3D打印碱激发胶凝材料的制备及性能研究
发布时间：2021-03-07 02:48
3D打印技术在建筑行业中的应用受限于打印材料,因该技术对材料的性能要求不同于传统的水泥基材料,为了制备出满足打印条件的浆体,用NaOH和硅酸钠的混合溶液激发矿渣和粉煤灰。作为绿色建材的碱激发胶凝材料,不仅有优异的工程技术性能和可持续发展属性,且其早强快凝的特点具有应用于3D打印的潜质。本文通过正交与平行试验等方法,优选配合比方案,制备出满足可打印性能的碱激发材料;分析原材料相对掺量、碱组分和溶胶比对其基本性能的影响,并通过SEM和XRD对微观结构进行分析,探讨微观结构与宏观性能之间的关系;对打印浆体的工作性能和可建造性能进行研究,研究结果表明:1.以碱激发矿渣/粉煤灰体系作为建筑3D打印材料,具备基本的可打印性能,添加外加剂的浆体工作性能良好,表观效果表现优异,可堆积性较好。流动度在170-190mm范围内,堆积层数≥4层时,其综合性能良好。2.制备出的满足3D打印的理论最佳配比为:粉煤灰和矿渣质量比3:7,溶胶比为0.48,碱含量Na2O为5%,模数为1.4。3.碱含量对浆体初始流动度和早期强度的影响最大,粉煤灰掺量对初始流动度影响最小;粉煤灰掺量从0增加到50...
【文章来源】：重庆大学重庆市 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：89 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
轮廓工艺示意图（左）用轮廓制作和龙门机器人系统建造建筑物（右）
1绪论3图1.2C4机器人（左）C4机器人建筑结构（混凝土软管和储罐）（右）Fig1.2ThecontourcraftingCartesiancablerobot(C4robot).(left)C4robotbuildingastructure(concretehoseandstoragetankshown).(right)②D-型工艺（D-Shapeprocess）意大利发明家恩里克·迪尼[6]发明了D型工艺，与将混凝土直接用作打印材料的“轮廓工艺”不同，D-Shape打印机主要使用砂作为原材料。D-Shape打印机的底部有数百个喷嘴，能逐层喷涂镁质黏合物和砂，砂喷撒在黏合物上之后可逐渐铸成石质固体，通过逐层反复喷涂，最终形成石质建筑物。一些高成本的曲线建筑能够通过D-Shape打印来实现，例如内曲线、分割体、中空柱和导管等建筑结构已成功实现打樱其一体化成型打印的构件具有高强度、高精度和良好的整体性，但打印过程较缓慢，机械对构件尺寸的限制较大，成本较高。③混凝土打印（ConcretePrinting）英国拉夫堡大学[8]建筑工程学院提出了类似轮廓工艺的混凝土打印，通过喷嘴挤出混凝土逐层叠加来建造构件。该团队研发了一种适用于3D打印的聚丙烯纤维混凝土，该混凝土的抗折抗压强度、层间粘接强度等均可用于打印技术[9]。在整个打印过程中能一直保持三维自由度和较小的沉积分辨率，这极大提高了对内部和外部几何形状的控制。图1.3示为混凝土3D打印原理图，显示了从建模到逐层沉积的印刷过程的概述。首先，使用自动cad或SolidWorks等三维软件对象进行建模，生成g码形式的程序，然后混合原材料进行泵送打印，整个过程通过控制器控制打印机和泵的设计(形状、大小等)。
重庆大学硕士学位论文4图1.3混凝土3D打印原理图Fig1.3Concrete3Dprintingschematic图1.4六轴机械手及打印系统的控制0：系统命令；1：机器人控制器；2：打印控制器；3：机器人手臂；4：打印头；:5：促进剂；6：加速剂用蠕动泵；7：预混料用蠕动泵；8：预混搅拌机；9：3D打印对象。Fig1.4Six-axisrobotandprintingsystemcontrol已有文献[10]阐述了一种新的超高性能混凝土打印路线，如图1.4所示。所涉及的3D打印过程是基于一种类似FDM的技术，即通过安装在六轴机器人手臂上的挤出打印头逐层沉积材料。该过程允许生成大规模复杂几何形状，而不使用临时支
【参考文献】：
期刊论文
[1]3D打印水泥净浆层间拉伸强度及层间剪切强度[J]. 刘致远,王振地,王玲,赵霞. 硅酸盐学报. 2019(05)
[2]快硬早强混凝土3D打印施工方法及应用[J]. 蔺喜强,张涛,霍亮,张楠,李国友,戢文占,王宝华. 混凝土. 2018(07)
[3]3D打印水泥基材料工作性分析与表征[J]. 刘致远,王振地,王玲,赵霞. 低温建筑技术. 2018(06)
[4]熔融沉积式3D打印路径优化算法研究[J]. 韩兴国,宋小辉,殷鸣,陈海军,殷国富. 农业机械学报. 2018(03)
[5]3D打印混凝土可塑造性能的评价方法研究[J]. 雷斌,马勇,熊悦辰,胡小荣. 硅酸盐通报. 2017(10)
[6]粉煤灰对碱激发高炉矿渣性能的影响[J]. 赵英良,邢军,孙晓刚,邱景平. 金属矿山. 2017(03)
[7]基于DE算法的建筑3D打印完全遍历路径规划研究[J]. 李荣帅. 江西科学. 2016(03)
