3D打印水泥基材料的可挤出性表征方法

无模快速成型使3D打印水泥基材料具有十分广阔的发展前景,打印材料的性能测试是3D打印技术的重要一环。在不同水灰比和胶砂比下,采用输送试验、稠度试验和可挤出率对3D打印水泥基材料的可挤出性进行表征。结果表明:输送长度与可挤出性呈正相关;当稠度在4 cm以上时,砂浆具有良好的可挤出性;稠度损失至无法满足可挤出性的时间均在25 min以上,满足打印小型建筑构件的需求;用可挤出率试验表征可挤出性具有科学性和准确性,且当可挤出率大于70%时,水泥基材料具有良好的可挤出性。

3D打印用砂浆的可打印性能研究

现有研究和相关技术标准多采用观测法检验3D打印材料的打印性能,缺少对可挤出性和可建造性的量化评价指标。本文基于流动度等常规工作性能指标对可打印性能的影响,提出挤出均匀性、累计形变率两个量化指标,用于评价3D打印材料的可打印性能,并在本试验条件下建立常规工作性能指标与打印质量的联系。结果表明:3D打印砂浆的挤出均匀性随流动度的增加先提高后降低,随动态屈服应力的增加而降低;累计形变率随高度保留率的增加而降低,随静态屈服应力的增加而降低。本试验参数条件下,当挤出均匀性小于3.5%、累计变形率不大于6%、动态屈服应力为200~800 Pa、静态屈服应力为1800~3300 Pa时,砂浆打印层数较高(不小于30层),可打印性能较好。

3D打印工程弃土挤出过程力学性能试验研究

通过13种不同配合比的工程弃土复配,研究了不同复配弃土在挤出过程中的可打印性,同时对掺入河砂和再生粉的土样分别进行无侧限抗压强度试验和直剪试验,探讨了河砂和再生粉作为工程弃土掺料的可行性。试验结果表明,黏质弃土的掺配比例会影响复配弃土的打印形态,当黏土掺配比例达50%时,打印效果良好。再生粉的掺入能够提高土体的无侧限抗压强度和弹性模量,超过这一范围后,再生粉的高吸水性会严重影响土体的黏聚性,进而导致强度降低,弹性变形阶段维持时间减少。在保证工程弃土强度改良和满足可挤出性的前提下,建议再生粉掺量为5%,此时土体无侧限抗压强度可提升22.5%,而河砂的掺入会整体降低弃土无侧限抗压强度和弹性模量,呈逆骨架效应。在减少环境污染和推进智能土制建筑方面,利用3D打印挤出成型技术,生产满足不同工况要求的工程弃土3D打印砖具有较高的应用价值和潜力。

基于数值模拟的混凝土3D打印性能分析方法研究

为推广应用3D打印混凝土技术,研究绿色高效的材料性能分析方法,需要对3D打印混凝土(3DPC)材料性能进行优化、完善打印路径设计,更好地控制打印质量,而目前的试验探索方法存在高耗能、效率低等弊端,故采用数值模拟方法优化3DPC性能。首先归纳分析3DPC的性能指标及其影响因素,重点讨论离散元法、计算流体力学法、有限元法在优化3D打印过程中的应用,包括优化打印参数,预测打印材料性能和流变响应,以更安全经济的方法得到影响机理,并分析各种方法的优缺点。通过综合分析和总结,对3DPC性能评价方案进行优化,并提出更适合3DPC流动性分析的材料模型。

基于三维轮廓扫描的3D打印地聚合物工作性评价方法研究

3D打印地聚合物胶凝材料的工作性评价存在方法不统一、受试验人员主观影响较大的问题,以不同水胶比的碱激发火山灰基地聚合物为墨水,在不同打印温度下制备了3D打印试件,利用三维轮廓扫描设备获取了3D打印试件表面点云数据,引入横向多线粗糙度和纵向多线粗糙度2个形态参数对3D打印可挤出性、可建造性进行了评价。研究结果表明,三维轮廓扫描法能够定量地反映3D打印试件整体的表面特征和形状特征,可对3D打印材料的可挤出性和可建造性进行更加精确的评价;对于3D打印火山灰基地聚合物,可以通过增大水胶比来提升材料的可挤出性,通过升高温度来提升材料的可建造性;当水胶比为0.32、打印温度为80℃时,材料可以达到可挤出性和可建造性的平衡,此时材料工作性能最佳。

