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一种水下3D打印建筑砂浆性能的测试方法技术

技术编号:18495349 阅读:43 留言:0更新日期:2018-07-21 19:21
本发明专利技术涉及一种水下3D打印建筑砂浆性能的测试方法,在水下进行3D打印建筑砂浆,得到打印构件,然后对打印构件的水下抗分散性、水下堆积性能及有效堆积高度进行检测。与现有技术相比,本发明专利技术可以满足水下3D打印建筑技术的研究需求,为水下3D打印建筑技术的应用积累经验和奠定基础。

A test method for performance of underwater 3D printing building mortar

The invention relates to a testing method for the performance of underwater 3D printing mortar. The building mortar is printed under water for 3D printing, and the printing components are obtained. Then the underwater dispersion resistance, underwater accumulation and effective accumulation height of the printed components are detected. Compared with the existing technology, the invention can meet the research needs of underwater 3D printing architecture technology and accumulate experience and foundation for the application of underwater 3D printing architecture technology.

【技术实现步骤摘要】
一种水下3D打印建筑砂浆性能的测试方法
本专利技术属于建筑材料
,尤其是涉及一种水下3D打印建筑砂浆性能的测试方法。
技术介绍
3D打印技术是根据数字模型文件,通过材料的逐层堆积从而构筑物体的增材制造技术。一般用于3D打印的材料以塑料和粉末金属为主,由于水泥基材料具有良好的可塑性、较高的抗压强度以及良好的耐久性,也可作为3D打印材料,因此3D打印技术也开始尝试应用于建筑领域。3D打印建筑技术与传统的建筑施工技术不同,它不需要模板支撑,可根据设定的模型文件,快速打印出各种复杂的建筑构件,使建筑物造型更加灵活,同时减少了劳动力和材料损耗,节省了时间和空间,降低了建造成本。由于3D打印建筑技术的自动化和智能化程度高,可替代人工在一些特殊环境中构筑建筑物,例如:在水下,以及高危、高污染等地区构筑建筑物时,3D打印建筑技术具有传统施工建造技术不可比拟的优势。随着人类活动空间的不断拓展,人们的生产活动范围也由陆地逐渐扩展至浅海乃至深海。海洋资源的开发利用,人工海岛、水下桥涵、隧道、海上钻井平台以及水下工事的建设,都离不开水下建筑技术的不断完善和发展。传统上,水下工程建设周期长、难度大、建造成本高,常见的水下工程施工技术可分为两种:一种是通过修筑围堰后进行排水,从而形成无水或少水的施工环境,然后按照陆地施工方法进行施工;另一种则是使用具有良好密封性的专用施工机具,把混凝土与水隔离,将混凝土输送到水下工程的浇筑部位。然而这两种施工方法都存在着工程量大、工期长、造价高、施工程序复杂、施工技术要求高等问题。即使是使用抗分散性能较好、成本较高的水下不分散混凝土,也还存在着水下搭建浇筑模板的难题,并且很大一部分工作需要由专业的潜水员来完成的施工技术限制。使用3D打印建筑技术,并结合专用的水下3D打印建筑材料,为克服水下建筑施工存在的上述难题提供切实可行的解决途径,拓展水下建筑的应用范围。目前,水下3D打印建筑技术尚处于研究探索阶段,国内外尚无水下3D打印建筑砂浆性能测试评价方法的相关研究报道,也无相关测试标准可供参考。水下3D打印建筑砂浆不同于一般的3D打印建筑材料,除了要满足可泵性、可堆积性和打印性等基本性能要求外,由于要在水下3D打印成型,还须具备良好的水下抗分散性、水下可堆积性、适宜的强度和耐久性以及对环境水域无污染等多项性能。因此,迫切需要针对水下3D打印建筑砂浆性能的测试评价方法以及测试装置,以满足水下3D打印建筑技术的研究需求,为水下3D打印建筑技术的应用积累经验和奠定基础。
技术实现思路
本专利技术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水下3D打印建筑砂浆性能的测试方法。本专利技术的目的可以通过以下技术方案来实现:一种水下3D打印建筑砂浆性能的测试方法,在水下进行3D打印建筑砂浆,得到打印构件,然后对打印构件的水下抗分散性、水下堆积性能及有效堆积高度进行检测。检测打印构件的水下抗分散性,包括对打印构件在打印前后的质量损失的检测及环境水pH值变化的检测。质量损失的检测采用以下步骤:(1)在容器中加入洁净自来水,在水下进行3D打印得到打印构件;(2)将打印构件静置在水中2天,收集水中的打印分散物,擦干打印构件,与分散物置于烘箱中,烘干温度控制在100-110℃烘至恒重,取出烘干后的构件以及分散物,冷却至室温;(3)以分散物与打印构件的质量比作为该打印构件的质量损失率Ms,质量损失率按下式计算:Ms:打印构件的质量损失率(%);M1:烘干的分散物的质量(g);M0:烘干的打印构件的质量(g)。环境水pH值变化的检测采用以下步骤:(1)在容器中加入洁净自来水,在水下进行3D打印得到空心打印构件,该打印构件的高度大于水的深度;(2)打印构件在水中静置5min,利用pH测试仪测试空心打印构件内水溶液的pH值;(3)测试打印完成后10min、20min、30min时空心打印构件内水溶液的pH值。检测打印构件的水下堆积性能采用以下步骤:(1)在容器中加入洁净自来水,在水下进行3D打印得到两个打印层高的打印构件;(2)将打印构件在水中静置10min,然后排尽容器中的水,沿着打印构件的长度方向每隔100mm测量一次打印的上下两层的宽度;(3)测量至少5组宽度数据并计算宽度的算术平均值,计算打印砂浆形状稳定性,按下式计算:D:打印砂浆的形状稳定性(%);d1:上层打印层的宽度(mm);d2:下层打印层的宽度(mm)。检测打印构件的有效堆积高度采用以下步骤:(1)在容器中加入洁净自来水,将打印喷头伸入水下打印平台内,开始打印第一层时,打印喷头距离打印平台的高度为h0mm,打印一层后高度提升至hmm,(2)继续打印后续各层至最终堆积的试件坍塌为止,记录最终坍塌时试件的打印层数n,(3)重新开始打印,堆积n-2层;(4)在完成n-2层打印后,测量打印构件的有效堆积高度,有效堆积高度的评价方法如下:打印完成静置10min后,排尽平台内的水后,先测量打印构件的最低高度h1与最高高度h2,取两者的算术平均值作为实际打印高度hS将打印高度hS与理论堆积高度hL对比,其中理论堆积高度的计算公式如下:hL=h0+h·(n-3),若|hL-hS|/hL·100%≤10%,则实际打印高度hS有效,试验重复打印三次,以三次测试结果的平均值作为该砂浆的有效堆积高度。与现有技术相比,本专利技术提出了水下3D打印建筑砂浆性能的测试方法,其测试结果可为水下3D打印建筑砂浆材料的研究和性能的评价提供理论依据,也可为水下3D打印建筑设备的研制和水下3D打印成型工艺的改进提供技术参考,填补了目前水下3D打印建筑砂浆性能测试方法的空白。附图说明图1为pH测试的结构示意图;图2为堆积性能测试平台的结构示意图。具体实施方式下面结合具体实施例对本专利技术进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本专利技术,但不以任何形式限制本专利技术。应当指出的是,对本领域的普通技术人员来说,在不脱离本专利技术构思的前提下,还可以做出若干变形和改进。这些都属于本专利技术的保护范围。实施例1水下3D打印建筑砂浆的性能主要涉及到水下抗分散性,水下堆积性能以及形状稳定性。水下抗分散性测试方法以打印前后打印构件的质量损失、环境水的pH值变化来衡量水下3D打印建筑砂浆的抗分散性。(a)质量损失在长为400mm,宽300mm,高300mm,壁厚3mm的硬质透明容器中加入洁净自来水至深度为200mm,设置好打印构件的程序,在水下打印长度为100mm,高20层(打印喷头直径dmm,第一层打印高度h0mm,此后提升高度为hdmm)的构件,整个打印过程中须确保打印出料及打印结束时余料切断及时,不得洒落打印材料在容器中。打印构件在水中静置2d后,用干净毛刷将打印构件上的分散物刷入打印容器中,过滤剩下的水中分散物并用玻璃皿收集起来。再用毛巾擦掉构件表面的水滴,然后将其与过滤得到的分散物一起放入烘箱,在105±5℃的温度下烘至恒重。取出烘干后的构件以及分散物,冷却至室温,分别称量其质量,精确至0.1g,以分散物与打印构件的质量比作为该打印构件的质量损失率Ms,质量损失率按下式计算得出:式中,Ms——打印构件的质量损失率(%);M1——烘干的分散物的质量(g);M0——烘干的打印构件的质量(g)。(b)pH值变化本文档来自技高网
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【技术保护点】
1.一种水下3D打印建筑砂浆性能的测试方法,其特征在于,在水下进行3D打印建筑砂浆,得到打印构件,然后对打印构件的水下抗分散性、水下堆积性能及有效堆积高度进行检测。

