3D打印水泥基材料工作性分析与表征

3D打印水泥基材料的工作性关系到原材料输送、挤出和堆积工艺的难易和效果,还会影响到硬化后制品的外观质量、强度和耐久性能,是材料设计过程中必须考虑的重要性能。本文结合打印工艺流程和要求,分析了3D打印各工艺阶段中水泥基材料工作性特点,提出了3D打印水泥基材料工作性表征主要包括流动性、堆积性和触变性三个方面。按照现有水泥基材料工作性评价方法进行了相关试验,并讨论了这些试验方法用于表征3D打印水泥基材料工作性的适用性。结果表明把砂浆稠度法和胶砂流动度法相结合使用,利用胶砂流动度、砂浆稠度值、振动触变度可以全面评价3D打印水泥基材料工作性;流变试验获得屈服应力、粘度和触变环面积,也可以较为全面地表征3D打印水泥基材料工作性。     

薄膜压力传感器在土工试验中的适用性初探

薄膜压力传感器因其厚度小、柔软、测压单元面积小等特点,可准确测量土体应力及土颗粒间作用力,因而在土工试验中有着广阔的应用前景。初步探究了薄膜压力传感器在静力和动力土工试验中的适用性。首先,提供了结合3D打印技术,将薄膜压力传感器安装于土体内部设定位置上测量相应土体应力及颗粒间作用力的方法。其次,提出了测量静力时直接建立初始DO值与施加压强值间函数关系的标定方法,并建议选用拟合优度判定系数(R~2)判定测压单元表现的优劣。最后,结合模型桩试验,验证了在动力试验中通过薄膜压力传感器、利用初始DO值可大体了解土体应力在动力荷载下的变化趋势。     

不同浓度CuSO4污染黏性土力学特性研究

为研究重金属离子的入侵对土体工程特性的影响,选取江苏靖江市的典型黏性土层,通过配置0％、 0.5％1％、2％、3％这5种浓度的CuSO4溶液,采用直剪试验、三轴试验、无侧限抗压强度、压缩试验来探究CuSO4污染土体前后力学性质的差异,并通过相应环境试验与XRD对结果进行分析,研究结果表明:直剪试验和三轴试验中土体的最小...     

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。     

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.     

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.     

混凝土立柱与围护结构组合支护方式下地铁车站深基坑变形研究

考虑土体与深基坑支护结构的联合作用对施工安全具有重要意义.文章以某地铁车站深基坑工程为背景,通过FLAC3D数值模拟软件建立混凝土立柱与围护结构组合支护下的三维数值模型,模拟开挖不同阶段下基坑围护结构及周边土体沉降变形规律.模拟结果表明:基坑开挖施工会导致围护桩及周边土体产生变形,混凝土立柱能使围护桩的侧向变形降低11.42％;同时使土体沉降量减小及最大沉降位置远离基坑;基坑周边土体沉降影响范围约为支护结构深度4倍.采用混凝土立柱与围护结构组合支护形式能有效地控制变形及保障施工安全.     

利用旁压试验估算土的地基承载力和压缩模量

首先介绍了旁压试验的原理和其构造;其次,通过对不同埋深条件下粉质黏土和淤泥质土的旁压曲线进行分析,并计算得出相应的地基承载力和压缩模量;最后,和静力初探试验中地基承载力和变形模量进行对比分析。结果表明:其旁压曲线主要分为三个阶段:第一阶段为初始阶段受到成孔作用下土体受到扰动,致使土体快速压缩,第二阶段为弹性阶段,第三阶段为土体塑性变形阶段;通过旁压试验测得土体地基承载力可以乘以相应土体的折减系数;得到相应土体下压缩模量和变形模量之间的换算系数。     

3D打印混凝土力学性能试验方法

总结了国内外3D打印混凝土力学性能的试验方法,介绍和比较了3D打印混凝土抗压强度、抗折强度、层间结合强度、劈拉强度、抗拉强度和弹性模量试验方法,提出了为规范3D打印混凝土的力学性能制定3D打印混凝土力学性能试验方法相关标准的必要性。     

混凝土3D打印质量影响因素及控制方法

为更好地控制混凝土3D打印构件的成型质量,从构件造型实现程度、成型精度、表面纹理质量、力学性能、非薄壁构件的填充质量等方面介绍了混凝土3D打印质量评价指标.结合混凝土3D打印技术流程,研究了影响3D打印质量的主要因素,如打印材料、打印设备、控制系统、切片及路径规划算法、控制参数、打印环境条件等.并针对主要影响因素,采用...     

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打印可冲刷水泥基材料建造及力学性能EI北大核心CSCD

针对混凝土结构复杂构件的3D打印需求,提出了通过可冲刷模板与现有常规3D打印混凝土组合打印来实现空间结构造型的技术,并基于3D打印可冲刷水泥基材料四面体性能机制模型和层次分析法优化了可冲刷模板设计流程.通过分析硫氧镁水泥中吸水性树脂(SAP)与高岭土掺量对水泥基材料力学性能、可打印性、可建造性和可冲刷性的影响规律,设计出具有良好流动性,适宜可打印性和稳定可建造性的硫氧镁水泥3D打印可冲刷模板.采用数字图像相关方法(DIC)来动态监测打印成型阶段的条带层叠时随变形,建立了可冲刷模板条带层叠时随变形对数模型,为3D打印复杂空间结构建造提供技术支撑.     

