بتن چاپ سه‌بعدی تقویت‌شده با گرافن ممکن است انتشار کربن را تا ۳۱٪ کاهش دهد
محققان در دانشگاه ویرجینیا ماده جدید بتن چاپ سه‌بعدی را برای ساخت سازه‌های پایدار توسعه داده‌اند.
این ماده نوآورانه که با گرافن تقویت شده است، ترکیبی قوی از مقاومت، دوام و سازگاری با محیط زیست را ارائه می‌دهد.
آن‌ها نوع جدیدی از بتن ساخته‌اند که چاپ آن آسان‌تر است. این ماده جدید ترکیبی است از سنگ آهک، سیمان رس کلسینه (LC2) و گرافن.
عثمان ازبلوت، استاد بخش مهندسی عمران و محیط زیست UVA، گفت: «هدف ما طراحی یک بتن چاپ‌پذیر بود که عملکرد بهتری داشته و سازگاری بیشتری با محیط زیست داشته باشد.»
ازبلوت افزود: «اضافه کردن گرافن به سیمان LC2 فرصتی منحصربه‌فرد برای کاهش انتشار کربن فراهم می‌کند در حالی که قدرت و انعطاف‌پذیری لازم برای ساخت و ساز چاپ سه‌بعدی حفظ می‌شود.»
بتنی که انتشار کربن را کاهش می‌دهد
افزودن گرافن به مخلوط بتن به آن چندین مزیت می‌دهد. گرافن ماده‌ای مقاوم و انعطاف‌پذیر است که می‌تواند قدرت و دوام بتن را بهبود بخشد.
همچنین بتن را در برابر ترک‌خوردگی و سایر شکل‌های آسیب مقاوم‌تر می‌کند. علاوه بر این، گرافن می‌تواند به کاهش میزان آب مورد نیاز برای مخلوط کردن بتن کمک کند که می‌تواند منجر به صرفه‌جویی قابل توجهی در انرژی و منابع شود.
تیم تحقیقات جریان، مقاوت و اثرات زیست‌محیطی بتن افزوده شده با گرافن LC2 را بررسی کردند.
نتایج امیدوار کننده هستند، نشان‌دهنده این است که این بتن تقویت‌شده با گرافن می‌تواند به طور قابل ملاحظه‌ای عملکرد بهتری نسبت به بتن‌های چاپ سه‌بعدی سنتی داشته باشد.
ارزیابی چرخه حیات نشان داد که بتن جدید پتانسیل کاهش انتشار گازهای گلخانه‌ای را به میزان حدود ۳۱٪ در مقایسه با مخلوط‌های قابل چاپ دیگر دارد.
ژانگفان جیانگ توضیح داد: «دیدن کامل ردپای زیست‌محیطی این بتن جدید اهمیت داشت.»
او افزود: «این نه تنها عملکرد مکانیکی بهتری دارد، بلکه تأثیر زیست‌محیطی کمتری نیز دارد و این فناوری ساخت بتن سه‌بعدی را در مقایسه با روش‌های چاپ سه‌بعدی سنتی با انتشار کربن بیشتر پایدارتر می‌کند.»
پیشرفت در مواد پایدار
محققان کاربردپذیری واقعی این ماده را در زیرساخت‌های حمل و نقل با همکاری شورای تحقیقاتی ترابری ویرجینیا (VTRC) ارزیابی کردند.
ازبلوت در بیانیه مطبوعاتی اضافه کرد: «همکاری VTRC برای کشف خواص بنیادی این بتن جدید ضروری بود.»
با افزودن گرافن به مخلوط سیمان سنگ آهک و رس کلسینه، تیم به طور قابل توجهی ردپای کربن ساخت‌وساز چاپ سه‌بعدی را کاهش داده است.
این پیشرفت پتانسیل ترقی در صنعت ساخت‌وساز را دارد، امکان ایجاد ساختارهای پیچیده‌تر با کاهش ضایعات و مصرف انرژی را فراهم می‌کند.
تولید سیمان 8٪ از انتشار CO2 جهانی را تشکیل می‌دهد. برای کاهش تأثیرات زیست‌محیطی تولید سیمان، محققان و صنایع در حال بررسی استراتژی‌های مختلف، از جمله گزینه‌های چاپ سه‌بعدی هستند.
قبلاً، تیم به سرپرستی ازبلوت، راه‌حلی نوین برای بهبود خاصیت‌های بتن با افزودن فیبرهای نانوسلولزی، ماده‌ای مشتق شده از گیاه، ارائه کرده بود.
این فیبرهای مشتق شده از گیاه به عنوان افزودنی‌هایی برای بهبود قابلیت جریان و مقاومت مکانیکی مواد کامپوزیت‌ها پتانسیل نشان داده‌اند.
به‌طور جالبی، محققان دریافتند که با اضافه کردن حداقل 0.3% CNF قابلیت جریان‌پذیری سیمان چاپ سه‌بعدی به‌طور قابل توجهی افزایش یافت. جریان‌پذیری حباب‌های هوا را کاهش داده و ساختار را تقویت می‌کند.
یافته‌ها در مجله مهندسی ساختمان . منتشر شد.
