立井井壁3D打印材料研制

发布时间：2020-03-30 22:10

【摘要】：目前3D打印技术在土木工程行业的应用展开了大规模的研究,但还没有很好解决打印层堆积和层间粘结强度满足封水的问题。本文研制3D打印井壁混凝土支护材料,为研发井壁高效支护工艺装配提供合适的材料。本文主要的研究内容和成果如下:首先,本文采用单因素和正交试验分析了减水剂掺量、速凝剂掺量、缓凝剂掺量、掺和物B掺量、掺和物C掺量、砂的细度模数等主要因素对混凝土流动度、坍落度、凝结时间和强度的影响,初步获得3D打印井壁混凝土的配合比。试验结果发现,该组配方具有良好的挤出性,在普通硅酸盐水泥中掺入适当的水泥A或者采用快硬硫铝酸盐水泥,从而能够实现快速凝结的要求。其次,为得到3D打印井壁混凝土的最佳配合比,采用挤出性、建造性和开放时间三个指标评价各种不同材料配合比的打印性能,。试验结果表明:普通硅酸盐水泥的配方具有较好的挤出性和较长的开放时间,堆积性较差;在普通硅酸盐水泥配方的基础上加入水泥A的配方,既满足了较好的流动性和开放时间,又解决了堆积性的问题,可在短时间内打印高度达到120cm甚至更高,且只产生较小变形;采用快硬硫铝酸盐水泥的配方,由于凝结速度太快容易发生阻塞,不能满足打印要求。试验研究结果发现适合打印的新拌混凝土的流动度、坍落度、开放时间、贯入阻力值和屈服强度等性能特征,为后续打印性能评价提供判定依据。最后,打印结果发现打印试块的缺陷小于浇筑试块,具体表现为:打印试块比浇筑试块密度提高约0.4%,孔隙率相比浇筑试块减低了约3%~10%;在抗渗性方面,打印试块的渗透系数是浇筑试块的20%左右,打印试块的抗渗性优于浇筑试块,打印层之间不存在明显缺陷和冷接缝;在材料强度方面,打印试块强度到达50MPa~60MPa,比浇筑试块最大提高了39.9%;打印试块28天最大的抗压强度为强度为65.2MPa,大于浇筑试块的46.6MPa;打印试块的抗折强度为4.5~5MPa大于浇筑试块的4.5MPa;打印试块的劈裂拉伸强度3.7~4.2MPa,大于浇筑试块的3.4MPa。井壁模型的加载水压试验,打印模型最大承受9.74MPa水压,打印材料强度符合要求,打印层之间没有明显缝隙不存在冷接缝。综上,本文获得了用于立井井壁3D打印的混凝土材料,使得3D打印混凝土具有较好的流动性,快速成型的建造性,同时兼顾充足的开放时间。3D打印井壁整体性良好,强度满足要求,打印层之间紧密地粘结,不产生冷缝,为研发井壁高效支护工艺装备提供合适的材料。
【图文】：

工艺图,轮廓,工艺

技术在建筑领域的应用筑行业的工艺有轮廓工艺（Contour Crafting）、D型工艺（NASN）与美国加州大学合作研发出“轮廓工艺”3D 打印evis 博士称利用该技术可以使每一栋房子都有不同的样带有喷头的龙门架系统在计算机系统的控制下，塑性混子上挤出一圈牙膏一样。低层的混凝土有时间可以部分量。轮廓工艺的不同之处在于喷嘴两侧附带的刮铲会自样一层层的建筑材料砌上去就形成了外墙，再扣上屋顶 24 小时内打印出大约 232 m2的两层楼房，大大节约建开了一扇大门[35]。该技术具有如下一些缺点：该技术只向延伸；初始的模板和抹子系统很复杂，，生产的实现取由于打印混凝土脆弱的力学性能导致打印层之间存在弱

混凝土,打印工,挤压成型,工艺

图 1-3混凝土打印Figure 1-3 Concrete printing这三种工艺的对比如下表 1-1：表 1-1三种打印工艺对比Table 1-1 Comparison of three printing technology轮廓工艺 D型工艺混凝土打印工艺工艺挤压成型 3D打印挤压成型是否使用模板否否否使用材料使用砂浆制作轮廓胶凝材料作为填充含有氧化镁粉末高性能打印混凝土粘合剂不需要氯化镁水溶液不需要喷嘴直径 15mm 0.15mm 9mm～20mm喷嘴数量 1 6300 1单层厚度 13mm 4mm～6mm 6mm～25mm抗压强度未知 235MPa～242MPa 100 MPa ～110 MPa
【学位授予单位】：中国矿业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TD352

【参考文献】