Cem. Concr. Compos. ：以挤压流动为特征的河砂和机制砂3D可打印混凝土的形状稳定性

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Cem. Concr. Compos. ：以挤压流动为特征的河砂和机制砂3D可打印混凝土的形状稳定性

题目

题目：Shape stability of 3D printable concrete with river and manufactured sand characterized by squeeze flow

以挤压流动为特征的河砂和机制砂3D可打印混凝土的形状稳定性

关键字

关键字：3D打印混凝土；挤压流动；形状稳定性；机制砂；弹性屈曲；塑性破坏

来源

出版年份：2022

来源：Cement and Concrete Composites

课题组：比利时根特大学Geert De Schutter课题组

研究背景

3D打印混凝土由于无需模板，在成本、时间、人力等方面有巨大优势，但是3D打印结构形状稳定性存在缺陷。因此需要研发一种强度足以保持结构本身形状的打印混凝土，例如在混凝土中加入粘度改性剂、速凝剂、可分散聚合物和纤维以调节材料性能。

研究出发点

骨料是混凝土的重要组成部分之一，对混凝土性能有重要的影响。机制砂是岩石破碎的产物，颗粒具有鲜明的几何特征。机制砂对混凝土的工作性、力学性能和耐久性均有显著影响。但是关于机制砂用于3D打印混凝土的可行性的文献有限，探究机制砂替代河砂缓解过度开发河砂带来的环境问题具有长远意义。同时挤压流动已被证明可用于评价胶凝材料的流变性能，但在挤压流动试验过程中只观察到了竖向变形，并没有详细讨论挤压流动过程中的流变行为。

研究内容

本研究评价了机制砂（体积分数0 %、15 %、25 %、35 %、50 %、75 %、100 %）替代河砂对3D打印混凝土形状稳定性的影响。在挤压流动试验中采用了两种不同的加载模式，包括基于真实3D打印协议推导的具有恒定加载速率的线性递增力模式和恒定力模式。据此分析了弹性和塑性变形。随后进行了两个系列的3D混凝土打印试验，以验证挤压流动预测的弹性屈曲和塑性破坏。

表1 3D可打印混凝土配合比（g）

图1沉积过程：（a）3D混凝土打印过程（b）挤压过程

图2 法向力与位移曲线的阶段划分图

图3 MS-0%、MS-50%和MS-100%混合料的小方墙布局破坏模式

图4 通过恒力挤压流动试验和应力增长试验计算出小方形墙体布局的临界打印高度和预测，误差条代表标准差（n = 2）

图5大尺寸方形墙体布局的临界打印高度和预测计算的挤压流动试验具有线性增长的力，误差杆代表标准偏差（n = 2）

主要结论

1. 从线性递增力挤压流动试验的法向力-位移曲线可以观察到三个阶段。新拌试样的弹性模量随着机制砂替代率的增加而增加，表明其形状稳定性更强。在低取代率（≤35 %）下，新材料表现出较好的塑性变形而非摩擦塑性变形。

2. 通过引入强度修正因子考虑挤压流动中的约束作用，恒力挤压流动得到的屈服应力与应力增长试验和3D打印试验得到的屈服应力吻合较好。在机制砂替代河砂率高于50 %的情况下，应力增长试验未能获得屈服应力值，而恒力挤压流动仍能提供3D混凝土打印的准确预测。

3. 用机制砂代替河砂增强了形状稳定性，与混合料中所用骨料的堆积分数密切相关。

本期编者简介

翻译：

于珂珂           硕士生       深圳大学

审核：

郑淑怡           硕士生       深圳大学

排版：

唐    杰           硕士生       深圳大学

本期学术指导

何   闯           博士后       深圳大学

龙武剑           教   授       深圳大学

文献链接：

https://doi.org/10.1016/j.cemconcomp.2022.104674