CN104297097A - 3d打印建筑砂浆衔接性能测试方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及3D打印建筑砂浆衔接性能测试方法，包括试件制备以及空隙率测试两个步骤，其中空隙率测试又采用干燥质量测定、试样浸渍、饱和试样表观质量测定、饱和试样质量测定、空隙率计算等步骤。与现有技术相比，本发明可有效地表征不同打印砂浆的层衔接性能(空隙率)，空隙率越低，密实度越高，层与层之间的缺陷越少。通过本方法可对3D打印砂浆层衔接性能给出量化指标，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层衔接性能的测定，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

3D打印建筑砂浆衔接性能测试方法

技术领域

本发明属于建筑材料和建筑施工技术领域，尤其是涉及一种3D打印建筑砂浆衔接性能测试方法。

背景技术

3D打印技术也叫快速成形技术、增材制造技术，原理是将计算机设计出的三维模型分解成若干层平面切片，然后由3D打印机把打印材料按切片图形逐层叠加，最终堆积成完整的物体。3D打印技术最突出的优点是无需机械加工或任何模具，就能直接从计算机图形数据中生成任意形状的零部件，从而极大地缩短产品的研制周期，提高生产率和降低生产成本。与传统技术相比，三维打印技术还拥有如下优势：通过摒弃生产线而降低了成本；大幅减少了材料浪费；而且，它还可以制造出传统生产技术无法制造出的外形，让人们可以更有效地设计出不同风格不同用途的零部件；另外，在具有良好设计概念和设计过程的情况下，三维打印技术还可以简化生产制造过程，快速有效又廉价地生产出单个物件。

利用3D打印技术，不仅可以打印出小件的工艺品，甚至可以打印出汽车来，并且能够应用于建筑领域。3D打印建筑技术的基本原理是利用3D打印技术建造房屋，和其他3D打印不同的是，它需要一个巨型的三维挤出机械，并且它挤出的是水泥砂浆或混凝土，通过与计算机相连接，将设计蓝图变成实物。虽然在概念上设计起来很简单，但实际上实施起来相当复杂，要解决的技术问题非常多。

由于建筑的体量大，不可能像其他领域一样采用毫米甚至微米级的层叠加方式进行制造，一般建筑物的单层打印厚度为几个厘米，当较厚的水泥砂浆或混凝土在层与层叠加时，由于材料本身的重量、材料本身的胶凝性以及体积稳定性或者施工条件的影响，可能出现挤出的打印材料变形或粘结不良的情况，表现在建筑材料的层与层之间出现裂纹、孔洞或空隙，使得打印出来的建筑部件存在缺陷，严重时甚至影响建筑物的结构安全。因此，非常有必要对3D打印建材层衔接性能进行测试，以便对打印的建筑部件的整体质量作出评价。

目前，常用于建筑材料的力学性能和耐久性能的测试方法，如抗压、抗折强度，收缩、膨胀试验，抗渗试验等方法均不适宜于表征3D打印材料的衔接性能，国内外还没有可供借鉴用于3D打印建筑材料层衔接的测试和表征方法，本发明提出的3D打印建筑材料层衔接性能的测试方法可弥补现有技术的空缺，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评价3D打印建筑材料的性能提供基础的3D打印建筑砂浆衔接性能测试方法。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

3D打印建筑砂浆衔接性能测试方法，通过测试层状堆积的打印砂浆硬化试件的空隙率表征打印砂浆层与层之间衔接质量的好坏，采用以下步骤：

(1)试件制备：采用3D打印设备分层打印砂浆，待砂浆硬化后移入养护室标准养护28d；

(2)空隙率测试：

a、干燥质量测定：取出养护至龄期的试件，将试件在长度方向的两端用锯刀各切除20mm以消除边界条件对测试结果的干扰；

将切割好的试样放入温度105±5℃的烘箱中烘干至恒重，然后将试样放入干燥器中自然冷却至室温，称量试样的干燥质量为m₁；

b、试样浸渍：将试样放入装有水的容器中浸没，并置于抽真空装置中抽真空时间为2小时，然后在空气中静置1小时，试样中的气孔中充满了水，试样充分饱和；

c、饱和试样表观质量测定：将饱和试样装入吊篮再完全浸入装有水的容器中，容器放在铁架台上，铁架台不与天平底盘接触，再将装有试样的吊篮吊在天平的挂钩上称量，此时试样完全浸入水中不与器壁接触，测得饱和试样的表观质量m₂；

d、饱和试样质量测定：取出试样后用饱和了液体的毛巾小心地擦去试样表面多余的液滴，但不能把气孔中的液体吸出，迅速称量饱和试样在空气中的质量m₃；

e、孔隙率计算：空隙率按以下公式计算：

$q=\frac{m3-m1}{m3-m2}\×100$

式中：q-试样的空隙率，％；

m₁-试样的干燥质量；

m₂-饱和试样在水中的质量；

m₃-饱和试样在空气中的质量。

试样浸渍时抽真空的压力为80-100KPa。

所述的表观质量相当于饱和试样悬挂在水中的质量。

试样的干燥质量、饱和试样在水中的质量及饱和试样在空气中的质量均精确至0.01g。

与现有技术相比，本发明可有效地表征不同打印砂浆的层衔接性能(空隙率)，空隙率越低，密实度越高，层与层之间的缺陷越少。通过本方法可对3D打印砂浆层衔接性能给出量化指标，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层衔接性能的测定，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为制备得到试样的结构示意图。

