CN104297092B - 3d打印建筑砂浆塑性变形性能测试模具及其应用 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及3D打印建筑砂浆塑性变形性能测试模具及其应用，由三块板材围成模具的侧面结构，另外由一端板构成模具的底面，形成一槽形结构，在模具的中间位置设有一分割插板，将模具分隔成两个部分，该模具可以应用于3D打印建筑砂浆的侧向变形度以及下垂度的测试。与现有技术相比，本发明可以有效地表征不同打印砂浆的塑性变形性能(下垂度、侧向变形度)，通过本方法可对3D打印砂浆一些塑性变形性能给出量化指标，为评价3D打印材料的性能提供基础；通过采用本方法对打印材料变形性能的测定，可对材料的组成进行调配使之能符合不同环境、工况条件下对打印材料性能的要求。
Description
技术领域
本发明属于建筑材料和建筑施工技术领域，具体涉及一种3D打印建筑砂浆塑性变形性能测试模具及其应用。
背景技术
3D打印，即快速成型技术的一种，也称为增材制造技术，它是一种以数字模型文件为基础，运用可粘合材料，通过逐层打印的方式来构造物体的技术，被称为“具有工业革命意义的制造技术”。快速成型技术诞生于20世纪80年代后期，是基于材料堆积法的一种高新制造技术。3D打印技术被认为是“第三次工业革命的重要生产工具”，经过20多年的发展，该技术已更加娴熟、精确，且价格有所降低。
采用3D打印技术最直接的好处就是节省材料，不用剔除边角料，提高材料利用率，通过摒弃生产线而降低了成本；并且能做到很高的精度和复杂程度，除了可以表现出外形曲线上的设计；不再需要传统的刀具、夹具和机床或任何模具，就能直接从计算机图形数据中生成任何形状的零件；可以自动、快速、直接和精确地将计算机中的设计转化为模型，甚至直接制造零件或模具，从而有效的缩短产品研发周期；3D打印能在数小时内成形，它让设计人员和开发人员实现了从平面图到实体的飞跃；能打印出组装好的产品，因此它大大降低了组装成本，它甚至可以挑战大规模生产方式。
目前，3D打印技术也已应用于建筑领域，全球首座3D打印建筑已在2014年完工。采用3D打印技术不需要模板就可以建造复杂的几何形状，相比传统混凝土施工方法，具有独特优势。可以大幅节约成本，并且具有低碳、绿色、环保的特点；不需要数量庞大的建筑工人，大大提高了生产效率；可以非常容易地打印出其他方式很难建造的高成本曲线建筑；可以打印出强度更高、质量更轻的混凝土建筑物。
由于建筑物自身的特点，3D打印建筑物的工艺和原材料不同一般3D打印，常用的3D打印材料不适宜用于打印建筑物。建筑物在打印制造过程中及制造完成后，对材料的施工性能、力学性能、功能性、耐久性和安全性以及经济性等有特定的要求，就目前情况而言，水泥基材料依然是制造建筑物的首选，并且对用作3D打印的建筑材料提出了更高地要求，如流态、可塑且变形可控，具有自凝、自硬性，有足够的施工时间，各打印层之间紧密衔接、粘结良好且不留空隙，硬化浆体不收缩开裂，硬化后强度达到设计要求等。
由于采用无模板施工工艺，施工过程中对建筑材料流动性和塑性变形性能有严格地要求，要求建筑材料既有流动可塑性，同时又变形可控，不至于发生流淌变形导致塌陷，因此对于3D打印建筑材料必须建立起有效的测试和表征方法来评价其塑性变形性能。
目前用于测试和表征传统建筑材料性能的方法，如表征建筑砂浆和混凝土工作性的稠度、密度、分层度等方法，都不能用于表征3D打印建筑材料的塑性变形性能。国内外3D打印建筑的施工技术和建筑材料的研究尚处于探索阶段，还没有可供借鉴的用于表征3D打印建筑材料塑性变形性能的方法，本发明提出的3D打印建筑材料塑性变形性能的测试方法可弥补现有技术的空缺，可为3D打印建筑的发展提供良好的技术基础。
发明内容
本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种为评价3D打印建筑材料的性能提供基础的3D打印建筑砂浆塑性变形性能测试模具及其应用。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
3D打印建筑砂浆塑性变形性能测试模具，由三块板材围成模具的侧面结构，另外由一端板构成模具的底面，形成一槽形结构，在模具的中间位置设有一分割插板，将模具分隔成两个部分。
所述的板材及端板为铁板或铝合金材质。
所述的分割插板的材质与板材及端板相同。
作为优选的实施方式，构成模具侧面结构的板材长度300±0.2mm。模具的横截面内部的宽度为30±0.2mm，深度为30±0.2mm。
上述模具可以应用于3D打印建筑砂浆的侧向变形度以及下垂度的测试。
利用该模具测试3D打印建筑砂浆的侧向变形度时采用以下步骤：
(1)将模具用丙酮等溶剂清洗干净并擦干，称取模具的重量W0，精确到0.1g；
(2)将模具平放在桌面上，将搅拌好的的3D打印建筑砂浆用刮刀填入模具带端板的一侧并沿模具内表面插捣压实下，用直尺刮平砂浆表面，称取装有砂浆的模具重量W1；
