25 / 2021-06-18 15:55:21

水泥基材料可喷射3D打印性能研究

喷射3D打印,可建造性,流变性能

喷射3D打印水泥基材料可解决传统挤出3D打印过程中层间界面弱化和顶面与垂直面无法施工问题，可最大程度提高智能建造效率、质量和可持续性。本文通过硅灰和粉煤灰矿物组分优化普通硅酸盐水泥砂浆组分，结合3因素3水平正交试验分析砂浆流变性能影响规律。然后基于正交试验结果，研究喷射3D打印砂浆的单层/多层精度和打印前后水灰比、吸水率、微观形貌和孔结构等变化规律，得到可喷射3D打印砂浆的最优配比。试验结果表明，硅灰、粉煤灰和水灰比影响砂浆的屈服应力和粘度，低粘度可提高材料的可压送性与可喷射性，高静态屈服应力可提高材料的可建造性；提高硅灰和水灰比掺量可延长砂浆的打印窗口时间到120~134 min，以及提高其打印精度；基于打印多层厚度变形值提出可建造指标Bi来评价材料的可建造性，0.35水灰比和8 wt.%硅灰使Bi达到0.36最优值，表现出良好的可建造性。相比于传统浇筑施工方法，逐层喷射3D打印工艺提高砂浆的水灰比，表现出早期高抗压强度性能，7d达到28d抗压强度的92.7%，砂浆可打印性需作为其强度设计的考虑因素。喷射3D打印工艺优化材料的微观结构，逐层喷射打印作用提高砂浆水化产物的密实性，并整体调控孔隙结构向小孔区移动。使用最优材料配比（5wt.%粉煤灰, 0.38水灰比 and 5wt.%硅灰）在垂直面成功打印五角星异性结构，为喷射3D打印材料设计研究提供指导。