一种3D打印建筑砂浆力学性能测试方法技术

本发明专利技术涉及一种3D打印建筑砂浆力学性能测试方法，先从达到测试龄期的3D打印构件中切割出样品，然后利用样品对3D打印建筑砂浆构件的打印层的层间衔接强度，抗折强度、抗压强度以及各向异性力学性能进行检测，获得3D打印建筑砂浆的力学性能参数。与现有技术相比，本发明专利技术不仅具有实际应用意义，更能为3D打印建筑材料力学性能的改善提供理论依据。

【技术实现步骤摘要】
一种3D打印建筑砂浆力学性能测试方法
本专利技术属于建筑材料
，尤其是涉及一种3D打印建筑砂浆力学性能测试方法。
技术介绍
3D打印技术作为一种新型的制造技术已经在机械加工与设计、航空航天、汽车、生物工程与医学、艺术、服装等领域显示出巨大的发展潜力和应用前景。3D打印技术作为一种多学科交叉融合的综合性应用技术，主要涉及到数字建模技术、信息技术、机电控制技术、材料科学与化学等多方面的前沿技术知识。与传统加工制造方式相比，3D打印技术由于设计制造灵活，不需要模板，制作速度快，还可降低原材料损耗，已成为制造业的发展趋势。由于3D打印的技术优势，3D打印技术也开始尝试应用于建筑领域，即使用3D打印机直接打印房屋或建筑构件——3D打印建筑技术。与一般的3D打印技术不同，3D打印建筑技术使用的打印材料为水泥基材料，不需要熔融或加热，经泵送、挤出后就可逐层堆叠形成实体构件或建筑物。与传统的施工建造方式相比，3D打印建筑技术不需要支撑模板，可快速打印建筑物，缩短了施工时间，降低了施工成本；通过3D打印机直接打印建筑，大幅降低了建筑工人的工作量，节省了劳动成本；自动化和智能化程度高，可根据设定的工作命令，精确打印建筑物，降低了材料的损耗和建筑废弃物的排放。3D打印建筑所用的打印材料主要为水泥基材料，以净浆和砂浆为主，由于混凝土中含有粒径较大的粗集料，加之打印机泵送及挤出设备的限制，3D打印建筑采用砂浆最为适宜。目前，3D打印建筑技术正处于研究探索阶段，关于3D打印建筑物的结构稳定性、安全性以及力学性能的测试和评价还缺乏相应的方法和指标。3D打印建筑技术是通过对打印材料的逐层挤压堆叠成型从而快速打印出建筑物，其成型方法与传统的浇筑成型方法不同，打印层之间的力学性能的好坏直接影响到打印构件的稳定性和安全性。因此，如何科学有效地测试3D打印建筑砂浆的力学性能至关重要。直接浇筑的建筑物，对其力学性能进行检测时可使用钻芯取样的方法，而3D打印建筑物的成型方法是逐层挤压堆叠成型，打印过程中形成的波浪型表面、层间气孔、断料缺口以及材料的层间冷缝等缺陷都会影响打印构件的力学性能，因而如何对打印建筑物的力学性能进行测试显得至关重要。目前，还没有针对3D打印建筑的力学性能测试方法可供参考，为了能更好地适应3D打印建筑技术的快速发展对3D打印建筑砂浆力学性能提出的更高要求，提出一种适用于3D打印建筑砂浆力学性能的测试方法不仅具有实际应用意义，更能为3D打印建筑材料力学性能的改善提供理论依据。
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3D打印建筑砂浆力学性能测试方法。本专利技术的目的可以通过以下技术方案来实现：一种3D打印建筑砂浆力学性能测试方法，先从达到测试龄期的3D打印构件中切割出样品，然后利用样品对3D打印建筑砂浆构件的打印层的层间衔接强度，抗折强度、抗压强度以及各向异性力学性能进行检测，获得3D打印建筑砂浆的力学性能参数。打印层的层间衔接强度的检测采用以下步骤：(1)从达到测试龄期的3D打印构件中切割出长度大于20mm，宽大于20mm，且包括两条完整打印层的试件，沿打印构件同一长度方向的取样不少于5个并将上下表面打磨平整；(2)在试件上下表面均匀涂抹粘合剂并与拉拔装置连接，固化24h后在拉力试验机上测试试件打印层被拉拔断开时的最大拉力F，并测量断面的两边长度与两侧宽度，分别以其算术平均值作为断面的平均长度l0和平均宽度w0，3D打印构件的层间衔接强度按下式计算得出：f：3D打印建筑构件的层间衔接强度(MPa)；F：试件打印层被拉拔断开时的最大拉力(N)；l0：断面的平均长度(mm)；w0：断面的平均宽度(mm)；(3)计算所取10个试件的层间衔接强度的算术平均值，当单个试件的强度值与平均值之差大于20％时，则逐次舍弃偏差最大的试验值，直至各试验值与平均值之差不超过20％，当10个试件中有效数据不少于6个时，取剩余数据的平均值作为试验结果；若10个试件中有效数据不足6个时，则此组试验无效，应重新制作试件进行试验。所述试样在切割时从距离3D打印构件一端不少于10mm处开始切割取样，所取构件的3D打印构件连续、均匀，无断料或气泡，且切割取样间隔为10-20mm。所述拉拔装置以镀锌钢材制成，包括经丝扣连接的拉拔粘结头和拉拔连接杆。打印层的抗折强度的检测采用以下步骤：(1)从达到测试龄期的3D打印构件中切割出长度大于150mm，宽度大于20mm，高度大于30mm的试件，包含三条打印层，居中一条打印层与上下两条打印层之间的层间缝平行，并将上下表面打磨平整；(2)测量切割得到的试件的宽度和高度，以及两支撑之间的距离，再将试件放在试验机的支撑圆柱上，试件的长轴垂直于支撑圆柱，通过加载圆柱以50±10N/s的速率均匀地将载荷垂直地加在试件上，直至折断，3D打印构件的抗折强度按下式进行计算：fs：3D打印建筑构件的抗折强度(MPa)F：试件折断时所加载的力(N)；l：抗折时两支撑之间的距离(mm)；w：试件的宽度(mm)；h：试件的高度(mm)；(3)以三个试件的抗折强度平均值作为试验结果，当三个强度值中有超过平均值±10％时，应剔除后再取平均值作为抗折强度试验结果。打印层的抗压强度以及各向异性力学性能的检测采用以下步骤：(1)从达到测试龄期的3D打印构件中切割出试件，试样高度包括3个完整的打印层高，取出后，将试件打磨成长、宽、高均为20±2mm的立方体；(2)测量试件承载方向上的长和宽，计算试件的受力面积，再将试件置于压力机上以2400±200N/s的速率均匀地加荷直至破坏，记录试件破坏时所加载的力,试件的各向异性力学性能以试件三个不同方向上测得的抗压强度值来表征，试件的抗压加载方式分别为垂直打印层方向和平行打印层方向，试件的抗压强度按下式进行计算：fc：试件某一加载方向的抗压强度(MPa)；F：试件破坏时所加载的力(N)；S：试件的受力面积(mm2)；(3)以试件同一加载方向上的3组抗压强度的算术平均值作为该方向上试件的抗压强度值，若有一个试件在某方向上的强度与平均值之差超出平均值的10％时，应舍弃此值，以所剩数据的算术平均值作为试验结果；当有两个试件在该方向上的强度与平均值之差都超出平均值的10％时，则此组试验结果无效，应重新制作试件进行试验。最终得到打印构件三个不同方向上的抗压强度，以打印构件三个不同方向上的抗压强度值表征打印构件的各向异性力学性能。与现有技术相比，本专利技术提出了3D打印建筑砂浆力学性能的测试方法，该方法可直接测试3D打印建筑砂浆构件的力学性能，得到的3D打印建筑砂浆构件的力学参数可为3D打印建筑砂浆配比的优化，3D打印建筑砂浆构件力学性能的表征与评价以及3D打印参数与成型技术的调整提供理论依据。附图说明图1为测试层间衔接强度的取样示意图；图2为拉拔装置的结构示意图；图3为测试抗折强度的结构示意图；图4为测试抗压强度以及各向异性力学性能的取样及测试示意图。图中，1-拉拔粘结头、2-拉拔连接杆、3-支撑点。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本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种3D打印建筑砂浆力学性能测试方法，其特征在于，该方法先从达到测试龄期的3D打印构件中切割出样品，然后利用样品对3D打印建筑砂浆构件的打印层的层间衔接强度，抗折强度、抗压强度以及各向异性力学性能进行检测，获得3D打印建筑砂浆的力学性能参数。

