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探究3D打印纤维混凝土:宏观表现与微观解析的融合

更新时间: 2024-11-11 10:27:18  查看次数: 5    
广木小仓用体积掺量为 0.3%、1%、1.5%的聚乙烯(PE)纤维来增强 3D 打印混凝土基体。他用跳桌试验、柱塞式挤出机试验法,再结合实际打印出来的效果,去评价 3D 打印 PE 纤维增强混凝土能不能很好地打印,还提出了一种测试抗拉强度的方法来测材料的抗拉强度。试验结果显示,可以根据流变性能测试的结果,大概算出打印试件的形状稳不稳定。材料容不容易被挤出,取决于混合物里砂的用量,砂含量越低,就越容易被挤出。材料的抗拉强度会随着纤维掺量增加而变大。
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通过看很多文献,把国内外学者的研究结论总结了一下:
第一,3D 打印纤维增强混凝土宏观性能的研究方法,和普通 3D 打印混凝土性能评价方法差不多。
第二,柔性纤维对 3D 打印混凝土能不能顺利打印影响很大,增加聚丙烯(PP)、聚乙烯醇(PVA)和 PE 纤维的掺量,会让材料的流动性明显降低,形状稳定性提高,但是对材料的凝结时间没什么大影响。
第三,学者们一般都选刚性纤维掺量最多的那一组当作基础组,来做 3D 打印刚性纤维增强混凝土的力学性能试验。并且在这个基础上,用两种方法让刚性纤维沿着打印方向分布得更好,一是把打印头打印口径弄小,二是增加细骨料的用量,这样就能进一步提高材料的抗弯、抗折强度这些力学性能。
第四,柔性纤维能让材料更不容易开裂,收缩率降低。在合适的掺量范围里,对 3D 打印混凝土的抗压、抗折强度有一定的提升作用。刚性纤维对材料打印方向的抗压强度提升效果不明显,但是和荷载方向垂直的纤维,对材料的抗拉、抗折和抗弯性能提升效果很明显。两种纤维加进去,都让材料的力学性能在不同方向上的差异变得更大了。
第五,和刚性纤维比起来,3D 打印柔性纤维增强混凝土有这些好处。一是柔性纤维弹性模量低,容易变形,所以对 3D 打印混凝土工作性的影响比较小。二是柔性纤维能提高材料的抗压、抗折强度这些力学性能。三是在合适的打印条件下,柔性纤维不会让材料表面质量变得很差。四是柔性纤维生产成本低,还不会有因为用钢纤维而产生的耐久性问题。五是柔性纤维本身重量轻,这样材料在高层建筑里应用的可能性就增加了。
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材料微观性能研究呢,一般都是从复合材料各个组分的性能,还有组分之间界面性能的角度出发,对材料宏观性能的表现进行全面的分析和解释。