Un equipo de investigación dirigido por ingenieros de la Facultad de Ingeniería y Ciencias Aplicadas de la Universidad de Virginia ha descubierto por primera vez cómo un material vegetal emergente, las nanofibrillas de celulosa, puede mejorar los beneficios de la tecnología del hormigón impreso en 3D.
“Las mejoras que hemos visto tanto en la capacidad de impresión como en las propiedades mecánicas sugieren que la incorporación de nanofibrillas de celulosa en materiales imprimibles comerciales podría conducir a prácticas de construcción más sostenibles y respetuosas con el medio ambiente más temprano que tarde”, dijo Osman E. Ozbulut, profesor del Departamento Civil. e Ingeniería Ambiental.
Los resultados de su equipo se publicarán en la edición de septiembre de 2024. Compuestos de cemento y hormigón..
Los edificios hechos de hormigón impreso en 3D son una tendencia interesante en el sector de la vivienda y ofrecen muchas ventajas: construcción rápida y precisa, posiblemente a partir de materiales reciclados, menores costos de mano de obra y menos desperdicio, todo ello permitiendo diseños complejos con los que los fabricantes tradicionales tendrían dificultades. Distribución
El proceso utiliza una impresora especial que entrega una mezcla similar al cemento capa por capa para crear la estructura utilizando un software de diseño asistido por computadora. Pero hasta ahora, las opciones de materiales imprimibles son limitadas y persisten dudas sobre su durabilidad y sostenibilidad.
“Trabajamos con motivos contradictorios”, dijo Ozbulut. “La mezcla debe fluir bien para que quede suave, pero endurecerse hasta convertirse en un material estable con propiedades críticas, como buena resistencia mecánica, unión entre capas y baja conductividad térmica”.
Las nanofibrillas de celulosa se fabrican a partir de pulpa de madera, lo que crea un material renovable y de bajo impacto. Al igual que otros derivados de fibras vegetales, el CNF, conocido en la industria como material, muestra un gran potencial como aditivo para mejorar la reología (el término científico para las propiedades de flujo) y la resistencia mecánica de estos compuestos.
Sin embargo, el impacto de los CNF en los compuestos convencionales impresos en 3D no fue evidente, dijo Ozbulut, hasta estudios meticulosos realizados por un equipo dirigido por la UVA en el Laboratorio de Infraestructura Avanzada y Resiliente de Ozbulut.
“Hoy en día, se requieren muchas pruebas y errores para diseñar mezclas”, dijo. “Estamos abordando la necesidad de una mejor ciencia para comprender mejor los efectos de diferentes aditivos para mejorar el rendimiento de las estructuras impresas en 3D”.
Al experimentar con diferentes cantidades de aditivos CNF, el equipo dirigido por Ozbulut y Ugur Kilic, ahora Ph.D. ex alumnos de la UVA, descubrieron que agregar al menos un 0,3% de CNF mejoraba significativamente el rendimiento del flujo. El análisis microscópico de muestras endurecidas reveló una mejor unión del material e integridad estructural.
En pruebas adicionales en el laboratorio de Ozbulut, el material impreso en 3D mejorado con CNF también resistió la tensión, la flexión y la compresión.