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3D打印纤维增强混凝土:性能全貌与关键影响要素大揭秘

更新时间: 2024-11-27 09:18:28  查看次数: 98    
3D 打印纤维增强混凝土的力学性能研究有这些发现:不管有没有纤维增强,3D 打印混凝土 X 方向的抗压强度通常都比 Y、Z 方向低,而且试件 Y 方向的抗折强度比 X 方向大,这都和测试时试件层间结合面的受测方向以及个数有关系。文章里选的 PP 纤维,在体积掺量是 0.3%、长度是 6 毫米的时候,能显著提高材料的抗压强度和层间结合强度,还能减少材料抗压强度在不同方向上的差异。剑麻纤维对材料抗压强度的提升不太明显,不过当掺量小于 0.3%、长度低于 6 毫米时,可以大幅提高材料的抗折强度。在这个研究选的掺量和长度变化范围内,PVA 纤维对 3D 打印混凝土力学性能的提升效果不太好。
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从 3D 打印纤维增强混凝土可打印性和力学性能的研究结果能得出,要增强 3D 打印混凝土,应该选纤维直径比较大、表面亲水的合成纤维。这样做不但能在 3D 打印过程中提高材料的可打印性,而且在合适的配合比条件下,还能增强整个材料的力学性能,降低材料力学性能在不同方向上的差异。在吸湿状态下的植物纤维适合当作掺合料,用来增强 3D 打印混凝土的可打印性,提高整个材料的抗折强度。
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3D 打印纤维增强混凝土微观性能研究结果显示,整个材料的孔隙率和孔体积大小会随着 PP 纤维掺量增加而上升。其中,试件层间结合部位孔隙率上升很明显,非层间结合部位的孔隙率先是下降然后上升,在纤维掺量是 0.3%的时候达到最低。柔性纤维对 3D 打印混凝土力学性能的影响主要有两方面:一是纤维自身能提升 3D 打印混凝土阻挡裂缝的效果;二是纤维加进去后会提高材料新拌阶段的含气量,这样材料硬化后的孔隙率和孔径大小就增加了,当这些指标达到某个数值的时候,就会降低材料的力学性能。纤维对材料新拌阶段含气量的提升有两部分原因,第一,纤维之间搭接让材料内部孔隙率变大了;第二,纤维让材料可打印性变差了,为了保证材料有好的 3D 打印质量,可打印性差的材料就需要更高的挤出速度,更高的挤出速度又让材料含气量增加了,从而影响成型试件的孔隙率。