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发布时间：2021-12-05
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RMIT大学的研究人员开发了一种新的环保3D可打印混凝土材料，该材料使用回收玻璃作为骨料。
传统的混凝土配方往往依赖天然河砂作为主要成分，但这种资源正逐渐成为稀缺商品，其使用往往会对环境产生破坏性影响。通过选择回收玻璃颗粒，RMIT 团队相信其工作可以在建筑领域传播循环经济原则，将3D打印和可持续混凝土生产的好处联系起来。
有趣的是，该团队还研究了玻璃颗粒对混凝土抗弯强度和裂纹扩展特性的影响。他们确定，这种新型配方实际上也可以在机械性能方面提供好处，具体取决于3D打印的方向。
由 RMIT 创建的3D打印混凝土结构
用再生玻璃代替河沙
要制造混凝土，您需要混合波特兰水泥、水和几种骨料，例如沙子和砾石。骨料是至关重要的，因为它们充当混凝土混合物的粘合剂。没有它们，水基水泥混合物不能很好地保持并且不适合建筑应用。骨料还可以作为混合物的填料，减少混凝土的孔隙率，以获得更坚固的产品。
建筑中使用最广泛的骨料之一是天然河砂，它是从河床和河岸中提取的。尽管市场上很容易买到，但过度使用河沙会对生活在河流中和河流周围的当地生态系统造成极其破坏性的后果。
RMIT 团队认为，更可持续的混凝土 3D 打印方法在于使用回收玻璃代替，因为玻璃的化学成分和物理特性与原砂相似。根据美国环境保护署的数据，我们人类每年产生数百万吨的玻璃垃圾——将其中的一部分重新用于建筑行业，可以显着减少垃圾填埋场垃圾。
如果要用于承重应用，传统的混凝土混合物需要砾石和沙子作为骨料
玻璃掺量对混凝土性能的影响
那么RMIT的玻璃基混合物如何与传统混凝土相抗衡呢？该团队准备了五种不同的玻璃填充混合物，其中玻璃与沙子的比例不同，并使用每种配方 3D 打印了一组混凝土试样。
结构的弯曲强度通过三点弯曲试验表征，而 X 射线显微计算机断层扫描和扫描电子显微镜 (SEM) 用于评估试样的微观结构，这使团队能够分析后测试样本中的孔径分布和裂纹扩展路径。
结果表明，首先，回收玻璃颗粒的整合增加了3D打印样品的孔隙率。使用粗玻璃颗粒比使用细玻璃颗粒更明显。使用 X 射线成像，研究人员能够证明裂纹扩展的主要成分是空隙中玻璃颗粒的存在。
尽管如此，添加玻璃颗粒后，3D 打印样品的弯曲强度实际上增加了 25% 至 33%，但仅限于梁跨度与打印方向垂直时。当梁跨度和打印方向平行时，发现玻璃颗粒使弯曲强度降低 8% 到 20%。
因此，RMIT团队确定，只要仔细控制打印方向，再生玻璃可以用作河砂的合适替代品，用于可持续混凝土 3D 打印。
该研究的更多细节可以在题为“使用再生玻璃的 3D 打印混凝土：玻璃级配对弯曲强度和微观结构的影响”的论文中找到。
传统的混凝土配方往往依赖天然河砂作为主要成分，但这种资源正逐渐成为稀缺商品，其使用往往会对环境产生破坏性影响。通过选择回收玻璃颗粒，RMIT 团队相信其工作可以在建筑领域传播循环经济原则，将3D打印和可持续混凝土生产的好处联系起来。
有趣的是，该团队还研究了玻璃颗粒对混凝土抗弯强度和裂纹扩展特性的影响。他们确定，这种新型配方实际上也可以在机械性能方面提供好处，具体取决于3D打印的方向。
由 RMIT 创建的3D打印混凝土结构
用再生玻璃代替河沙
要制造混凝土，您需要混合波特兰水泥、水和几种骨料，例如沙子和砾石。骨料是至关重要的，因为它们充当混凝土混合物的粘合剂。没有它们，水基水泥混合物不能很好地保持并且不适合建筑应用。骨料还可以作为混合物的填料，减少混凝土的孔隙率，以获得更坚固的产品。
建筑中使用最广泛的骨料之一是天然河砂，它是从河床和河岸中提取的。尽管市场上很容易买到，但过度使用河沙会对生活在河流中和河流周围的当地生态系统造成极其破坏性的后果。
RMIT 团队认为，更可持续的混凝土 3D 打印方法在于使用回收玻璃代替，因为玻璃的化学成分和物理特性与原砂相似。根据美国环境保护署的数据，我们人类每年产生数百万吨的玻璃垃圾——将其中的一部分重新用于建筑行业，可以显着减少垃圾填埋场垃圾。
如果要用于承重应用，传统的混凝土混合物需要砾石和沙子作为骨料
玻璃掺量对混凝土性能的影响
那么RMIT的玻璃基混合物如何与传统混凝土相抗衡呢？该团队准备了五种不同的玻璃填充混合物，其中玻璃与沙子的比例不同，并使用每种配方 3D 打印了一组混凝土试样。
结构的弯曲强度通过三点弯曲试验表征，而 X 射线显微计算机断层扫描和扫描电子显微镜 (SEM) 用于评估试样的微观结构，这使团队能够分析后测试样本中的孔径分布和裂纹扩展路径。
结果表明，首先，回收玻璃颗粒的整合增加了3D打印样品的孔隙率。使用粗玻璃颗粒比使用细玻璃颗粒更明显。使用 X 射线成像，研究人员能够证明裂纹扩展的主要成分是空隙中玻璃颗粒的存在。
尽管如此，添加玻璃颗粒后，3D 打印样品的弯曲强度实际上增加了 25% 至 33%，但仅限于梁跨度与打印方向垂直时。当梁跨度和打印方向平行时，发现玻璃颗粒使弯曲强度降低 8% 到 20%。
因此，RMIT团队确定，只要仔细控制打印方向，再生玻璃可以用作河砂的合适替代品，用于可持续混凝土 3D 打印。
该研究的更多细节可以在题为“使用再生玻璃的 3D 打印混凝土：玻璃级配对弯曲强度和微观结构的影响”的论文中找到。
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