Inženjeri su dodali grafen oksid u cementnu mešavinu kako bi napravili jači beton odštampan 3D koji je lakši za štampanje, otvarajući put za stvaranje potencijalnih „pametnih“ zidova koji mogu da prate pukotine.
Istraživanje, koje su sproveli Univerzitet RMIT i Univerzitet u Melburnu, prvo je koje istražuje efekte grafenskog oksida na mogućnost štampanja i kompresijske osobine 3D štampanog betona.
Utvrđeno je da je dodatak grafen oksida, nanomaterijala koji se obično koristi u baterijama i elektronskim uređajima, dao betonu električnu provodljivost i povećao čvrstoću betona do 10%.
Članak „Istraživanje upotrebe grafenskog oksida za povećanje čvrstoće 3D štampanog cementnog maltera“ objavljen je u Additive Manufacturing Letters.
Nadzornik istraživanja i vanredni profesor RMIT-a Džonatan Tran rekao je da ovaj beton ima potencijal da stvori „pametne“ zgrade u kojima zidovi mogu da deluju kao senzori za otkrivanje i praćenje malih pukotina.
Dok su trenutne metode detekcije, kao što su ultrazvučni ili akustični senzori, nedestruktivne i široko se koriste u građevinskoj industriji za otkrivanje velikih pukotina u betonskim konstrukcijama, rano otkrivanje manjih pukotina je i dalje izazov.
„Oprema za ove metode je često glomazna, što otežava redovno korišćenje za nadgledanje veoma velikih struktura kao što su mostovi ili visoke zgrade“, rekao je Tran sa Tehničke škole.
„Ali dodavanje grafen oksida stvara mogućnost električnog kola u betonskim strukturama, što bi moglo pomoći u otkrivanju strukturnih problema, promena temperature i drugih faktora životne sredine.“
Iako je istraživanje bilo preliminarno, Tran je rekao da grafen oksid ima uzbudljiv potencijal da 3D štampani beton učini održivijim u građevinskoj industriji, što bi moglo imati pozitivan uticaj na troškove i održivost.
„Trenutne betonske konstrukcije se stvaraju pomoću oplate, gde se stvara kalup pre nego što u njega sipate svežu betonsku mešavinu“, rekao je on.
„Oplata iziskuje mnogo truda, vremena i novca, a često stvara i veliki otpad.
„Sa 3D štampanim betonom, ne samo da pomaže u uštedi vremena, novca i rada, već takođe možete kreirati složenije strukture i ponovo koristiti neki građevinski otpad u materijalima na bazi cementa.“
Kako 3D štampani beton koristi štampanje sloj po sloj, to potencijalno može dovesti do slabijih veza između svakog sloja, ali dodavanje grafenskog oksida u beton olakšava ekstrudiranje, stvarajući bolje međuslojno vezivanje, što takođe može pomoći da se maksimizira snaga.
„Grafen oksid ima funkcionalne grupe na svojoj površini, koje su poput lepljivih tačaka na površini materijala koje se mogu uhvatiti za druge stvari“, rekao je Tran.
„Ove ‘lepljive tačke’ su uglavnom napravljene od različitih funkcionalnih grupa koje sadrže kiseonik, koji igraju ključnu ulogu u olakšavanju njegovih jačih veza sa drugim materijalima kao što je cement. Ovo snažno vezivanje može poboljšati ukupnu čvrstoću betona.“
„Međutim, potrebno je više istraživanja kako bi se testiralo da li beton sa grafen oksidom može da odgovara ili nadmaši snagu tradicionalno livenog betona.“
Vodeći istraživač i RMIT dr. Kandidat Junli Liu rekao je da bi se snaga betona mogla povećati ako bi se poboljšala veza između grafenskog oksida i betonske mešavine.
Istraživanjem su testirane dve doze grafen oksida u cementu i utvrđeno je da je manja doza (0,015% težine cementa) jača od veće (0,03% težine cementa).
Tran je rekao da bi dodavanje previše grafenskog oksida moglo uticati na čvrstoću i obradivost betonske mešavine, što može izazvati potencijalne probleme sa mogućnošću štampanja, čvrstoćom i izdržljivošću.
„Beton je pažljivo izbalansirana smeša. Dodavanje previše grafenskog oksida može poremetiti ovu ravnotežu, posebno proces hidratacije, koji je ključan za čvrstoću betona“, rekao je Tran.
„Previše grafenskog oksida može uticati na protok betona, što otežava ekstrudiranje i stoga stvara strukturu sa više praznina između slojeva betona.
„Grafen oksid takođe može da se zgruda umesto da se ravnomerno širi, što može stvoriti slabe tačke u betonu i smanjiti njegovu ukupnu čvrstoću.
Sledeća faza istraživanja će proučavati električnu provodljivost grafen oksida u betonu i testirati njegovu održivost kao potencijalnog pametnog materijala.
