Исследователи из Университета Вирджинии добились значительных успехов в быстро развивающейся области 3D-печатного бетона, разработав более устойчивый, пригодный для печати цементный композит. Этот новый материал, сочетающий графен с известняком и кальцинированным глиняным цементом (LC2), обеспечивает повышенную прочность и долговечность, а также значительно снижает выбросы углерода, что делает его мощным решением для решения экологических проблем в 3D-печатном строительстве.
«Наша цель состояла в том, чтобы разработать печатный бетон, который будет работать лучше и будет более экологичным», — сказал Осман Озбулут, профессор кафедры гражданского и экологического строительства UVA. «Добавление графена в цемент LC2 дает уникальную возможность снизить выбросы углерода , сохраняя при этом прочность и гибкость, необходимые для 3D-печатного строительства».
Исследование, в котором изучались свойства текучести, механические характеристики и воздействие этого материала на окружающую среду, проводилось приглашенным ученым Тугбой Байтак и Тауфиком Гдехом из UVA, докторантами из Лаборатории устойчивой и передовой инфраструктуры в Университете Вирджинии. Сотрудничая с исследователями из Совета по транспортным исследованиям Вирджинии (VTRC), Байтак и Гдех применили графен, известный своими выдающимися механическими свойствами, к цементу LC2, значительно улучшив его характеристики для приложений 3D-печати.
«Подобные инновации имеют решающее значение для будущего строительства, и я горжусь тем, что являюсь частью команды, которая продвигает это вперед», — сказал Байтак.
Ключевым аспектом исследования стала оценка жизненного цикла (LCA), проведенная Чжанфань Цзяном, постдокторантом кафедры гражданского и экологического инжиниринга, в сотрудничестве с Лизой Колоси Петерсон, профессором экологического инжиниринга в Университете Вирджинии. LCA показала, что этот бетон LC2 с графеновым усилением может сократить выбросы парниковых газов примерно на 31% по сравнению с традиционными печатными бетонными смесями.
«Было важно увидеть полный экологический след этого нового бетона», — пояснил Цзян. «Он не только демонстрирует лучшие механические характеристики , но и оказывает меньшее воздействие на окружающую среду, что делает технологию строительства из 3D-бетона более устойчивой по сравнению с традиционными методами 3D-печати с более высокими выбросами углерода».
«Отрадно видеть, как наука подталкивает нас к более экологичным методам строительства», — сказал Колоси Петерсон.
Партнерство с VTRC позволило команде UVA оценить потенциальные применения материала в транспортной инфраструктуре, еще раз продемонстрировав его реальный потенциал. «Сотрудничество с VTRC имело решающее значение для раскрытия фундаментальных свойств этого нового бетона», — добавил Озбулут.
«Приятно быть частью проекта, который отвечает как техническим требованиям современного строительства, так и острой потребности в более экологичных материалах», — сказал Гдех.
В состав исследовательской группы вошли Тугба Байтак, докторант Стамбульского технического университета и приглашенный научный сотрудник Университета Вирджинии, Тауфик Гдех, Чжанфань Цзян, Лиза Колоси и Осман Э. Озбулут из Университета Вирджинии, а также Габриэль Арсе, научный сотрудник из Совета по транспортным исследованиям Вирджинии.
Статья под названием «Реологические, механические и экологические характеристики цементных композитов с добавлением графена, пригодных для печати, с известняком и кальцинированной глиной» опубликована в журнале «Журнал по строительной инженерии» за 2024 год.