3D建筑打印混凝土配合比设计及其性能研究

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1、分类号：密级：UDC：学号：416014615061南昌大学专业学位硕士研究生学位论文3D建筑打印混凝土配合比设计及其性能研究ResearchontheMixDesignandPropertiesof3DBuildingPrintedConcrete马勇培养单位（院、系）：南昌大学建筑工程学院指导教师姓名、职称：雷斌副教授指导教师姓名、职称：梁安宁高级工程师专业学位种类：工程硕士专业领域名称：土木工程论文答辩日期：2018年5月28日答辩委员会主席：评阅人：年月日摘要摘要3D建筑打印技术是建造业施工工艺及生产技术相融合的升级产物，建筑打

2、印的核心优势主要源于建筑材料科学的不断升级和传统机械制造业向智能自动化转型。3D打印混凝土是一项基于增材制造成型工艺的新建造材料。本文从3D打印混凝土原材料的选用及优化入手，以性能满足3D打印建筑工艺要求的材料为出发点，首先找到适合打印机泵送输出的材料胶砂比，然后根据不同胶砂比材料通过管道输出及可塑造性能确定各实验组的水灰比，最后运用正交科学试验法对3D打印混凝土的配合比进行总试验设计，选取矿物掺和料、化学添加剂、纤维等改性材料的最优掺量，找到最适合管道输送性能、试体可塑造性能以及试体墙的层间抗剪抗压性能下的打印材料配合比。在3D打印混

3、凝土的实验研究中，首次将材料性能评价与打印流程相结合，通过泵机转速与材料推送高度及输送长度确定3D打印混凝土管道输送性能的评价，通过直观地分析打印试体墙的多项表观特征来控制3D打印混凝土形态的优异，通过打印试体墙的静置高度与扩展宽度获得3D打印混凝土可塑造性能的评价，通过测试打印试体块的层间抗剪强度实验与抗压强度实验完成对3D打印混凝土黏结性能与承载能力的评价。本文的主要结论：对3D打印混凝土的管道输送性能分析得到，水泥：中砂=1：1时的最佳水灰比应为0.32，水泥：中砂=1:1.5时的最佳水灰比应为0.36，当水泥：中砂=1:2时，加

4、入聚丙烯纤维和纤维素醚后，得到最佳水灰比为0.40；按照正交表设计3D打印混凝土的可塑造性能试验，通过试验直观分析得到最优配比结果是A2B3C1，胶砂比为1:1.5，纤维素醚含量为0.15%，聚丙烯纤维的含量为0.6kg/m3；3D打印混凝土的抗压强度低于普通现浇混凝土25%的抗压强度，而掺加纤维素醚和聚丙烯纤维的改性结构，其抗压强度提升至一般3D打印混凝土抗压等级的13.8%。此外，掺加纤维素醚和聚丙烯纤维可以弥补3D打印混凝混凝土先天抗剪强度不足的问题；当纤维素醚掺量为0.15%时的打印混凝土抗剪效果最好，而对于胶砂比，实验得出的结

5、论是胶砂比=1:1时的抗剪效果最好，聚丙烯纤维掺量对抗剪强度的影响存在最大值，即为1.2kg/m3。当胶砂比为1:1时的打印混凝土抗压效果最好，而对于聚丙烯纤维，实验得出的结论是在掺量I摘要为0.6kg/m3时的抗剪效果最好。纤维素醚的掺量对抗压强度的影响存在最小，最佳掺量为0.1%。关键词：3D打印混凝土；打印建筑材料；3D打印装置；打印混凝土性能；混凝土配合比设计；正交试验IIABSTRACTABSTRACTThe3Darchitectureprintingtechnologyisanupgradesproductwhichhasd

6、evelopedfromtheconstructiontechnologyandtheproductiontechnologyinrecentyears.Thecoreadvantagesofthebuildingprintingaremainlyfromthecontinuousupgradingofthebuildingmaterialsscienceandthetransformationadvantageofthetraditionalmachinerymanufacturingindustrytotheintelligenta

7、utomation.The3Dprintingconcreteisanewbuildingmaterialbasedonthemanufacturingprocessofmaterialadding.Thisarticlestartswiththeselectionandoptimizationof3Dprintingconcreterawmaterials,startingwiththematerialpropertiestomeetthe3Dprintingarchitecturalprocessrequirements.First

8、,itfindsthetheratioofgluetosandthatissuitablefortheoutputoftheprinter,andthendeterminesthewatercementra