(3)将装有砂浆的模具开口向外侧向放置在桌面上，90秒钟后，沿模具侧面切除变形流出的砂浆，称取带砂浆的模具重量W2；
(4)按公式计算打印材料的侧向变形度D：D＝(W1-W2)/(W1-W0)*100％。
利用该模具测试3D打印建筑砂浆的下垂度时采用以下步骤：
(1)将模具用丙酮等溶剂清洗干净并擦干，平放在桌面上；
(2)将搅拌好的3D打印建筑砂浆用刮刀填入模具带端板的一侧，沿模具内表面插捣密实，并用直尺刮平砂浆表面；
(3)将模具垂直放置在桌面上，开口端向下，抽出分割插板，用秒表计时，测量90秒内打印材料浆体下垂的最大距离，精确到毫米。
与现有技术相比，本发明可以有效地表征不同打印砂浆的塑性变形性能(下垂度、侧向变形度)，通过本方法可对3D打印砂浆一些塑性变形性能给出量化指标，为评价3D打印材料的性能提供基础；通过采用本方法对打印材料变形性能的测定，可对材料的组成进行调配使之能符合不同环境、工况条件下对打印材料性能的要求。
附图说明
图1为3D打印建筑砂浆塑性变形性能测试模具的结构示意图。
图中，1为板材、2为端板、3为分割插板。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。
实施例
3D打印建筑砂浆塑性变形性能测试模具，其结构如图1所示，由三块板材1围成模具的侧面结构，另外由一端板2构成模具的底面，形成一槽形结构，在模具的中间位置设有一分割插板3，将模具分隔成两个部分。板材1及端板2为铁板或铝合金材质。分割插板3的材质与板材及端板相同。另外，板材1的长度为300±0.2mm，模具的横截面内部的宽度为30±0.2mm，深度为30±0.2mm。
上述模具可以应用于3D打印建筑砂浆的侧向变形度以及下垂度的测试。
利用该模具测试3D打印建筑砂浆的侧向变形度时采用以下步骤：
(1)将模具用丙酮等溶剂清洗干净并擦干，称取模具的重量W0，精确到0.1g；
(2)将模具平放在桌面上，将搅拌好的的3D打印建筑砂浆用刮刀填入模具带端板的一侧并沿模具内表面插捣压实下，用直尺刮平砂浆表面，称取装有砂浆的模具重量W1；
(3)将装有砂浆的模具开口向外侧向放置在桌面上，90秒钟后，沿模具侧面切除变形流出的砂浆，称取带砂浆的模具重量W2；
(4)按公式计算打印材料的侧向变形度D：D＝(W1-W2)/(W1-W0)*100％。
利用该模具测试3D打印建筑砂浆的下垂度时采用以下步骤：
(1)将模具用丙酮等溶剂清洗干净并擦干，平放在桌面上；
(2)将搅拌好的3D打印建筑砂浆用刮刀填入模具带端板的一侧，沿模具内表面插捣压实，并用直尺刮平砂浆表面；
(3)将模具垂直放置在桌面上，开口端向下，抽出分割插板，用秒表计时，测量90秒内打印材料浆体下垂的最大距离，精确到毫米。
表1列出了5种不同配方的打印砂浆采用本发明方法测试的塑性变形性能的试验结果。
表1不同配比打印砂浆的塑性变形性能
| 编号 | 下垂度/mm | 侧向变形度/％ |
| 1 | 2 | 0 |
| 2 | 5 | 0 |
| 3 | 25 | 0 |
| 4 | 40 | 1.8 |
| 5 | 70 | 3.5 |
由表1可看出，采用本测试方法可有效地表征不同打印砂浆的塑性变形性能(下垂度、侧向变形度)，通过本方法可对3D打印砂浆一些塑性变形性能给出量化指标，为评价3D打印材料的性能提供基础；通过采用本方法对打印材料变形性能的测定，可对材料的组成进行调配使之能符合不同环境、工况条件下对打印材料性能的要求。
Claims (3)
1.3D打印建筑砂浆塑性变形性能测试模具，其特征在于，该模具由三块板材围成模具的侧面结构，另外由一端板构成模具的底面，形成一槽形结构，在模具的中间位置设有一分割插板，将模具分隔成两个部分；
利用该模具测试3D打印建筑砂浆的侧向变形度，采用以下步骤：
(1)将模具用丙酮溶剂清洗干净并擦干，称取模具的重量W0，精确到0.1g；
(2)将模具平放在桌面上，将搅拌好的3D打印建筑砂浆用刮刀填入模具带端板的一侧并沿模具内表面插捣密实，用直尺刮平砂浆表面，称取装有砂浆的模具重量W1；
(3)将装有砂浆的模具开口向外侧向放置在桌面上，90秒钟后,沿模具侧面切除变形流出的砂浆，称取带砂浆的模具重量W2；
(4)按公式计算打印材料的侧向变形度D：D＝(W1-W2)/(W1-W0)*100％；
利用该模具测试3D打印建筑砂浆的下垂度，采用以下步骤：
(1)将模具用丙酮溶剂清洗干净并擦干，平放在桌面上；
(2)将搅拌好的3D打印建筑砂浆用刮刀填入模具带端板的一侧，沿模具内表面插捣压实，并用直尺刮平砂浆表面；
(3)将模具垂直放置在桌面上，开口端向下，抽出分割插板，用秒表计时，测量90秒内打印材料浆体下垂的最大距离，精确到毫米。
2.根据权利要求1所述的3D打印建筑砂浆塑性变形性能测试模具，其特征在于，所述的板材及端板为铁板或铝合金材质。
3.根据权利要求1所述的3D打印建筑砂浆塑性变形性能测试模具，其特征在于，所述的分割插板的材质与板材及端板相同。
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