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文献速读 Cem. Concr. Compos.：打印参数对3D打印工程水泥基复合材料（3DP-ECC）的影响  题目 题目：Influence of printing parameters on 3D printing engineered cementitious composites（3DP-ECC） 打印参数对3D打印工程水泥基复合材料（3DP-ECC）的影响 关键词 关键词：工程水泥基复合材料（ECC）；3D打印；力学性能；微观构造；打印参数 来源 出版年份：2021 来源：Cement and Concrete Composites 课题组：密歇根大学土木与环境工程系Victor C. Li课题组 研究背景 基于挤压的3D混凝土打印（3DCP）彻底改变了传统的建筑施工，并为建筑行业的发展带来了新的视野。尽管3DCP使混凝土建筑具有更广泛的可能性，但混凝土作为建筑材料有其固有的局限性，尤其是在3DCP过程中使用时。通常，混凝土在荷载作用下以脆性或准脆性模式破坏。为了避免灾难性的结构破坏，传统的添加钢筋做法是必要的。不幸的是，钢筋通常与3DCP不兼容，这严重阻碍了3DCP技术的发展和实际应用，尤其是在大规模施工中。 研究出发点 为了解决钢筋的需求与3DCP施工之间的内在冲突，具有高延展性的胶凝材料被认为是传统混凝土最有希望的替代品。工程水泥复合材料（ECC）具有应变硬化特性和相当大的拉伸延展性，这使ECC区别于传统混凝土和普通纤维增强混凝土（FRC）。迄今为止，在打印ECC组件方面已经取得了成功的经验。然而，目前对3DP-ECC的关注主要集中在混合设计、可行性研究和基本力学性能上。工艺参数的重要性尚未得到应有的重视。 研究内容 本文旨在研究3DP-ECC材料生产控制（打印参数）、微观结构和宏观性能之间的相互关系。在材料成分保持不变的情况下，3DP-ECC微观结构的变化反映出打印参数的调整，这进一步对材料性能造成影响。因此，在宏观尺度上测量的特性可作为3DP-ECC过程控制的反馈。本文的重点是改变喷嘴移动速度和喷嘴间距。通过显微CT扫描仪（μCT）观察3DP-ECC的微观结构。此外，通过单轴拉伸试验和三点弯曲试验评估了打印ECC的拉伸性能和层间断裂性能。  图1 可打印PE-ECC的混合程序  图2 受喷嘴间距和喷嘴行进速度影响的打印试件平均垂直应变  图3 与浇筑试样相比，单轴拉伸试验后3DP-ECC的拉伸应力-应变曲线和相应的损伤模式  图4 μ-CT扫描图像中的纤维取向  图5 层内和层间样品的断裂表面 主要结论 实验研究了喷嘴行进速度（打印速度）和喷嘴间距两个打印参数对3DP-ECC微观结构和力学性能的影响。可以得出以下结论： 1. 为了捕捉单元级和纤维级的几何变化，建议采用平均垂直应变和层厚度变化作为评估3DP-ECC可建造性的定量指标。实验证据表明，3DP-ECC的可建造性与喷嘴间距成反比，并且可能会因打印速度慢而受到破坏； 2. 与浇筑等效材料相比，3DP-ECC的拉伸性能因打印而减弱，拉伸强度和应变能力分别降低了10%和26%。主要原因是纤维内部的方向受到干扰以及孔隙分布不同； 3. 较小的喷嘴间距和适中的打印速度增强了3DP-ECC的拉伸性能。喷嘴间距主要通过改变纤维的面外角度和基体的微孔结构来产生影响，而打印速度也对纤维的面内取向和面外角度产生影响； 4. 3DP- ECC的层间结合发现，较大的喷嘴间距可以加强层间结合。随着喷嘴间距的增大，在连接相邻层时产生较大的截面变形，纤维数量增多。尽管如此，不同的打印速度并不能显著改变层间纤维的桥联效果； 打印参数和材料特性是3DP实践中内在联系的重要指标。在这项研究中，捕捉到了由不同打印参数引起的材料性能变化的显著趋势。但是，相同的打印参数更改可能会导致不同属性的变化。例如，减少喷嘴间距可以显著改善3DP-ECC的拉伸性能，但同时会降低界面断裂阻力。因此，应谨慎选择打印参数。 总体而言，这项研究将打印参数和材料特性之间的相互作用描述为最佳 3DP工艺的基石。通过全面深入的研究，3DP-ECC的性能可以通过对打印参数的细微调整来提高和优化。相应地，成品的性能也可以作为反馈，为打印参数的优化提供有价值的信息和指导。通过这种方式，ECC的增材制造在配备实时传感能力时，可以创建闭环3DPC过程控制。 本期编者简介 翻译： 于坷坷 硕士生 深圳大学 审核： 余 阳 硕士生 深圳大学 排版： 颜文韬 硕士生 深圳大学 本期学术指导 何 闯 博士后 深圳大学 龙武剑 教嘻授 深圳大学 文献链接： https:///10.1016/j.cemconcomp.2022.104562 |
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