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打印建筑砂浆衔接性能测试方法，通过测试层状堆积的打印砂浆硬化试件的空隙率表征打印砂浆层与层之间衔接质量的好坏，采用以下步骤：

(1)试件制备：采用3D打印设备分层打印砂浆，待砂浆硬化后移入养护室标准养护28d，得到的试样结构如图1所示，在图1中，共设置了三层，每层的长、宽、高为200mm、40mm、15mm，上述尺寸还可以根据打印设备和打印砂浆的工作性能进行调整；

(2)空隙率测试：

a、干燥质量测定：取出养护至龄期的试件，为了消除边界条件对测试结果的干扰，将试件在长度方向的两端用锯刀各锯除20mm，然后放入温度105℃的烘箱中烘干至恒重，温度变化幅度在5℃以内，将试件放入干燥器中自然冷却至室温，称量试样的干燥质量为m₁，精确到0.01g；

b、试样浸渍：将试样放入装有水的容器中浸没，并置于抽真空装置中抽真空时间为2小时，抽真空的压力为80-100KPa，然后在空气中静置1小时，试样中的气孔中充满了水，试样充分饱和；

c、饱和试样表观质量测定：将饱和试样装入吊篮再完全浸入装有水的容器中，容器放在铁架台上，铁架台不与天平底盘接触，再将装有试样的吊篮吊在天平的挂钩上称量，此时试样完全浸入水中不与器壁接触，测得饱和试样的表观质量m₂，精确到0.01g，相当于饱和试样悬挂在水中的质量；

d、饱和试样质量测定：取出试样后用饱和了液体的毛巾小心地擦去试样表面多余的液滴，但不能把气孔中的液体吸出，迅速称量饱和试样在空气中的质量m₃，精确到0.01g；

e、空隙率计算：空隙率按以下公式计算：

$q=\frac{m3-m1}{m3-m2}\×100$

式中：q-试样的空隙率，％；

m₁-试样的干燥质量；

m₂-饱和试样在水中的质量；

m₃-饱和试样在空气中的质量。

所述的表观质量。

试样的干燥质量、饱和试样在水中的质量及饱和试样在空气中的质量均精确至0.01g。

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层衔接性能的试验结果。

表1 不同配比打印砂浆的层衔接性能

编号	1	2	3	4	5
						空隙率/％	28.3	25.5	18.0	15.2	12.1

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层衔接性能(空隙率)，空隙率越低，密实度越高，层与层之间的缺陷越少。通过本方法可对3D打印砂浆层衔接性能给出量化指标，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层衔接性能的测定，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 (5)

1.3D打印建筑砂浆衔接性能测试方法，其特征在于，采用以下步骤：

(1)试件制备：采用3D打印设备分层打印砂浆，待砂浆硬化后移入养护室标准养护28d；

(2)空隙率测试：

a、干燥质量测定：取出养护至龄期的试件，将试件在长度方向的两端用锯刀各切除20mm以消除边界条件对测试结果的干扰，将切割好的试样放入温度105±5℃的烘箱中烘干至恒重，然后将试样放入干燥器中自然冷却至室温，称量试样的干燥质量为m₁；

b、试样浸渍：将试样放入装有水的容器中浸没，并置于抽真空装置中抽真空时间为2小时，然后在空气中静置1小时，试样中的气孔中充满了水，试样充分饱和；

c、饱和试样表观质量测定：将饱和试样装入吊篮再完全浸入装有水的容器中，容器放在铁架台上，铁架台不与天平底盘接触，再将装有试样的吊篮吊在天平的挂钩上称量，此时试样完全浸入水中不与器壁接触，测得饱和试样的表观质量m₂；

d、饱和试样质量测定：取出试样后用饱和了液体的毛巾小心地擦去试样表面多余的液滴，但不能把气孔中的液体吸出，迅速称量饱和试样在空气中的质量m₃；

e、孔隙率计算：空隙率按以下公式计算：

$q=\frac{m3-m1}{m3-m2}\×100$

式中：q-试样的空隙率，％；

m₁-试样的干燥质量；

m₂-饱和试样在水中的质量；

m₃-饱和试样在空气中的质量。

2.根据权利要求1所述的3D打印建筑砂浆衔接性能测试方法，其特征在于，进行干燥质量测定时将试件在长度方向的两端用锯刀各锯除20mm以消除边界条件对测试结果的干扰。

3.根据权利要求1所述的3D打印建筑砂浆衔接性能测试方法，其特征在于，试样浸渍时抽真空的压力为80-100KPa。

4.根据权利要求1所述的3D打印建筑砂浆衔接性能测试方法，其特征在于，所述的表观质量相当于饱和试样悬挂在水中的质量。

5.根据权利要求1所述的3D打印建筑砂浆衔接性能测试方法，其特征在于，试样的干燥质量、饱和试样在水中的质量及饱和试样在空气中的质量均精确至0.01g。