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密歇根大学开发出可3D打印的新型工程水泥基复合材料

导读: 随着3D打印技术不断渗入建筑行业,寻找完美打印的混凝土已经变得越来越重要。目前,密歇根大学的一个研究小组正在介绍一种材料,它可能会成为建筑行业未来发展的希望。

早在公元前6500年,叙利亚南部和约旦北部的贝都因人就使用混凝土进行施工。更为著名的是,罗马人用混凝土建造了斗兽场和万神殿等建筑物。当时的混凝土由生石灰和一种火山灰制成,然后与浮石混合物混合而成。建筑混凝土的发展使得罗马人能够探索那些使用石头无法创建的建筑形式,这也使得他们能够更快建造,因为混凝土允许创建复杂的建筑形式,并消除与石材施工相关的采石和运输时间。他们的混凝土具有与现代波特兰水泥相同的抗压强度,但在中世纪时失去了配方。这意味着它可以承受同等程度的重量。然而,由于没有加固,测量其抵抗被拉开的能力的拉伸强度远小于此。

密歇根大学开发出可3D打印的新型工程水泥基复合材料

现代混凝土用其他材料加固以补偿其拉伸缺陷。第一种加固混凝土的方法是将钢筋引入湿混合物中,然后硬化到位。现在用于改善混凝土拉伸强度的其他材料是聚合物或额外复合材料的混合物,其具有或不具有来自钢筋的额外支撑。这种类型的加固在建筑物可能受到压力和震动的地区(如易发生地震和地震活动频繁的地区)尤为重要。

随着3D打印技术不断渗入建筑行业,寻找完美打印的混凝土已经变得越来越重要。目前,密歇根大学的一个研究小组正在介绍一种材料,它可能会成为建筑行业未来发展的希望。他们并不是第一个创造完美的可打印建筑材料的团队,但是这种新型工程水泥基复合材料(ECC)存在一些关键差异,因为主要研究人员Daniel Soltan解释说:

“其他可打印的混凝土包括聚合物纤维,这是第一种表现出应变硬化行为的可打印的水泥基复合材料,具有超耐用、自我修复和可弯曲/可拉伸的特性。这种弯曲/拉伸只发生在传统混凝土开裂/破坏点以上的荷载下。可打印的ECC不仅在这些过度的载荷下发生弯曲/拉伸,而且还会继续承受更大的载荷,即使它正在以微裂纹的形式积累“损伤”。

密歇根大学开发出可3D打印的新型工程水泥基复合材料

获得大分子科学与工程博士学位的Soltan撰写了一篇论文,解释了他和他的团队预计将在未来几个月在“水泥杂志”上发表混凝土复合材料。与此同时,在文章发表之前,3D虎必须等待有关材料及其过程的所有细节,同时,可以设想这种构造变化可能会在当代建筑的实践中产生。

密歇根大学开发出可3D打印的新型工程水泥基复合材料

AIA的著名建筑师兼评论家Matthew R. Dudzik简洁地表达了其潜力:“由于这种材料产生的额外强度,用于取代容易获得的聚合物纤维的钢筋以及所需水泥的普遍减少,使得该产品对环境无害。尽管这些材料确实具有适合可打印性的属性,但是ECC的打印过程尚不完全清楚。如果打印ECC的过程允许它像3D打印项目一样容易做到,则会产生非规范的几何图形,这可能会对我们的构建环境产生巨大的影响。考虑到ECC性能的提高以及数字时代的架构和设计可能性,这些材料可以轻松实现现今仍然是概念性的空间。”

这将是衡量这种产品价值的真正标准:不仅仅是将人类可以做的事情进行机械化,而是为以前无法实现的形式创造可能性。这就是3D打印的“潜力”,也是其对创造世界贡献性质的基础。如果是这样的话,这可能只是开发新的建筑词汇的开始,就像混凝土首先将对话从柱子和门楣转移到拱门和拱顶一样。

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