碳排放降低31%，弗吉尼亚大学开发出建筑3D打印用石墨烯强化水泥基复合材料

2024年10月27日，南极熊获悉，来自据弗吉尼亚大学的研究人员开发出了一种更具可持续性的建筑3D打印水泥基复合材料。这种新材料将石墨烯与石灰石和煅烧粘土水泥 (LC2) 结合在一起，具有更高的强度和耐用性，同时显著减少了碳排放，成为解决建筑3D打印（3DCP）环境挑战的有力解决方案。

相关研究以题为《Rheological, mechanical, andenvironmental performance of printable graphene-enhanced cementitiouscomposites with limestone and calcined clay/可打印石墨烯增强水泥基复合材料与石灰石和煅烧粘土的流变、机械和环境性能》的论文发表在 2024 年的《建筑工程杂志》上。研究内容由弗吉尼亚大学 3 Cavaliers 计划和土耳其科学技术研究委员会 (TUBITAK) 资助。

论文链接：https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S2352710224022411?via%3Dihub

弗吉尼亚大学土木与环境工程系教授奥斯曼·奥兹布鲁特表示： “我们的目标是设计一种性能更好、更环保的可打印混凝土。在 LC2 水泥中添加石墨烯为降低碳排放提供了独特的机会，同时保持了 3D 打印建筑所需的强度和灵活性。”

这项研究探索了这种材料的流动特性、机械性能和环境影响，由弗吉尼亚大学弹性和先进基础设施实验室的博士研究员、客座学者 Tuğba Baytak 和弗吉尼亚大学的 Tawfeeq Gdeh 领导。Baytak 和 Gdeh 与弗吉尼亚交通研究委员会 (VTRC) 的研究人员合作，将以出色的机械性能而闻名的石墨烯应用于 LC2 水泥，显著提高了在 3D 打印应用中的性能。

巴伊塔克表示：“这种创新对于建筑业的未来至关重要，我很自豪能成为推动这一进程的团队的一员。”

这项研究的一个关键方面是生命周期评估 (LCA)，由土木与环境工程系博士后研究员张帆江与弗吉尼亚大学环境工程教授 Lisa Colosi Peterson 合作进行。LCA 显示，与传统的可打印混凝土混合物相比，这种石墨烯增强的 LC2 混凝土可减少约 31% 的温室气体排放。

蒋先生表示：“能够看到这种新型混凝土的全部环境足迹非常重要。它不仅具有更好的机械性能，而且对环境的影响也更小，与碳排放量更高的传统 3D 打印方法相比，3D 混凝土施工技术更具可持续性。”

科洛西·彼得森表示：“看到科学推动我们走向更加绿色的建筑实践，我很欣慰。”

与 VTRC 的合作使 UVA 团队能够评估新的建筑材料在交通基础设施中的潜在应用，从而进一步展示实际潜力。Ozbulut 说道：“与 VTRC 的合作对于揭示这种新型混凝土的基本特性至关重要。”

Gdeh 表示：“能够参与这样一个既能满足现代建筑技术需求，又能满足更多环保材料的迫切需求的项目，我感到非常兴奋。”

本项目研究团队成员包括伊斯坦布尔技术大学博士研究员、弗吉尼亚大学访问学者TugbaBaytak，弗吉尼亚大学的Tawfeeq Gdeh、ZhangfanJiang、Lisa Colosi和Osman E.Ozbulut，以及弗吉尼亚州交通研究委员会的研究科学家Gabriel Arce。