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3D打印水泥基材料的性能要求

更新时间: 2019-09-16 16:00:45  查看次数: 244    
本文选择建筑3D打印工艺中“轮廓工艺”和“混凝土打印工艺”的挤出成型工艺为研究对象。水泥基材料在3D打印工艺中的应用不同于传统施工工艺,对用于3D打印的水泥基材料性能提出了更高的要求。


英国拉夫堡大学的T.T.Le等人对3D打印水泥基材料的打印性能和力学性能进行相关研究,提出了打印水泥基材料能否运用于挤出堆积打印工艺的指标,即可挤出性能、可堆积性能、打印时间和工作性能,可挤出性能是指水泥基材料浆体能够连续的被挤出不会发生阻塞管道和喷嘴的能力;可堆积性能是指材料挤出并逐层堆积的过程中能保持形态良好,不会出现倾斜坍塌的能力;打印时间是指满足材料保持良好的新拌性能(可挤出性能、可堆积性能)的时间段;工作性能是指在挤出堆积过程中材料不会出现泌水离析的能力。


为达到这些性能指标,首先,需要打印材料中颗粒粒径大小应该由喷嘴口的大小决定,防止在打印过程中因材料粒径过大堵塞了输送管或者挤出口导致打印终止的情况,根据混凝土的可泵性要求材料的最大粒径应不大于管径的1/4,并且水泥基材料具有良好的均匀性,避免泌水离析的情况出现;其次,材料要具有可塑性,避免挤出过程中因为无法连续挤出而造成漏打的现象,并且保证在堆积过程中层与层之间能够粘结在一起,避免冷缝的出现降低了建筑物整体的强度;最后,材料要具有形状保持的能力,保证在挤出堆积过程中不会因为自重或者上层的压力出现坍塌、倾斜等现象,造成已打印建筑构件的损坏。


张大旺等考虑到普通硅酸盐水泥的早期强度低及凝结时间过长等因素,无法满足3D打印的要求,提出采用硫铝酸盐水泥或者铝酸盐改性硅酸盐水泥等材料来获得更快的凝结时间和更高的早期强度。李福平提出3D打印材料要满足从喷嘴挤出后向周围迅速流淌快速凝结,并能够在管道和喷嘴处自由的流动不会堵塞管道和喷嘴,同时也要满足材料层与层之间能够紧密粘结成为一个整体。肖绪文等指出3D打印技术用于建筑行业的关键在于材料,水泥基材料要有具备较快的初凝能力、较高的早期强度和较强的抗裂能力。