3D打印混凝土硬化后断裂机理试验研究

为了研究3D打印混凝土硬化后的断裂机理,针对常规浇筑混凝土和三种不同打印路径混凝土,开展了劈裂抗拉强度和三点弯试验,利用声发射技术监测了断裂过程。结果表明：打印混凝土的劈裂抗拉强度、抗弯强度、延性和断裂能均小于常规浇筑混凝土;当平行于荷载方向上条间界面（水平条带之间界面）数量增加时,断裂面上材料完整性被削弱的程度愈大,劈裂抗拉强度、抗弯强度、延性和断裂能愈小;打印混凝土内部界面对微裂缝的开裂模式有影响,随着材料完整性削弱程度的增大,剪切裂缝数量占比愈大;通过衰减系数反映微观断裂与打印混凝土宏观断裂力学性能之间的关系,发现随着剪切微裂缝数量占比衰减系数的增加,抗弯强度、延性、断裂能衰减系数减小,两者近似呈线性关系。     

钢纤维混凝土断裂破坏机理及受拉损伤本构试验研究

钢纤维混凝土断裂行为及受拉本构关系对其工程应用起到至关重要作用,目前尚无本构模型揭示基体开裂与纤维拔出所产生的能量耗散的演化规律.文章通过开展钢纤维混凝土带缺口梁三点弯试验,利用声发射技术监测试件断裂过程中不同微观开裂模式所对应的能量耗散的演化规律,结合损伤力学原理建立钢纤维混凝土的单轴受拉弹塑性损伤本构模型.试验研究...     

3D打印混凝土材料的研究现状与展望

随着3D打印技术的快速发展和3D打印建筑材料的研发,3D打印技术在建筑行业得到了迅速发展,它是一种基于增材制造的建造技术,而混凝土是该技术最常用的打印材料。重点阐述了3D建筑打印技术,3D打印混凝土材料的可建造性、临界失效时间、层间黏结强度、干燥收缩率等性能要求,总结了3D打印混凝土材料国内外研究现状,最后着重阐述了3D打印混凝土施工技术中存在的问题,并对其发展前景进行了展望,希望为以后该方向此类问题的研究提供借鉴。     

3D打印石膏试件的尺寸效应研究

尺寸效应是土木工程领域研究的重要课题.随着3D打印技术的广泛应用,了解3D打印试件的尺寸效应十分重要.本文通过五种尺寸的3D打印石膏立方体试件的单轴抗压试验研究3D打印石膏试件的尺寸效应,结果显示,3D打印石膏试件抗压强度随尺寸增大而降低,不同尺寸试件具有相似的破坏模式,但由于粘结点个数和位置具有一定的随机性,导致小尺...     

3D打印混凝土材料研究进展

近年来,3D打印技术的应用备受关注,将3D打印技术引入建筑行业具有重要意义,并已成为研究热点之一.本文简述了国内外3D打印混凝土技术的进展,探讨了3D打印混凝土应满足的基本要求及其面临的问题,提出了3D打印石灰石粉混凝土的研究方向,为未来3D打印混凝土性能的优化及3D打印建筑技术发展提供参考.     

Computational modeling of fracture in capsule-based self-healing concrete: A 3D study

We present a three-dimensional (3D) numerical model to investigate complex fracture behavior using cohesive elements. An efficient packing algorithm is employed to create the mesoscale model of heterogeneous capsule-based self-healing concrete. Spherical aggregates are used and directly generated from specified size distributions with different volume fractions. Spherical capsules are also used and created based on a particular diameter, and wall thickness. Bilinear traction-separation laws of cohesive elements along the boundaries of the mortar matrix, aggregates, capsules, and their interfaces are pre-inserted to simulate crack initiation and propagation. These pre-inserted cohesive elements are also applied into the initial meshes of solid elements to account for fracture in the mortar matrix. Different realizations are carried out and statistically analyzed. The proposed model provides an effective tool for predicting the complex fracture response of capsule-based self-healing concrete at the meso-scale.     

混凝土3D打印技术的研究与应用进展

3D打印技术是一种热门的新兴技术,与传统技术相比,其更加系统,也更加便捷,已经在很多行业和领域得到应用.本文综合相关研究成果,阐述了混凝土3D打印技术的材料与工艺研究、3D打印混凝土的性能试验方法研究及混凝土3D打印技术的应用研究,并分析了3D打印技术现阶段存在的问题与不足,对混凝土3D打印技术的研究方向进行了展望.     

