3D打印建造技术实训教程 第3章 3D打印建造的材料.ppt

本章结束**3D打印建造技术实训教程智能建造应用与实训系列第三章3D打印建造的材料目录掌握3D打印建造技术常用的材料类型及特点了解3D打印建造用混凝土强度设计基本规范熟悉3D打印建造用材料的性能特点本章重点区别不同类型3D打印材料的特点及优势熟悉3D打印建造中所使用的主要材料类型及其性能特点本章难点本章内容1.3D打印建造的主要材料2.混凝土强度设计3.打印材料的性能特点及要求1.3D打印的主要材料13D打印建造的主要材料3D打印用混凝土有别于传统建筑施工用混凝土，由于制备工艺比较特殊性的要求，材料的性能有明显改变，目前3D打印建造常用材料包括普通砂浆、纤维砂浆、再生砂浆、含粗集料混凝土等。1.1普通砂浆1.普通砂浆是指用无机胶凝材料、细集料、水按照一定的配比混合而成的砂浆，又称灰浆，供砌筑和抹灰工程使用，可分为砌筑砂浆和抹面砂浆两种。2.普通砂浆常见的有砂、石混凝土砂浆、粉煤灰砂浆、水泥基自流平砂浆、水泥砂浆等。使用普通砂浆的拓扑优化3D打印技术1.1普通砂浆3.普通砂浆材料中也有使用石膏、石灰膏或者粘土掺纤维性增强材料加适量水制成的膏状物叫做灰、膏、泥或者胶泥。4.普通砂浆的分类：①石灰砂浆：以石灰膏、砂和水为原料，常用在对强度要求不太高、不易受潮湿的砌体和抹灰层；②水泥砂浆：以水泥、砂和水按为原料，常在潮湿环境中使用，也可以用于水中的砌体、墙面或地面等；③混合砂浆：由两种以上材料配制而成。1.1普通砂浆增稠剂掺量对相对抗压强度的影响5.3D打印普通砂浆有别于传统砂浆，其制备不能直接通过传统工程材料改变水灰比或胶砂比来改变材料性能，一般需要添加化学外加剂等。通过实验分析不同外加剂掺量对其性能影响规律，确定3D打印混凝土的最优配合比。其中增稠剂的影响明显。1.2纤维砂浆聚丙烯纤维芳纶纤维1.纤维对于混凝土/砂浆的抗压、抗拉、抗折等力学强度均有增强和提升作用，使其在打印过程中不容易断裂，使得打印过程更具有连续性。2.现有纤维砂浆通常是在加工砂浆的工程中加入纤维和添加剂而成，其纤维成分大多为聚丙烯纤维、聚丙烯腈纤维、聚乙烯醇纤维和芳纶纤维其中的一种或者多种，其制备简单，但强度和抗拉性等特性有限。1.2纤维砂浆玄武岩纤维碳纤纤维3.其他纤维砂浆，如自密实纤维混凝土、超高性能纤维混凝土等，常采用掺入不同种类的纤维作为提高其韧性和强度的方法，如掺入有机纤维、钢纤维、玄武岩纤维、碳纤维、玻璃纤维和PＥ纤维等。4.通过试验发现，纤维增强3D打印砂浆的抗压强度，剪切屈服应力，保证了打印形状稳定性。此外，在3D打印混凝土中加入纤维可以减少其干燥收缩现象。1.3再生砂浆再生砂浆指的是对废弃混凝土进行破碎、清洗、分级后，按照一定的比例混合形成再生细集料，部分或全部的代替天然细集料（既0.16~5mm）配制的砂浆。再生砂浆与普通砂浆相比，再生砂浆易于施工，具有密度小、保水性好、与基层材料粘接良好且无起鼓、开裂等优点。目前，最为普遍的再生砂浆制备方式是建筑垃圾处理与建材生产相结合。原生建材建筑建筑垃圾再生建材1.3再生砂浆4.用再生集料取代细集料一般会降低其力学性能，在取代率不超过50%时，随着取代率的增加强度逐渐降低不同来源固体废弃物的物理性能1.混凝土中，砂、石发挥骨架作用，称为集料，其中粒径大于5mm的集料称为粗集料，常用的粗集料有碎石及卵石两种，它们在不同程度上能降低水泥用量、改善砂浆性能、提高混凝土工作性与耐久性。2.混凝土中使用合适的粗集料不仅能够提高混凝土的体积稳定性，而且在3D打印材料中使用粗集料可以减少胶凝材料的用量，在工程上具有经济优势。3.但粗集料品种选择不当也会给混凝土的体积稳定性、工作性甚至强度带来负面的影响。1.4含粗集料混凝土1.4含粗集料混凝土4.由于集料粒径过大会导致喷嘴堵塞，目前3D打印混凝土材料研究中大多为粒径在５mm以下的细集料，然而粒径过小会使包裹集料所需浆体的比表面积增大，单位时间内水化热偏高，导致后期干缩开裂现象明显。不同集料粒径对砂浆相对抗压强度的影响2.混凝土强度设计2.1混凝土强度影响因素混凝土材料多是由相应配合比的水、粗细集料和胶凝材料等配制而成，其中粗细集料所占的比重最大，其次为水、水泥等组成的水泥浆。配合比的设计直接影响混凝土的配制效果与质量，受到包括水泥性能、水胶比、粗细集料等因素的影响。水泥是对混凝土强度影响最大的成分，如果水泥强度大则混凝土强度就大，反之就会变小。水胶比的大小与混凝土强度呈正相关关系，在实际配比中，需要合理科学的掌握