【技术特征摘要】
1.一种水下3D打印建筑砂浆性能的测试方法,其特征在于,在水下进行3D打印建筑砂浆,得到打印构件,然后对打印构件的水下抗分散性、水下堆积性能及有效堆积高度进行检测。2.根据权利要求1所述的一种水下3D打印建筑砂浆性能的测试方法,其特征在于,检测打印构件的水下抗分散性,包括对打印构件在打印前后的质量损失的检测及环境水pH值变化的检测。3.根据权利要求2所述的一种水下3D打印建筑砂浆性能的测试方法,其特征在于,质量损失的检测采用以下步骤:(1)在容器中加入洁净自来水,在水下进行3D打印得到打印构件;(2)将打印构件静置在水中2天,收集水中的打印分散物,擦干打印构件,与分散物置于烘箱中烘至恒重,取出烘干后的构件以及分散物,冷却至室温;(3)以分散物与打印构件的质量比作为该打印构件的质量损失率Ms,质量损失率按下式计算:Ms:打印构件的质量损失率(%);M1:烘干的分散物的质量(g);M0:烘干的打印构件的质量(g)。4.根据权利要求3所述的一种水下3D打印建筑砂浆性能的测试方法,其特征在于,步骤(2)中烘箱的烘干温度控制在100-110℃。5.根据权利要求2所述的一种水下3D打印建筑砂浆性能的测试方法,其特征在于,环境水pH值变化的检测采用以下步骤:(1)在容器中加入洁净自来水,在水下进行3D打印得到空心打印构件,该打印构件的高度大于水的深度;(2)打印构件在水中静置5min,利用pH测试仪测试空心打印构件内水溶液的pH值;(3)测试打印完成后10min、20min、30min时空心打印构件内水溶液的p...

【专利技术属性】
技术研发人员:赵宗志杨钱荣
申请(专利权)人:同济大学
类型:发明
国别省市:上海,31

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