多尺度建模揭示含水量如何操控水泥流动，为3D打印建筑铺路

研究人员根据《应用物理杂志》上的一项研究，使用多尺度建模考察了含水量如何影响新拌水泥浆体的流动。

该研究发现，随着水灰比升高，黏度降低；在将模拟结果与湿水泥实验进行对比时，团队观察到了相同的关键定性趋势。

美国物理学会（AIP）在总结该研究时指出，受灾地区的建筑施工、军事应用以及其他极端环境中的作业往往对工人而言困难重重或存在安全隐患。

该学会将异地打印水泥构件并将成品运至现场描述为一种替代方案，但也指出目前对湿水泥流动控制因素的理解存在空白，这限制了建筑性能提升的能力。

团队首先对水泥表面在水存在条件下的原子尺度相互作用进行了建模，然后将该结果引入一个更大的模型。

「我们首先计算了水在原子尺度上如何影响水泥表面之间的相互作用，然后利用该信息构建了一个适用于更大尺度颗粒模型的有效相互作用，」研究作者Subhadeep Pal（苏巴迪普·帕尔）表示。

帕尔将这种多尺度方法比作用显微镜在不同层面上观察水泥。

通过考察水泥颗粒在流动过程中的行为，而非仅仅依赖黏度曲线，作者们为所观察到的剪切变稀现象提出了一种微观机制。

「我希望这项工作能为连接分子尺度水泥科学与最终控制加工过程的颗粒尺度行为提供一个有用的框架，」帕尔表示。

水泥是一种具有不规则颗粒的复杂材料，团队的模型是一个简化的起点。

该模型用于分离含水量、颗粒相互作用、剪切和黏度之间的关系，未来的工作将在模型中添加更多元素，以更好地理解水泥流动及其在3D打印中的应用。