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1、,一种水泥基3D打印材料,目录,1.3D打印技术在建筑领域的应用1.1 简介1.2 轮廓工艺 2.水泥基3D打印材料的基本配方2.1 基本配方2.2 各组分的作用分析 3.总结,1.3D打印技术在建筑领域的应用,1.1简介 3D打印（3 Dimensional Printing）是制造业领域正在迅速发展的一项新兴技术，被称为“具有工业革命意义的制造技术”。3D打印作为一种通俗化名称，从成型方法方面来说属于快速成型，其实质是增材制造技术。,。,3D打印不仅是一种全新的建筑方式，更可能是一种颠覆传统的建筑模式。与传统建筑技术相比，3D打印建筑的优势主要体现在以下方面：,1.2 轮廓工艺当前应用于建
2、筑领域的3D打印技术主要有三种：D型工艺（D-Shape），轮廓工艺（Contour Crafting）和混凝土打印（Concrete Printing）。,根据上图可知：轮廓工艺适用于砂浆等材料。所以，此次选用轮廓工艺制作小物件。“轮廓工艺”是由美国南加州大学工业与系统工程教授比洛克霍什内维斯提出的。轮廓工艺的材料都是从喷嘴中挤出的，喷嘴会根据设计图的指示，在指定地点喷出混凝土材料，就像在桌子上挤出一圈牙膏一样。 然后，喷嘴两侧附带的刮铲会自动伸出，规整混凝土的形状。这样一层层的建筑材料砌上去就形成了外墙，再扣上屋顶，一座房子就建好了。,2.水泥基3D打印材料的基本配方,PO:SAC=7:3
3、 (质量比) 水灰比是0.3-0.35 灰砂比是1:1.5 砂的细度40-60目 氧化石墨烯为0.02wt% （相对胶凝材料） 纳米Si02为1wt% （相对胶凝材料） 聚丙烯纤维0.02wt% （相对胶凝材料）,2.1 基本配方用此配方材料打印水杯或笔筒等小物件。42.5的普通硅酸盐水泥、52.5的快硬硫铝酸盐水泥、河砂、增稠剂、聚羧酸减水剂、氧化石墨烯、纳米Si02、聚丙烯 纤维 改性聚氧化乙烯胶粉 缓凝剂,由上图可知：PO与SAC的混合水泥能明显的降低凝结时间。材料选用PO:SAC=7:3。本材料选用PO与SAC的混合物作为3D打印材料的胶凝材料，满足速凝的要求。而且，可以满足强度的要求
4、。,2.2 各组分分析,2.2.1 PO与SAC的比例,快硬硫铝酸盐水泥占比对PO-SAC复配砂浆收缩率的影响,M1为PO M2为PO:SAC=7:3 M3为PO:SAC=5:5 M4为PO:SAC=3:7 M5为PO:SAC=1:9 M6为SAC,根据上图可知：当PO与SAC复合时，能明显降低砂浆收缩率。而且，除M1外，其他几组相差不大。所以，材料中可以不再加膨胀剂，避免了因膨胀剂的加入，而是强度降低。,2.2.2 河沙,砂作为细骨料是快硬高强砂浆的重要组成材料之一，主要起骨架作用和减小由于胶凝材料在凝结硬化过程中干缩湿胀所引起的体积变化。本材料选用40-60目的河沙。较细的河沙有利于提高材
5、料流动度及粘度，使每层材料之间更容易结合到一起。另外，灰砂比为1:1.5，因为河砂比较细，需要的胶凝材料较多，才能使砂之间空隙填满。,为了使3D打印材料具有较好的流动性和流动度保持性能、较高的小时承载能力及粘结强度，选用的功能性辅助材料及功能如下： 聚羧酸系粉状高效减水剂主要使超早强快速修补砂浆材料具有良好的修补施工。掺量一般为胶凝材料质量的 0.16-0.3这样减小水灰比，可以提高水泥石的致密度，降低水泥石的孔隙率。 水灰比 加入了聚羧酸减水剂，把水灰比调到0.3-0.35，改善材料的性能。使材料具有一定的光洁度。,2.2.3 几种功能性铺助材料,。,改性聚氧化乙烯胶粉主要功能不仅提高硫铝酸
6、盐水泥基材料自身粘结性能，而且还要与补偿收缩材料协同作用解决硫铝酸盐水泥基材料与硅酸盐水泥基材料界面的相容性问题。增稠剂为了使打印的物品不会容易变形，材料要有较高的稠度。所以，加入一定的增稠剂，调节稠度。根据资料显示：增稠剂的量为0.09wt%（相对胶凝材料），在实验中再做调整。,氧化石墨烯根据水泥基复合材料的形貌及力学性能测定结果表明，当氧化石墨烯掺量为0.03wt时，能够使水泥水化产物形成花朵状晶体，并使水泥基复合材料的拉伸强度、抗折强度和压缩强度比对照样品分别提高了65.5、56.3和38.9。提出了氧化石墨烯纳米片层对水泥水化产物的模板调控机制和揭示了花状晶体的形成过程。所以，选用氧化
7、石墨烯掺量为0.03wt（相对胶凝材料），这样可以明显提高PO的韧性及强度，有利于3D打印材料成型，不会是在制备物品时，发生塌落现象。同时，还稍有提高水泥的稠度。,纳米Si02,加入纳米Si02，可以降低材料流动度，提高材料粘度，可以提高水泥石的致密度，降低水泥石的孔隙率。纳米Si02掺量为1wt%（相对胶凝材料）。 缓凝剂根据现场施工的要求，加入一定的缓凝剂，调节材料的凝结时间，使施工顺利完成。,3.总结,根据以上内容的介绍，这种3D打印材料，适用于轮廓工艺制作小物件，以PO与SAC的混合料作为胶凝材料，河砂为骨料，加入几种功能性铺助材料。这种材料满足速凝、早强，具有一定的流动度和较高的粘度。同时，具有低收缩，良好的力学性能。在施工时，不会发生坍塌，完成后的物品具有一定的光洁度。,
