弗吉尼亚大学工程与应用科学学院的工程师们正在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韧性和环保性。“我们在可印刷性和机械性能方面看到的改进表明，在商业可印刷材料中加入纤维素纳米纤维可以更快地实现更具韧性和环保性的建筑实践，”土木与环境工程系教授 Osman E. Ozbulut 说。

弗吉尼亚大学土木工程博士生 Ugur Kilic 在教授 Osman Ozbulut 的 UVA 实验室监控混凝土打印机。

纤维素纳米纤维的创新应用

由 3D 打印混凝土建造的建筑物可实现快速、精确的施工、降低劳动力成本和减少浪费。然而，目前的可印刷材料选择有限，其可持续性和耐久性常常受到质疑。“我们面临着相互矛盾的目标，”Ozbulut 解释道。“混合物必须流动良好以实现平滑制造，但必须硬化为具有关键性能的稳定材料，例如良好的机械强度、层间粘合和低热导率。”

CNF 以其可再生和低影响力的特性而闻名，作为添加剂显示出巨大的潜力。它改善了水泥复合材料的流动性和机械强度。在此研究之前，CNF 对 3D打印复合材料的影响尚不清楚。

研究发现

Ozbulut 的团队，包括博士校友 Ugur Kilic，发现添加至少 0.3% 的 CNF 可以显着改善流动性能。显微分析显示出更好的粘合和结构完整性。进一步的测试表明，增强 CNF 的组件能够承受拉伸、弯曲和压缩。

影响和未来方向

该研究题为“纤维素纳米纤维对 3D 可印刷水泥复合材料流变和机械性能的影响”，已在线发表，并将于 2024 年 9 月刊登在《水泥与混凝土复合材料》杂志上。共同作者包括德克萨斯农工大学 - 科珀斯克里斯蒂的 Nancy Soliman 和麻省理工学院的 Ahmed Omran。该研究由弗吉尼亚大学环境研究所资助。