Al estudiar el efecto de diferentes dosis de hidroxipropilmetilcelulosa (HPMC) en la imprimibilidad, las propiedades reológicas y las propiedades mecánicas del mortero de impresión 3D, se discutió la dosis apropiada de HPMC y se analizó su mecanismo de influencia combinado con la morfología microscópica. Los resultados muestran que la fluidez del mortero disminuye con el aumento del contenido de HPMC, es decir, la extrudabilidad disminuye con el aumento del contenido de HPMC, pero la capacidad de retención de fluidez mejora. Extrudabilidad; tasa de retención de forma y resistencia a la penetración bajo peso propio aumentan significativamente con el aumento del contenido de HPMC, es decir, con el aumento del contenido de HPMC, la apilabilidad mejora y el tiempo de impresión se prolonga; desde el punto de vista de la reología, con el aumento del contenido de HPMC, la viscosidad aparente, el esfuerzo de fluencia y la viscosidad plástica de la lechada aumentaron significativamente, y la apilabilidad mejoró; la tixotropía primero aumentó y luego disminuyó con el aumento del contenido de HPMC, y la imprimibilidad mejoró; El contenido de HPMC aumentó. Un contenido demasiado alto provocará un aumento de la porosidad del mortero y de su resistencia. Se recomienda que el contenido de HPMC no supere el 0,20%.
En los últimos años, la tecnología de impresión 3D (también conocida como “fabricación aditiva”) se ha desarrollado rápidamente y se ha utilizado ampliamente en muchos campos como la bioingeniería, la industria aeroespacial y la creación artística. El proceso sin moldes de la tecnología de impresión 3D ha mejorado enormemente el material y la flexibilidad del diseño estructural, y su método de construcción automatizado no solo ahorra mucha mano de obra, sino que también es adecuado para proyectos de construcción en diversos entornos difíciles. La combinación de la tecnología de impresión 3D y el campo de la construcción es innovadora y prometedora. En la actualidad, los procesos representativos de impresión 3D de materiales a base de cemento son el proceso de apilamiento por extrusión (incluido el proceso de contorno y la creación de contornos) y el proceso de impresión de hormigón y unión de polvo (proceso en forma de D). Entre ellos, el proceso de apilamiento por extrusión tiene las ventajas de una pequeña diferencia con el proceso de moldeo de hormigón tradicional, alta viabilidad de componentes de gran tamaño y costos de construcción inferiores. La ventaja inferior se ha convertido en los puntos calientes de investigación actuales de la tecnología de impresión 3D de materiales a base de cemento.
Para los materiales a base de cemento utilizados como "materiales de tinta" para impresión 3D, sus requisitos de rendimiento difieren de los de los materiales a base de cemento en general: por un lado, existen ciertos requisitos para la trabajabilidad de los materiales a base de cemento recién mezclados, y el proceso de construcción debe cumplir con los requisitos de extrusión suave. Por otro lado, el material a base de cemento extruido debe ser apilable, es decir, no colapsará ni se deformará significativamente bajo la acción de su propio peso y la presión de la capa superior. Además, el proceso de laminación de la impresión 3D hace que las capas entre capas, para garantizar buenas propiedades mecánicas en el área de interfaz entre capas, los materiales de construcción para impresión 3D también deben tener buena adhesión. En resumen, el diseño de la extrudabilidad, la apilabilidad y la alta adhesión se diseñan simultáneamente. Los materiales a base de cemento son uno de los requisitos previos para la aplicación de la tecnología de impresión 3D en el campo de la construcción. Ajustar el proceso de hidratación y las propiedades reológicas de los materiales cementicios son dos formas importantes de mejorar el rendimiento de impresión mencionado. El ajuste del proceso de hidratación de los materiales cementicios es difícil de implementar y puede causar problemas como el bloqueo de tuberías; además, la regulación de las propiedades reológicas requiere mantener la fluidez durante el proceso de impresión y la velocidad de estructuración después del moldeo por extrusión. En la investigación actual, se suelen utilizar modificadores de viscosidad, aditivos minerales, nanoarcillas, etc., para ajustar las propiedades reológicas de los materiales a base de cemento y lograr un mejor rendimiento de impresión.
La hidroxipropilmetilcelulosa (HPMC) es un espesante polimérico común. Los enlaces hidroxilo y éter en la cadena molecular pueden combinarse con el agua libre mediante enlaces de hidrógeno. Su incorporación al hormigón mejora eficazmente su cohesión y retención de agua. Actualmente, la investigación sobre el efecto de la HPMC en las propiedades de los materiales cementicios se centra principalmente en su efecto sobre la fluidez, la retención de agua y la reología, y se ha investigado poco sobre las propiedades de los materiales cementicios impresos en 3D (como la extrudabilidad, la apilabilidad, etc.). Además, debido a la falta de estándares uniformes para la impresión 3D, aún no se ha establecido un método de evaluación para la imprimibilidad de los materiales cementicios. La apilabilidad del material se evalúa mediante el número de capas imprimibles con deformación significativa o la altura máxima de impresión. Los métodos de evaluación anteriores están sujetos a una alta subjetividad, poca universalidad y un proceso engorroso. El método de evaluación del rendimiento tiene un gran potencial y valor en la aplicación de la ingeniería.
En este trabajo, se introdujeron diferentes dosis de HPMC en materiales a base de cemento para mejorar la imprimibilidad del mortero, y se evaluaron exhaustivamente los efectos de la dosis de HPMC en las propiedades del mortero para impresión 3D mediante el estudio de la imprimibilidad, las propiedades reológicas y las propiedades mecánicas. Con base en propiedades como la fluidez. Con base en los resultados de la evaluación, se seleccionó el mortero mezclado con la cantidad óptima de HPMC para la verificación de impresión, y se probaron los parámetros relevantes de la entidad impresa; con base en el estudio de la morfología microscópica de la muestra, se exploró el mecanismo interno de la evolución del rendimiento del material de impresión. Al mismo tiempo, se estableció un método de evaluación integral del rendimiento de impresión del material a base de cemento para impresión 3D con el fin de promover la aplicación de la tecnología de impresión 3D en el campo de la construcción.
Fecha de publicación: 27 de septiembre de 2022