粉煤灰/磷渣微粉改性水泥基3D打印材料的制备与工作性研究

建筑3D打印技术相对于传统建造技术具有效率高、成本低、污染小、安全性高等优点,但建筑3D打印材料限制了3D打印技术在建筑行业的发展.近年来,水泥基建筑3D打印材料的研究正受到越来越多研究人员的关注和青睐,相对于传统水泥基材料其需要有短的凝结时间,适宜的流动度,良好的可挤出性以及良好的可堆积性能,这样才可打印出完整的打印体.本文设计了不同配合比的粉煤灰(FA)/磷渣微粉(PS)改性水泥基3D打印材料,并对FA/PS改性水泥基3D打印材料的凝结时间、流动度以及可堆积性等进行了研究.研究结果表明:除FA10-50外,FA改性的水泥基3D打印材料以及SAC掺量为胶凝材料总量的15％时的PS改性的水泥基3D打印材料能满足建筑3D打印对凝结时间的需求;FA10-40、FA10-50、FA15-W、FA15-30、FA15-40的流动度在200 mm及以内,具有适宜的流动度,能满足建筑3D打印对流动度的要求,而PS改性的水泥基3D打印材料的流动度均大于200 mm,难以满足建筑3D打印对流动度的要求;FA15-10 、FA1540、FA15-50以及PS15-30和PS15-40能打印至50层且变形较小,具有良好的可堆积性能.     

普通硅酸盐水泥基3D打印砂浆的性能及应用(英文)

以普通硅酸盐水泥(OPC)为胶凝材料制备具有快硬早强性能的3D打印砂浆。研究了OPC-3D打印砂浆的工作性、力学性能、层间粘结强度和收缩性能。结果表明:制备的OPC-3D打印砂浆初始状态的贯入强度约为0.05MPa,在35min时它的贯入强度达到0.7 MPa,之后强度快速增长。减水剂和触变剂能够使OPC-3D打印砂浆具有适合于3D打印施工的工作性,3D打印试件的28 d抗压强度能达到C40;3D打印的砂浆试件的抗压强度和钢筋握裹强度比标准模具成型的试件强度分别降低了10.65%和8.84%;3D打印试件的层间粘结强度为2.53 MPa;硫铝酸盐水泥早强组分水化生成钙矾石不仅促进了OPC-3D打印砂浆凝结,而且使其在标准养护条件下具有一定微膨胀性能。并利用普通硅酸盐水泥3D打印砂浆打印了小型房屋和构件。     

固废基硫铝酸盐胶凝材料用于建筑3D打印的特性与过程仿真

为了解决建筑3D打印材料的性能、成本及技术应用等问题,通过以工业固体废弃物为原料制备了硫铝酸盐胶凝基质材料,配以促凝剂、缓凝剂等形成的建筑3D打印粉体,并应用多物理场耦合软件对同一喷嘴结构不同水灰比（W/C）下喷出浆体速度及质量的影响规律进行仿真计算。结果表明：以工业固体废弃物为原料能成功制备达到GB-2007-R525的硫铝酸盐胶凝材料,且经过外加剂改性后凝结时间可控制在10～30 min,2 h抗压强度15～20 MPa,后期强度稳定;水灰比高于0.6,打印浆体出现堆叠、坍塌的现象,影响打印精度及打印构件质量;水灰比低于0.4,喷射浆体会出现拖尾,影响打印速度,最终确定水灰比在0.5附近较适合相应尺寸喷嘴的3D打印应用。     

3D打印用羟基丙烯酸共聚树脂柔韧性粉末材料的制备

以甲基丙烯酸甲酯(MMA)、丙烯酸丁酯(BA)及甲基丙烯酸-β-羟乙酯(HEMA)为原料,通过水相悬浮聚合法制备了羟基丙烯酸共聚树脂,并对该共聚树脂进行了傅里叶变换红外光谱分析。将羟基丙烯酸共聚树脂与聚乙烯醇复配作为三维(3D)打印粉末材料,以去离子水作黏结溶液,经3D打印制取柔韧性产品。考察了羟基单体HEMA用量、m(MMA)/m(BA)以及粉末材料的原料配比对产品应用性能的影响,确定了合成共聚树脂的最佳条件及粉末材料的最佳原料配方,并观察了最佳配方条件下制备的3D打印产品的断面形貌。最佳配方条件下,3D打印产品的弯曲强度为9.1 MPa,抗压强度为26 MPa,柔韧性为2 mm,基本满足柔韧性产品3D打印需求。     

