学术研究
推荐文章
王少杰团队研制出非水泥基红麻地聚物3D打印材料
发布时间: 2021-11-29
 

红麻是中国栽培面积最大、总产量最高的韧皮纤维作物之一,用来修复受重金属污染的土壤,但其使命完成后,又大多被丢弃。经过三年多探索,水土学院王少杰团队用红麻秸秆芯和韧皮纤维分别替代日益短缺的天然河砂和价格昂贵的合成纤维,通过碱激发原理,制备了一种非水泥基3D打印建筑材料,为粉煤灰、矿渣、红麻秸秆等工农业固废的利用提供了新路径。1126日,国际知名期刊《结构与建筑材料》(Construction and Building Materials)在线发表了这一研究成果。

  


目前适用于3D打印的建筑材料主要有水泥基材料和非水泥基地聚物材料等。前者的生产利用过程,通常伴随高能耗高碳排放,地聚物材料生产耗能减少60%,碳排放仅为其1/6属环境友好型低碳智能建造用材,顺应我国可持续发展战略和环境保护政策。

红麻主要分布于我国的山东、安徽、湖南等省,它极其耐盐碱,是重要的土壤修复作物通过细致的科学研究,王少杰课题组发现,红麻秸秆非常坚韧,它外部的韧皮纤维能提高3D打印材料的抗裂性能,内部麻骨破碎后得到的秸秆芯在地聚物浆体中不会被碱化分解,固型好,骨架支撑作用强。红麻秸秆芯多孔,轻质,分散性强,加入红麻地聚物后其干密度低至1560 kg/m3,比传统水泥基材料降低了400 kg/m3,更有利于材料在打印过程中的层层堆积。而且,红麻秸秆芯是一种纤维层状结构,比表面积较大,与外部N-A-S-H凝胶结合更为致密,从而提供更好的力学性能。

  

项目组成员在红麻种植基地考察、取样

王少杰课题组通过单掺红麻韧皮纤维、单掺红麻秸秆芯、复掺红麻秸秆芯和红麻韧皮纤维对河砂和高性能纤维进行全组分代替等多类试验,不断优化材料配比,反复试验,终于制得了一种抗裂性好、可打印性强、密度小、无须外加剂的3D打印红麻地聚物材料,可完全替代水泥基材料。经验证,该材料各层垂直堆叠良好、平稳,且无明显变形、倾斜,表现出良好的可建造性。课题组还自主研发了3D打印机,供高校和科研机构使用

  


王少杰副教授为该成果的通讯作者,硕士研究生孔潇和化学学院戴莉博士为共同第一作者。该研究得到了国家重点研发计划政府间国际科技创新合作重点专项项目和山东省技术创新引导计划项目资助。

 



友情链接
中国水利部 中国住建部 中国水利学会 中国土木工程学会 中国建筑学会 山东省水利厅 中国水利水电科学研究院
中国农业水问题研究中心 国家自然科学基金委 中国水利教育网 勘察设计研究院 无形教育专业认证系统 水利水电工程