混凝土3D打印材料的性能与评价方法

3D打印技术的关键在于打印材料的性能,要求其具有良好的流动性、可塑性、挤出性、建造性且凝结时间可调,从而实现可连续打印、无坍塌;同时,还要求其硬化后具有较高的力学性能,以保证打印构建能承受自重及抵抗外力冲击。本文针对混凝土打印材料的性能及评价方法进行总结和分析,为混凝土3D打印技术的后续研究提供参考,并指出混凝土3D打印技术存在的挑战和未来的研究方向。     

各种级配大坝混凝土双K断裂参数试验研究——兼对《水工混凝土断裂试验规程》制定的建议

为配合水工混凝土断裂试验规程在我国的制定,提供更充足的基础数据,受规程编制组委托,进行了最大尺寸为S×D×B=2200 mm×550 mm×240 mm的三点弯曲梁试件和最大尺寸为2H×D×B=1200 mm×1200 mm×250mm的楔入劈拉试件共140个试件的断裂试验。通过电阻应变片,测得不同布置测点荷载应变变化曲线,由此确定了不同级配及湿筛法大坝混凝土实测的起裂荷载和失稳荷载,计算了双K断裂韧度参数,讨论分析了双K断裂参数的尺寸效应和形状效应。结果表明:电阻应变片法测定起裂荷载的方法可行,Pini/Pmax=0.6￣0.85;三点弯曲梁法所得混凝土双K断裂韧度值无明显的尺寸效应;楔入劈拉试件由于竖向加载荷载PV引起附加力矩MV对裂缝尖端应力场的影响,导致所得混凝土断裂韧度值表现出一定程度的尺寸效应,但当采取措施消除此影响或此影响较小时,楔入劈拉试件的断裂韧度值也将无明显的尺寸效应;在相同配合比、相同高度条件下,不同试件形式的双K断裂韧度值无明显的差异。因此,可认为混凝土双K断裂参数是描述混凝土结构裂缝起裂及失稳断裂过程的材料常数,与试样类型和尺寸无关。     

原位建筑3D打印两层办公室的施工关键技术

总结了两层办公室项目的原位3D打印施工关键技术.设计开发了具有模块化、高精度、多功能等技术特点大型建筑3D打印机;开发了适合现场3D打印施工的专用添加剂,现场搅拌制备出性能优良的、适合现场施工的3D打印混凝土;提出了一种打印建筑竖向钢筋笼放置和连接方法,解决了打印混凝土结构构造柱根部节点与基础连接的施工难题;通过材料技...     

The impacts of fabrication systems on 3D concrete printing building forms

Recently, 3D concrete printing (3DCP) technology starts entering the market from factories and laboratories, contributing to the creation of new construction methods and architectural forms. However, since the technologies of most 3DCP institutions are independently developed, there is a lack of consensus in terms of construction methods and development approaches in the industry. In this paper, based on 42 3DCP architectural works completed in last five years, a quantitative analysis was made to evaluate the impacts of the fabrication system on 3DCP building forms. The paper introduced three criteria, including Workspace Index, Geometric Complexity Index, and Tectonic Prospect Index, analyzing and answering the discussions about “adopting in-situ printing or prefabrication”, “using gantry printers or robotic arms” from the perspective of architectural form. By analyzing specific construction methods and design strategies in these projects, the research summarized three development trends, “mobile equipment, algorithmic structure, and intelligent construction”, which will affect the future development of 3DCP building forms. Finally, the paper discussed the advantages, limitations, and potential of four different 3DCP fabrication systems, expecting to point out the directions to further optimize each system and realize more diverse 3DCP buildings.     

橡胶混凝土断裂韧性试验研究

为研究橡胶混凝土断裂韧度,以C30混凝土为基准混凝土,将橡胶颗粒的粒径、掺量以及试件的缝高比作为变量,制备混凝土试件进行楔入劈拉试验研究。计算得到橡胶混凝土试件起裂韧度及失稳断裂韧度的变化规律。结果表明:掺入橡胶后,混凝土的起裂韧度有明显降低,橡胶掺量越高降幅越明显,橡胶掺量为5%~15%的混凝土失稳断裂韧度大于基准混凝土;20%橡胶掺量的混凝土失稳断裂韧度略小于基准混凝土;缝高比相同时,掺粒径为0.3mm橡胶颗粒的混凝土试件失稳断裂韧度高于粒径为0.6mm的橡胶混凝土,表现出更好的断裂韧性;与起裂韧度相比,失稳断裂韧度与橡胶含量的非线性特征更加明显。     

