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3D資訊
首頁(yè) > 資訊中心玻璃開(kāi)發(fā)新型環(huán)保青島3D打印混凝土
發(fā)布時(shí)間：2021-12-05
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RMIT大學(xué)的研究人員開(kāi)發(fā)了一種新的環(huán)保3D可打印混凝土材料，該材料使用回收玻璃作為骨料。
傳統(tǒng)的混凝土配方往往依賴天然河砂作為主要成分，但這種資源正逐漸成為稀缺商品，其使用往往會(huì)對(duì)環(huán)境產(chǎn)生破壞性影響。通過(guò)選擇回收玻璃顆粒，RMIT 團(tuán)隊(duì)相信其工作可以在建筑領(lǐng)域傳播循環(huán)經(jīng)濟(jì)原則，將3D打印和可持續(xù)混凝土生產(chǎn)的好處聯(lián)系起來(lái)。
有趣的是，該團(tuán)隊(duì)還研究了玻璃顆粒對(duì)混凝土抗彎強(qiáng)度和裂紋擴(kuò)展特性的影響。他們確定，這種新型配方實(shí)際上也可以在機(jī)械性能方面提供好處，具體取決于3D打印的方向。
由 RMIT 創(chuàng)建的3D打印混凝土結(jié)構(gòu)
用再生玻璃代替河沙
要制造混凝土，您需要混合波特蘭水泥、水和幾種骨料，例如沙子和礫石。骨料是至關(guān)重要的，因?yàn)樗鼈兂洚?dāng)混凝土混合物的粘合劑。沒(méi)有它們，水基水泥混合物不能很好地保持并且不適合建筑應(yīng)用。骨料還可以作為混合物的填料，減少混凝土的孔隙率，以獲得更堅(jiān)固的產(chǎn)品。
建筑中使用最廣泛的骨料之一是天然河砂，它是從河床和河岸中提取的。盡管市場(chǎng)上很容易買到，但過(guò)度使用河沙會(huì)對(duì)生活在河流中和河流周圍的當(dāng)?shù)厣鷳B(tài)系統(tǒng)造成極其破壞性的后果。
RMIT 團(tuán)隊(duì)認(rèn)為，更可持續(xù)的混凝土 3D 打印方法在于使用回收玻璃代替，因?yàn)椴ＡУ幕瘜W(xué)成分和物理特性與原砂相似。根據(jù)美國(guó)環(huán)境保護(hù)署的數(shù)據(jù)，我們?nèi)祟惷磕戤a(chǎn)生數(shù)百萬(wàn)噸的玻璃垃圾——將其中的一部分重新用于建筑行業(yè)，可以顯著減少垃圾填埋場(chǎng)垃圾。
如果要用于承重應(yīng)用，傳統(tǒng)的混凝土混合物需要礫石和沙子作為骨料
玻璃摻量對(duì)混凝土性能的影響
那么RMIT的玻璃基混合物如何與傳統(tǒng)混凝土相抗衡呢？該團(tuán)隊(duì)準(zhǔn)備了五種不同的玻璃填充混合物，其中玻璃與沙子的比例不同，并使用每種配方 3D 打印了一組混凝土試樣。
結(jié)構(gòu)的彎曲強(qiáng)度通過(guò)三點(diǎn)彎曲試驗(yàn)表征，而 X 射線顯微計(jì)算機(jī)斷層掃描和掃描電子顯微鏡 (SEM) 用于評(píng)估試樣的微觀結(jié)構(gòu)，這使團(tuán)隊(duì)能夠分析后測(cè)試樣本中的孔徑分布和裂紋擴(kuò)展路徑。
結(jié)果表明，首先，回收玻璃顆粒的整合增加了3D打印樣品的孔隙率。使用粗玻璃顆粒比使用細(xì)玻璃顆粒更明顯。使用 X 射線成像，研究人員能夠證明裂紋擴(kuò)展的主要成分是空隙中玻璃顆粒的存在。
盡管如此，添加玻璃顆粒后，3D 打印樣品的彎曲強(qiáng)度實(shí)際上增加了 25% 至 33%，但僅限于梁跨度與打印方向垂直時(shí)。當(dāng)梁跨度和打印方向平行時(shí)，發(fā)現(xiàn)玻璃顆粒使彎曲強(qiáng)度降低 8% 到 20%。
因此，RMIT團(tuán)隊(duì)確定，只要仔細(xì)控制打印方向，再生玻璃可以用作河砂的合適替代品，用于可持續(xù)混凝土 3D 打印。
