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3D打印混凝土力学增强新探

更新时间: 2024-11-26 16:28:26  查看次数: 79    
PVA 纤维自己不仅没起到阻止裂缝的作用,还让材料的孔隙率变大了,这样就把材料整体的力学性能给降低了。所以啊,如果想用 PVA 纤维来增强 3D 打印混凝土的力学性能,可不能用直径小(大概 30 微米)的纤维。因为 PVA 纤维表面亲水,弹性模量高,和混凝土基体结合得挺好,而且在同样的应力情况下变形量小,直径太小的单根纤维阻挡裂缝发展的效果很差。最好是选用直径大一些(100 微米以上)的纤维来增强力学性能,这样既能减少对材料打印性能的影响,在成型的时候降低材料的含气量,又能在合适的掺量和长度条件下,稳定地增强 3D 打印混凝土的力学性能,还能降低 3D 打印混凝土力学性能在不同方向上的差异。
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和前面说的两种合成纤维比起来,剑麻纤维直径比较大,大概是 160±10 微米,弹性模量低,大概在 7000 到 13000 兆帕之间,表面亲水还粗糙,在混凝土里能分散得很好。剑麻纤维还有管状中空的内部结构,所以有一定的吸水性。现在有研究用天然纤维来对混凝土进行内部养护。咱们这个研究就用自然吸湿状态下的剑麻纤维来增强 3D 打印混凝土的性能。试验结果显示,在材料刚搅拌好还新鲜的时候,剑麻纤维能很好地提高材料的打印性能。这部分通过对不同掺量和长度的剑麻纤维增强的 3D 打印混凝土进行力学性能测试,得出剑麻纤维对 3D 打印混凝土力学性能的影响规律,然后在这个基础上分析复合材料性能变化的原因。在早期,剑麻纤维有一定吸水性,这就使得它和混凝土基体结合的过渡区域水胶比高,强度低,所以纤维和混凝土基体结合效果不好。在测试的时候,大多数纤维都是直接被拉出来的,根本没起到阻挡裂缝发展的作用,所以剑麻纤维本身对 3D 打印混凝土早期三个方向的抗压强度提升效果不明显。
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剑麻纤维直径大,大概 160±10 微米,在混凝土里容易搭接在一起,这样就会提高整个材料的含气量。所以呢,3D 打印的用剑麻纤维增强的混凝土,层间结合位置的孔隙率可能就比较高,这样就导致对层间结合位置孔隙率变化比较敏感的 Y 方向和 Z 方向的抗压强度随着纤维掺量和长度增加而明显降低。随着剑麻纤维长度和掺量增加,试件的 X 方向抗压强度明显下降,Z 方向的抗压强度基本没什么变化,Y 方向的抗压强度是先升高然后又降低。