总结了国内外混凝土建筑3D打印计算机模拟研究现状,介绍了计算机模拟技术在建筑3D打印性能以及流动性、堆积性和形态检测中的应用情况,并对计算机模拟技术在建筑3D打印中的应用进行了展望。

以水泥、粉煤灰和石灰石粉为胶凝材料,制备了一种低温升主塔大体积混凝土,研究了石灰石粉掺量(5%、10%、15%)对砂浆流变性能和混凝土绝热温升、干燥收缩性能、力学性能、抗渗性能的影响,采用SEM观察了水化产物的微观形貌,并与水泥-粉煤灰-矿渣粉胶凝体系(对照组)进行了对比。结果表明:与对照组相比,掺入石灰石粉可以降低砂浆的塑性黏度和屈服应力,延缓胶凝材料的水化进程,降低混凝土的绝热温升;石灰石粉的掺量越大,抑制混凝土干燥收缩的作用越显著;随着石灰石粉掺量的增加,混凝土的抗压强度下降,但掺5%石灰石粉混凝土的抗压强度较对照组高;与对照组相比,掺石灰石粉混凝土的抗渗性能较好,且掺量为5%时性能最好。

分别采用烯丙基聚氧乙烯醚(HPEG)、甲基烯丙基聚氧乙烯醚(TPEG)和乙二醇单乙烯基聚氧乙烯醚(EPEG)三种聚醚大单体合成了聚羧酸减水剂(PCE),对比研究了所合成的PCE对混凝土流变性能、气泡特征及其经时演化、硬化混凝土外观气泡的影响规律。结果表明:EPEG-PCE与TPEG-PCE的减水率及对混凝土和易性的影响均优于HPEG-PCE,且掺EPEG-PCE新拌混凝土湿筛砂浆的流变参数经时变化小;掺TPEG-PCE和HPEG-PCE试件的气泡参数主要在30~60 min和0~30 min内变化,而掺EPEG-PCE的试件则在0~90 min无明显气泡突变阶段,对尺寸≤500μm的气泡稳定性影响顺序为TPEG组>HPEG组>EPEG组;掺不同大单体PCE试件的表观气泡含量相当,但TPEG组大气泡最多,EPEG组最少。

研究了超细粉煤灰掺量对低水胶比复合胶凝材料浆体流动性的影响,分析了浆体流动性与流变性能的关系。结果表明:在相同水胶比和硅灰掺量下,随着超细粉煤灰掺量的增加,浆体流动度增大,流动时长先缩短后延长,平均流动速率先提高后下降,浆体的黏度系数减小,屈服应力增大,剪切增稠性增强;在相同超细粉煤灰掺量下,浆体的流动度-黏度系数和流动度-屈服应力均呈负相关,黏度系数或屈服应力减小,浆体的流动度增大;在相同流动度下,当超细粉煤灰掺量较高时,浆体的黏度系数减小,屈服应力增大;浆体的流动度同时受其黏度和变形能力的影响。

测试了闪长玢岩的吸水特性,研究了闪长玢岩作为粗骨料对混凝土施工性能的影响。结果表明:闪长玢岩碎石内部的裂隙、孔隙较发达,吸水率高,但吸水速率慢;闪长玢岩的掺入使得混凝土拌合物的流动性损失显著增加,泌水率降低;采用骨料预湿工艺和掺减水剂的方法可以解决闪长玢岩混凝土的施工性能问题。

通过测试新拌UHPC的流动度、屈服应力、表观黏度、流变行为指数、坡度保持率、纤维分布系数,研究了铝硅酸盐黏土对UHPC流动性、流变性能、稳定性的影响。结果表明:该黏土能够大幅降低UHPC浆体的流动度,但其对UHPC流动度的影响只与掺量有关,而与所替代的胶凝材料种类无关;掺入黏土增大了UHPC的屈服应力与表观黏度,在2%掺量下,屈服应力和表观黏度分别提高了189.8%和114.0%;掺入黏土改善了浆体的流变性能,使其呈现剪切变稀现象;黏土改善了UHPC的稳定性,其硬化后的坡度保持率可达91.0%,纤维分散系数提升至0.88。

为了研究不同因素对水泥浆体流变性能的影响,采用黏度计对水灰比0.6~1.4的水泥浆体在水化时间0、10、20、30、40 min进行流变性能试验。结果表明:水灰比为0.6~0.8的水泥浆体是幂律流体,0.9~1.1的水泥浆体是宾汉姆流体,1.2~1.4的水泥浆体是牛顿流体;可用指数函数表征水化时间与水灰比对水泥浆体流变性能的影响。

依托海太过江通道工程,研究了盾构砂对减水剂吸附行为、水泥砂浆流变性能的影响。结果表明:盾构砂的掺入降低了水泥砂浆的流变性能;与轻度交联的PCE-1相比,盾构砂中粒径≤75μm的细粉颗粒对常规型聚羧酸减水剂(PCE-0)的吸附作用更强;PCE-1具有较好的黏土耐受性和水泥分散能力,对水泥砂浆流动性的改善效果比PCE-0好;掺盾构砂砂浆体系较好地符合Herschel-Bulkley模型,在相同流动性条件下,盾构砂的掺入使减水剂需求量增加,且随着盾构砂掺量的增加,减水剂用量增大,表观黏度及残余黏度均增大,剪切增稠行为更显著。

介绍了一种专门用于磁流变液流变性能测试的装置,该装置能满足磁流变抛光中不同磁场方向下的剪切屈服应力的测量,并通过实验验证了该装置的可靠性。

采用原位表面修饰和溶胶-凝胶法制备了十八烷基三甲氧基硅烷（OTMS）修饰的油溶性BaSO_4@SiO_2-OTMS纳米微粒;利用透射电子显微镜、X射线衍射仪、傅里叶变换红外光谱仪分析了产物的形貌及结构,采用热分析仪评价了其热稳定性,用往复摩擦磨损试验机和六速旋转黏度计研究了产物对油基钻井液润滑性能及流变性能的影响.结果表明：所制备的Ba SO_4@Si O_2纳米微粒由直径为30 nm的Ba SO_4内核和厚约8 nm的Si O_2外壳组成,经OTMS修饰后,Ba SO_4@Si O_2-OTMS纳米微粒在液体石蜡中具有良好的分散稳定性.与此同时,Ba SO_4@Si O_2-OTMS纳米微粒作为添加剂可以降低油基钻井液的流动阻力,减轻钻头磨损,提高钻井速度.当添加剂浓度较低时,随着添加剂含量的增加,油基钻井液的黏度降低;当添加剂质量分数为0.8%时,钻井液的黏度以及钢球-页岩摩擦副的摩擦系数和页岩磨痕宽度最小.