利用废轮胎胶粉作3D打印材料

美国一家名为Emerging Objects的3D打印公司已开发出一种利用废轮胎胶粉作3D打印材料的方法,并计划用其制造3D打印家具、建筑物外部构件如隔音板。美国每年约产生2.59亿条废轮胎。通过低温法将废轮胎制成超细橡胶粉,可制造Rubber Pouff。Rubber Pouff是多用途3D打印家具构件,可单独作为凳子或其他用品,     

利用液态丁腈橡胶制备轿车刹车片的方法

由信义集团公司申请的专利(公开号CN101725655A,公开日期2010-06-09)利用液态丁腈橡胶制备轿车刹车片的方法,涉及的轿车刹车片配方为:液态丁腈橡胶2～5,芳纶短纤维2～10,陶瓷纤维10～20,铜纤维5～15,锆石4～6,铁黑1～3,石墨1～10,摩擦粉3～10,硫酸钡20～30,钛酸钾15～25,轮胎胶粉     

煤矸石及纤维对3D打印水泥砂浆性能的影响

研究了煤矸石、钢纤维及玻璃纤维用量对3D打印水泥砂浆性能的影响。结果表明,煤矸石、钢纤维及玻璃纤维均使砂浆的流动度下降,其中玻璃纤维影响最大。随煤矸石取代水泥量的增加,砂浆的强度先提高后降低,煤矸石取代30%水泥时,砂浆的强度最高,砂浆的初凝时间4. 3 min,终凝时间9. 5 min满足3D打印时的凝结时间要求。钢纤维对砂浆的抗折强度提高明显,对抗压强度也有影响纤维用量0. 5%左右时,砂浆28 d的抗压强度提高约10. 3%,抗折强度提高约20%,而砂浆的流动性下降较少,是最佳纤维用量。在0. 8%~1. 2%的用量范围内,添加玻璃纤维后砂浆强度明显降低。因此,在此用量范围内玻璃纤维不适合作为煤矸石水泥砂浆的增强材料。     

一种丙烯酸酯-丁腈橡胶材料及其制备方法

正由江苏骆氏减震件有限公司申请的专利(公布号CN 111825940A,公布日期2020-10-27)"一种丙烯酸酯-丁腈橡胶材料及其制备方法",涉及的丙烯酸酯-丁腈橡胶材料配方为:丙烯酸酯橡胶70～80,丁腈橡胶20～30,白炭黑50～60,硅烷偶联剂2～5,氧化锌1～2,硬脂酸0.5～1.5,聚乙二醇2～4,油酸酰胺0.5～2,增塑剂3～13,防老剂1～3,     

煤矸石及纤维对3D打印水泥砂浆性能的影响

研究了煤矸石、钢纤维及玻璃纤维用量对3D打印水泥砂浆性能的影响。结果表明,煤矸石、钢纤维及玻璃纤维均使砂浆的流动度下降,其中玻璃纤维影响最大。随煤矸石取代水泥量的增加,砂浆的强度先提高后降低,煤矸石取代30%水泥时,砂浆的强度最高,砂浆的初凝时间4. 3 min,终凝时间9. 5 min满足3D打印时的凝结时间要求。钢纤维对砂浆的抗折强度提高明显,对抗压强度也有影响纤维用量0. 5%左右时,砂浆28 d的抗压强度提高约10. 3%,抗折强度提高约20%,而砂浆的流动性下降较少,是最佳纤维用量。在0. 8%¹. 2%的用量范围内,添加玻璃纤维后砂浆强度明显降低。因此,在此用量范围内玻璃纤维不适合作为煤矸石水泥砂浆的增强材料。     

