
从上世纪初有了关于短钢纤维的研究论文之后,国内外的学者就一直在研究纤维增强粘土。现在呢,土壤里常用的增强增韧纤维材料大多是人工合成纤维,像碳纤维、玻璃纤维、钢纤维还有聚丙烯纤维等等,在这个领域也有不少研究成果了,在生产实践里用得也挺多。这些人工合成纤维强度高,还耐酸碱,虽然能在一定程度上改善粘土基材料的性能,但是制造成本高,也不环保、不经济。

3D打印粘土基材料里加容易获取、成本低的天然植物纤维现在可热门了。和人工合成纤维比起来,天然植物纤维有大长径比、强度较高、比表面积大、韧性更好这些优点。现在在复合材料研究领域,用麻纤维、椰纤维、木纤维还有竹纤维这些天然植物纤维代替合成纤维的研究越来越受重视了。研究的时候考虑到储量、工艺、国内研究现状还有地域这些因素,选了稻草纤维当试验材料,用来做出符合 3D 打印工作性能的粘土基复合材料。为啥选稻草纤维呢?因为把稻草纤维和粘土复合在一起,能让 3D 打印粘土砖重量变轻,减轻自重,这样能省好多能源,还能让粘土砖在地震和冲击荷载下更安全。在 3D 打印粘土砖里加稻草纤维能让试件隔音更好。因为稻草纤维是多孔的,里面有好多微孔,外面声音传到粘土砖里后,声波会在微孔里来回反射,让微孔里的空气振动,振动产生的机械波会和稻草纤维摩擦好多回,最后变成热能散掉。而且稻草纤维隔音降噪效果本来就好,稻草纤维加得越多、粒径越细,隔音降噪效果就越好。这是因为在粘土砖自然风干、硬化的时候,粘土颗粒会吸收稻草纤维表面的游离水,稻草纤维失水就会收缩,它和粘土颗粒之间就会有空隙,这样声桥就变少了。