29 / 2021-07-07 16:33:07

快硬早强水泥基材料3D打印流变性能研究

3D打印硫铝酸盐水泥; 3D打印磷酸镁水泥; 流变性能; 可建造性

快硬早强的硫铝酸盐水泥体系和磷酸镁水泥体系可解决传统硅酸盐水泥基材料凝结硬化时间长、早期强度低的问题，更有利于3D打印结构的快速建立。本文通过研究外加剂、掺合料及纤维对流变性能的影响规律，调控3D硫铝酸盐水泥体系的可打印性能。结果表明，掺入0.3%羟丙基甲基纤维素醚和0.3%减水剂，初步实现了浆体的堆积，但可打印时间低于20min。引入缓凝剂（酒石酸、硼酸和葡萄糖酸钠掺量0-0.25%）实现打印时间在20-90min内灵活调控，但结构变形显著增大，利用硅藻土较大的比表面积和丰富的Si-OH键，在不损失可打印时间的基础上，控制结构的变形率低于10%，1d抗压强度可达41.5MPa。此外，采用旋转剪切、震荡剪切和蠕变控制测试偏高领土、膨润土和造纸污泥等高触变性材料的改性浆体，建立浆体的触变性、屈服应力和结构变形率的相关性方程，并通过Lissaju-Bowditch曲线和蠕变恢复模拟，揭示了浆体触变性对线性粘弹区到非线性粘弹区内浆体流动状态及结构变形的作用机制。当PP纤维和PVA纤维掺量分别达0.75%和1.00%时，浆体的抗折强度分别增加约111%和191%，达到9.23MPa和12.72MPa，降低构件开裂风险。磷酸镁水泥具有快速硬化、早期强度高和低收缩的特性，更适用于3D打印。通过调控镁磷质量比、缓凝剂及外加剂，解决因延长浆体的可打印时间带来的早期力学性能损失大的问题，并建立3D打印磷酸镁水泥体系流变性能和可建造性的关系，最终采用最优配比（镁磷比2.5-3, 硼砂15-20%，矿粉20%，复配外加剂5%，水灰比0.13）成功打印花瓣形状的异型构件。