凹凸棒石調控混凝土3D打印性能研究獲進展

　　隨著3D打印技術逐漸走進建筑領域，建筑領域的智能建造以混凝土3D打印技術為基礎，目前已成為世界各國競相爭奪的技術高地，為實現在3D打印泵送過程中材料順利泵送和擠出，調控水泥基復合材料的觸變性至關重要。中國科學院蘭州化學物理研究所環境材料與生態化學研究發展中心在凹凸棒石調控混凝土3D打印性能方面取得了新進展，為智能建造領域注入了新的活力。

　　混凝土3D打印技術以其獨特優勢，在建筑行業中展現出巨大的應用潛力。然而，如何在3D打印過程中實現材料的順利泵送和擠出，是業界亟待解決的問題。蘭州化學物理研究所的王愛勤研究員團隊針對這一挑戰，開展了凹凸棒石棒晶束高效無損解離關鍵共性技術研究，并取得了一系列重要突破。相關論文發表于Cement and Concrete Composites、Applied Clay Science。

　　據介紹，凹凸棒石具有優良的觸變性和兼容性，但由于較強的氫鍵和靜電作用力，天然凹凸棒石棒晶大多以鳥巢狀或柴垛狀聚集，凹凸棒石棒晶束或聚集體并不具備納米材料的特性。同時，目前凹凸棒石應用于水泥基復合材料并未高效利用凹凸棒石自身特有的納米結構和理化特性。

　　團隊長期致力于凹凸棒石棒晶束高效無損解離關鍵共性技術研究，發明了“對輥處理—制漿提純—高壓均質—乙醇交換”一體化工藝，實現了凹凸棒石棒晶束無損解離，但對凹凸棒石棒晶束解離、棒晶長徑比等結構因素與混凝土3D打印性能的構效關系還有待深入研究。為此，在中國科學院國際合作局對外合作重點項目支持下，與香港大學錢野博士研究團隊合作，系統開展了不同地質成因凹凸棒石棒晶束高效解離、表面電荷調控以及在3D打印混凝土中的應用研究。

　　通過項目實施，發展了“三輥處理—制漿提純—超聲處理—壓濾脫水—強力干燥”一體化工藝，開發了凹凸棒石棒晶束解離和棒晶同步表面改性工藝，得到了不同地質成因的高分散納米凹凸棒石，闡明了凹凸棒石結構類型、棒晶長度、觸變性能與3D打印混凝土表界面作用及其增韌補強性能之間的構效關系。

　　在此基礎上，將高長徑比三八面體凹凸棒石應用于混凝土3D打印，通過調控體系流變性能改善實現了連續泵送，顯著提升了3D打印的堆積性能和可打印高度，實現了納米凹凸棒石在混凝土中類“鋼筋”應用。此外，將納米凹凸棒石引入3D打印超高性能高延性水泥基復合材料體系中，有效解決了體系中纖維聚團問題，實現了連續泵送和3D打印，突破了系列凹凸棒石在混凝土3D打印應用方面的關鍵瓶頸問題。