新的3D打印水泥浆在裂缝时变得更强

来源:[2019/06/14]

核心提示:普渡大学的研究人员使用三维印刷水泥浆,这是混凝土和砂浆的关键成分,用于建造基础设施的各种元素,在压力下变得更加强硬,如龙虾和甲虫等节肢动物的壳。在自然灾害期间,该?#38469;?#26368;终可能有助于提高弹性结构。

  如果材料的固有弱点实际上使房屋和建筑物在野火和地震中变得更强大怎么办?

  普渡大学的研究人员使用三维印刷水泥浆,这是混凝土和砂浆的关键成分,用于建造基础设施的各种元素,在压力下变得更加强硬,如龙虾和甲虫等节肢动物的壳。在自然灾害期间,该?#38469;?#26368;终可能有助于提高弹性结构。


  普渡大学莱勒斯土木工程学?#33322;?#25480;扬·奥列克说:“大自然必须应?#28304;?#22312;的弱点才能生存,因此我们正在利用水泥基材料的'内置'弱点来提高它们的韧性。”

  我们的想法是使用受节肢动物贝壳启发的设?#35780;?#25511;制材料的印刷层之间的损坏如何蔓延,就像试图打破一堆未经烹煮的意大利面条而不是单一的面条。

  普渡大学土木工程教授PabloZavattieri说:“节肢动物的外骨骼具有裂?#35780;?#23637;和增韧机制,我?#24378;?#20197;在3D打印的水泥浆中复制。”

  三维印刷的水泥基材料-如水泥浆,砂浆和混凝土-将使工程师能够更好地控制设计和性能,但?#38469;?#24615;方面却阻碍了它们的扩大。

  普渡大学的工程师是第一个使用3D打印?#38469;?#26469;创建使用水泥浆的生物灵感结构的公司,如已发表的论文和即将出版的期刊AdvancedMaterials的正面版本所示。

  “3-D印刷消除了为每种设计创造模具的需要,因此我?#24378;?#20197;实现以前不可能实现的水泥基材料的这些独特性能,”Purdue材料工程教授JeffreyYoungblood说。

  该团队还使用微型CT扫描来更好地了解硬化的3D打印水泥基材料的行为,并利用它们的弱特性,例如在印刷层之间的“界面?#36125;?#21457;现的孔隙区域,这促进了开裂。这一发现最近在第一届RILEM混凝土和数字制造国际会议上发布。

  “三维印刷水泥基材料可以控制它们的结构,这可以导致产生更多的损伤和耐火的结构元素,如梁或柱,”普渡大学博士Mohamadreza“Reza”Moini说。土木工程候选人。

  该团队最初受到螳螂虾的启发,螳螂?#21644;?#36807;扭曲的裂缝消除能量并防?#39592;?#26438;分裂,从而使其猎物与“dactylclub”附件相媲美。

  团队使用3D打印?#38469;?#35774;计和制造的一些生物活性水泥浆元件包括“蜂?#36873;保?#26580;性”和“Bouligand”设计,称为“架构?#34180;?

  这些架构中的每一个都允许在硬化后在3D打印元件中进行新的行为。例如,Bouligand结构利用薄弱的界面使材料更具抗裂性,而柔顺的结构使水泥基元件像弹簧一样,即使它们是由脆性材料制成。

  该团队计划探索其他方法,可以设计水泥基元素来构建更具弹性的结构。

(责任编辑:徐洁)

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