該研究的更多細(xì)節(jié)可以在題為“使用再生玻璃的 3D 打印混凝土：玻璃級(jí)配對(duì)彎曲強(qiáng)度和微觀結(jié)構(gòu)的影響”的論文中找到。
傳統(tǒng)的混凝土配方往往依賴天然河砂作為主要成分，但這種資源正逐漸成為稀缺商品，其使用往往會(huì)對(duì)環(huán)境產(chǎn)生破壞性影響。通過(guò)選擇回收玻璃顆粒，RMIT 團(tuán)隊(duì)相信其工作可以在建筑領(lǐng)域傳播循環(huán)經(jīng)濟(jì)原則，將3D打印和可持續(xù)混凝土生產(chǎn)的好處聯(lián)系起來(lái)。
有趣的是，該團(tuán)隊(duì)還研究了玻璃顆粒對(duì)混凝土抗彎強(qiáng)度和裂紋擴(kuò)展特性的影響。他們確定，這種新型配方實(shí)際上也可以在機(jī)械性能方面提供好處，具體取決于3D打印的方向。
由 RMIT 創(chuàng)建的3D打印混凝土結(jié)構(gòu)
用再生玻璃代替河沙
要制造混凝土，您需要混合波特蘭水泥、水和幾種骨料，例如沙子和礫石。骨料是至關(guān)重要的，因?yàn)樗鼈兂洚?dāng)混凝土混合物的粘合劑。沒(méi)有它們，水基水泥混合物不能很好地保持并且不適合建筑應(yīng)用。骨料還可以作為混合物的填料，減少混凝土的孔隙率，以獲得更堅(jiān)固的產(chǎn)品。
建筑中使用最廣泛的骨料之一是天然河砂，它是從河床和河岸中提取的。盡管市場(chǎng)上很容易買到，但過(guò)度使用河沙會(huì)對(duì)生活在河流中和河流周圍的當(dāng)?shù)厣鷳B(tài)系統(tǒng)造成極其破壞性的后果。
RMIT 團(tuán)隊(duì)認(rèn)為，更可持續(xù)的混凝土 3D 打印方法在于使用回收玻璃代替，因?yàn)椴ＡУ幕瘜W(xué)成分和物理特性與原砂相似。根據(jù)美國(guó)環(huán)境保護(hù)署的數(shù)據(jù)，我們?nèi)祟惷磕戤a(chǎn)生數(shù)百萬(wàn)噸的玻璃垃圾——將其中的一部分重新用于建筑行業(yè)，可以顯著減少垃圾填埋場(chǎng)垃圾。
如果要用于承重應(yīng)用，傳統(tǒng)的混凝土混合物需要礫石和沙子作為骨料
玻璃摻量對(duì)混凝土性能的影響
那么RMIT的玻璃基混合物如何與傳統(tǒng)混凝土相抗衡呢？該團(tuán)隊(duì)準(zhǔn)備了五種不同的玻璃填充混合物，其中玻璃與沙子的比例不同，并使用每種配方 3D 打印了一組混凝土試樣。
結(jié)構(gòu)的彎曲強(qiáng)度通過(guò)三點(diǎn)彎曲試驗(yàn)表征，而 X 射線顯微計(jì)算機(jī)斷層掃描和掃描電子顯微鏡 (SEM) 用于評(píng)估試樣的微觀結(jié)構(gòu)，這使團(tuán)隊(duì)能夠分析后測(cè)試樣本中的孔徑分布和裂紋擴(kuò)展路徑。
結(jié)果表明，首先，回收玻璃顆粒的整合增加了3D打印樣品的孔隙率。使用粗玻璃顆粒比使用細(xì)玻璃顆粒更明顯。使用 X 射線成像，研究人員能夠證明裂紋擴(kuò)展的主要成分是空隙中玻璃顆粒的存在。
盡管如此，添加玻璃顆粒后，3D 打印樣品的彎曲強(qiáng)度實(shí)際上增加了 25% 至 33%，但僅限于梁跨度與打印方向垂直時(shí)。當(dāng)梁跨度和打印方向平行時(shí)，發(fā)現(xiàn)玻璃顆粒使彎曲強(qiáng)度降低 8% 到 20%。
因此，RMIT團(tuán)隊(duì)確定，只要仔細(xì)控制打印方向，再生玻璃可以用作河砂的合適替代品，用于可持續(xù)混凝土 3D 打印。
該研究的更多細(xì)節(jié)可以在題為“使用再生玻璃的 3D 打印混凝土：玻璃級(jí)配對(duì)彎曲強(qiáng)度和微觀結(jié)構(gòu)的影響”的論文中找到。