Un equipo de investigación dirigido por ingenieros de la Facultad de Ingeniería y Ciencias Aplicadas de la Universidad de Virginia es el primero en explorar cómo un material vegetal emergente, las nanofibrillas de celulosa, podría amplificar los beneficios de la tecnología del hormigón impreso en 3D.

"Las mejoras que vimos tanto en la capacidad de impresión como en las medidas mecánicas sugieren que la incorporación de nanofibrillas de celulosa en materiales comerciales imprimibles podría conducir a prácticas de construcción más resilientes y ecológicas más temprano que tarde", dijo Osman E. Ozbulut, profesor del Departamento de Asuntos Civiles.e Ingeniería Ambiental.

Los hallazgos de su equipo se publicarán en la edición de septiembre de 2024 deCompuestos de cemento y hormigón.

Los edificios hechos de hormigón impreso en 3D son una tendencia interesante en el sector de la vivienda y ofrecen una gran cantidad de beneficios: construcción rápida y precisa, posiblemente a partir de materiales reciclados, costos de mano de obra reducidos y menos desperdicio, al mismo tiempo que permiten diseños complejos que los constructores tradicionales tendrían dificultades para lograr.entregar.

El proceso utiliza una impresora especializada que dispensa una mezcla similar al cemento en capas para construir 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 sostenibilidad y durabilidad.

"Estamos ante objetivos contradictorios", afirmó Ozbulut."La mezcla tiene que fluir bien para una fabricación suave, pero endurecerse hasta convertirse en un material estable con propiedades críticas, como buena resistencia mecánica, unión entre capas ybaja 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, como se conoce al material en la industria, 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, hasta el meticuloso estudio del equipo dirigido por la UVA en el Laboratorio de Infraestructura Avanzada y Resiliente de Ozbulut, la influencia del CNF en los compuestos convencionales impresos en 3D no estaba clara, dijo Ozbulut.

"Hoy en día, se requieren muchas pruebas y errores para diseñar mezclas", dijo."Estamos abordando la necesidad de más ciencia para comprender mejor los efectos de diferentes aditivos para mejorar el rendimiento de las estructuras impresas en 3D".

Al experimentar con distintas cantidades de aditivo CNF, el equipo, dirigido por Ozbulut y Ugur Kilic, ahora Ph.D.Un alumno de la UVA descubrió que agregar al menos un 0,3% de CNF mejoraba significativamente el rendimiento del flujo.El análisis microscópico de las muestras endurecidas reveló una mejor unión del material e integridad estructural.

En pruebas adicionales en el laboratorio de Ozbulut, los componentes impresos en 3D mejorados con CNF también resistieron la tracción, la flexión y la compresión.

Más información:Ugur Kilic et al, Efectos de las nanofibrillas de celulosa sobre las propiedades reológicas y mecánicas de los compuestos de cemento imprimibles en 3D,Compuestos de cemento y hormigón(2024).DOI: 10.1016/j.cemconcomp.2024.105617