3D 프린팅 콘크리트의 발전으로 강도, 내구성 및 탄소 배출량 감소 기대

버지니아 대학의 연구원들은 더욱 지속 가능하고 인쇄 가능한 시멘트 복합재를 개발함으로써 빠르게 발전하는 3D 인쇄 콘크리트 분야에서 상당한 진전을 이루었습니다. 그래핀과 석회암 및 소성 점토 시멘트(LC2)를 결합한 이 새로운 소재는 탄소 배출을 크게 줄이는 동시에 향상된 강도와 내구성을 제공하여 3D 인쇄 건설의 환경적 과제를 해결하는 강력한 솔루션이 되었습니다.

UVA 토목 및 환경 공학과의 교수인 오스만 오즈불루트는 "저희의 목표는 성능이 더 좋고 친환경적인 인쇄 가능한 콘크리트를 설계하는 것이었습니다."라고 말했습니다. "LC2 시멘트에 그래핀을 추가하면 3D 인쇄 건설에 필요한 강도와 유연성을 유지하면서 탄소 배출량을 줄일 수 있는 독특한 기회가 제공됩니다."

이 재료의 유동 특성, 기계적 성능 및 환경적 영향을 탐구한 이 연구는 University of Virginia의 Resilient and Advanced Infrastructure Laboratory의 박사 연구원인 방문 학자 Tugba Baytak과 UVA의 Tawfeeq Gdeh가 주도했습니다. Virginia Transportation Research Council(VTRC)의 연구원과 협력하여 Baytak과 Gdeh는 뛰어난 기계적 특성으로 알려진 그래핀을 LC2 시멘트에 적용하여 3D 인쇄 응용 분야에서 성능을 크게 개선했습니다.

"이런 종류의 혁신은 건설의 미래에 필수적이며, 이를 추진하는 팀의 일원이 되어 자랑스럽습니다."라고 Baytak이 말했습니다.

연구의 핵심 측면은 토목 및 환경 공학과의 박사후 연구원인 장판 지앙이 버지니아 대학교의 환경 공학 교수인 리사 콜로시 피터슨과 협력하여 수행한 수명 주기 평가(LCA)였습니다. LCA는 이 그래핀 강화 LC2 콘크리트가 기존의 인쇄 가능한 콘크리트 혼합물에 비해 온실 가스 배출을 약 31% 줄일 수 있음을 밝혔습니다.

"이 새로운 콘크리트의 전체 환경적 발자국을 볼 수 있다는 것은 중요했습니다." Jiang이 설명했습니다. "더 나은 기계적 성능을 보일 뿐만 아니라 환경적 영향도 낮아 3D 콘크리트 건설 기술은 탄소 배출량이 더 높은 기존 3D 인쇄 방법에 비해 지속 가능합니다."

콜로시 피터슨은 "과학이 우리를 보다 친환경적인 건축 관행으로 이끄는 것을 보는 것은 보람 있는 일"이라고 말했습니다.

VTRC와의 협력을 통해 UVA 팀은 교통 인프라에서 이 소재의 잠재적 응용 분야를 평가하고 실제 세계에서의 잠재력을 더욱 보여줄 수 있었습니다. "VTRC와의 협력은 이 새로운 콘크리트의 근본적인 특성을 밝히는 데 필수적이었습니다."라고 Ozbulut이 덧붙였습니다.

Gdeh는 "현대 건축의 기술적 요구와 더욱 친환경적인 재료에 대한 시급한 필요성을 모두 해결하는 프로젝트에 참여하게 되어 기쁘다"고 말했습니다.

연구팀에는 이스탄불 기술 대학의 박사 과정 연구원이자 버지니아 대학의 방문 학자인 투그바 바이타크, 버지니아 대학의 타우피크 그데, 장판 지앙, 리사 콜로시, 오스만 E. 오즈불루트, 버지니아 교통 연구 위원회의 연구 과학자 가브리엘 아르세가 포함되었습니다.

해당 논문은 "석회암과 소성 점토를 이용한 인쇄 가능한 그래핀 강화 시멘트 복합재의 유변학적, 기계적, 환경적 성능"이라는 제목으로 Journal of Building Engineering에 2024년에 게재되었습니다.

이 연구는 버지니아 대학의 3 Cavaliers 프로그램과 터키 과학기술연구위원회(TUBITAK)의 자금 지원을 받아 진행되었습니다.

출처: https://www.sciencedaily.com/releases/2024/10/241025194520.htm