研究人員正開發(fā)氧化石墨烯增強3D打印混凝土，并賦予它導電性

2023年12月6日，南極熊獲悉，澳大利亞皇家墨爾本理工大學和墨爾本大學的科學家們正在探索一項新技術，該研究考察了使用氧化石墨烯（GO）增強3D打印混凝土砂漿樣本抗壓強度的可行性。

△由增強混凝土制成的部分3D打印建筑結構

該團隊表示，相較于傳統(tǒng)結構，3D打印混凝土結構的建造速度更快、成本更低，然而，這些結構的強度并非始終如一。通過微量添加氧化石墨烯，或許能夠迅速解決這一問題。值得一提的是，氧化石墨烯還可用于裂縫檢測。這項創(chuàng)新有望為3D打印領域帶來更可靠、堅固的建筑結構。

△關于這項研究的論文最近發(fā)表在《增材制造快報》雜志上，題目為“利用氧化石墨烯增強3D打印水泥砂漿強度的探索”

石墨烯增強3D打印混凝土

通常，混凝土建筑物、橋梁和其它結構是通過將濕混凝土倒入木模（又稱模板）中制成的，一旦混凝土硬化，木模就被移除。相比之下，此類結構的3D打印涉及沉積連續(xù)的擠壓混凝土層，這些混凝土層在硬化時會粘合在一起。不幸的是，這些層之間的結合有時最終會成為薄弱點，從而降低結構的整體強度。

實驗采用了兩種不同的氧化石墨烯劑量，分別為0.015%（GO-0.015）和0.03%（GO-0.03%）。GO的增加會減少砂漿的流動性，但對整體施工性和擠出性影響不大。GO的添加提高了砂漿在各個方向的抗壓強度，其中GO-0.015的強度增幅更高。原因可能是GO-0.03的樣本底部砂漿填充，導致流動性較差。

經(jīng)過不同摻量的試驗發(fā)現(xiàn)，當氧化石墨烯的摻量為水泥重量的0.015%時，所得混凝土表現(xiàn)出更好的層間結合力。這一提升使整體實力增加了10%。

皇家墨爾本理工大學的副教授Jonathan Tran教授說。“氧化石墨烯的表面有官能團，就像材料表面的粘點一樣，可以抓住其他東西。這些‘粘點’主要由各種含氧官能團組成，在促進其與水泥等其它材料更強的結合方面發(fā)揮著至關重要的作用。這種牢固的結合可以提高混凝土的整體強度。”

△較高劑量的氧化石墨烯實際上降低了混凝土的強度和和易性

作為額外的好處，由于石墨烯具有高導電性，因此可以使電流通過硬化混凝土。希望這一功能有一天能夠用于裂縫檢測系統(tǒng)，其中即使是最小的裂縫也會中斷穿過混凝土結構的電路。在這方面還需要進行更多的研究，而且科學家們還沒有確定增強3D打印混凝土的強度與傳統(tǒng)澆注混凝土的強度相比如何。

南極熊還了解到，在之前的研究中，氧化石墨烯已被用來在混凝土上形成保護涂層，并提高用于增強混凝土的碎面膜纖維的粘合強度。