混凝土建筑3D打印技术工程应用分析

混凝土建筑3D打印技术的研究目前处于起步阶段,打印材料、设备、工艺间的研究相互割裂,缺少实践配合。由于缺少相关标准规范作为建造依据,且现有示范项目未能充分体现3D打印技术的优势,因此该技术的市场认可程度不高,距投入市场化应用还有极大难度。梳理国内外混凝土建筑3D打印技术的打印工艺、打印材料、打印设备、打印实践发展,通过分析混凝土建筑3D打印技术在不同工程场景下的实际应用案例,总结其存在的主要问题与不足,并立足适合该技术的不同应用场景进行系统分析,提出高效、合理的生产建造过程,推动3D打印在混凝土建筑领域的智能化、工业化、可持续化的研究与发展。     

陶砂对3D打印砂浆力学与微观性能的影响

用陶砂部分替代河砂制备了3D打印砂浆,并对该砂浆的流动性、抗压强度以及微观孔结构进行了研究.试验结果表明:砂浆的流动度在170～180 mm时具有良好的可打印性;随陶砂掺量的增加,3D打印砂浆的抗压强度降低,当陶砂的体积掺量为30％时,砂浆试件28 d的抗压强度为14.7 MPa;随着陶砂掺量的增大,砂浆3 d龄期的孔...     

石粉对3D打印白水泥基材料流变性能与力学性能的影响

3D打印水泥基材料的结构不稳定性和难于调控的流变性能制约其在建筑材料领域的发展.本文通过使用0～3％石粉取代胶凝材料调控3D打印白水泥基材料的流变性能来改善其3D结构和力学性能.研究发现:石粉的掺入会提高3D打印白水泥基材料的静态和动态屈服应力,同时使得其线性粘弹区范围增大,并显著提高浆体的弹性模量,3D打印白水泥基材...     

基于3D打印技术的模拟柱状节理岩体试样制备方法

以规则正六棱柱型柱状节理岩体为对象,介绍了基于3D打印技术的模拟柱状节理岩体试样制备方法,即在SolidWork中建立柱状节理网络3D打印数字模型,以光敏树脂为打印材料,采用3D打印技术打印具有不同倾角的圆柱形柱状节理网络模型,并以此为模具,采用白水泥浆为模型材料进行浇筑,经过拆模、黏结等程序制备具有不同倾角的模拟柱状节理岩体试件;再通过对试件进行单轴抗压强度试验,分析模拟柱状节理岩体试件的强度、变形和破坏特征,初步验证了上述基于3D打印技术的制样方法能够较好考虑柱状节理岩体的结构特性,反映柱状节理对岩体强度的弱化效应,所制备的柱状节理岩体试件基本满足柱状节理岩体室内试验的要求。     

3D打印配筋砌体墙承载力试验研究

进行了5片3D打印配筋砌体墙和3片普通砌块配筋砌体墙的轴压、偏压试验,分析了3D打印配筋砌体墙在不同偏心荷载作用下的破坏特征,并与普通砌块配筋砌体墙进行对比;研究了3D打印配筋砌体墙的受力与变形性能、破坏过程与破坏形态,为3D打印配筋砌体墙替代普通砌块配筋砌体墙的可行性提供理论计算基础和设计依据.结果表明:3D打印配筋砌体墙整体性较好,承载力较高,可达到同等受力条件下普通砌块配筋砌体墙的2倍左右.     

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。     

3D打印混凝土永久模板叠合梁抗弯性能研究

为深入研究3D打印混凝土永久模板叠合梁受力性能，开展3D打印混凝土永久模板叠合梁四点弯曲试验，在叠合梁与现浇梁对照分析的基础上，考虑打印工艺造成的力学性能各向异性和打印层条界面存在微细观缺陷，建立数值模型，针对混凝土应力分布、荷载挠度曲线开展仿真分析，考虑材料强度、打印层条界面几何尺寸估计开展叠合梁设计参数敏感性分析。结果表明：打印模板上部层间缺陷是影响叠合梁抗弯承载能力及破坏失效的关键部位，3D打印混凝土层条界面几何尺寸影响叠合梁应力分布。随着层条界面厚度估计值增大，应力集中程度逐渐降低，承载能力逐渐增大。打印基体和现浇混凝土强度对打印模板叠合梁结构极限荷载的影响不显著，钢筋强度对叠合梁承载能力作用显著。     

3D打印水泥基材料的可挤出性表征方法

无模快速成型使3D打印水泥基材料具有十分广阔的发展前景,打印材料的性能测试是3D打印技术的重要一环.在不同水灰比和胶砂比下,采用输送试验、稠度试验和可挤出率对3D打印水泥基材料的可挤出性进行表征.结果表明:输送长度与可挤出性呈正相关;当稠度在4 cm以上时,砂浆具有良好的可挤出性;稠度损失至无法满足可挤出性的时间均在2...