建筑3D打印力学性能研究综述

3D打印试样的力学性能具有各向异性,其抗压强度与抗折强度的测试方法与传统混凝土相似,但需经过加工与切割,这会造成3D打印试件的变化。在3D打印力学性能中,层间强度最差,大多数试验采用与劈裂强度相似的方法进行测量。由于需加入增稠剂等来调节原材料的流动性,这会影响3D打印试样的力学性能。3D打印接触空气的面积较大,容易造成收缩开裂,可通过加入纤维等来减少收缩。在实际工程中,也可以通过预埋支架等来提高3D打印试样的力学性能。     

3D打印混凝土工作及力学性能研究进展

3D打印混凝土因具有无模化、智能化施工的显著优势,应用潜力巨大,已逐渐成为世界各地快速上升的研究热点。目前国内外研究人员已对其工作性能和力学性能展开了研究,前者主要包括流动性、可挤出性和建造性能,后者主要包括抗压强度、抗折强度和层间粘结强度。为此基于国内外3D打印混凝土的研究现状,首先对其工作性能和力学性能展开具体评述,着重介绍了现阶段对此采取的研究方法和获得的研究成果;然后概述了3D打印混凝土在性能研究和实际应用中存在的主要问题,同时针对其普遍存在的抗拉强度低和延性不足问题总结和分析了目前的解决方法,并指出未来的研究方向,有助于推动3D混凝土打印技术的研究和应用。     

基于孔结构缺陷的3D打印粗骨料混凝土力学性能试验研究

文章基于目前3D打印混凝土结构缺少粗骨料的应用现状,针对高粗骨料掺量的3D打印混凝土开展破坏机理研究,重点围绕区别于以往浇筑建造模式下的3D打印粗骨料混凝土(3DPCAC)内部特有孔隙缺陷特征,对其力学性能的影响进行分析。研究结果表明：3DPCAC抗压和抗弯强度表现出显著的各向异性力学性能差异;粗骨料的掺入改变了以往3D打印混凝土层间黏结界面的开裂形式,黏结强度提高1.14倍;内部缺陷的几何形状特征与孔隙率分布发生显著的变化。基于孔隙结构缺陷及其分布特征,提出“多重分区 界面模型”,揭示孔隙缺陷对3DPCAC力学性能的影响机理。研究成果为3D打印混凝土结构设计与应用提供重要的理论支撑。     

快硬早强混凝土3D打印施工方法及应用

建筑3D打印技术对混凝土的性能要求主要是快硬早强。结合实际打3D打印混凝土应用技术,对适合于建筑3D打印的快硬早强混凝土的工作性能、凝结时间、力学性能提出了参数指标。通过研究混凝土的3D打印工艺、配合比设计和施工流程,对3D打印混凝土的施工方法进行了阐述。利用工业型3D打印机实现快硬早强打印混凝土在建筑构件、房屋的应用。     

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打印细石混凝土调配及其可打印性和力学性能

为了将细石混凝土（SAC）现场调配成3D打印油墨，探究了不同增稠材料对SAC工作性能和流变性的影响，研究了3D打印SAC 的早期力学性能，同时采用3D打印机制备了3D打印SAC 试件，并对其开展了28 d强度试验. 结果表明：SAC二次搅拌过程中，添加占胶凝材料用量0.10%的纤维素醚（HPMC）、1.50%的偏高岭土或5.00%的水泥能够满足3D打印SAC 对工作性能的要求；0.10%的HPMC能够显著提高二次搅拌后SAC的塑性黏度，对挤出力的增长影响较小，这有利于3D打印SAC 的挤出性和工作时间；3D打印SAC 的力学性能具有各向异性，与浇筑试件相比，其28 d抗压强度降低了20.03%~40.46%，抗折强度提高了17.23%~19.54%.     

3D打印混凝土的各向抗压性能研究

3D打印混凝土构件受材料层层堆叠工艺的影响,其力学性能具有各向异性.参考C30普通混凝土配合比设计,设计制备了两批不同龄期的3D打印混凝土立方体试件和棱柱体试件进行抗压强度试验,分析三种不同加载方向下3D打印混凝土试件的破坏规律.进行了棱柱体试件X向轴心抗压强度与立方体试件立方体抗压强度的比较,测试了打印混凝土轴心抗压...     

纤维掺量对速凝3D打印水泥基材料力学各向异性的影响

结合自主研发的物料搅拌和挤出同时进行的3D混凝土打印机（搅拌-挤出-体化打印机），实现了速凝玄武岩纤维改性水泥基材料的3D打印。以水平打印层为XY平面，进行试验测试3D打印混凝土在X、Y、Z方向的抗压、抗弯力学性能，并分析其力学各向异性规律。研究结果表明：在满足打印性能的要求下，玄武岩纤维的掺量范围为0～2.0%，掺量为1.5%时打印材料力学性能最优；随着纤维含量的增加，材料呈现力学各向异性趋势增大；沿X方向加载的打印试样抗压强度最高；沿Y方向加载的打印试样抗折强度最高。     

3D打印混凝土层间黏结强度增强技术及试验研究

应用RPZ2000型极坐标系3D打印机打印了多组混凝土立方体试件和长方体试件,研究了层间涂抹不同界面剂情况下对3D打印混凝土试件抗压强度与抗折强度的影响。试验结果表明,层间黏结强度的大小对3D打印混凝土试块的抗压强度影响较大,对抗折强度影响较小。水泥膨浆对3D打印混凝土具有良好的补偿收缩性,改性丙烯酸乳浆次之,水泥净浆和粉煤灰水泥净浆对打印试件的整体抗压强度提升效果一般。改性丙烯酸乳浆对打印试件整体的抗折强度提升最好,水泥膨浆次之,水泥净浆和粉煤灰水泥净浆对抗折强度几乎无任何影响。     