[8]3D打印建筑混凝土配合比设计研究[J]. 乔星宇,李韵通,潘宁. 现代装饰(理论). 2016(06)
[9]碱激发粉煤灰/矿渣复合体系的性能研究[J]. 黄科,马玉玮,郭奕群,李兆恒. 硅酸盐通报. 2015(10)
[10]粉煤灰品质对其需水量及活性的影响[J]. 武斌,罗鑫,赵劲松. 四川建材. 2015(04)
硕士论文
[1]水玻璃模数与矿渣掺量对碱激发粉煤灰/矿渣复合体系的影响[D]. 梁健俊.广州大学 2017
[2]外加剂对碱激发材料的影响[D]. 李源.广州大学 2016
本文编号：3068268
【文章来源】：重庆大学重庆市 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：89 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
轮廓工艺示意图（左）用轮廓制作和龙门机器人系统建造建筑物（右）
1绪论3图1.2C4机器人（左）C4机器人建筑结构（混凝土软管和储罐）（右）Fig1.2ThecontourcraftingCartesiancablerobot(C4robot).(left)C4robotbuildingastructure(concretehoseandstoragetankshown).(right)②D-型工艺（D-Shapeprocess）意大利发明家恩里克·迪尼[6]发明了D型工艺，与将混凝土直接用作打印材料的“轮廓工艺”不同，D-Shape打印机主要使用砂作为原材料。D-Shape打印机的底部有数百个喷嘴，能逐层喷涂镁质黏合物和砂，砂喷撒在黏合物上之后可逐渐铸成石质固体，通过逐层反复喷涂，最终形成石质建筑物。一些高成本的曲线建筑能够通过D-Shape打印来实现，例如内曲线、分割体、中空柱和导管等建筑结构已成功实现打樱其一体化成型打印的构件具有高强度、高精度和良好的整体性，但打印过程较缓慢，机械对构件尺寸的限制较大，成本较高。③混凝土打印（ConcretePrinting）英国拉夫堡大学[8]建筑工程学院提出了类似轮廓工艺的混凝土打印，通过喷嘴挤出混凝土逐层叠加来建造构件。该团队研发了一种适用于3D打印的聚丙烯纤维混凝土，该混凝土的抗折抗压强度、层间粘接强度等均可用于打印技术[9]。在整个打印过程中能一直保持三维自由度和较小的沉积分辨率，这极大提高了对内部和外部几何形状的控制。图1.3示为混凝土3D打印原理图，显示了从建模到逐层沉积的印刷过程的概述。首先，使用自动cad或SolidWorks等三维软件对象进行建模，生成g码形式的程序，然后混合原材料进行泵送打印，整个过程通过控制器控制打印机和泵的设计(形状、大小等)。
重庆大学硕士学位论文4图1.3混凝土3D打印原理图Fig1.3Concrete3Dprintingschematic图1.4六轴机械手及打印系统的控制0：系统命令；1：机器人控制器；2：打印控制器；3：机器人手臂；4：打印头；:5：促进剂；6：加速剂用蠕动泵；7：预混料用蠕动泵；8：预混搅拌机；9：3D打印对象。Fig1.4Six-axisrobotandprintingsystemcontrol已有文献[10]阐述了一种新的超高性能混凝土打印路线，如图1.4所示。所涉及的3D打印过程是基于一种类似FDM的技术，即通过安装在六轴机器人手臂上的挤出打印头逐层沉积材料。该过程允许生成大规模复杂几何形状，而不使用临时支
【参考文献】：
期刊论文
[1]3D打印水泥净浆层间拉伸强度及层间剪切强度[J]. 刘致远,王振地,王玲,赵霞. 硅酸盐学报. 2019(05)
[2]快硬早强混凝土3D打印施工方法及应用[J]. 蔺喜强,张涛,霍亮,张楠,李国友,戢文占,王宝华. 混凝土. 2018(07)
[3]3D打印水泥基材料工作性分析与表征[J]. 刘致远,王振地,王玲,赵霞. 低温建筑技术. 2018(06)
[4]熔融沉积式3D打印路径优化算法研究[J]. 韩兴国,宋小辉,殷鸣,陈海军,殷国富. 农业机械学报. 2018(03)
[5]3D打印混凝土可塑造性能的评价方法研究[J]. 雷斌,马勇,熊悦辰,胡小荣. 硅酸盐通报. 2017(10)
[6]粉煤灰对碱激发高炉矿渣性能的影响[J]. 赵英良,邢军,孙晓刚,邱景平. 金属矿山. 2017(03)
[7]基于DE算法的建筑3D打印完全遍历路径规划研究[J]. 李荣帅. 江西科学. 2016(03)
[8]3D打印建筑混凝土配合比设计研究[J]. 乔星宇,李韵通,潘宁. 现代装饰(理论). 2016(06)
[9]碱激发粉煤灰/矿渣复合体系的性能研究[J]. 黄科,马玉玮,郭奕群,李兆恒. 硅酸盐通报. 2015(10)
[10]粉煤灰品质对其需水量及活性的影响[J]. 武斌,罗鑫,赵劲松. 四川建材. 2015(04)
硕士论文
[1]水玻璃模数与矿渣掺量对碱激发粉煤灰/矿渣复合体系的影响[D]. 梁健俊.广州大学 2017
[2]外加剂对碱激发材料的影响[D]. 李源.广州大学 2016
本文编号：3068268
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