3D打印建筑材料层间粘结性能试验研究

对3D打印建筑材料层间粘结性能进行了测试,包括3个3D打印试件的粘结抗拉强度试验和3个3D打印试件的粘结剪切强度试验。着重分析了3D打印建筑材料层间粘结的破坏模式、破坏过程与破坏形态。分析结果表明,3D打印建筑材料存在层间粘结薄弱层,破坏时均发生在粘结层部位,其轴心抗拉强度为0.74N/mm2;剪切强度测试时未发生剪切破坏,得到试件破坏时的弯曲抗拉强度平均值为0.88N/mm2。     

3D打印建筑材料相关概念辨析

目前基于计算机控制的快速成型技术日臻成熟,3D打印建筑也在全世界不同的国家和地区开始出现并得到关注。文章在美国、荷兰、英国及我国上海出现的3D打印建筑的基础上,针对3D打印建筑、材料、工艺、性能等一些基本问题进行分析研究,以求在打印方式、材料性能、力学结构、保温绝热、施工操作等方面,探求3D打印建筑相关的概念、机理,为3D打印建筑的研究、开发、应用提供有益的思路。     

3D打印建筑材料现状及其发展

3D打印技术是一种快速准确成型的新型技术,广泛应用于各领域。对于建筑行业而言,3D打印将成为发展的重要方向。本文在介绍通用3D打印技术进展的基础上,介绍了3D打印建筑技术相对于传统建筑技术的优势,以及3D打印建筑技术对材料的工作性能、力学性能与耐久性的要求,着重介绍了硅酸盐水泥基材料、硫铝酸盐水泥基材料、地聚合物水泥基材料和磷酸盐水泥基材料4种常用的3D打印建筑材料。本文最后指出了3D打印建筑目前在实际应用中存在的问题,并提出了可能的研究方向。     

3D打印在建筑材料中的应用浅析

3D打印在现在建筑工程中得到越来越多的使用.本文从建筑材料建造中进行3D打印的必要性、建筑3D打印的相关研究及其应用等方面,对3D打印在建筑材料中的应用进行分析,为相关的工程技术人员提供一定的参考.     

影响黏土3D打印性能的主要参数研究

针对影响以黏土作为原材料的小尺寸3D打印性能的主要参数(包括含水率、打印线速度和打印层高)进行了全面研究,并通过试验确定在不同条件下黏土浆体的打印性能,包括浆体流动性、可挤出性、可堆积性等。试验首先研究3D打印系统中挤出压力与浆体挤出速率的关系,根据二者关系调节气泵压力来控制挤出速率。分别改变黏土含水率、打印线速度、打印层高等影响参数,进行黏土的3D打印,并对打印试件进行流变试验,观察试件的成型情况,测量打印试件的相对偏差,分别用于评估黏土浆体的流动性、可挤出性和可堆积性。结果表明:最适合3D打印的黏土含水率为34%～35%,相比于黏土的液限高出3%～4%; 最佳打印线速度为4～5.5 mm·s^-1; 最佳打印层高为1.4～1.8 mm,约为喷嘴直径的1倍～1.3倍; 打印参数的设置既要考虑打印材料的特性,又要考虑打印系统的特点,各参数取值还应当受质量守恒定律的约束; 进行黏土3D打印试验时,在确定打印机喷嘴尺寸后,应当率先确定黏土的含水率,随之确定打印系统的线速度、层高、挤出速率和挤出压力等参数。     

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。     

3D打印混凝土剪力墙屈曲性能研究

结合3D打印混凝土剪力墙结构在自重情况下屈曲失稳的计算,根据材料弹性模量随打印时间的变化,推算出随打印结构高度变化的弹性模量分布公式。采用有限元软件进行混凝土剪力墙结构特征值屈曲分析,研究打印速度对结构屈曲强度的影响。     

废石粉对3D打印水泥砂浆性能的影响研究

研究了石材加工产生的废石粉替代部分水泥对3D打印水泥砂浆性能的影响.结果表明:总体上,随着废石粉掺量的增加,砂浆的流动度降低,静态屈服应力提高,但凝结时间变化不明显;通过调整减水剂掺量可以改善废石粉对3D打印水泥砂浆流动性和可建造性的不利影响;废石粉的掺入对3D打印水泥砂浆的力学性能和层间界面黏结强度不利.     

3D打印技术在建筑业发展中的影响因素研究

3D打印技术作为建筑产业变革与创新发展的推动力之一具有明显的优势和发展机会,然而在建筑应用角度,它同样存在阻碍因素与发展桎梏。本研究将首先对建筑业3D打印技术发展的影响因素进行总结分析;其次利用SWOT定性分析法与模糊层次分析法(FAHP)相结合建构SWOT定量分析模型来研究各因素对其发展的影响程度,并用优势、劣势、机会、威胁的总力度值构建四系坐标图;最后针对坐标图中不同战略区域提出相应的战略对策,从而促进3D打印技术在建筑业中的发展。     

3D打印建筑砂浆流变性与打印性能及其相关性

3D打印建筑砂浆的打印性能受其流变性能的影响,基于自制的3D打印设备和提出的3D打印建筑砂浆挤出性能与打印性能的测试评价方法,对3D打印建筑砂浆的流变性能、打印性能以及凝结时间的试验结果进行汇总分析,结果表明:具有良好打印性能的3D打印建筑砂浆须具有适宜的流变性能以及合适的凝结时间;可挤出性是实现3D打印堆积过程的前提,随着打印砂浆挤出性能的增加,打印高度有降低的趋势;可打印砂浆的流变性能处在一定的参数范围内,其范围为:表观黏度在4.0~7.0 Pa·s之间、屈服应力在50~80 Pa之间,触变性在900~2000 Pa/s之间。     

