Rafforzare il calcestruzzo stampato in 3D con nanofibrille di cellulosa
Gli ingegneri dell'Università della Virginia hanno migliorato significativamente le prestazioni di flusso utilizzando il materiale derivato dalla polpa di legno
Secondo Science Daily, un team di ricerca guidato da ingegneri della University of Virginia School of Engineering and Applied Science sta esplorando per primo come le nanofibrille di cellulosa (CNF), un materiale di origine vegetale, possano migliorare la tecnologia del calcestruzzo stampato in 3D. I risultati del team saranno pubblicati nel numero di settembre 2024 di Cement and Concrete Composites.
“I miglioramenti che abbiamo visto sia nella stampabilità che nelle misure meccaniche suggeriscono che l’incorporazione di nanofibrille di cellulosa in materiali stampabili commerciali potrebbe portare a pratiche di costruzione più resilienti ed ecologiche prima piuttosto che dopo”, ha affermato Osman E. Ozbulut, professore presso il Dipartimento di Ingegneria civile e ambientale.
Gli edifici in cemento stampati in 3D offrono vantaggi quali una costruzione rapida e precisa, potenzialmente utilizzando materiali riciclati, costi di manodopera ridotti e meno sprechi. Questo metodo consente anche progetti complessi che la costruzione tradizionale fatica a realizzare. Tuttavia, le opzioni di materiali stampabili sono attualmente limitate e persistono domande sulla loro sostenibilità e durata.
“Stiamo affrontando obiettivi contraddittori”, ha affermato Ozbulut. “La miscela di calcestruzzo deve scorrere bene per una fabbricazione fluida, ma indurirsi in un materiale stabile con proprietà critiche, come buona resistenza meccanica, legame interstrato e bassa conduttività termica”.
Le nanofibrille di cellulosa, derivate dalla polpa di legno, sono rinnovabili e a basso impatto. Noto nel settore come CNF, questo materiale mostra un forte potenziale come additivo per migliorare la reologia (proprietà di flusso) e la resistenza meccanica dei compositi stampati in 3D.
Prima dello studio meticoloso condotto dal team guidato dall’Università della Virginia nel Resilient and Advanced Infrastructure Lab di Ozbulut, l’influenza del CNF sui compositi stampati in 3D convenzionali non era chiara. “Oggi, si procede con molti tentativi ed errori per progettare miscele”, ha affermato Ozbulut. “Stiamo affrontando la necessità di una scienza più valida per comprendere meglio gli effetti di diversi additivi per migliorare le prestazioni delle strutture stampate in 3D”.
Sperimentando diverse quantità di additivo CNF, il team, guidato da Ozbulut e Ugur Kilic, un dottorando di ricerca dell’UVA, ha scoperto che l’aggiunta di almeno lo 0,3% di CNF ha migliorato significativamente le prestazioni di flusso. L’analisi microscopica dei campioni induriti ha rivelato una migliore adesione del materiale e integrità strutturale.
Ulteriori test nel laboratorio di Ozbulut hanno dimostrato che i componenti stampati in 3D con tecnologia CNF hanno resistito a trazione, flessione e compressione.
