Studiando l'effetto di diversi dosaggi di idrossipropilmetilcellulosa (HPMC) sulla stampabilità, le proprietà reologiche e le proprietà meccaniche della malta per la stampa 3D, è stato discusso il dosaggio appropriato di HPMC e il suo meccanismo di influenza è stato analizzato in combinazione con la morfologia microscopica. I risultati mostrano che la fluidità della malta diminuisce con l'aumento del contenuto di HPMC, ovvero l'estrusionabilità diminuisce con l'aumento del contenuto di HPMC, ma la capacità di ritenzione della fluidità migliora. L'estrusionabilità, il tasso di ritenzione della forma e la resistenza alla penetrazione sotto il proprio peso aumentano significativamente con l'aumento del contenuto di HPMC, ovvero con l'aumento del contenuto di HPMC, la impilabilità migliora e il tempo di stampa si prolunga; dal punto di vista reologico, con l'aumento del contenuto di HPMC, la viscosità apparente, la tensione di snervamento e la viscosità plastica della sospensione sono aumentate significativamente e la impilabilità è migliorata; la tissotropia prima è aumentata e poi diminuita con l'aumento del contenuto di HPMC e la stampabilità è migliorata; Il contenuto di HPMC è aumentato. Un valore troppo elevato causerà un aumento della porosità della malta e della resistenza. Si raccomanda che il contenuto di HPMC non superi lo 0,20%.
Negli ultimi anni, la tecnologia di stampa 3D (nota anche come "produzione additiva") si è sviluppata rapidamente ed è stata ampiamente utilizzata in molti settori come la bioingegneria, l'industria aerospaziale e la creazione artistica. Il processo senza stampo della tecnologia di stampa 3D ha notevolmente migliorato la flessibilità dei materiali e della progettazione strutturale, e il suo metodo di costruzione automatizzato non solo consente un notevole risparmio di manodopera, ma è anche adatto a progetti di costruzione in vari ambienti difficili. La combinazione della tecnologia di stampa 3D e del settore edile è innovativa e promettente. Attualmente, i processi rappresentativi per la stampa 3D di materiali a base di cemento sono il processo di estrusione-impilamento (incluso il processo di sagomatura) e il processo di stampa di calcestruzzo e legame con polveri (processo D-shape). Tra questi, il processo di estrusione-impilamento presenta i vantaggi di una minore differenza rispetto al tradizionale processo di stampaggio del calcestruzzo, un'elevata fattibilità di componenti di grandi dimensioni e costi di costruzione contenuti. È diventato l'attuale punto focale della ricerca sulla tecnologia di stampa 3D di materiali a base di cemento.
Per i materiali a base di cemento utilizzati come "materiali di inchiostro" per la stampa 3D, i requisiti prestazionali differiscono da quelli dei materiali a base di cemento in generale: da un lato, vi sono specifici requisiti di lavorabilità per i materiali a base di cemento appena miscelati e il processo di costruzione deve soddisfare i requisiti di estrusione regolare; dall'altro, il materiale a base di cemento estruso deve essere impilabile, ovvero non deve collassare o deformarsi in modo significativo sotto l'azione del proprio peso e della pressione dello strato superiore. Inoltre, il processo di laminazione della stampa 3D crea strati tra gli strati. Per garantire buone proprietà meccaniche dell'area di interfaccia tra gli strati, i materiali da costruzione per la stampa 3D devono anche avere una buona adesione. In sintesi, la progettazione di estrudibilità, impilabilità e alta adesione viene eseguita simultaneamente. I materiali a base di cemento sono uno dei prerequisiti per l'applicazione della tecnologia di stampa 3D nel settore edile. La regolazione del processo di idratazione e delle proprietà reologiche dei materiali cementizi sono due modi importanti per migliorare le suddette prestazioni di stampa. La regolazione del processo di idratazione dei materiali cementizi è difficile da implementare e può facilmente causare problemi come l'intasamento delle tubature; inoltre, la regolazione delle proprietà reologiche deve mantenere la fluidità durante il processo di stampa e la velocità di strutturazione dopo lo stampaggio per estrusione. Nella ricerca attuale, modificatori di viscosità, additivi minerali, nanoargille, ecc. vengono spesso utilizzati per regolare le proprietà reologiche dei materiali a base di cemento al fine di ottenere migliori prestazioni di stampa.
L'idrossipropilmetilcellulosa (HPMC) è un comune addensante polimerico. I legami idrossilici ed eterei presenti nella catena molecolare possono legarsi all'acqua libera tramite legami a idrogeno. La sua introduzione nel calcestruzzo può migliorarne efficacemente la coesione e la ritenzione idrica. Attualmente, la ricerca sull'effetto dell'HPMC sulle proprietà dei materiali a base di cemento si concentra principalmente sulla fluidità, la ritenzione idrica e la reologia, mentre sono state condotte poche ricerche sulle proprietà dei materiali a base di cemento stampabili in 3D (come estrudibilità, impilabilità, ecc.). Inoltre, a causa della mancanza di standard uniformi per la stampa 3D, non è ancora stato definito un metodo di valutazione della stampabilità dei materiali a base di cemento. L'impilabilità del materiale viene valutata in base al numero di strati stampabili con deformazione significativa o all'altezza massima di stampa. I metodi di valutazione sopra descritti sono soggetti ad elevata soggettività, scarsa universalità e processi complessi. Un metodo di valutazione delle prestazioni più efficace ha un grande potenziale e valore nelle applicazioni ingegneristiche.
In questo articolo, sono stati introdotti diversi dosaggi di HPMC in materiali a base di cemento per migliorare la stampabilità della malta, e gli effetti del dosaggio di HPMC sulle proprietà della malta per la stampa 3D sono stati valutati in modo completo studiando la stampabilità, le proprietà reologiche e le proprietà meccaniche. Sulla base di proprietà come la fluidità, in base ai risultati della valutazione, è stata selezionata la malta miscelata con la quantità ottimale di HPMC per la verifica della stampa, e sono stati testati i parametri rilevanti dell'oggetto stampato; sulla base dello studio della morfologia microscopica del campione, è stato esplorato il meccanismo interno dell'evoluzione delle prestazioni del materiale di stampa. Allo stesso tempo, è stato stabilito un metodo di valutazione completo delle prestazioni di stampabilità del materiale a base di cemento per la stampa 3D al fine di promuovere l'applicazione della tecnologia di stampa 3D nel settore delle costruzioni.
Data di pubblicazione: 27 settembre 2022