3D打印混凝土的可打印性研究综述

对国内外3D打印混凝土可打印性的研究现状进行了总结,分析了配合比和原材料组成对3D打印混凝土可打印性的影响,介绍了可打印性的评价方法,并对各评价方法进行了比较,给出了相关建议。

3D打印混凝土特殊性能的表征术语、涵义及影响因素

以3D打印技术为基础的3D打印混凝土技术作为一种新型建造技术,必将为混凝土技术的发展带来浓墨重彩的一笔。本文为3D打印混凝土特殊性能的表征,统一可挤出性、粘结性和可建造性等3个重要术语,详细解释了其涵义,并结合课题组和同行的研究成果阐述了原材料和配合比对混凝土可挤出性、粘结性和可建造性的影响规律。

3D打印混凝土材料可打印性的影响因素与测试方法

混凝土3D打印作为近年来发展出的高新技术,受到了广泛的关注,并取得了许多研究成果,但目前对材料特性的测试方法没有形成统一的认识。本文从流动性、凝结时间、流变特性、可挤出性和可建造性五个方面综述了3D打印混凝土的研究进展。流动度试验可以用来快速筛选出不适合打印的材料。从长远来看,凝结时间短的材料更有潜力。流变特性可以定量化分析材料性能,但静态屈服应力随时间的演变缺少研究。目前可挤出性仍由观察法来评判,可以使用空隙率来将可挤出性定量表示。由于坍塌方式不同,可建造性需要将打印层数与试件形变结合起来评价。本文还总结了近年来可打印性的测试方法,对其优缺点进行分析,并对可打印性的量化与评估提供了一些建议,以便研究者借鉴。

影响黏土3D打印性能的主要参数研究

针对影响以黏土作为原材料的小尺寸3D打印性能的主要参数(包括含水率、打印线速度和打印层高)进行了全面研究,并通过试验确定在不同条件下黏土浆体的打印性能,包括浆体流动性、可挤出性、可堆积性等。试验首先研究3D打印系统中挤出压力与浆体挤出速率的关系,根据二者关系调节气泵压力来控制挤出速率。分别改变黏土含水率、打印线速度、打印层高等影响参数,进行黏土的3D打印,并对打印试件进行流变试验,观察试件的成型情况,测量打印试件的相对偏差,分别用于评估黏土浆体的流动性、可挤出性和可堆积性。结果表明:最适合3D打印的黏土含水率为34%~35%,相比于黏土的液限高出3%~4%;最佳打印线速度为4~5.5 mm·s^(-1);最佳打印层高为1.4~1.8 mm,约为喷嘴直径的1倍~1.3倍;打印参数的设置既要考虑打印材料的特性,又要考虑打印系统的特点,各参数取值还应当受质量守恒定律的约束;进行黏土3D打印试验时,在确定打印机喷嘴尺寸后,应当率先确定黏土的含水率,随之确定打印系统的线速度、层高、挤出速率和挤出压力等参数。

玄武岩纤维对3D打印水泥基材料可打印性的影响

玄武岩纤维是一种具备良好力学性能、优异耐腐蚀性且高性价比的纤维材料,将其掺入3D打印水泥基材料中可以起到抑制塑性收缩开裂的作用。而玄武岩纤维的掺入会显著改变3D打印水泥基材料的流变性能,从而对3D打印水泥基材料可挤出性及可建造性产生影响。通过改变纤维的掺量、直径及长度,研究了玄武岩纤维特性对3D打印水泥基材料流变性能、可挤出性及可建造性的影响,明确了流变性能与可挤出性和可建造性之间的关系。研究结果表明,玄武岩纤维的掺量对3D打印水泥基材料流变性能参数的影响权重最大,其次是直径。动态屈服应力与单位时间挤出量呈负相关,静态屈服应力与打印试件倾角呈正相关。打印试件横截面积比受动态屈服应力和静态屈服应力等综合因素影响。综合来看,优良的可挤出性需要适中的动态屈服应力,约为280 Pa。而优良的可建造性不仅需要适中的动态屈服应力,还需要静态屈服应力大于950 Pa。