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7 Déc, 2023

De l’oxyde de graphène utilisé pour renforcer et électrifier le béton imprimé en 3D

De l’oxyde de graphène utilisé pour renforcer et électrifier le béton imprimé en 3D

L’une des structures d’essai imprimées en 3D et composées de béton amélioré

Les structures en béton imprimées en 3D sont censées être plus rapides et moins coûteuses à construire que leurs équivalents traditionnels, mais elles ne sont pas toujours aussi solides. Ce problème pourrait bientôt être résolu en ajoutant une pincée d’oxyde de graphène, qui pourrait également être utilisé pour détecter les fissures.

Habituellement, les bâtiments, ponts et autres structures en béton sont construits en versant du béton humide dans des moules en bois (appelés « coffrages ») qui sont retirés une fois que le béton a durci.

En revanche, l’impression 3D de ces structures consiste à déposer des couches successives de béton extrudé qui s’assemblent au fur et à mesure qu’elles durcissent. Malheureusement, les liaisons entre ces couches finissent parfois par constituer des points faibles, ce qui diminue la résistance globale de la structure.

Pour tenter de résoudre ce problème, des scientifiques de l’université australienne RMIT et de l’université de Melbourne ont essayé d’ajouter de l’oxyde de graphène au ciment utilisé comme liant dans le béton imprimé en 3D. L’oxyde de graphène est la forme oxydée du graphène, qui est à son tour une feuille d’un atome d’épaisseur composée d’atomes de carbone reliés entre eux selon un motif en nid d’abeille.

Après avoir expérimenté différentes quantités, on a constaté que lorsque l’oxyde de graphène était ajouté à un dosage de 0,015 % du poids du ciment, le béton obtenu présentait une meilleure liaison entre les couches. Cette amélioration a permis d’augmenter la résistance globale de 10 %.

« L’oxyde de graphène possède des groupes fonctionnels à sa surface, qui sont comme des points collants à la surface d’un matériau qui peut s’accrocher à d’autres choses », a déclaré le professeur associé Jonathan Tran du RMIT. Ces « points collants » sont principalement constitués de divers groupes fonctionnels contenant de l’oxygène, qui jouent un rôle crucial en facilitant les liaisons plus fortes avec d’autres matériaux comme le ciment. Cette liaison forte peut améliorer la résistance globale du béton. »

Des doses plus élevées d’oxyde de graphène ont en fait diminué la résistance et la maniabilité du béton.

En outre, le graphène étant hautement conducteur d’électricité, il est possible de faire passer un courant électrique à travers le béton durci. On espère que cette fonctionnalité pourra un jour être utilisée dans un système de détection des fissures, dans lequel même les plus petites fissures interrompraient un circuit électrique traversant une structure en béton.

D’autres recherches doivent encore être menées dans ce domaine, et les scientifiques doivent encore déterminer comment la résistance du béton imprimé en 3D est comparée à celle du béton coulé traditionnel. Un article sur cette étude, dirigée par Junli Liu, doctorant au RMIT, a récemment été publié dans la revue Additive Manufacturing Letters.

Dans des études antérieures, l’oxyde de graphène a été utilisé pour former un revêtement protecteur sur le béton et pour augmenter la force d’adhérence des fibres de masques de protection déchiquetées qui ont été utilisées pour renforcer le béton.

https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2772369023000385#sec0004

https://www.rmit.edu.au/news/all-news/2023/dec/graphene-oxide-concrete