为了提高3D打印混凝土构件的成型精度,结合转臂式打印设备研究了分层厚度、搭接宽度、挤出速度和进给速度四个打印工艺参数,应用控制变量法对工艺参数进行了工艺试验和理论分析,确定了工艺参数对成型精度的影响规律,并建立了数学模型来提高3D打印混凝土构件的成型精度。

采用3D打印工艺,使用普通硅酸盐水泥(OPC)、硫铝酸盐水泥(SAC)、磷酸盐水泥(MPC)制备了3类24组不同配合比的植生混凝土试件,研究了水泥种类、水灰比、砂灰比、缓凝剂掺量等对植生混凝土pH值的影响规律。结果表明:水泥种类对植生混凝土pH值的影响最明显,掺OPC的植生混凝土的碱性最高,SAC次之,MPC最低;植生混凝土的pH值均随水灰比的增加而提高;砂灰比增加会降低植生混凝土的碱性;缓凝剂也会影响植生混凝土的pH值,其中,葡萄糖酸钠和酒石酸可以分别降低掺OPC或SAC的植生混凝土的pH值,而硼砂可以先降低后提高掺MPC的植生混凝土的pH值。

对3D打印混凝土材料的流变性及可打印性、层间性能及各向异性、3D打印混凝土的纤维增韧方法及协同增韧技术等关键问题进行了总结和讨论,并对3D打印混凝土的工程应用进行了分析及展望。

介绍了3D打印混凝土的特点与前景,综述了挤出型工艺的3D打印混凝土的压、拉、折、剪基本力学性能以及增强措施。研究表明:打印层在喷嘴的挤压作用下密实度有所提高,但同时层间易形成薄弱界面,造成性能的各向异性,通过调整胶凝材料、掺入纤维、优化工艺、水浴养护、布筋等措施能有效改善。此外,提出了还需进一步研究的问题。

总结分析了水泥品种、掺合料及拌和物稠度对3D打印混凝土性能的影响。对比分析了不同水泥品种以及掺合料的3D打印混凝土性能的差异,提出了不同建造工况下水泥品种、掺合料的选择方法,综述了拌和物稠度在3D打印混凝土制备中的重要作用。此外,还提出了3D打印混凝土材料在研发中所面临的问题和挑战,并对未来3D打印混凝土的研究方向进行了展望。

设计了一种基于超高性能混凝土配合比的3D打印材料,研究了3D打印混凝土试件和浇筑试件的抗渗性能和抗冻性能。结果表明,用该配合比配制的3D打印混凝土试件和浇筑试件均具有良好的抗渗性能和抗冻性能,试件均能在1.4 MPa水压力下保持不渗水,300次冻融循环后保持较高的力学性能和相对动弹性模量,且3D打印试件测试结果更好。为增强结构密实度,混凝土原材料添加了钢纤维,通过CT扫描发现,3D打印试件结构更加紧密,内部缺陷较少,受到冻融破坏时能保持较完整的结构。

对国内外3D打印混凝土可打印性的研究现状进行了总结,分析了配合比和原材料组成对3D打印混凝土可打印性的影响,介绍了可打印性的评价方法,并对各评价方法进行了比较,给出了相关建议。

结合国内外研究案例,深入分析了打印工艺、砂浆配合比等3D打印混凝土层间性能的影响因素。在此基础上,进一步探讨了3D打印混凝土层间强度的提高方式。同时总结了抗拉试验、抗剪试验、微观结构分析等层间强度测试方法并分析了各自优缺点。

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。

总结了国内外3D打印混凝土力学性能的试验方法,介绍和比较了3D打印混凝土抗压强度、抗折强度、层间结合强度、劈拉强度、抗拉强度和弹性模量试验方法,提出了为规范3D打印混凝土的力学性能制定3D打印混凝土力学性能试验方法相关标准的必要性。