【技术特征摘要】
1.一种3D打印建筑砂浆力学性能测试方法，其特征在于，该方法先从达到测试龄期的3D打印构件中切割出样品，然后利用样品对3D打印建筑砂浆构件的打印层的层间衔接强度，抗折强度、抗压强度以及各向异性力学性能进行检测，获得3D打印建筑砂浆的力学性能参数。2.根据权利要求1所述的一种3D打印建筑砂浆力学性能测试方法，其特征在于，打印层的层间衔接强度的检测采用以下步骤：(1)从达到测试龄期的3D打印构件中切割出长度大于20mm，宽大于20mm，且包括两条完整打印层的试件，沿打印构件同一长度方向的取样不少于5个并将上下表面打磨平整；(2)在试件上下表面均匀涂抹粘合剂并与拉拔装置连接，固化24h后在拉力试验机上测试试件打印层被拉拔断开时的最大拉力F，并测量断面的两边长度与两侧宽度，分别以其算术平均值作为断面的平均长度l0和平均宽度w0，3D打印构件的层间衔接强度按下式计算得出：f：3D打印建筑构件的层间衔接强度(MPa)；F：试件打印层被拉拔断开时的最大拉力(N)；l0：断面的平均长度(mm)；w0：断面的平均宽度(mm)；(3)计算层间衔接强度的算术平均值，最终得到层间衔接强度。3.根据权利要求2所述的一种3D打印建筑砂浆力学性能测试方法，其特征在于，所述试样在切割时从距离3D打印构件一端不少于10mm处开始切割取样，所取构件的3D打印构件连续、均匀，无断料或气泡，且切割取样间隔为10-20mm。4.根据权利要求2所述的一种3D打印建筑砂浆力学性能测试方法，其特征在于，所述拉拔装置以镀锌钢材制成，包括经丝扣连接的拉拔粘结头和拉拔连接杆。5.根据权利要求1所述的一种3D打印建筑砂浆力学性能测试方法，其特征在于，打印层的抗折强度的检测采用以下步骤：(1)从达到测试龄期的3D打印构件中切割出长...

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