PBAT基3D打印材料制备及其在上肢固定器中应用

以聚对苯二甲酸己二酸丁二酯(PBAT)为基材,添加扩链剂2,5-二甲基-2,5-二(叔丁基过氧基)己烷(双二五)、碳酸钙和淀粉等,通过转矩流变仪熔融共混制备了改性PBAT材料,研究了双二五用量对材料加工性能和力学性能的影响。结果表明,当双二五质量分数不低于0.5%时,转矩随时间增加呈现先增大后减小、然后又增大的变化趋势;随着双二五用量增加,材料在480 s时的扭矩明显增加。材料的最佳配方(质量分数)为PBAT 58.5%,碳酸钙20%,玉米淀粉20%,乙烯-乙酸乙烯酯蜡1%,双二五0.5%,其拉伸强度为9.5 MPa、断裂伸长率为336.4%、撕裂强度为45.8 N/mm。在最佳配方下,通过双螺杆挤出机熔融共混制备了PBAT基3D打印材料,然后采用单螺杆3D线材挤出机制备了3D打印线材,在打印温度为180℃、打印速度为5 mm/s的条件下进行熔融沉积3D打印,制备出椭圆孔洞完整、外观和内表面光滑的上肢固定器,在骨折固定和康复治疗领域具有良好的应用前景。     

3D打印用聚丙烯复合材料的制备及性能研究

将碳酸钙和滑石粉按质量比为1∶1混合,与聚丙烯(PP)共混,制备可用于熔融沉积法(FDM)打印的PP材料,研究填料用量对3D打印试样力学性能和微观结构的影响。结果表明,随着填料用量的增大,3D打印制品的力学性能下降,PP材料的收缩率显著降低,试样内部纤维之间无空隙。当碳酸钙和滑石粉质量各占配方总质量的20%时,3D打印的PP制品性能最好。     

3D打印建筑技术及其水泥基材料研究进展评述

3D打印技术具有数字化、自动化、快速高效、无模、节省材料等特点,是一种低能耗、低排放的制造技术,也是制造业升级改革的关键技术。3D打印技术在传统建筑领域具有广阔的应用前景,能够极大缩短工程建设周期、提升建筑结构可设计性,它还是一种极端环境下极具潜力的施工技术。因此,3D打印建筑技术不仅受到科研工作者的青睐,更是得到国家的大力支持。本文系统评述了国内外基于水泥基材料的3D打印建筑技术的研究进展:首先介绍了基于水泥基材料的3D打印建筑技术的起源、发展及应用;然后从可打印性能、力学性能及耐久性能三个方面对3D打印水泥基材料研究进展进行了介绍;最后提出了关于3D打印建筑技术的思考与建议,并对其发展方向进行了展望。     

原位聚合对3D打印砂浆力学性能的影响及机理

为了实现3D打印砂浆力学性能的提升，选用丙烯酰胺为单体，以原位聚合的方式在3D打印砂浆中生成聚丙烯酰胺网络，探究原位聚合对3D打印砂浆力学性能的影响，并通过Fourier变换红外光谱、扫描电子显微镜、压汞仪测试和X射线计算机断层成像等手段对其影响机理进行探究。结果表明：AM原位聚合体系可以提高3D打印砂浆的流动性，减少宏观缺陷的产生，提高打印质量。AM单体聚合后会形成有机网络与水泥水化产物相互交错连接形成的“刚-柔”复合网络结构。这种结构极大的增强了3D打印试件的抗折强度和界面粘接强度，最高可使其28 d抗折强度提高52.4%,28 d相对界面粘接强度提高78.1%。     

纤维和胶粉对水泥砂浆力学和抗裂性能的影响

温湿度变化、胶凝材料本身变形和结构的约束是引起外墙砂浆开裂的主要原因,研究了3 mm短切耐碱玻璃纤维和可分散胶粉的掺入及掺量对砂浆抗折强度、抗压强度、弹性模量和干燥收缩性能的影响,并制备了914 mm×610 mm×19 mm的自由大板和内环约束的φ650 mm×φ800 mm×100 mm试件进行了室外暴露试验.结果表明纤维的掺入能够有效提高砂浆的抗折强度并降低干燥收缩,而胶粉掺入会降低28 d抗压强度并增加砂浆的干燥收缩,但能够降低砂浆的弹性模量,从而提高砂浆的韧性;室外暴露试验显示掺入复合掺入1％纤维和2％的胶粉能够明显提高砂浆的抗裂性能.     