3D打印混凝土可塑造性能的研究

3D混凝土材料的可塑造性能是3D打印混凝土建造技术的重点内容。对打印混凝土可塑造性能,包括物理形态的划分、成型时间的判别、承载力的计算以及变形与失稳破坏等方面进行了研究。提出了用可塑造时间比控制打印混凝土的成型时间,讨论了打印混凝土的流变过程及可能适用的流变模型,最后,分析了打印混凝土试体材料在受压过程中的变形机理,给出了各阶段变形控制、失稳破坏的建议。     

3D打印混凝土墙体偏心受压性能研究

3D打印技术是智能建造和新型建筑工业化的前沿领域,在建筑领域具有广泛的应用前景。作为结构中承受竖向荷载的主要构件之一,墙体的承载力对于结构安全性至关重要。而实际工程中墙体所受的竖向荷载多为偏心作用,因此考虑不同的墙体截面形式、材料强度以及偏心距等设计了10片打印混凝土墙体,并进行了偏心受压试验研究。研究发现:打印墙体中肋的布置不仅可以增大墙体截面刚度,还可以增强两片打印墙板的联系,提高墙体的整体性,进而提升打印墙体的承载力;使用水泥强度等级越高的混凝土材料,墙体截面刚度越大,荷载作用下竖向位移越小;避免墙体薄弱部位的直接受力能够有效地提高构件的承载力;偏心距的增大能够显著降低构件的承载力,加速构件的破坏。     

3D打印混凝土墙体轴心受压性能研究

建筑工业化和施工智能化已成为建筑领域的发展趋势,相应的3D打印技术也逐渐得到应用。因此,3D打印构件的力学性能也需要被系统深入地研究。作为承受建筑物竖向荷载的主要构件,墙体的力学性能对于打印建筑至关重要。为此,设计了8片打印混凝土墙体,采用4种不同的截面形式与2种不同强度的材料加工制作墙体并开展了轴心受压试验研究。结果表明:打印墙体的两端为主要的受力部位,墙体破坏均从两端开始;布置内部肋可以提高对两侧墙板的约束作用,改善墙体的整体性和受力均匀性,进而提升打印墙体的承载力;使用水泥强度等级高的打印墙体截面刚度大、竖向位移小且开裂荷载高。     

3D打印结构柱偏压性能试验研究

进行了6根3D打印结构柱和3根普通钢筋混凝土柱的偏压试验,分析了3D打印结构柱在不同偏心荷载作用下的破坏特征、挠度与承载力,并与普通钢筋混凝土柱进行对比.试验表明:3D打印结构柱与普通钢筋混凝土柱的破坏模式类似,但承载力降低10%～20%;跨中最大挠度随着偏心距的增大其增幅略微增大.所得试验结果可为3D打印结构柱的实际应用提供依据.     

3D打印碳纤维混凝土断裂力学性能试验研究

为研究打印碳纤维混凝土的断裂力学性能,开展劈裂和三点弯试验,分析了打印方式和纤维含量对其力学性能、断裂破坏机理和微观开裂特性的影响规律,从断面材料完整性角度阐释了其各向异性的成因,建立了打印碳纤维混凝土与浇筑混凝土力学性能指标之间的关系表达式。研究结果表明：打印碳纤维混凝土断裂过程与浇筑混凝土的相似,可分为弹性阶段、裂缝稳定扩展阶段和裂缝不稳定扩展阶段;打印方式会引起混凝土不同方向上断面材料完整性削弱程度的不同,相应地引起力学性能不同程度的降低,这是导致打印混凝土各向异性的本质原因;断面材料完整性削弱程度越大,剪切微裂缝数量比例越高,且随着纤维含量增加,纤维桥接作用的增强效果有所降低;由于纤维分布的随机性,力学性能指标衰减系数与剪切裂缝数量占比衰减系数之间的关系呈非线性。     

3D打印建筑结构材料的性能研究

3D打印技术引领了诸多行业生产工艺的变革,研究人员对在房屋建造中使用3D打印技术取得了显著的成绩。对3D打印建筑技术发展现状的研究表明,此项技术代表了行业的发展方向,但现有的技术仍需提升,并进一步加强对实际应用的论证。     

3D打印植生混凝土pH值的影响因素研究

采用3D打印工艺,使用普通硅酸盐水泥（OPC）、硫铝酸盐水泥（SAC）、磷酸盐水泥（MPC）制备了3类24组不同配合比的植生混凝土试件,研究了水泥种类、水灰比、砂灰比、缓凝剂掺量等对植生混凝土pH值的影响规律。结果表明：水泥种类对植生混凝土pH值的影响最明显,掺OPC的植生混凝土的碱性最高,SAC次之,MPC最低;植生混凝土的pH值均随水灰比的增加而提高;砂灰比增加会降低植生混凝土的碱性;缓凝剂也会影响植生混凝土的pH值,其中,葡萄糖酸钠和酒石酸可以分别降低掺OPC或SAC的植生混凝土的pH值,而硼砂可以先降低后提高掺MPC的植生混凝土的pH值。     

多壁碳纳米管对3D打印混凝土性能影响试验研究

3D打印混凝土具有快速成型、无需模具、可精细化数字制作等多种优点,越来越多地应用在建筑行业中,但其强度和工作性能一直是推广应用的主要障碍。研究了碳纳米管对3D打印混凝土工作性能和抗压强度的影响。结果表明,碳纳米管的加入对3D打印混凝土的流动性没有明显影响,最大流动降低率为3.7%;适量碳纳米管对3D打印混凝土抗压强度有提高作用,特别是早期强度,对于使用52.5级硫铝酸盐水泥的试验组,3 d抗压强度较未掺碳纳米管的提高幅度最大,为33.6%。