研究人员正开发氧化石墨烯增强3D打印混凝土，并赋予它导电性

2023年12月6日，南极熊获悉，澳大利亚皇家墨尔本理工大学和墨尔本大学的科学家们正在探索一项新技术，该研究考察了使用氧化石墨烯（GO）增强3D打印混凝土砂浆样本抗压强度的可行性。

△由增强混凝土制成的部分3D打印建筑结构

该团队表示，相较于传统结构，3D打印混凝土结构的建造速度更快、成本更低，然而，这些结构的强度并非始终如一。通过微量添加氧化石墨烯，或许能够迅速解决这一问题。值得一提的是，氧化石墨烯还可用于裂缝检测。这项创新有望为3D打印领域带来更可靠、坚固的建筑结构。

△关于这项研究的论文最近发表在《增材制造快报》杂志上，题目为“利用氧化石墨烯增强3D打印水泥砂浆强度的探索”

石墨烯增强3D打印混凝土

通常，混凝土建筑物、桥梁和其它结构是通过将湿混凝土倒入木模（又称模板）中制成的，一旦混凝土硬化，木模就被移除。相比之下，此类结构的3D打印涉及沉积连续的挤压混凝土层，这些混凝土层在硬化时会粘合在一起。不幸的是，这些层之间的结合有时最终会成为薄弱点，从而降低结构的整体强度。

实验采用了两种不同的氧化石墨烯剂量，分别为0.015%（GO-0.015）和0.03%（GO-0.03%）。GO的增加会减少砂浆的流动性，但对整体施工性和挤出性影响不大。GO的添加提高了砂浆在各个方向的抗压强度，其中GO-0.015的强度增幅更高。原因可能是GO-0.03的样本底部砂浆填充，导致流动性较差。

经过不同掺量的试验发现，当氧化石墨烯的掺量为水泥重量的0.015%时，所得混凝土表现出更好的层间结合力。这一提升使整体实力增加了10%。

皇家墨尔本理工大学的副教授Jonathan Tran教授说。“氧化石墨烯的表面有官能团，就像材料表面的粘点一样，可以抓住其他东西。这些‘粘点’主要由各种含氧官能团组成，在促进其与水泥等其它材料更强的结合方面发挥着至关重要的作用。这种牢固的结合可以提高混凝土的整体强度。”

△较高剂量的氧化石墨烯实际上降低了混凝土的强度和和易性

作为额外的好处，由于石墨烯具有高导电性，因此可以使电流通过硬化混凝土。希望这一功能有一天能够用于裂缝检测系统，其中即使是最小的裂缝也会中断穿过混凝土结构的电路。在这方面还需要进行更多的研究，而且科学家们还没有确定增强3D打印混凝土的强度与传统浇注混凝土的强度相比如何。

南极熊还了解到，在之前的研究中，氧化石墨烯已被用来在混凝土上形成保护涂层，并提高用于增强混凝土的碎面膜纤维的粘合强度。