Effetto dell’aggiunta di fibre polipropileniche sulle proprietà dei geopolimeri realizzati dalla stampa 3D per la costruzione digitale

Test delle proprietà del materiale di stampa 3D in geopolimero rinforzato con fibre
In un documento intitolato ” Effetto dell’aggiunta di fibre polipropileniche sulle proprietà dei geopolimeri realizzati dalla stampa 3D per la costruzione digitale “, un gruppo di ricercatori indaga l’effetto delle fibre di polipropilene (PP) sulle proprietà fresche e indurite delle malte di geopolimeri rinforzate con fibra stampate in 3D . Uno dei principali limiti delle tecniche di stampa 3D in calcestruzzo basate sull’estrusione, sottolineano i ricercatori, è la difficoltà di incorporare i rinforzi in acciaio convenzionali.

“Come possibile soluzione, le barre di acciaio convenzionali possono essere parzialmente o completamente sostituite da rinforzi in fibra corta, riducendo così o rendendo superflui i requisiti per i rinforzi in acciaio per quanto riguarda la padronanza delle fessurazioni dovute a contrazioni o variazioni di temperatura e, in alcuni casi, alla realizzazione particolare capacità di carico e deformabilità “, affermano.
Un altro limite è la gamma limitata di calcestruzzi stampabili, continuano. Il calcestruzzo OPC convenzionale non è adatto a causa delle sue caratteristiche di impostazione, così come il suo elevato consumo energetico ed emissioni. Un’alternativa è il geopolimero, che può essere ottenuto mediante l’attivazione alcalina di ceneri volanti e scorie. Non ci sono state molte ricerche per ottimizzare le proporzioni della miscela di geopolimeri 3D stampabili, quindi i ricercatori hanno dedicato il loro lavoro allo sviluppo di un geopolimero ottimizzato per la stampa 3D.

Per produrre una malta di geopolimeri, i ricercatori hanno utilizzato ceneri volanti, sabbia di silice su scala microscopica, una soluzione alcalina composta da silicato di sodio e soluzioni di idrossido di sodio e polvere di carbossimetilcellulosa di sodio (CMC). Hanno testato le miscele con proporzioni diverse di ogni ingrediente prima di stabilirsi su una che fosse sia estrudibile che costruibile. Diverse percentuali di fibra PP sono state quindi aggiunte alla miscela ottimizzata, in volumi che vanno dallo 0,025% all’1,00%. Hanno testato la malta stampandola in 3D con un dispositivo di test personalizzato. I campioni stampati sono stati quindi trattati termicamente.

L’impostazione del test dell’abilità di ritenzione della forma
È stato testato il comportamento reologico delle miscele, così come le proprietà meccaniche della malta indurita. Sono stati eseguiti anche test per la porosità apparente e la forza del legame tra strati.

“L’aggiunta di fibre sembra influenzare positivamente le resistenze a compressione solo quando il carico è perpendicolare al piano dell’interfaccia”, affermano i ricercatori. “Ciò è dovuto all’allineamento preferenziale delle fibre parallelo alla direzione dell’estrusione. L’aggiunta di fibra ha migliorato significativamente le prestazioni di flessione dei campioni stampati. L’uso di dosi di fibra di 0,75 e 1,00% in volume ha causato un comportamento di indurimento alla deflessione dei geopolimeri stampati in 3D e, quindi, un’energia di frattura significativamente più alta rispetto ai campioni senza fibra o con minore contenuto di fibre. ”
Un aumento del volume delle fibre ha causato una lieve riduzione della forza di legame tra strati. I maggiori volumi di fibre, tuttavia, hanno causato una migliore capacità di ritenzione della forma nei campioni stampati, oltre alla duttilità. Una forte correlazione tra porosità e forza di compressione è stata trovata nel materiale stampato in 3D, simile a quello del calcestruzzo colato.

Il test di resistenza del legame tra strati
“I risultati indicano la possibilità di stampare geopolimeri rinforzati con fibre che soddisfano tutte le proprietà necessarie sia negli stati freschi che induriti”, concludono i ricercatori.
Gli autori del documento includono Behzad Nematollahi, Praful Vijay, Jay Sanjayan, Ali Nazari, Ming Xia, Venkatest Naidu Nerella e Viktor Mechtcherine.

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