利用纤维素纳米原纤维增强的环保型混凝土3D打印技术

导读：作为一种新型建筑技术，混凝土3D打印 (3DCP) 技术可以彻底改变建筑领域，为快速成型和定制提供新的可能性。目前，研究人员正在通过严谨的研究改进3D混凝土打印施工技术，以使可打印材料更坚固、更具可持续性、性能更佳。

△弗吉尼亚大学的工程师利用木浆制成的材料显著提高了混凝土流动性能

2024年8月5日，南极熊获悉，弗吉尼亚大学(University of Virginia)工程与应用科学学院宣称，科研人员在探索植物基材料纤维素纳米原纤维（CNF）应用于3D打印混凝土技术方向取得了突破性进展。这一研究成果将于2024年9月刊登在《Cement and Concrete Composites》杂志上。

△该研究的题目为“纤维素纳米原纤维对3D打印水泥复合材料流变性和机械性能的影响”（传送门）

土木与环境工程系教授Osman E. Ozbulut指出：“我们观察到的可打印性和机械性能改进表明，将纤维素纳米原纤维与商业可打印材料结合，能够迅速推动更具弹性和更环保的建筑实践。”

△弗吉尼亚大学土木工程研究人员正在研究混凝土打印机

技术研发背景和结论

3D打印混凝土建筑具有多重优势，如施工速度快、精度高、可使用再生材料、降低人工成本和减少浪费。这种技术还能实现传统建筑中难以实现的复杂设计。然而，当前可选的打印材料有限，并且其可持续性和耐久性仍存在挑战。

Ozbulut解释道：“我们面临的挑战是如何在保证材料流动性的同时，确保混合物在硬化后具备关键的特性，如良好的机械强度、层间粘结性和低热导率。”

纤维素纳米原纤维源自木浆，可再生且对环境影响小。作为添加剂，这种称为CNF的材料具有巨大潜力，能够改善3D打印复合材料的流变性和机械强度。

在弗吉尼亚大学的Ozbulut弹性和先进基础设施实验室的领导下，研究团队对CNF对传统3D打印复合材料的影响进行了深入研究。Ozbulut补充道：“目前，我们需要进行大量的试验来精确设计混合物。我们正在努力满足更高科学标准，以更好地理解不同添加剂对改善3D打印结构性能的影响。”

该研究团队由Ozbulut教授和弗吉尼亚大学博士校友Ugur Kilic共同领导。他们尝试了不同比例的CNF添加剂，并发现添加至少0.3%的CNF显著改善了流动性能。对硬化样品进行的微观分析显示出更优秀的材料粘结性和结构完整性。

Ozbulut实验室进一步的测试表明，CNF增强的3D打印组件能够承受拉伸、弯曲和压缩。