【摘要】：目前3D打印技術(shù)在土木工程行業(yè)的應(yīng)用展開了大規(guī)模的研究,但還沒有很好解決打印層堆積和層間粘結(jié)強度滿足封水的問題。本文研制3D打印井壁混凝土支護(hù)材料,為研發(fā)井壁高效支護(hù)工藝裝配提供合適的材料。本文主要的研究內(nèi)容和成果如下:首先,本文采用單因素和正交試驗分析了減水劑摻量、速凝劑摻量、緩凝劑摻量、摻和物B摻量、摻和物C摻量、砂的細(xì)度模數(shù)等主要因素對混凝土流動度、坍落度、凝結(jié)時間和強度的影響,初步獲得3D打印井壁混凝土的配合比。試驗結(jié)果發(fā)現(xiàn),該組配方具有良好的擠出性,在普通硅酸鹽水泥中摻入適當(dāng)?shù)乃郃或者采用快硬硫鋁酸鹽水泥,從而能夠?qū)崿F(xiàn)快速凝結(jié)的要求。其次,為得到3D打印井壁混凝土的最佳配合比,采用擠出性、建造性和開放時間三個指標(biāo)評價各種不同材料配合比的打印性能,。試驗結(jié)果表明:普通硅酸鹽水泥的配方具有較好的擠出性和較長的開放時間,堆積性較差;在普通硅酸鹽水泥配方的基礎(chǔ)上加入水泥A的配方,既滿足了較好的流動性和開放時間,又解決了堆積性的問題,可在短時間內(nèi)打印高度達(dá)到120cm甚至更高,且只產(chǎn)生較小變形;采用快硬硫鋁酸鹽水泥的配方,由于凝結(jié)速度太快容易發(fā)生阻塞,不能滿足打印要求。試驗研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)適合打印的新拌混凝土的流動度、坍落度、開放時間、貫入阻力值和屈服強度等性能特征,為后續(xù)打印性能評價提供判定依據(jù)。最后,打印結(jié)果發(fā)現(xiàn)打印試塊的缺陷小于澆筑試塊,具體表現(xiàn)為:打印試塊比澆筑試塊密度提高約0.4%,孔隙率相比澆筑試塊減低了約3%~10%;在抗?jié)B性方面,打印試塊的滲透系數(shù)是澆筑試塊的20%左右,打印試塊的抗?jié)B性優(yōu)于澆筑試塊,打印層之間不存在明顯缺陷和冷接縫;在材料強度方面,打印試塊強度到達(dá)50MPa~60MPa,比澆筑試塊最大提高了39.9%;打印試塊28天最大的抗壓強度為強度為65.2MPa,大于澆筑試塊的46.6MPa;打印試塊的抗折強度為4.5~5MPa大于澆筑試塊的4.5MPa;打印試塊的劈裂拉伸強度3.7~4.2MPa,大于澆筑試塊的3.4MPa。井壁模型的加載水壓試驗,打印模型最大承受9.74MPa水壓,打印材料強度符合要求,打印層之間沒有明顯縫隙不存在冷接縫。綜上,本文獲得了用于立井井壁3D打印的混凝土材料,使得3D打印混凝土具有較好的流動性,快速成型的建造性,同時兼顧充足的開放時間。3D打印井壁整體性良好,強度滿足要求,打印層之間緊密地粘結(jié),不產(chǎn)生冷縫,為研發(fā)井壁高效支護(hù)工藝裝備提供合適的材料。
【圖文】：

技術(shù)在建筑領(lǐng)域的應(yīng)用筑行業(yè)的工藝有輪廓工藝（Contour Crafting）、D型工藝（NASN）與美國加州大學(xué)合作研發(fā)出“輪廓工藝”3D 打印evis 博士稱利用該技術(shù)可以使每一棟房子都有不同的樣帶有噴頭的龍門架系統(tǒng)在計算機系統(tǒng)的控制下，塑性混子上擠出一圈牙膏一樣。低層的混凝土有時間可以部分量。輪廓工藝的不同之處在于噴嘴兩側(cè)附帶的刮鏟會自樣一層層的建筑材料砌上去就形成了外墻，再扣上屋頂 24 小時內(nèi)打印出大約 232 m2的兩層樓房，大大節(jié)約建開了一扇大門[35]。該技術(shù)具有如下一些缺點：該技術(shù)只向延伸；初始的模板和抹子系統(tǒng)很復(fù)雜，，生產(chǎn)的實現(xiàn)取由于打印混凝土脆弱的力學(xué)性能導(dǎo)致打印層之間存在弱

圖 1-3混凝土打印Figure 1-3 Concrete printing這三種工藝的對比如下表 1-1：表 1-1三種打印工藝對比Table 1-1 Comparison of three printing technology輪廓工藝 D型工藝 混凝土打印工藝工藝 擠壓成型 3D打印 擠壓成型是否使用模板 否 否 否使用材料使用砂漿制作輪廓膠凝材料作為填充含有氧化鎂粉末 高性能打印混凝土粘合劑 不需要 氯化鎂水溶液 不需要噴嘴直徑 15mm 0.15mm 9mm～20mm噴嘴數(shù)量 1 6300 1單層厚度 13mm 4mm～6mm 6mm～25mm抗壓強度 未知 235MPa～242MPa 100 MPa ～110 MPa
【學(xué)位授予單位】：中國礦業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：TD352

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：2608130