研究人员开发了一种新型混凝土，结合了石墨烯，且可以进行3D打印，从而提高强度并减少31%的碳排放，促进可持续建筑实践。
来自维吉尼亚大学的一个团队在3D打印混凝土不断发展的领域取得了令人鼓舞的进展，创造了一种更可持续的水泥基复合材料。这种创新材料将石墨烯与石灰石和煅烧粘土水泥（LC2）混合，使其强度和耐久性得到改善，同时大幅降低碳排放，从而有效应对与3D打印建筑相关的环境问题。
“我们的目标是创造一种不仅性能更佳且环保的可打印混凝土，”维吉尼亚大学土木与环境工程系教授奥斯曼·奥兹布鲁特（Osman Ozbulut）表示。“将石墨烯融入LC2水泥为减少碳排放提供了显著的机会，而不影响3D打印结构所需的强度和灵活性。”
这项研究由访问学者图巴·巴伊塔克（Tugba Baytak）和维吉尼亚大学韧性与先进基础设施实验室的博士研究人员塔夫齐克·戈德（Tawfeeq Gdeh）主导，研究了材料的流动特性、机械性能和环境影响。巴伊塔克与维吉尼亚交通研究委员会（VTRC）合作，将以优越机械性能而闻名的石墨烯整合到LC2水泥中，显著增强了其在3D打印中的功能性。
“像这样的创新对建筑的未来至关重要，我很高兴能为这个项目做出贡献，”巴伊塔克说。
这项研究的一个关键组成部分是由博士后研究员蒋展凡（Zhangfan Jiang）与维吉尼亚大学的环境工程教授莉萨·科洛西·彼得森（Lisa Colosi Peterson）共同进行的生命周期评估（LCA）。生命周期评估表明，这种石墨烯改性LC2混凝土与标准可打印混凝土配方相比，可以降低约31%的温室气体排放。
“了解这种新型混凝土的全面环境影响至关重要，”蒋说。“它不仅提供了优越的机械性能，而且减少了环境负担，使3D混凝土施工技术比产生更高碳排放的常规3D打印技术更具可持续性。”
“看到科学引导我们走向更绿色的建筑实践让人感到欣慰，”科洛西·彼得森评论道。
与VTRC的合作使维吉尼亚大学团队能够探索这种材料在交通基础设施中的潜在应用，突显其实际优势。“与VTRC的合作对揭示这种新混凝土的基本特性至关重要，”奥兹布鲁特说道。
“参与一个既满足当代建筑技术需求又符合对环保材料紧迫需求的项目令人激动，”戈德表示。
研究团队包括来自伊斯坦布尔技术大学的博士候选人兼维吉尼亚大学访问学者图巴·巴伊塔克；塔夫齐克·戈德；蒋展凡；莉萨·科洛西；以及维吉尼亚大学的奥斯曼·E·奥兹布鲁特，和与维吉尼亚交通研究委员会的研究科学家加布里埃尔·阿尔塞（Gabriel Arce）。
题为“可打印石墨烯增强水泥复合材料与石灰石和煅烧粘土的流变学、机械和环境性能”的研究发表于2024年的《建筑工程学杂志》。
这项研究部分获得维吉尼亚大学3个骑士计划和土耳其科学与技术研究委员会（TUBITAK）的资助。
