Istraživački tim predvođen inženjerima na Fakultetu za inženjerstvo i primenjenu nauku Univerziteta Virdžinije je prvi koji je istražio kako novi biljni materijal, celulozni nanofibrili, može da pojača prednosti 3D štampane tehnologije betona.
„Poboljšanja koja smo videli u pogledu mogućnosti štampanja i mehaničkih mera sugerišu da bi ugrađivanje celuloznih nanofibrila u komercijalne materijale za štampanje moglo da dovede do otpornije i ekološki prihvatljivije građevinske prakse pre nego kasnije“, rekao je Osman E. Ozbulut, profesor na Odseku za građansko pravo i inženjerstvo zaštite životne sredine.
Nalazi njegovog tima biće objavljeni u izdanju časopisa Cementni i betonski kompoziti za septembar 2024.
Zgrade napravljene od 3D štampanog betona su uzbudljiv trend u stanovanju i nude niz prednosti: brza, precizna konstrukcija, moguće od recikliranih materijala, smanjeni troškovi rada i manje otpada, a sve to omogućava složene dizajne sa kojima bi se tradicionalni graditelji borili dostaviti.
Proces koristi specijalizovani štampač koji dozira mešavinu nalik cementu u slojevima za izgradnju strukture pomoću softvera za projektovanje pomoću računara. Ali do sada su mogućnosti materijala za štampanje ograničene i ostaju pitanja o njihovoj održivosti i trajnosti.
„Imamo posla sa kontradiktornim ciljevima“, rekao je Ozbulut. „Smeša mora dobro da teče za glatku proizvodnju, ali se stvrdne u stabilan materijal sa kritičnim svojstvima, kao što su dobra mehanička čvrstoća, međuslojno vezivanje i niska toplotna provodljivost.“
Nanofibrile celuloze su napravljene od drvene pulpe, stvarajući materijal koji je obnovljiv i ima mali uticaj. Kao i drugi derivati biljnih vlakana, CNF, kako je materijal poznat u industriji, pokazuje snažan potencijal kao aditiv za poboljšanje reologije – naučnog termina za svojstva tečenja – i mehaničke čvrstoće ovih kompozita.
Međutim, sve do pedantne studije tima predvođenog UVA u Ozbulutovoj laboratoriji za otpornu i naprednu infrastrukturu, uticaj CNF-a na konvencionalne 3D štampane kompozite nije bio jasan, rekao je Ozbulut.
„Danas, mnogo pokušaja i grešaka ide u dizajniranje smeša“, rekao je on. „Mi se bavimo potrebom za više dobre nauke kako bismo bolje razumeli efekte različitih aditiva za poboljšanje performansi 3D štampanih struktura.
Eksperimentišući sa različitim količinama CNF aditiva, tim, predvođen Ozbulutom i Ugurom Kilićem, sada doktorom nauka. alumnus UVA, otkrio je da dodavanje najmanje 0,3% CNF značajno poboljšava performanse protoka. Mikroskopska analiza očvrslih uzoraka pokazala je bolje vezivanje materijala i strukturalni integritet.
U daljem testiranju u Ozbulutovoj laboratoriji, 3D štampane komponente poboljšane CNF-om su takođe izdržale povlačenje, savijanje i kompresiju.
