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。     

湿度变化对交替3D打印试件微结构及力学性能的影响研究

本文提出一种全新的硅酸盐水泥(PC)与碱激发矿渣(AAS)交替3D打印工艺,并基于该工艺打印了硅酸盐水泥-碱激发矿渣复合试件。在试件干燥前后,分别采用X射线断层扫描成像技术(CT)分析了各复合试件以及碱激发矿渣打印试件的微观结构,并测试了各试件干燥前后的抗折与抗压强度。结果表明,碱激发矿渣与硅酸盐水泥的抗干缩性能不同,在内部湿度下降时,两种材料的打印界面容易因干缩不一致而开裂,引起打印成品微结构劣化以及力学性能下降。尽管如此,采用交替3D打印工艺,硅酸盐水泥有效弥补了碱激发矿渣强度的不足,打印成品的抗折与抗压强度均高于碱激发矿渣打印试件。对比逐层交替与逐列交替两种3D打印方法,逐层打印试件的抗折强度更高,而逐列打印试件的抗压强度更高。上述研究成果对3D打印混凝土技术的推广运用有一定指导意义。     

喷射3D打印磷酸镁水泥与混凝土界面粘结性能研究

本文结合喷射3D打印全角度智能建造与磷酸镁水泥(MPC)快硬早强、高粘结性能,研究喷射3D打印MPC与混凝土界面粘结性能。通过掺加偏高岭土(MK)和粉煤灰(FA)调控MPC凝结时间、流变和力学性能,研发可喷射3D打印MPC,分析喷射3D打印MPC与混凝土界面粘结强度和微观结构变化规律。结果表明:MK通过降低MPC水化放热速率可明显提高MPC凝结时间,FA可缩短MPC初凝与终凝时间差,进而提高喷射3D打印MPC稳定性;MPC抗折强度随MK掺量先增大后降低,FA可进一步提高MPC抗折强度;随MK掺量增加,MPC静态屈服应力逐渐提高,FA对MPC屈服应力作用不明显,但可显著降低MPC塑性粘度,当掺加30%MK和15%FA时,可保证MPC良好可喷射3D打印建造性和泵送性;喷射3D打印通过高速喷射挤压作用,提高MPC与混凝土界面以及MPC层间粘结强度,使喷射3D打印MPC层间及其与混凝土微观界面粘结密实。     

利用矿化剂烧制3D打印水泥熟料的试验研究

通过在生料中掺入复合矿化剂,改善高饱和比熟料易烧性,配制的3D打印材料具有早强高、凝结时间短等优势。系统研究了矿化剂的选择、熟料的烧成发育情况、水泥及3D打印材料的凝结时间、力学性能、水化热、流动性和堆积性能。试验结果表明：石灰饱和系数0.98的3D打印生料,在烧成温度1?520 ℃下,复合矿化剂掺入量3%时熟料中游离氧化钙含量为0.67%。比未掺矿化剂的生料达到此游离氧化钙水平温度降低150 ℃,熟料强度较高,28 d抗压强度为65.9 MPa,制备水泥用于3D打印中,早期强度高,流动性、挤出性、可堆积性等性能良好。     

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。     

硅烷基聚合物防水粉末对早强砂浆性能影响的试验研究

通过试验,研究了硅烷基聚合物防水粉末掺量对早强砂浆的流动性能、抗压强度、抗折强度、吸水性能及抗氯离子渗透性能的影响规律。早强砂浆是由普通硅酸盐水泥、硫铝酸盐水泥和石膏为胶凝材料制备而成,硅烷基聚合物防水粉末是由γ-氨丙基三乙氧基硅烷、聚乙烯醇和异丁基三乙氧基硅烷为主要原料制成。试验结果表明：硅烷基聚合物防水粉末掺量3.0%以内时,早强砂浆流动度和经时流动度损失符合规范要求;掺量为3.0%时,28 d龄期的早强砂浆试件吸水率最大降低58.9%,抗压强度和抗折强度未降低,抗氯离子渗透性能提高44.6%。     

耐碱玻璃纤维掺量对3D打印砂浆性能的影响研究

耐碱玻璃纤维作为一种性能优良的无机非金属纤维材料,在土木工程领域有很好的研究价值和应用潜力。而3D打印作为新兴技术,在土木工程领域有较高匹配度和广阔应用前景。本文通过在3D打印砂浆中掺入不同掺量的耐碱玻璃纤维并调节减水剂用量,制备一系列打印性能良好的砂浆,探究耐碱玻璃纤维掺量对砂浆力学性能的影响。试验结果表明:要获得良好的打印性能,跳桌试验流动度建议在180~220 mm之间;砂浆抗折强度随耐碱玻璃纤维掺量增加而提高,强度增幅最多可达99.2%;砂浆抗压强度随耐碱玻璃纤维掺量增加先提升后降低,纤维最优掺量为0.25%(质量分数)。     

