汉麻纤维可为3D打印混凝土带来显著力学性能平衡，但强度损失限制了其应用潜力

根据澳大利亚最近的一项研究发现，将汉麻纤维混合入3D打印混凝土会带来显著的力学性能平衡，但目前这一特性限制了其在结构方面的应用。

测试结果表明，与传统混凝土混合物相比，这种汉麻材料的抗弯曲和抗开裂性能下降了57%至60.6%。

相比之下，根据打印方向的不同，虽然汉麻材料的抗压承载能力下降幅度较小，但仍然显著，降幅分别为 45.9% 至 54.8%。这种性能上的不平衡至关重要：容易开裂的材料在承重应用中会面临严峻的挑战，尤其是在分层式 3D 打印系统中。

这项研究成果来自澳大利亚西悉尼大学土木工程和材料系的研究人员，该研究发表在《建筑工程杂志》上。这项研究是首次对使用汉麻纤维作为混合材料的机器人3D混凝土打印技术（3DCP）进行系统性的实验评估，超越了早期阶段的概念验证试验。

《建筑工程杂志》是由爱思唯尔（Elsevier）出版的同行评审建筑和材料期刊，爱思唯尔是世界上最大的学术和专业科学出版商之一。

科学原理

实际上，抗压强度衡量的是材料能够安全承受的重量，例如支撑墙壁或屋顶。抗弯强度衡量的是材料抵抗弯曲和开裂的能力——这是面板、打印墙体以及3D混凝土打印技术中层间粘合的关键因素。在这项研究中，汉麻材料抗弯性能的下降幅度比抗压性能更大，这增加了打印层界面开裂的风险。

研究人员使用汉麻纤维（汉麻茎的木质内芯）来替代标准混凝土中1% 到4% 的沙子来制备可用于3D打印的混合物，与传统混凝土混合物相比，这种添加了汉麻纤维的材料更容易通过打印喷嘴——流动性提高了约16.7%，而且没有显著影响打印层的稳定性。

这种加工优势是以高昂的力学性能损失为代价的。无论材料如何打印，都会出现强度损失，这表明3D打印结构存在一个普遍问题：材料的性能会因打印方向的不同而有所差异。

环境效益有限

在研究中使用了低含量汉麻纤维（大约替代了混合物中1%至4%的沙子），其环境效益确实存在，但却十分有限。虽然研究表明汉麻纤维芯确实可以储存生物碳，并能略微减少矿物材料的使用，但它并没有显著改变水泥的含量，而水泥仍然是隐含碳的主要来源。在这样的含量水平下，汉麻纤维的作用更像是一种少量添加剂，而不是真正的替代品，这意味着不能仅凭成分就将这种混合物称为低碳或气候友好型材料。

关于更环保建筑的说法在传统汉麻混凝土中是成立的，但是在这种低含量的3D打印汉麻混凝土中却受到了限制。与含有更高植物材料含量的传统汉麻混凝土系统不同，这种混合物中的汉麻颗粒完全被水泥基质包裹，不会显著影响室内空气质量、湿度调节或居住者的健康。因此，这项研究的主要价值不在于短期的环境或健康影响，而在于证明少量植物材料可以在自动化3D打印系统中发挥作用——这是未来开发更高级的生物含量材料的必要早期步骤。

保持清醒

从投资者的角度来看，需对这些影响保持清醒。结构混凝土产品必须符合严格的建筑规范和认证标准，而这些标准大多是围绕传统浇筑混凝土制定的。弯曲强度大幅降低的材料将面临漫长而复杂的审批流程，并可能会遭到保险公司、监管机构和注册工程师的抵制。

尽管如此，这项研究还是指出了可能的改进途径，包括预处理汉麻纤维芯和优化颗粒尺寸分布，以改善打印层之间的粘合。但这些方法肯定会增加加工的复杂性和成本，也可能会削弱汉麻材料相对于传统材料的经济优势。

应用受限

从短期来看，研究结果表明，基于汉麻的3D打印混凝土更适合非承重应用，例如室内隔墙、保温构件或建筑装饰，这些应用的开裂风险和结构认证要求相对较低。

虽然这项研究证实汉麻材料可以在自动化的3D打印系统中发挥作用，但它也凸显了技术可行性与商业化应用之间的巨大差距——尤其是在受严格规范和认证框架约束的承重建筑领域。