5 دسامبر 2023 -توسط شو شو ژنگ، دانشگاه RMIT-یک سازه بتنی با چاپ سه بعدی که توسط دانشجویان مهندسی RMIT ساخته شده است. اعتبار: جاناتان تران
مهندسان اکسید گرافن را به مخلوط سیمان اضافه کرده‌اند تا بتن پرینت سه‌بعدی قوی‌تری بسازند که چاپ آن آسان‌تر است و راه را برای ایجاد دیوارهای بالقوه «هوشمند» هموار می‌کند که می‌توانند ترک‌ها را نظارت کنند.
این تحقیق که توسط دانشگاه RMIT و دانشگاه ملبورن انجام شده است، اولین تحقیقی است که اثرات اکسید گرافن را بر قابلیت چاپ و خواص فشاری بتن چاپ شده با چاپ سه بعدی بررسی می کند.این مطالعه نشان داد که افزودن اکسید گرافن، نانوماده ای که معمولا در باتری ها و ابزارهای الکترونیکی استفاده می شود، به بتن رسانایی الکتریکی می دهد و مقاومت بتن را تا 10 درصد افزایش می دهد.
مقاله “کاوش در استفاده از اکسید گرافن برای افزایش استحکام ملات سیمانی چاپ سه بعدی” در Additive Manufacturing Letters منتشر شده است.
جاناتان تران، ناظر تحقیقات و دانشیار RMIT گفت: این بتن پتانسیل ایجاد ساختمان‌های «هوشمند» را دارد که در آن دیوارها می‌توانند به عنوان حسگر برای شناسایی و نظارت بر ترک‌های کوچک عمل کنند.
در حالی که روش‌های تشخیص فعلی، مانند سنسورهای اولتراسونیک یا آکوستیک، غیرمخرب هستند و به طور گسترده در صنعت ساخت‌وساز برای تشخیص ترک‌های بزرگ در سازه‌های بتنی استفاده می‌شوند، تشخیص زودهنگام ترک‌های کوچکتر هنوز یک چالش است.
تران از دانشکده مهندسی گفت: “تجهیزات این روش ها اغلب حجیم هستند و استفاده منظم برای نظارت بر سازه های بسیار بزرگ مانند پل ها یا ساختمان های بلند را دشوار می کند.”
اما افزودن اکسید گرافن امکان ایجاد یک مدار الکتریکی در سازه های بتنی را ایجاد می کند که می تواند به شناسایی مسائل ساختاری، تغییرات دما و سایر عوامل محیطی کمک کند.در حالی که این تحقیق مقدماتی بود، تران گفت که اکسید گرافن پتانسیل هیجان انگیزی برای دوام بیشتر بتن با چاپ سه بعدی در صنعت ساخت و ساز دارد که می تواند تأثیرات مثبتی بر هزینه و پایداری داشته باشد.
وی گفت: سازه های بتنی فعلی با استفاده از قالب ایجاد می شوند، جایی که قبل از ریختن مخلوط بتن تازه در آن قالب ایجاد می کنید.«قالب‌کاری به کار، زمان و هزینه زیادی نیاز دارد و اغلب ضایعات زیادی ایجاد می‌کند.
با استفاده از بتن پرینت سه بعدی، نه تنها به صرفه جویی در زمان، پول و نیروی کار کمک می کند، بلکه می توانید ساختارهای پیچیده تری ایجاد کنید و از برخی زباله های ساختمانی در مواد مبتنی بر سیمان مجددا استفاده کنید.
از آنجایی که بتن پرینت سه بعدی از چاپ لایه به لایه استفاده می کند، به طور بالقوه می تواند منجر به پیوند ضعیف تر بین هر لایه شود، اما افزودن اکسید گرافن در بتن اکسترود شدن آن را آسان تر می کند و پیوند بین لایه ای بهتر ایجاد می کند، که همچنین می تواند به حداکثر رساندن استحکام – قدرت کمک کند..
تران می‌گوید: «اکسید گرافن دارای گروه‌های عملکردی بر روی سطح خود است، که مانند لکه‌های چسبنده روی سطح یک ماده هستند که می‌توانند به چیزهای دیگر بچسبند».
“این “نقاط چسبنده” عمدتاً از گروه‌های عملکردی مختلف حاوی اکسیژن ساخته شده‌اند که نقش مهمی در تسهیل پیوندهای قوی‌تر آن با سایر مواد مانند سیمان دارند. این پیوند قوی می‌تواند استحکام کلی بتن را بهبود بخشد.با این حال، تحقیقات بیشتری برای آزمایش اینکه آیا بتن با اکسید گرافن می‌تواند با مقاومت بتن ریخته‌گری‌شده سنتی مطابقت داشته باشد یا از آن فراتر رود، نیاز است.
محقق ارشد و دکترای RMIT. جونلی لیو، نامزد انتخاباتی گفت، اگر پیوند بین اکسید گرافن و مخلوط بتن بهبود یابد، می توان مقاومت بتن را افزایش داد.
این تحقیق دو دوز اکسید گرافن را در سیمان آزمایش کرد و دریافت که دوز کمتر (0.015 درصد وزن سیمان) قوی‌تر از دوز بالاتر (0.03 درصد وزن سیمان) بود.
تران گفت افزودن بیش از حد اکسید گرافن می تواند بر استحکام و کارایی مخلوط بتن تأثیر بگذارد که می تواند مشکلات بالقوه ای در چاپ، استحکام و دوام ایجاد کند.
تران گفت: “بتن مخلوطی است که به دقت متعادل شده است. افزودن بیش از حد اکسید گرافن می تواند این تعادل را مختل کند، به ویژه فرآیند هیدراتاسیون، که برای استحکام بتن بسیار مهم است.”
اکسید گرافن بیش از حد می تواند بر جریان بتن تأثیر بگذارد و اکسترود آن را سخت تر کند و در نتیجه ساختاری با شکاف های بیشتر بین لایه های بتن ایجاد کند.
اکسید گرافن همچنین می تواند به جای پخش شدن به طور یکنواخت در کنار هم جمع شود که می تواند نقاط ضعیفی را در بتن ایجاد کند و مقاومت کلی آن را کاهش دهد.
در مرحله بعدی این تحقیق، هدایت الکتریکی اکسید گرافن در بتن مورد مطالعه قرار خواهد گرفت و قابلیت حیات آن به عنوان یک ماده هوشمند بالقوه آزمایش خواهد شد.
