3D打印建材粘结抗拉和层间剪切粘结强度试验探析

3.0 闻远设计 2023-05-06 156 4 256.31KB 4 页 2光币

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3D 打印建材粘结抗拉和层间剪切粘结强度试验

探析

[摘要] 对3D 打印建筑材料层间粘结性能进行了测试，包括 3 个3D 打印试件的粘结抗拉强度

试验和 3 个3D 打印试件的粘结剪切强度试验。着重分析了 3D 打印建筑材料层间粘结的破坏

模式、破坏过程与破坏形态。分析结果表明，3D 打印建筑材料存在层间粘结薄弱层，破坏时

均发生在粘结层部位，其轴心抗拉强度为 0. 74N/mm2; 剪切强度测试时未发生剪切破坏，得到

试件破坏时的弯曲抗拉强度平均值为 0. 88N/mm2.

[关键词] 3D 打印建筑材料；层间粘结性能；抗拉强度；弯曲强度；剪切强度

Abstract: Interlayer bonding property of 3D print building material was tested,including 3 bonding

tensile strength tests on3D print specimens and 3 bonding shear strength tests on 3D print specimens.

The failure modes,processes and forms ofinterlayer bonding property of 3D print building materials

were emphatically analyzed. Analysis results indicate that thereare interlayer bonding weak layers in

the 3D print building materials,and specimen failure occurs in the bonding layer partwith average axial

tensile strength of 0. 74N / mm2. The shear failure does not occur in shear strength test and

averagebending tensile strength of 3D print building materials is 0. 88N / mm2when specimen is

failed.

Keywords: 3D print building material; interlayer bonding property; tensile strength; bending strength;

shear strength.

0 前言

3D 打印是一种快速成型技术或者说是一种增材制造技术，是通过材料连续逐层添加制造三维

物体的变革性、数字化技术[1-2].3D “ ”打印技术因此被称之为推动第三次工业革命的重要力

量，具有数字化、网络化、个性化和定制化的特点[3]. 在建筑领域，利用 3D 打印技术将一种特

殊的建筑材料通过打印机喷头喷出，逐层打印，层层累加，最终形成立体的建筑形体。

3D 打印建筑材料的研发成为实现 3D 打印建筑的核心技术。目前，国内外已有部分学者就 3D

打印建筑材料进行了尝试性研发，如：荷兰的专家曾采用了树脂及塑料类的材料进行研发[4];

美国人采用了树脂砂浆类、黏土类、混凝土类材料进行 3D 打印材性试验[5]; 英国拉夫堡大学

的Le T T 等人[6-7] 对打印所需混凝土材料性能进行研究。

国内盈创公司研发的 3D 打印建筑材料是利用建筑物废弃材料，将其粉碎磨细，加水泥、纤

“ ”维、有机粘合剂等，制成牙膏状的油墨进行打印[1,8]. 针对 3D 打印方式对打印出的建筑材料

进行粘结性能测试，分析 3D 打印建筑材料层间粘结抗拉强度、层间剪切强度或弯曲强度等，

可为 3D 打印技术在建筑领域的应用提供依据。

1 试验概况

1. 1 试件设计

3D 打印建筑材料粘结抗拉试验设计了 3 个试件，编号分别为 L1 ~ L3, 试件外围尺寸均为 180

×180 × 280, 打印宽度为 30mm, 打印厚度为 18mm.

试件由 3D 打印壳体（试验对象）、核心部分（传力装置）两部分构成，如图 1 所示。

制作完成的试件主要由 3D 打印壳体、塑料隔板、上下两部分核心混凝土及拉拔钢筋组成（图

2 ）.

其中，在塑料隔板上下表面涂抹润滑油，可以防止上下两部分核心混凝土与其粘结，保证3D

打印壳体材料抗拉强度测试的准确性。

3D 打印建筑材料层间剪切粘结强度试验同样设计了 3 个试件，试件编号分别为 J1 ~ J3,试件外

围尺寸均为 200 × 200 × 270, 打印宽度为 30mm, 打印厚度为 18mm.3D 打印形成矩形壳体，并在

3D 打印形成的壳体内部浇筑混凝土，完成的试件及加载示意如图 3 所示。图中，①，②，③

分别为按浇筑次序完成的核心部分混凝土，每层混凝土之间放置气垫膜。气垫膜可以防止混凝

土之间的接触粘结，保证剪切面处无混凝土。

1. 2 试验方法

粘结抗拉试验采用液压材料性能试验机进行拉力加载。加载速率为0. 02MPa/s,直至试件破坏，

记录构件拉坏时的最大拉力，精确到0. 01kN.加载过程中注意对中，使构件轴心受力。层间剪

切粘结强度试验采用 20t 万能试验机加载，千斤顶将力施加在中间部分的上部，左右两部分底

部放在钢板垫块上。

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摘要：

3D打印建材粘结抗拉和层间剪切粘结强度试验探析[摘要]对3D打印建筑材料层间粘结性能进行了测试，包括3个3D打印试件的粘结抗拉强度试验和3个3D打印试件的粘结剪切强度试验。着重分析了3D打印建筑材料层间粘结的破坏模式、破坏过程与破坏形态。分析结果表明，3D打印建筑材料存在层间粘结薄弱层，破坏时均发生在粘结层部位，其轴心抗拉强度为0.74N/mm2;剪切强度测试时未发生剪切破坏，得到试件破坏时的弯曲抗拉强度平均值为0.88N/mm2.[关键词]3D打印建筑材料；层间粘结性能；抗拉强度；弯曲强度；剪切强度Abstract:Interlayerbondingpropertyof3Dprintbuil...

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