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%。     

3D打印水泥净浆层间拉伸强度及层间剪切强度

为研究打印时间间隔以及纤维掺量对3D打印水泥基材料层间结合强度的影响,采用陶瓷领域的十字交叉法测试了3D打印水泥净浆层间拉伸强度及层间剪切强度,分析了层间结合强度随打印时间间隔变化的原因。结果表明:十字交叉法可很好地测试3D打印水泥基材料层间结合强度,且不存在直接拉伸法所具有的受力偏心问题;层间结合强度在净浆终凝前后有显著差异,终凝前,层间结合强度随着打印时间间隔的增加而明显降低;终凝后,层间拉伸强度不随打印时间间隔的改变而改变,层间剪切强度则随着打印时间间隔的增加而增大;由于纤维沿打印方向定向分布,掺入纤维未能提高3D打印水泥净浆的层间结合强度。     

胶凝材料和外加剂的匹配对硅酸盐水泥基双组分自流平砂浆性能的影响

现有自流平砂浆多由硫铝酸盐水泥和固体外加剂制备，导致成本高、保质期短、性能不稳定。本文采用普通硅酸盐水泥-超细硅酸盐水泥-矿粉三元复合胶凝材料和液体外加剂制备了硅酸盐水泥基双组分自流平砂浆，研究了胶凝材料和外加剂的组成与匹配对自流平砂浆的流动性、力学强度、干缩的影响。结果表明，0.55水胶比、5%超细硅酸盐水泥、4%Ⅱ型石膏、0.5‰减缩剂和12%HCSA高性能膨胀剂制备得到的硅酸盐水泥双组分自流平砂浆，初始流动度和20 min流动度可达到140 mm以上，1 d抗压和抗折强度分别为6.2 MPa和5.2 MPa,7 d拉伸粘结强度可达1.45 MPa,7 d收缩值仅为0.1%，可基本达到目标砂浆性能。     

氧化铁红颜料对白水泥基3D打印材料流变及可打印性能的影响

目前3D打印技术在建筑材料领域的研究主要集中在大型结构的建立和力学性能上,而对异形装饰及景观构件的研究还很少.本文采用白色硅酸盐水泥作为胶凝材料,并引入亚微米级粒度氧化铁红颜料来制备彩色水泥基3D打印材料,并研究氧化铁红颜料对白水泥基3D打印材料流变性能、可打印性能及力学性能的影响.结果表明,低掺量的颜料可以降低白水泥...     

普通硅酸盐水泥对石膏基自流平砂浆性能的影响

通过向高强石膏基自流平砂浆和脱硫石膏基自流平砂浆中掺入5％的普通硅酸盐水泥,研究普通硅酸盐水泥对两种石膏基自流平砂浆工作性能、力学性能、耐水性能、收缩性能和微观性能的影响.结果表明掺入5％的普通硅酸盐水泥能够显著提高石膏基自流平砂浆的流动度,同时普通硅酸盐水泥缩短了高强石膏基自流平砂浆的凝结时间,延长了脱硫石膏基自流平砂浆的凝结时间.掺入5％的普通硅酸盐水泥能够提高石膏基自流平砂浆的抗折强度、抗压强度、拉伸粘结强度和耐水性能,但是普通硅酸盐水泥会降低石膏基自流平砂浆的膨胀率.最后通过SEM、XRD、TG/DTA微观测试手段发现普通硅酸盐水泥的掺入使得石膏基自流平砂浆形成以二水石膏为主体,并伴有水化硅酸钙及细集料的硬化体.     

连续碳纤维增强热固性酚醛树脂复合材料的3D打印工艺及性能研究

针对连续碳纤维增强热固性酚醛树脂复合材料3D打印成型工艺的技术难题,本文提出了浸渍-原位预固化-后固化的3D打印成型方案,实现了连续碳纤维增强热固性酚醛树脂复合材料的3D打印成型,并研究浸渍温度对酚醛树脂接触角与表面张力,以及打印工艺对样件形貌和力学性能的影响规律。结果表明:当浸渍温度为40 ℃,预固化温度为180 ℃时,纤维-树脂界面结合效果最佳,原料具备成型条件;当打印间距为0.5 mm时,样件的弯曲强度及模量达到最大值,分别为660.00 MPa和57.99 GPa,层间剪切强度达到20.14 MPa。此连续碳纤维增强热固性酚醛树脂复合材料一体化制备工艺解决了3D打印热固性树脂原位成型难的问题,为制备具有复杂结构的连续纤维增强热固性树脂复合材料提供了参考。     

膨润土对3D打印砂浆可打印性能的影响

为探明膨润土及其掺量对3D打印砂浆可打印性能的影响规律,采用流动度评价砂浆的可挤出性,并以高度保留率和贯入阻力评价其可堆叠性。此外,采用动态、静态剪切测试浆体的流变行为,从流变学角度分析膨润土对砂浆可打印性能的影响。结果表明:可打印砂浆流动度与净浆的塑性黏度存在良好的线性关系,与动态屈服应力存在良好的对数关系;高度保留率则与静态屈服应力存在良好的指数关系。一方面,膨润土增大了浆体的塑性黏度与动态屈服应力,从而导致砂浆的可挤出性能降低。另一方面,膨润土提高了浆体静态屈服应力和结构重建速率,从而提高砂浆的可堆叠性能。因此,适宜掺量的膨润土可使砂浆保持良好可挤出性,且改善砂浆的可堆叠性。当膨润土掺量2%时,打印试件顶底宽度比为0.96。     

