流变性和机械性能的影响”，可在线获取，并将发表在 2024 年 9 月的《水泥与混凝土复合材料》杂志上。合著者包括德克萨斯农工大学科珀斯克里斯蒂分校的 Nancy Soliman 和麻省理工学院的 Ahmed Omran。该研究由 UVA 环境研究所资助。
欲了解更多详细信息，您可以通过下方访问该研究。
https://www.science.org/doi/10.1126/science.adn6925
来源：eurekalert.org
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