石墨烯增强型 3D 打印混凝土可减少 31% 的碳排放
弗吉尼亚大学的研究人员通过开发一种更具可持续性、可打印的水泥基复合材料，在快速发展的 3D 打印混凝土领域取得了重大进展。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，使其成为解决 3D 打印建筑环境挑战的有力解决方案。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、访问学者 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，显著提高了其在 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，我很自豪能够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。
蒋教授解释道：“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较小，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 团队能够评估该材料在交通基础设施中的潜在应用，进一步展示其实际潜力。“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，”Ozbulut 补充道。
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，真是令人兴奋。”
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Tugba Baytak，弗吉尼亚大学的Tawfeeq Gdeh、Zhangfan Jiang、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。
该文章题为“可印刷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”，发表在《建筑工程杂志》上，2024年。
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