Según la Universidad de Nuevo México (UNM), investigadores del Departamento de Ingeniería Civil, Construcción y Medio Ambiente de Gerald Might han patentado oficialmente un diseño de materials de hormigón versatile para impresión de construcción 3D.
La construcción tradicional depende de que personas operen maquinaria pesada para colocar vigas de acero o madera para crear la estructura del edificio, pero el proceso puede ser peligroso y costoso. Este es sólo uno de los problemas de materiales y fabricación que Maryam Hojati, profesora asistente en el Departamento de Ingeniería Civil, Construcción y Medio Ambiente de Gerald Might, espera resolver.
Otro problema es el mantenimiento de la infraestructura. Incluso el hormigón reforzado con acero requiere reparación continua, lo que significa un mantenimiento common de todo, desde edificios y puentes hasta aceras. Un materials más resistente podría hacer que la infraestructura pública sea más duradera y menos costosa de mantener.
“El hormigón por sí solo no muestra ninguna propiedad de tracción, lo que significa que si tienes un trozo de hormigón y empiezas a separarlo, se puede romper fácilmente. Es un materials muy frágil”, dijo Hojati. La tendencia del hormigón a fracturarse bajo tensión es especialmente problemática cuando se trata de desastres naturales y fenómenos meteorológicos como terremotos y vientos que ejercen tensión lateral sobre los edificios. “El materials debe contener y resistir tanto la tensión como la compresión. El hormigón es un gran materials para la compresión, pero cuando se trata de tensión, es un materials débil”.
Investigadores de todo el mundo han explorado qué materiales y procesos podrían resolver estos problemas. Algunas estructuras se han construido en parte con impresoras 3D, pero hasta ahora, la mayoría de los procesos dependen de la colocación de materiales clave como vigas o barras de refuerzo. Limitando la automatización que debería ofrecer la impresión 3D.. Para imprimir algo sin esos soportes, el materials debe ser lo suficientemente fuerte como para sostenerse por sí solo.
Muhammad Saeed Zafar, quien recibió su Ph.D. En el verano de 2024 y trabajó como asistente de investigación graduado para Hojati, creó una sustancia que podría resolver este problema. «Si hablamos de impresión 3D o fabricación aditiva en el campo de los metales y plásticos, estamos en una fase muy avanzada, pero la impresión en hormigón todavía está en desarrollo», afirmó. «Si podemos diseñar con éxito materials extremely dúctil sin utilizar barras de acero convencionales, se resolverá el problema de la incompatibilidad del refuerzo con el proceso de impresión 3D».
La sustancia resultante, conocida como materials cementoso ultradúctil autorreforzado, fue patentada en agosto pasado por UNM Rainforest Improvements en nombre de Hojati, Zafar y Amir Bakhshi, quienes trabajaron en el proyecto como asistente de investigación y estudiante de maestría al principio de su desarrollo. desarrollo. Zafar publicó el año pasado su investigación sobre sustancias en la construcción y materiales de construcción.
“El propósito básico de hacer este trabajo fue abordar el problema de refuerzo en impresión de hormigón 3D”, dijo Zafar. “Afirmamos que la impresión de hormigón en 3D es un proceso automatizado. Pero los métodos de refuerzo convencionales están comprometiendo la automatización en este proceso”.
El materials cementoso ultradúctil debe contener suficiente fibra para mantenerse firme por sí solo manteniendo una viscosidad que le permita pasar a través de la boquilla de impresión sin atascarse. Si bien puede parecer easy, encontrar el equilibrio adecuado es un desafío de investigación complejo. Hay muy poca fibra en la mezcla y las formas impresas podrían hundirse sobre sí mismas. Demasiada fibra y el materials no llegará muy lejos en el proceso de impresión. Para probar la viabilidad de los materiales, deben mezclarse, medirse e imprimirse con precisión.
Incluso después de imprimir los diseños en varias formas y diseños diferentes, incluidas estructuras pequeñas, prismas y huesos de perro, se debe probar su resistencia a la flexión y a la tracción directa. Los investigadores repitieron este proceso y exploraron mezclas hechas de muchos materiales y fibras, como alcohol polivinílico, cenizas volantes, humo de sílice y fibras de polietileno de peso molecular ultraalto.
La patente resultante ofrece cuatro mezclas diferentes con una capacidad de deformación hasta un 11,9% mayor.
«Debido a la incorporación de grandes cantidades de fibras poliméricas cortas en este materials, podría mantener unido todo el concreto cuando se somete a cualquier carga de flexión o tensión», dijo Hojati. «Si utilizamos este materials a mayor escala, podemos minimizar la necesidad de refuerzo externo para la estructura de hormigón impreso».
El desarrollo de un versatile, sustancia imprimible related al hormigón fue financiado por subvenciones del Consorcio de Transporte de Estados Centro-Sur (Tran-SET), el Centro de Transporte Universitario de la Región Seis. Las subvenciones financiaron tres proyectos de investigación: el desarrollo de un materials cementoso de ingeniería imprimible en 3D, la evaluación de las propiedades del materials tanto en estado fresco como endurecido, y el desarrollo de un ecohormigón imprimible en 3D.
Después de las dos primeras fases del proyecto y de muchos diseños, los investigadores diseñaron con éxito el materials que el equipo presentó para obtener una patente.
