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文献速读 Cement Concrete Res. ：不同骨料含量的3D打印胶凝材料的流变及泵送性能  题目 题目：Rheological and pumping behaviour of 3D printable cementitious materials with varying aggregate content 不同骨料含量的3D打印胶凝材料的流变及泵送性能 来源 出版年份：2021年 期刊：Cement and Concrete Research 课题组：比利时根特大学Kim Van Tittelboom课题组 研究背景 增材制造是一种使用预先定义的计算机模型以分层方式构造单元的方法，在过去的二十年里，增材制造在建筑领域的应用迅速增加。研究人员将增材制造工艺分为以下几种类别：轮廓工艺、D-shape、挤压型3D混凝土打印(3DCP)等。对于挤压型3D混凝土打印工艺，新拌混凝土在泵送、挤压和沉积的整个过程中经历了不同的流动阶段，在这些不同的阶段，打印混凝土应满足一些关键的流变要求。打印混凝土的胶凝材料用量通常比较高，造成较大的收缩,且不利于其可持续性，因此，降低胶凝用量和增加细骨料用量有利于混凝土的打印。然而，骨料含量的增加会影响流变行为，从而影响泵送、挤压和打印过程。 研究出发点 胶凝材料的3D打印技术是一项新兴技术，也是一个十分有潜力的研究领域。目前针对3D打印混凝土（高屈服应力浆体）泵送行为的研究十分有限，基于此，本文针对不同骨料含量的3D打印胶凝材料的流变及泵送性能展开研究。 研究内容 文章研究了不同骨胶比3D打印水泥基材料的流变行为并且分析了对应流变参数下的材料可泵送、可打印性能。文章采用Krieger-Dougherty模型和Chateau-Ovarlez-Trung模型分别分析了塑性黏度和屈服应力随骨料含量增加的变化；同时，利用摩擦计测定了浆体润滑层在泵送过程中的流变性能。研究结果表明，随着骨胶比的增加，材料的屈服应力和储能模量有所增加，塑性黏度显著增加，可达153%；而骨胶比的增加对流变参数造成的影响，会更进一步地表现在其对打印单元的临界高度的影响。  图1塑性黏度随骨料体积分数的变化  图2 混合物在线性粘弹性区域的存储模量  图3 骨胶比为1.0的打印圆柱体及其崩塌 主要结论 随着骨料相体积分数的增加，水泥浆体的塑性黏度和屈服应力显著增大。而增加减水剂掺量可显著降低水泥浆体的屈服应力，补偿骨料相对浆体屈服应力的影响。同时，由于减水剂对水泥浆体的塑性黏度作用效果不显著，无法补偿骨料相对其塑性黏度的影响。因此，水泥浆体塑性黏度的增加更为明显。 用摩擦计测定了所有混合物的润滑层性能。由于浆体体积的减小，随着混合物中骨料含量的增加，润滑层的屈服应力和塑性黏度增大。对于高屈服应力流体(如3D打印混凝土)，不会发生完全的塞流，润滑层和散装混凝土都会发生剪切。因此，在确定泵送压力损失时，必须考虑润滑层和大体积混凝土的流变特性。预测值与实测压力损失值吻合较好。 随着混合料中骨料含量的增加，储能模量的变化与屈服应力的变化相似。由于存储模量指示了混合物的弹性行为，它是决定打印单元自屈曲失效的关键材料参数。使用适当的理论模型，随着骨料含量的增加，临界破坏高度增加可以与储存模量的增加合理地联系起来。 文献链接： https:///10.1016/j.cemconres.2021.106502 |
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