橡胶混凝土断裂韧性试验研究

为研究橡胶混凝土断裂韧度,以C30混凝土为基准混凝土,将橡胶颗粒的粒径、掺量以及试件的缝高比作为变量,制备混凝土试件进行楔入劈拉试验研究。计算得到橡胶混凝土试件起裂韧度及失稳断裂韧度的变化规律。结果表明:掺入橡胶后,混凝土的起裂韧度有明显降低,橡胶掺量越高降幅越明显,橡胶掺量为5%~15%的混凝土失稳断裂韧度大于基准混凝土;20%橡胶掺量的混凝土失稳断裂韧度略小于基准混凝土;缝高比相同时,掺粒径为0.3mm橡胶颗粒的混凝土试件失稳断裂韧度高于粒径为0.6mm的橡胶混凝土,表现出更好的断裂韧性;与起裂韧度相比,失稳断裂韧度与橡胶含量的非线性特征更加明显。     

碳化对混凝土断裂能的影响

通过加速碳化试验和三点弯曲试验,研究碳化对混凝土断裂能的影响.试验结果表明,随断裂韧带高度增加,断裂能增加;随水胶比减小,试件的断裂能增大;试件碳化后断裂能提高.     

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。     

碾压再生混凝土断裂性能试验研究

对碾压再生混凝土和普通再生混凝土进行楔入劈拉试验,计算比较了不同再生粗骨料掺量的碾压再生混凝土和普通再生混凝土的断裂韧度、断裂能和尖端开口位移,并与普通混凝土进行比较。初步研究表明:碾压对再生混凝土的断裂性能有明显影响5,0%再生粗骨料掺量的碾压再生混凝土的断裂韧度KIC和断裂能GF均比50%再生粗骨料掺量的普通再生混凝土的断裂韧度KIC和断裂能GF有所提高。与普通混凝土相比,再生混凝土延性增强,断裂能GF提高,但尚须进一步验证。     

非标准混凝土三点弯曲梁双K断裂韧度试验研究

采用跨度和初始缝高比恒定的非标准混凝土三点弯曲梁试件,以双K断裂理论为基础,根据改进的断裂韧度计算方法,通过试验实测试件的荷载与裂缝张口位移全过程曲线,计算不同初始裂缝长度和不同试件截面高度的非标准混凝土三点弯曲梁试件的有效裂缝长度a_c、起裂断裂韧度k ⁱⁿⁱ _IC和失稳断裂韧度K ^un _IC。试验结果表明：非标准混凝土三点弯曲梁试件的起裂荷载F_ini 、最大荷载F_un以及有效裂缝长度a_c均随跨高比的减小而增大;裂缝亚临界扩展量Δa_c、起裂断裂韧度k ⁱⁿⁱ _IC和失稳断裂韧度K ^un _IC均与跨高比无关,在试验设计的试件截面高度下为一个常数。     

起始点逐层等角度移动时3D打印混凝土圆管可连续打印高度

为研究 3D 打印混凝土圆管可连续打印高度随打印路径等参数变化的规律,开展了打印条带质量测试研究,确定了合适的混凝土材料配合比及打印速度;通过无侧限单轴抗压试验和直接剪切试验,研究了早龄期 3D 打印混凝土本构模型;设计了起始点沿周向逐层等角度移动时圆管的4种打印方案,完成了圆管连续打印高度的试验研究;采用生死单元法对打印过程中圆管的受力进行了有限元模拟。结果表明：建立的基于摩尔库伦屈服准则的早龄期 3D 打印混凝土本构模型与试验数据吻合较好;采用 120°等角度移动方案的圆管可连续打印层数最多,为 24 层,较起始点不移动的方案提高了50%;提出的考虑每层条带结合处薄弱特性的有限元建模方法较为准确,模拟得到的圆管变形、失效模式等结果与试验结果吻合较好,可连续打印层数的模拟相对误差在10%以内。     

水胶比对3D打印混凝土的挤出及力学性能影响

3D混凝土打印技术是一项正在发展的新型建造技术.打印混凝土的挤出性能作为该技术的关键因素之一,受打印头泵机的挤料速度及材料工作性等参数的影响.本文探讨了不同水胶比的打印混凝土对单位时间挤出量以及挤出线条形状和抗压强度的影响.结果显示,水胶比影响打印混凝土抗压强度各向异性的差异.随着水胶比增加及打印头泵机转速加快,单位时...