3D打印混凝土相关性能研究进展

从流动性、黏结强度、凝结时间、纤维增强等方面概括了目前3D打印混凝土的研究进展,分析了外加剂、骨料级配和特殊材料应用于改善3D打印混凝土流动性的现状;总结了3D打印混凝土层间黏结强度的不足及改善措施;从外加剂和水泥的选择上探讨了3D打印混凝土凝结时间的控制方案,分析了纤维用于3D打印混凝土中的优势以及特殊性;结合现状对3D打印混凝土未来研究方向进行了展望。     

3D打印混凝土技术的研究现状与发展趋势

三维(3D)打印混凝土技术因数字化、自动化、智能化程度高等优势成为智慧建造的主要手段。介绍混凝土3D打印技术的基本原理和相关工艺,然后对3D打印混凝土材料性能需求、硬化混凝土力学性能、混凝土钢筋布置技术、结构层次受力性能和建造实例等方面的国内外研究现状进行对比分析和国内外混凝土3D打印设备调研总结。最后,对3D打印混凝土技术的研究进行了展望,包括:含粗骨料的混凝土3D打印、打印混凝土配合比设计、组合布筋技术、混凝土3D打印技术适用性分析、现场组装式打印设备和平台集成等方面。     

打印路径对3D打印陶砂混凝土力学行为的影响研究

3D打印混凝土技术采用逐层堆叠的成型工艺,打印路径引起的细观不均质性直接影响材料的宏观力学行为。为明确打印路径对3D打印陶砂混凝土力学性能的影响,设计两种常用打印路径,3D打印立方体和棱柱体试样,评估其抗压、抗折、劈拉等力学特性,分析力学各向异性,并测试试件受载过程中的超声波参数。结果表明,打印路径及加载方向均对宏观力学行为产生显著的影响。超声波检测的波速和幅值对混凝土结构的承载情况分析有效。试验结果为陶砂的资源化利用、打印混凝土材料的工程应用及结构防护预警提供了试验参考。     

3D打印混凝土墙体轴心受压性能研究

建筑工业化和施工智能化已成为建筑领域的发展趋势,相应的3D打印技术也逐渐得到应用。因此,3D打印构件的力学性能也需要被系统深入地研究。作为承受建筑物竖向荷载的主要构件,墙体的力学性能对于打印建筑至关重要。为此,设计了8片打印混凝土墙体,采用4种不同的截面形式与2种不同强度的材料加工制作墙体并开展了轴心受压试验研究。结果表明:打印墙体的两端为主要的受力部位,墙体破坏均从两端开始;布置内部肋可以提高对两侧墙板的约束作用,改善墙体的整体性和受力均匀性,进而提升打印墙体的承载力;使用水泥强度等级高的打印墙体截面刚度大、竖向位移小且开裂荷载高。     

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,采用定性分析与理论分析相结合的方法,提出了其相应的质量控制方法。     

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。     

基于月壤成分和月球环境的3D打印混凝土结构可行性分析

3D打印工艺在高辐射低温失重的月球环境下凸显巨大的技术潜力,针对月球基地结构的建造技术参数,结合月壤成分、材料比例和细度分布开展了3D打印混凝土配合比设计分析,归纳了月球混凝土3D打印结构的材料配合比,力学性能,工作参数和结构型式等相关研究进展,探讨了真空和低温失重环境下月球3D打印混凝土结构的技术可行性和未来发展趋势。     

PVA纤维在3D打印混凝土中的应用研究

3D打印技术具有快速成型、无需模具、可精细化制作复杂结构的特点,近年来被应用在建筑行业,来更快更好地完成工程建设。3D打印建筑材料多为水泥基材料,其工作性能和力学性能与普通混凝土有一定的区别。为得到适用于3D打印的混凝土材料,本研究基于3D打印材料的性能指标,利用PVA纤维改善混凝土性能,进一步调整配合比后,最终得出适用于3D打印的早强混凝土材料。     

混凝土3D打印材料的性能与评价方法

3D打印技术的关键在于打印材料的性能,要求其具有良好的流动性、可塑性、挤出性、建造性且凝结时间可调,从而实现可连续打印、无坍塌;同时,还要求其硬化后具有较高的力学性能,以保证打印构建能承受自重及抵抗外力冲击。本文针对混凝土打印材料的性能及评价方法进行总结和分析,为混凝土3D打印技术的后续研究提供参考,并指出混凝土3D打印技术存在的挑战和未来的研究方向。     

3D打印水泥基材料性能评价方法研究

3D打印混凝土作为一种新型混凝土,其性能设计不再趋同于传统混凝土。分析了现有检测方法表征3D打印性能的弊端,提出了一种新的3D打印性能测试方法,并通过对比试验探索材料的3D打印性能影响规律,验证新评价方法的可行性。     

3D打印混凝土材料的研究现状与展望

随着3D打印技术的快速发展和3D打印建筑材料的研发,3D打印技术在建筑行业得到了迅速发展,它是一种基于增材制造的建造技术,而混凝土是该技术最常用的打印材料。重点阐述了3D建筑打印技术,3D打印混凝土材料的可建造性、临界失效时间、层间黏结强度、干燥收缩率等性能要求,总结了3D打印混凝土材料国内外研究现状,最后着重阐述了3D打印混凝土施工技术中存在的问题,并对其发展前景进行了展望,希望为以后该方向此类问题的研究提供借鉴。