Engenheiros do Universidade do Novo México (UNM), uma instituição de pesquisa pública reconhecida por seu trabalho em materiais avançados de construção, patenteou um concreto dobrável projetado para a impressão 3D. Pesquisadores no Gerald Could Departamento de Engenharia Civil, Construção e Ambiental Pretendia abordar a fragilidade, altos custos de mão -de -obra e perigos associados aos métodos tradicionais de construção. Este novo composto, classificado como materials cimentício ultra-ductil auto-reforçado, pode anunciar uma infraestrutura mais resiliente e reduzir a dependência de barras de aço e máquinas pesadas.
O concreto tradicional é conhecido por sua força sob compressão, mas é inerentemente quebradiço, levando a rachaduras frequentes e a necessidade de manutenção common em infraestrutura, como calçadas e pontes. Maryam Hojati, professora assistente do Departamento de Gerald Could da UNM, destacou essa limitação como uma motivação primária para suas pesquisas. “O concreto por si só não mostra propriedades de tração”, explicou Hojati. Para abordar isso, a equipe incorporou fibras de polímero curto na mistura de concreto, permitindo que ela suporta as forças de flexão e tração sem fraturar.
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O pesquisador de pós -graduação Muhammad Saeed Zafar, que completou seu Ph.D. No verão de 2024, desempenhou um papel basic no desenvolvimento do materials. Zafar enfatizou os desafios no concreto de impressão 3D, observando que, diferentemente dos metais e plásticos, a impressão de concreto ainda requer reforço com barras de aço. “Se pudermos projetar com sucesso o materials dúctil extremely -alto sem usar barras de aço convencionais, ele resolverá o problema da incompatibilidade de reforço com o processo de impressão 3D”, afirmou. O materials resultante, conhecido como materials cimentício ultra-ductil auto-reforçado, alcança isso mantendo a integridade estrutural sem suportes externos.
O processo de desenvolvimento envolveu experimentação meticulosa com várias fibras e aditivos, incluindo álcool polivinílico, cinzas volantes, fumaça de sílica e fibras de polietileno de peso molecular ultra-alto. Zafar e sua equipe procuraram encontrar o equilíbrio preferrred, onde o materials poderia fluir através de um bico de impressão 3D sem entupir, mantendo a fibra suficiente para impedir que a estrutura impressa entre em colapso. Após vários ensaios, a equipe criou com sucesso quatro misturas diferentes que oferecem um aumento de 11,9% na capacidade de deformação.
Hojati observou o impacto potencial desse materials em projetos de construção em larga escala. “Se usarmos esse materials em uma escala maior, podemos minimizar o requisito de reforço externo à estrutura de concreto impresso”, disse ela. A pesquisa foi financiada por subsídios do Consórcio de Transporte de Estados do Centro Sul (Tran-set) e Centro de Transporte Universitário da Região Six, apoiando o desenvolvimento e o teste de materiais cimentícios projetados em 3D.
Inovação de concreto impresso em 3D
Os avanços paralelos na construção da impressão 3D destacam a crescente ênfase na sustentabilidade. No Eth Zuriqueos pesquisadores introduziram a impressão de impacto, um Técnica de construção robótica utilizando materiais baseados em terra Como areia, argila e cascalho. Este método reduz as emissões de carbono, eliminando a necessidade de cimento e depende de materiais recicláveis de origem native. A impressão de impacto utiliza uma ferramenta robótica de alta velocidade para unir camadas de materiais de terra mistas, alcançando força estrutural imediata sem estabilizadores químicos. Essa técnica permite a construção de paredes de dois andares com impacto ambiental mínimo, apresentando uma alternativa sustentável aos métodos convencionais de impressão 3D.
Da mesma forma, o Universidade da Virgínia (UVA) fez progressos em Melhorando a sustentabilidade do concreto impresso em 3D. Os pesquisadores da UVA desenvolveram um compósito cimentício incorporando nanoplatelas de grafeno (GNPs) com argila calcinada a calcário (LC2). A equipe constatou que a adição de apenas 0,05% de PNBs em peso aumentou a resistência à compressão em 23% e reduziu as emissões de gases de efeito estufa em quase 31% em comparação com as misturas tradicionais de cimento. Este concreto aprimorado por grafeno não apenas melhora a integridade estrutural, mas também se alinha com as metas ambientais, minimizando a pegada de carbono dos materiais de construção.
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A imagem em destaque mostra um sistema de impressão 3D que depositando materials cimentício ultra-ductil auto-reforçado para aplicações estruturais. Foto pela Universidade do Novo México.