废玻璃成为3D打印建筑原料

墨尔本皇家理工大学研究人员开发了一种新型的环保3D打印的混凝土材料,使用回收玻璃作为骨料。

传统的混凝土配方往往以天然河砂为主要成分,但这种资源正逐渐成为稀缺商品,其使用往往对环境产生破坏性影响。选择回收玻璃颗粒,RMIT 团队认为,其工作可以在建筑领域传播循环经济原则, 3D 印刷与可持续混凝土生产的好处有关。

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膨胀特性的影响。根据 3D 在印刷方向上,新配方实际上可以为机械性能提供好处。

废玻璃成为3D打印建筑原料
由 RMIT 创建的 3D 打印混凝土结构。图片来自 RMIT 大学

用再生玻璃代替河沙

为了制造混凝土,你需要混合波特兰水泥、水和几种骨料,如沙子和砾石。骨料非常重要,因为它们作为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维护,也不适合建筑应用。骨料也可作为混合物填料,以降低混凝土的孔隙率,以获得更强的产品。

天然河砂是建筑中使用最广泛的骨料之一,从河床和河岸中提取。虽然在市场上很容易买到,但过度使用河砂会对生活在河流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不太相似。据美国环境保护署称,作为人类,我们每年产生数百万吨的玻璃废物——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废物。

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传统的混凝土混合物需要砾石和沙子作为骨料才能用于承重应用。照片来自 Parklea Sand and Soil。

玻璃掺量对混凝土性能的影响

那么 RMIT 玻璃基混合物如何与传统混凝土竞争?该团队准备了五种不同比例的玻璃填充混合物,每种配方 3D 打印了一组混凝土样品。

结构的弯曲强度由三点弯曲试验表征, X 电子显微镜 (SEM) 用于评估样品的微观结构。这使得团队能够分析样品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。X 射线成像,研究人员可以证明裂纹扩展的主要成分是间隙中玻璃颗粒的存在。

尽管如此,加入玻璃颗粒后,3D 打印样品的弯曲强度实际上增加了 25%- 33%,但仅限于梁跨度垂直于打印方向。当梁跨度与印刷方向平行时,发现玻璃颗粒将弯曲强度降低8%- 20%。

因此,RMIT 团队确定,只要打印方向得到仔细控制,再生玻璃就可以用作可持续混凝土 3的合适替代品D 打印。这项研究的更多细节可以标题为使用回收玻璃3D 打印混凝土:玻璃级配对弯曲强度和微结构的影响。

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3填充玻璃颗粒D 打印混凝土SEM 成像。图片来自 RMIT 大学。

今年早些时候,斯威本科技大学和河北理工大学的科学家进行了类似的研究,将建筑垃圾转化为可持续的 3D 打印混凝土。该团队使用可再生混凝土骨料、陶粒和沙漠砂,可以制备一种低成本的可挤出建筑材料,具有三种不同的颗粒等级。

在其他地方,同济大学的研究人员最近发表了一项研究一项研究结果D 再生细骨料用于砂浆印刷(RFA)可行性。本研究旨在更准确地了解 3D 混凝土印刷的可建造性,以及回收材料和废料对制造结构的影响。

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