الخرسانة المطبوعة ثلاثية الأبعاد المعززة بالجرافين تقلل انبعاثات الكربون 31%

حقق باحثون من جامعة فرجينيا تقدمًا كبيرًا في مجال الخرسانة المطبوعة ثلاثية الأبعاد الذي يشهد تقدمًا سريعًا من خلال تطوير مركب أسمنتي أكثر استدامة وقابلية للطباعة.

توفر هذه المادة الجديدة، التي تجمع بين الجرافين والحجر الجيري والأسمنت الطيني المحروق (LC2)، قوة ومتانة معززتين مع تقليل انبعاثات الكربون بشكل كبير، مما يجعلها حلاً قويًا لمعالجة التحديات البيئية في البناء المطبوع ثلاثي الأبعاد.

قال عثمان أوزبولوت، أستاذ في قسم الهندسة المدنية والبيئية بجامعة فيرجينيا: “كان هدفنا هو تصميم خرسانة قابلة للطباعة تعمل بشكل أفضل وتكون أكثر صداقة للبيئة، إضافة الجرافين إلى أسمنت LC2 يوفر فرصة فريدة لخفض الانبعاثات الكربونية مع الحفاظ على القوة والمرونة المطلوبة للبناء المطبوع ثلاثي الأبعاد”.

أجرى الدراسة، التي استكشفت خصائص التدفق والأداء الميكانيكي والتأثيرات البيئية لهذه المادة، الباحث الزائر توبا بايتاك وتوفيق جاديه من جامعة فيرجينيا، وهما باحثان في مرحلة الدكتوراه في مختبر البنية التحتية المرنة والمتقدمة بجامعة فيرجينيا.

بالتعاون مع باحثين في مجلس أبحاث النقل في فيرجينيا، طبق بايتاك وجديه الجرافين – المعروف بخصائصه الميكانيكية المتميزة – على أسمنت LC2، مما أدى إلى تحسين أدائه بشكل كبير لتطبيقات الطباعة ثلاثية الأبعاد.

وقال بايتاك: “يعد هذا النوع من الابتكار ضروريًا لمستقبل البناء، وأنا فخور بأن أكون جزءًا من الفريق الذي يقود هذا إلى الأمام”.
كان أحد الجوانب الرئيسية للبحث هو تقييم دورة الحياة (LCA)، الذي أجراه Zhangfan Jiang، باحث ما بعد الدكتوراه في قسم الهندسة المدنية والبيئية، بالتعاون مع Lisa Colosi Peterson، أستاذة الهندسة البيئية في جامعة فيرجينيا.

وكشف تقييم دورة الحياة أن الخرسانة LC2 المعززة بالجرافين يمكن أن تقلل انبعاثات الغازات المسببة للاحتباس الحراري العالمي بنحو 31% مقارنة بمخاليط الخرسانة القابلة للطباعة التقليدية.

بناء أكثر خضرة

وأوضح جيانج أن “القدرة على رؤية البصمة البيئية الكاملة لهذه الخرسانة الجديدة كانت مهمة للغاية، فهي لا تظهر أداءً ميكانيكيًا أفضل فحسب، بل إنها أيضًا ذات تأثير بيئي أقل، مما يجعل تقنية بناء الخرسانة ثلاثية الأبعاد أكثر استدامة مقارنة بأساليب الطباعة ثلاثية الأبعاد التقليدية ذات الانبعاثات الكربونية الأعلى”.

قال كولوسي بيترسون: “من المجزي أن نرى العلم يدفعنا نحو ممارسات بناء أكثر خضرة”.

وقد أتاحت الشراكة مع VTRC لفريق UVA تقييم التطبيقات المحتملة للمادة في البنية التحتية للنقل، مما أدى إلى عرض إمكاناتها في العالم الحقيقي بشكل أكبر، وأضاف أوزبولوت: “كان التعاون مع VTRC ضروريًا في الكشف عن الخصائص الأساسية لهذه الخرسانة الجديدة”.

وقال جيدي: “من المثير أن أكون جزءًا من مشروع يعالج كل من المتطلبات الفنية للبناء الحديث والحاجة الملحة لمزيد من المواد الصديقة للبيئة”.

وضم فريق البحث توبا بايتاك، باحثة دكتوراه من جامعة إسطنبول التقنية وأستاذة زائرة في جامعة فرجينيا، وتوفيق جيديه، وتشانجفان جيانج، وليزا كولوسي، وعثمان إي. أوزبولوت من جامعة فرجينيا، وغابرييل آرسي، باحث علمي من مجلس أبحاث النقل في فرجينيا.

تم نشر المقال بعنوان “الأداء الرومولوجي والميكانيكي والبيئي للمركبات الأسمنتية المعززة بالجرافين القابلة للطباعة مع الحجر الجيري والطين المحروق” في مجلة هندسة البناء، 2024″.