一种橡胶增韧环保隔音板材

<正>由江阴汉姆应用界面有限公司申请的专利(公开号CN107603146A,公开日期2018-01-19)"一种橡胶增韧环保隔音板材",涉及的橡胶增韧环保隔音板材配方为:环氧树脂20～30,无机微孔填料10～20,软木颗粒5～12,胶粉(纳米丁腈橡胶和/或纳米有机硅橡胶胶粉) 1～5,固化剂     

3D打印用ABS研究进展

介绍了三维（3D）打印技术、熔融沉积成型（FDM）与3D打印用丙烯腈丁二烯苯乙烯共聚物（ABS）存在的问题,讨论了3D打印用ABS材料的成分配方、制备工艺、打印工艺、性能与用途,并指出加大对ABS材料的研究力度,使其能够应用于3D打印的同时,不断提升其打印制品的力学性能,赋予其多种特殊性能,以扩宽3D打印ABS材料的应用范围,是重要的研究方向之一。     

固废基硫铝酸盐胶凝材料用于建筑3D打印的特性与过程仿真

为了解决建筑3D打印材料的性能、成本及技术应用等问题,通过以工业固体废弃物为原料制备了硫铝酸盐胶凝基质材料,配以促凝剂、缓凝剂等形成的建筑3D打印粉体,并应用多物理场耦合软件对同一喷嘴结构不同水灰比(W/C)下喷出浆体速度及质量的影响规律进行仿真计算。结果表明:以工业固体废弃物为原料能成功制备达到GB-2007-R525的硫铝酸盐胶凝材料,且经过外加剂改性后凝结时间可控制在10~30 min,2 h抗压强度15~20 MPa,后期强度稳定;水灰比高于0.6,打印浆体出现堆叠、坍塌的现象,影响打印精度及打印构件质量;水灰比低于0.4,喷射浆体会出现拖尾,影响打印速度,最终确定水灰比在0.5附近较适合相应尺寸喷嘴的3D打印应用。     

有机添加剂对黏结砂浆性能的影响

研究可再分散胶粉、纤维素醚、淀粉醚、SM高效减水剂对黏结砂浆性能的影响.结果表明:可再分散胶粉、纤堆素醚并非越多越好,实验中掺量为15‰和3‰时砂浆性能最优.纤维素醚掺量从0‰～10‰,砂浆的含气量从3.60%～40%.淀粉醚的掺入对纤维素醚并没有起到协同效应,SM高效减水剂和纤维素醚相互影响,掺入后砂浆减水效果不佳,...     

3D打印混凝土材料及性能测试研究进展

近年来,3 D打印技术越来越多地受到人们的关注,其在建筑领域的研究与应用正成为世界范围内的热点研究课题之一.在对建筑3D打印材料工作性能及力学性能等方面应包含的相关评价指标内容进行论述的基础上,重点介绍了3D打印混凝土材料在流动性、可挤出性、可建造性、凝结时间及力学强度等性能指标的调整方式及其测试方法方面的国内外研究进展.最后阐述了目前建筑3D打印所存在的主要问题,为未来3D打印建筑技术的研究与发展提供参考.     

涂层对速凝3D打印水泥砂浆力学性能的影响

3D打印砂浆普遍存在层间界面粘结较弱、抗折强度较低的问题,而膨胀水泥浆涂层涂覆于砂浆表面可产生表层压应力,进而提升其抗折强度,作为界面剂涂覆于层间可同时增强其界面粘结强度。本文通过将硫铝酸盐水泥与膨胀剂混合而成的涂层涂覆于速凝3D打印砂浆的表面与层间,研究了该涂层对不掺纤维及掺0.5%(体积分数)玄武岩纤维3D打印砂浆试件力学性能的影响规律。结果表明,涂覆层间涂层对无纤维与掺纤维速凝3D打印砂浆的层间界面粘结强度提升率分别为21.4%、12.2%,同时对其抗压强度也有一定提升作用。仅涂覆表面涂层与仅涂覆层间涂层对3D打印砂浆的抗折强度提升效果相当;同时涂覆表面及层间涂层对3D打印砂浆的抗折强度提升效果最显著,与无纤维、掺纤维的无涂层试件相比,提升率最高分别可达44.2%、23.2%。涂层对于无纤维3D打印试件层间粘结强度及抗折强度的提升效果优于掺纤维试件。