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3D打印混凝土材料性能试验方法(编制说明)

时间:2021-09-24    来源:    作者:仪多多网     

根据中国建筑材料联合会《关于下达2019年第二批协会标准制定计划的通知》(中建材联标发[2019]51号)和中国混凝土与水泥制品协会《关于下达2019年中国混凝土与水泥制品协会标准制定计划(第一批)的通知》(中制协字[2019]9号)计划2019-35-xbjh的要求,《3D打印混凝土材料性能试验方法》为协会标准制定项目。

本文件由中国建筑材料联合会和中国混凝土与水泥制品协会共同负责管理,由中国混凝土与水泥制品协会3D打印分会牵头制定,由河北工业大学、东南大学负责起草并组织相关单位共同完成。

混凝土3D打印技术是一种应用机电一体化技术自动建造设计结构模型的新型增材制造技术。该技术3D打印技术与混凝土材料技术结合其主要原理是将混凝土构件进行3D建模和分割产生3D信息,然后将配制好的混凝土拌合物通过挤出装置,按照设定好的程序,由打印头挤出进行打印得到混凝土构件。因相比传统模板浇筑的混凝土施工方法,混凝土3D打印大大降低了施工过程中的能耗与污染,提高了建造效率。因其无模化、自动化、快速化和灵活化的建造优势,在建筑、桥梁、基础设施等领域迅速兴起,得到了显著地发展和推广。发展以混凝土3D打印为核心的智能建造关键技术对建筑业的绿色化、工业化发展均具有重要意义。

相对于传统的建造方法,3D打印主要有以下优势:

1) 定制个性化:未来客户可以在极大程度上根据自己的想法参与建筑设计。在3D打印过程中,通过添加功能性材料可以实现功能化构件的打印和制造。因此,3D打印技术有利于改善设计师的工作方式和方法。

2) 造型灵活化:在不增加施工作业难度的基础上实现灵活化造型的建造。3D打印可以实现对任何结构复杂构件的生产制造,可促进设计思路的自由化。3D打印技术还适合于新产品开发、快速单件及小批量零件的制造、复杂形状零件的制造、模具的设计与制造等。

3) 模型直观化:3D实时打印的建筑模型, 其结构信息更加直观化、透明化。

4) 建造绿色化:打印用的水泥基材料可利用建筑垃圾、矿业固废等制备, 建造过程也将大大减少噪声与环境污染,践行了建造绿色化、环保化的理念。3D打印技术建造过程不必去除大量材料,也不必通过复杂锻造工艺就可以得到最终产品,利于结构优化、材料节约和能源节省。

满足3D打印工艺的水泥基复合材料的制备和性能优化是发展3D打印的重点与核心。打印材料除了要满足传统混凝土施工工艺对材料的工作性能要求外,还需满足混凝土3D打印工艺对材料挤出性、建造性、凝结时间和早期强度等3D可打印性能的要求。混凝土3D打印过程中易出现材料的堵塞、中断、变形、撕裂甚至坍塌现象,制约着打印成型。3D打印混凝土材料的性能直接决定着构件成型的质量。然而,针对3D打印混凝土拌合物打印性能试验方法的研究仍在进行中,在国内外尚未有行业相关3D打印混凝土拌合物可打印性能的测试和评定标准,为该技术的推广和实际工程应用带来了不便。

但国内外学者针对3D打印混凝土材料各自援引不同的测试标准,进行了初步的拌合物性能测试,主要涉及流动性、流变性、挤出性、建造性、凝结时间、开放时间、湿坯强度等。但不同的研究团队所使用的方法和评价标准有很大的不同,未能统一。相同的材料,使用不同的方法评定出来的结果也不相同。为此,编制本试验方法,期望能够为规范和统一3D打印混凝土材料的制备和性能优化提升,进而推进3D打印技术的市场推广。

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《3D打印混凝土材料性能试验方法》编制说明.docx




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