Rheology and 3D printing of alginate bio-stabilized earth concrete
Rheology and 3D printing of alginate bio-stabilized earth concrete
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海藻酸盐生物稳定土混凝土的流变学及3D打印
DOI：
10.1016/j.cemconres.2023.107380
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发表时间：
2024
影响因子：
11.4
通讯作者：
Kawashima, Shiho
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
Maierdan, Yierfan;Armistead, Samuel J.;Mikofsky, Rebecca A.;Huang, Qiqi;Ben-Alon, Lola;Srubar, Wil V.;Kawashima, Shiho
在对可持续建筑解决方案的需求的推动下，人们对土基材料重新产生了兴趣。生物聚合物稳定剂可以增强这些材料的流变学和结构特性，以促进其在 3D 打印中的使用。这项研究研究了海藻酸钠对高岭石稳定性、颗粒相互作用、流变性和 3D 打印适性的影响，高岭石是一种在适合建筑的土壤中常见的粘土。研究结果表明，海藻酸钠可以增强静电相互作用，从而增强高岭石悬浮液的稳定性。排斥势能的增加可以使储能模量和屈服应力降低几个数量级。然而，当海藻酸盐含量增加超过其临界重叠浓度（0.12%–0.6%）时，观察到相反的趋势，这归因于三维聚合物网络的形成。此外，海藻酸盐的添加将高岭石混合物的“可印刷窗口”转移到更高的固体含量，这对可印刷混合物的强度和收缩率具有积极影响。
Driven by the need for sustainable construction solutions, there is renewed interest in earth-based materials. Biopolymer stabilizers can enhance the rheological and structural properties of these materials to facilitate their use in 3D printing. This research examined the influence of sodium alginate on the stability, particle interaction, rheology, and 3D printability of kaolinite, a commonly found clay in soils deemed suitable for construction. Findings revealed that sodium alginate could boost electrostatic interactions to enhance the stability of kaolinite suspensions. This rise in repulsive potential energy could reduce storage modulus and yield stress by orders of magnitude. However, as the alginate content increased beyond its critical overlapping concentration (0.12 %–0.6 %), a reverse trend was observed, which was attributed to the formation of a three-dimensional polymer network. Furthermore, alginate addition shifted the “printability window” of kaolinite mixtures to higher solid contents, which has positive implications on the strength and shrinkage of the printable mixtures.
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