Oxid grafenu má potenciál učinit beton vytištěný technologií 3D tisku životaschopnějším, což může mít pozitivní dopad na náklady a udržitelnost. Zjistila to studie provedená vědci z RMIT University a University of Melbourne. Podrobnosti přináší magazín Interesting Engineering.
Výsledky ukázaly, že přidáním oxidu grafenu – nanomateriálu hojně využívaného v elektronice – do cementu lze zvýšit pevnost a tisknutelnost 3D tištěného betonu a dodat mu elektrickou vodivost. To by mohlo umožnit stavbu „chytrých“ zdí, které dokážou detekovat a monitorovat malé trhliny v budovách.
Vliv oxidu grafenu
Studie publikovaná v odborném časopise Additive Manufacturing Letters je první, která zkoumala vliv oxidu grafenu na tisknutelnost a pevnost 3D tištěného betonu. Zjistila, že přidání oxidu grafenu, což je forma grafenu s atomy kyslíku navázanými na jeho povrch, zvýšilo pevnost betonu až o 10 %.
Beton vytištěný technologií 3D tisku
Docent Jonathan Tran z RMIT University, který vedl výzkum, uvedl, že on a jeho kolegové byli nadšeni potenciálem oxidu grafenu pro vytváření „chytrých“ budov, jejichž stěny mohou fungovat jako senzory pro detekci a sledování trhlin.
Vysvětlil, že současné metody detekce trhlin v betonových konstrukcích, jako jsou ultrazvukové nebo akustické senzory, jsou nedestruktivní a široce používané. Přesto však mají omezení při detekci velmi malých trhlin v počátečních fázích.
Uvedl, že přidáním oxidu grafenu do betonu lze v betonové struktuře vytvořit elektrický obvod, který by mohl pomoci odhalit strukturální problémy, změny teploty a další faktory prostředí. Tran také řekl, že oxid grafenu má potenciál učinit 3D tištěný beton použitelnějším ve stavebnictví, což by mohlo mít pozitivní dopad na náklady a udržitelnost.
Může ušetřit čas, peníze a práci
Tradiční betonové konstrukce se vyrábějí pomocí bednění, kde se vytvoří forma a do ní se následně nalije čerstvý beton. Tento proces podle Trana vyžaduje spoustu práce, času a peněz a často při něm vzniká značné množství odpadu. Proti tomu beton vytištěný technologií 3D tisku může šetřit čas, peníze a práci, umožní vytvářet složitější konstrukce a znovu využít část stavebního odpadu v materiálech na bázi cementu.
Stávající technologie 3D tisku má jednu nevýhodu: používá tisk po vrstvách, což může vést ke slabším vazbám mezi jednotlivými vrstvami. Přidání oxidu grafenu do betonu usnadnilo jeho vytlačování a vytvořilo lepší mezivrstevní vazby, což by mělo pomoci zvýšit pevnost.
Tran dále vysvětluje, že oxid grafenu má na svém povrchu funkční skupiny, jako lepivá místa, která se mohou zachytit na jiných objektech. Tato lepivá místa jsou tvořena hlavně různými funkčními skupinami kyslíku, které mají zásadní význam pro usnadnění pevnějších vazeb s dalšími materiály, jako je cement. Právě tato silná vazba by mohla zlepšit celkovou pevnost betonu.
Bude potřeba další výzkum
Každopádně bude zapotřebí další výzkum, aby se ověřilo, zda se beton s oxidem grafenu může vyrovnat nebo překonat pevnost tradičně litého betonu. Studie také zjistila, že přidání příliš velkého množství oxidu grafenu může negativně ovlivnit pevnost a zpracovatelnost betonové směsi, což způsobuje potenciální problémy s tisknutelností, pevností a trvanlivostí.
V rámci výzkumu byly testovány dvě dávky oxidu grafenu v cementu a výsledky ukázaly, že nižší dávka (0,015 % hmotnosti cementu) byla pevnější než vyšší (0,03 % hmotnosti cementu). Doktorand Junli Liu k tomu dodal, že pevnost betonu by se mohla zvýšit, pokud by se zlepšila vazba mezi oxidem grafenu a betonovou směsí.
Dalším krokem výzkumu bude optimalizace dávkování oxidu grafenu a zkoumání jeho vlivu na další vlastnosti 3D tištěného betonu, jako je trvanlivost a elektrická vodivost. Bude také testována jeho životaschopnost jako potenciálního chytrého materiálu.