改性油茶壳粉增强聚乳酸3D打印材料性能研究

以废弃油茶壳（COS）为原料,经过碱和硅烷偶联剂处理后,制得改性COS。将改性COS与聚乳酸（PLA）经熔融共混挤出、拉丝,制备适用于熔融沉积成型（FDM）的改性COS/聚乳酸（PLA）3D打印材料,对其力学性能、热学性能、打印性能等进行探讨。结果表明：采用碱和硅烷偶联剂改性COS,可以显著提高COS的初始热分解温度,也提高改性COS/PLA 3D打印材料的热稳定性。当改性COS的质量分数为3%,改性COS/PLA 3D打印材料的弯曲强度和拉伸强度最大分别为66.97 MPa和53.57 MPa,相比纯PLA分别提高15.19%和12.05%,而且聚合物的结晶度提高15.6%。通过FDM 3D打印技术成功制备了个性化艺术品,打印效果良好。     

层间水膜对3D打印混凝土界面性能的影响

混凝土材料的制备与性能优化是建筑3D打印结构化发展与应用的基础。3D打印混凝土材料的宏观力学性能、长期耐久性能均与界面细观结构直接相关。本文明确了3D打印混凝土层间界面水分状态(水膜)的形成机制,测试了不同打印层厚条带的水膜随时间的演化规律,通过CT扫描技术研究了层间间隔时间、打印层厚、环境状态对层间界面孔隙特征的影响,揭示了层间界面水分状态、层间界面孔隙特征及层间黏结性能三者之间的相互影响机制。结果表明：层间界面孔隙率随单位面积上层间界面水分质量的增长而降低,层间界面水分质量是较打印参数而言更直接的层间界面状态影响因素;层间水分状态和界面细观孔隙特征直接影响着3D打印混凝土材料的宏观力学强度。     

连续与短切CF增强PA6复合材料双喷头3D打印工艺参数优化

为提升连续碳纤维(CF)和短切CF增强尼龙6复合材料3D打印制件的力学性能、优化3D打印基础工艺参数，基于熔融沉积型3D打印工艺，通过自主搭建的双喷头3D打印实验平台制备打印制件，并以此为研究对象，设计4因素3水平正交试验，研究连续CF隔层数、连续CF打印间距、打印温度、打印速度四种工艺参数对打印制件拉伸强度和弯曲强度的影响。采用极差分析法得到最佳工艺参数组合，验证正交试验结果。使用扫描电子显微镜观察拉伸制件和弯曲制件的断裂面微观形貌，进一步探究了打印制件的层间断裂形貌特性和层内丝材分布规律。结果表明，当连续CF隔层数为1、连续CF打印间距为0.5 mm、打印温度为250℃、打印速度为900 mm/s时，打印制件的层内沉积线之间孔隙较少，层间结合效果较好，其拉伸强度和弯曲强度达到最高，分别为109.73 MPa和119.14 MPa，与短切CF增强尼龙6复合材料相比，拉伸强度提升了249%，弯曲强度提升了286%。     

新型低钙水泥的煅烧及初步应用研究

研究了一种新型低钙水泥——高贝利特硫铝酸盐水泥的煅烧技术,并进行了新型水泥的初步应用试验,试验结果表明:高贝利特硫铝酸盐水泥性能优异,3d抗压强度达到30~50MPa,28d抗压强度达到60~70MPa,优于普通硅酸盐水泥;新型水泥用于制备自流平砂浆、无收缩灌浆材料时相比其他水泥,技术优势明显,可产生很高的附加值;和普通硅酸盐水泥相比,高贝利特硫铝酸盐水泥可减少热耗和二氧化碳排放量均达25%以上。     

超早强硫铝酸盐水泥胶砂的制备与性能研究

通过加入研配的硫铝酸盐水泥专用复合外加剂,配制出早期强度高,流动性好,凝结时间适中的硫铝酸盐水泥基材料.并对其强度、粘结性、抗裂性、体积稳定性、抗冻性、抗硫酸盐侵蚀性能等进行研究.研究结果表明:制备的硫铝酸盐水泥胶砂4h和ld抗压强度可达43.7 MPa和54.4 MPa,具有良好的抗冻性、抗硫酸侵蚀性能,并能与普通硅酸盐水泥胶砂很好的粘结.     

CF/ABS的3D打印与TPU注射复合成型技术

采用3D打印制备CF/ABS试样，置于在模具内进行TPU注塑成型，形成注塑层全包裹或半包裹3D打印层的复合结构。结果表明，与全包裹的芯壳结构相比，半包裹的上下叠层结构更稳定，成型过程更容易控制，成型质量更高。其拉伸强度和断裂伸长率分别为16.47 MPa和464%,与全包裹式相比，分别提高了18%和40%。3D打印与注塑复合成型的上下叠层制件表面平整，3D打印层与注塑层层间粘接效果较好，拉伸前未出现分层现象。