3D打印混凝土层间弱面的形成机制与改善方法

混凝土3D打印作为一种无模、快速、灵活的先进建造技术在土木建筑领域已获得成功应用.然而,逐层堆叠的固有属性使3D打印混凝土材料有规律性地产生层间弱面,造成了材料的非均质性,削弱了打印结构的力学承载性能和耐久性,制约了该技术的发展和应用.本文综述国内外相关研究进展,从宏观和微观分析打印结构层间弱面的形成机制,并总结层间力学结合的影响因素,提出相应的改善措施,可为优化3D打印材料和结构,进一步推动混凝土3D打印的工程应用提供科学的指导.     

纤维混杂对超高性能混凝土性能影响试验研究

利用钢纤维、碳纤维及膨胀剂等制备超高性能混凝土,测试评估材料的工作性、力学性能、收缩和耐久性能及微观结构。研究表明,碳纤维替代钢纤维量1.0‰时工作性及力学性能最佳,28 d抗压与抗折强度可以达到182.9 MPa与60.9 MPa;膨胀剂4.0%掺量下效果较好,90 d膨胀率基本稳定在2?左右;水化产物微观结构致密,120 d碳化满足T-Ⅳ等级,抗硫酸盐等级大于KS60,动弹模量54.21 GPa,耐久性好。     

掺合料对超高性能水泥基装饰材料性能的影响

将重钙粉与偏高岭土以不同的比例混合并替代白水泥，制备超高性能水泥基装饰材料,研究两者掺入比例变化对超高性能水泥基装饰材料工作性能、力学性能及自收缩的影响，采用SEM扫描电镜观察28 d龄期后试件内部微观形貌，研究表明，随着重钙粉与偏高岭土比例的增大，试件的致密程度和强度先增后减，其中B9-9的28 d抗压与抗折强度可以达到120.6 MPa与42.9 MPa，且工作性、收缩性能良好、内部结构致密。     

STA同步热分析在硫铝酸盐水泥生产中的应用

采用STA同步热分析仪研究了铝矾土、水泥生料、石膏、水化水泥等在加热过程中的热效应及重量变化特征,以及水泥石膏结晶水受温度及加热方式对水泥性能影响,水泥水化为水泥石过程中氢氧化钙的形成及分解机理.进而为指导工业生产硫铝酸盐水泥生料配料,回转窑煅烧工艺参数控制等提供理论依据.     

超细油井水泥性能研究及制备工艺探讨

为探讨超细油井水泥性能和制备工艺，本文通过采用立式多转子气流分级机对油井水泥进行分级和相应工序处理获得7种不同颗粒粒径的油井水泥。利用激光粒度仪、X射线衍射仪、扫描电镜等分别对不同颗粒粒径油井水泥进行颗粒级配、矿物组成、水泥颗粒形貌及水泥石水化产物进行测试，同时测试稠化时间、稠度、流动度、强度等对其性能进行评价。研究结果表明，油井水泥在分级生产过程中出现分相现象；分级粗油井水泥在合适比例混合下可获得合格产品；不同颗粒粒径的油井水泥微观结构和物理性能差别大，随水泥比表面积增大，水泥颗粒间吸附力增强，浆体稠化时间缩短，初稠和水灰比增大，析水率降低，稳定性增加；在合适温度范围内，随温度升高，浆体强度增加，但颗粒过细，强度反而会下降     

硫铝酸盐水泥和膨胀剂对3D打印混凝土性能影响试验研究

3D打印技术在建筑领域的快速应用有赖于与打印机相兼容的高性能水泥基材料的制备。收缩开裂及耐久性是决定3D打印混凝土长期使用寿命的关键影响因素。通过掺入硫铝酸盐水泥、高效膨胀剂制备一种低收缩高耐久性3D打印混凝土,测试评估3D打印材料的可打印性、收缩和耐久性。同时采用SEM对该材料的水化产物和微观结构进行分析。结果表明:硫铝酸盐水泥掺量为15%~20%时,材料具有优异的可打印性能,膨胀剂掺量为3.0%时,120 d试件尺寸变化率为0.0528%,收缩率小,抗裂性能好;水化产物结构致密,耐久性好,抗氯离子达到RCM-V等级,120 d碳化满足T-Ⅳ等级,抗硫酸盐符合KS90要求,抗冻融符合F100冻融循环要求。     

HB-CSA与膨胀剂对3D打印混凝土收缩开裂性能的影响

3D打印材料因连续挤出的工艺要求,受限于喷嘴的尺寸,制备时一般使用细骨料.细骨料比表面积大,包裹骨料所需浆体多,造成胶凝材料占比高;无模逐层堆积建造的固有流程,提高了打印材料的水分蒸发速率,导致3D打印水泥基复合材料具有较高的收缩和开裂风险.为此,通过复掺高贝利特硫铝酸盐水泥(HB?CSA)和UEA膨胀剂制备低收缩3D打印水泥基复合材料,测试评估其可打印性、力学性能和收缩开裂性能.结果表明,单掺5％(质量分数,下同)的HB?CSA时,3D打印水泥基复合材料90 d的收缩率可降低约8％,早期开裂面积下降约35％,且流动度为190 mm,初凝时间为45 min,满足3D打印挤出工艺要求;5％的HB?CSA和10％的UEA膨胀剂复掺时,所制备材料90 d的收缩率可降低约30％,早期开裂面积下降约33％.     

PP纤维对混凝土3D可打印性和力学性能的影响

分析了聚丙烯(PP)纤维掺量和长度对拌和物流动性和流变性的影响,研究了不同打印喷头直径、打印层高下,PP纤维对拌和物挤出性和建造性的影响,探讨了PP纤维3D打印混凝土吸水率、抗压强度和抗折强度的性能特征。结果表明:掺入PP纤维对拌和物的流动性、流变性、挤出性有负面影响,但有利于建造性;当PP纤维掺量为0.6%、长度为9 mm时,试件的抗折强度提升了80.8%;综合可打印性、力学性能和实例验证,当打印喷头直径为20 mm、打印层高为8 mm、PP纤维掺量和长度分别为0.6%、9 mm时,PP纤维3D打印混凝土的各项性能最佳。     

低水化热低收缩3D打印建筑材料试验研究

以水泥基材料打印的构筑物由于水泥水化热释放比较集中、自收缩及干燥收缩等原因普遍存在开裂问题，通过添加低水化热水泥、矿物掺合料以及硫铝型膨胀剂配制出低水化热低收缩3D打印建筑材料，采用压汞仪和SEM分析其孔隙率和微观结构。结果表明：低水化热水泥和硫铝型膨胀剂能明显降低3D打印建筑材料的水化热和收缩率，膨胀剂掺量为5%时，3、7、28 d水化热分别为128、164、176 J/g；收缩率最小，28 d后龄期干缩率基本稳定，90 d干缩率为0.0159%；孔隙率较小，微观结构致密；在合适材料配比及合适的可打印参数条件下，该材料具有优异的可打印性能。     

利用采石表层土制备免烧砖的试验研究

以汉中某石灰岩矿山表层土为主要原料,采用水泥和增强剂作为固化材料,通过静压成型的方式制备免烧砖,探索水泥用量、絮凝剂种类及增强剂用量对免烧砖固化效果的影响规律.通过试验得到免烧砖最佳配比,测试最佳配比免烧砖的相关性能,结果表明:所制备的免烧砖强度、抗冻性、干燥收缩、吸水率、碳化性能及软化系数均满足规范要求.