Door het effect van verschillende doseringen hydroxypropylmethylcellulose (HPMC) op de printbaarheid, reologische eigenschappen en mechanische eigenschappen van 3D-printmortel te bestuderen, werd de optimale dosering van HPMC besproken en het werkingsmechanisme ervan geanalyseerd in combinatie met de microscopische morfologie. De resultaten tonen aan dat de vloeibaarheid van de mortel afneemt met een toenemend HPMC-gehalte, oftewel dat de extrudeerbaarheid afneemt met een toenemend HPMC-gehalte, maar dat het vermogen om de vloeibaarheid te behouden verbetert. De extrudeerbaarheid, vormvastheid en penetratieweerstand onder eigen gewicht nemen significant toe met een toenemend HPMC-gehalte, wat betekent dat met een toenemend HPMC-gehalte de stapelbaarheid verbetert en de printtijd wordt verlengd. Vanuit reologisch oogpunt nam met een toenemend HPMC-gehalte de schijnbare viscositeit, vloeigrens en plastische viscositeit van de slurry significant toe, en verbeterde de stapelbaarheid. De thixotropie nam eerst toe en vervolgens af met een toenemend HPMC-gehalte, en de printbaarheid verbeterde. Het HPMC-gehalte wordt te hoog. Een te hoog gehalte kan de porositeit van de mortel verhogen en de sterkte verminderen. Het wordt aanbevolen dat het HPMC-gehalte niet meer dan 0,20% bedraagt.
De afgelopen jaren heeft 3D-printtechnologie (ook wel bekend als "additieve productie") zich snel ontwikkeld en wordt deze op grote schaal toegepast in diverse sectoren, zoals de bio-engineering, de lucht- en ruimtevaart en de kunstwereld. Het vormloze proces van 3D-printtechnologie heeft de flexibiliteit van materiaalontwerp en constructies aanzienlijk verbeterd. De geautomatiseerde constructiemethode bespaart niet alleen veel mankracht, maar is ook geschikt voor bouwprojecten in diverse veeleisende omgevingen. De combinatie van 3D-printtechnologie en de bouwsector is innovatief en veelbelovend. Momenteel zijn de meest voorkomende 3D-printprocessen voor cementgebonden materialen extrusiestapeling (inclusief contourvorming) en betonprinten met poederbinding (D-vormproces). Extrusiestapeling heeft als voordelen dat het proces slechts een klein verschil vertoont met het traditionele betonvormproces, dat grote componenten mogelijk zijn en dat de constructiekosten laag zijn. Dit maakt het tot een belangrijk onderzoeksthema binnen de 3D-printtechnologie voor cementgebonden materialen.
Voor cementgebonden materialen die als "inktmateriaal" voor 3D-printen worden gebruikt, gelden andere prestatie-eisen dan voor algemene cementgebonden materialen. Enerzijds zijn er bepaalde eisen aan de verwerkbaarheid van vers gemengde cementgebonden materialen en moet het printproces een soepele extrusie mogelijk maken. Anderzijds moet het geëxtrudeerde cementgebonden materiaal stapelbaar zijn, dat wil zeggen dat het niet instort of significant vervormt onder invloed van zijn eigen gewicht en de druk van de bovenliggende laag. Bovendien zorgt het lamineerproces van 3D-printen ervoor dat de lagen tussen de lagen goed hechten. Om de goede mechanische eigenschappen van het grensvlak tussen de lagen te garanderen, moeten de 3D-geprinte bouwmaterialen ook een goede hechting hebben. Kortom, extrudeerbaarheid, stapelbaarheid en een hoge hechting moeten tegelijkertijd worden ontworpen. Cementgebonden materialen zijn een van de voorwaarden voor de toepassing van 3D-printtechnologie in de bouwsector. Het aanpassen van het hydratatieproces en de reologische eigenschappen van cementgebonden materialen zijn twee belangrijke manieren om de bovengenoemde printprestaties te verbeteren. Het aanpassen van het hydratatieproces van cementgebonden materialen is lastig te realiseren en kan gemakkelijk problemen veroorzaken, zoals verstoppingen in de leidingen. Bovendien is het reguleren van de reologische eigenschappen noodzakelijk om de vloeibaarheid tijdens het printproces en de uithardingssnelheid na extrusie te behouden. In het huidige onderzoek worden vaak viscositeitsmodificatoren, minerale toeslagstoffen, nanoklei, enz. gebruikt om de reologische eigenschappen van cementgebonden materialen aan te passen en zo betere printprestaties te bereiken.
Hydroxypropylmethylcellulose (HPMC) is een veelgebruikt polymeerverdikkingsmiddel. De hydroxyl- en etherbindingen in de moleculaire keten kunnen via waterstofbruggen een binding aangaan met vrij water. Door HPMC aan beton toe te voegen, kunnen de cohesie en het waterretentievermogen effectief worden verbeterd. Momenteel richt onderzoek naar het effect van HPMC op de eigenschappen van cementgebonden materialen zich voornamelijk op de invloed ervan op vloeibaarheid, waterretentie en reologie. Er is nog weinig onderzoek gedaan naar de eigenschappen van 3D-geprinte cementgebonden materialen (zoals extrudeerbaarheid, stapelbaarheid, enz.). Bovendien is er, door het gebrek aan uniforme normen voor 3D-printen, nog geen evaluatiemethode voor de printbaarheid van cementgebonden materialen vastgesteld. De stapelbaarheid van het materiaal wordt beoordeeld aan de hand van het aantal printbare lagen met significante vervorming of de maximale printhoogte. Deze evaluatiemethoden zijn echter zeer subjectief, hebben een lage universaliteit en zijn omslachtig. Een prestatie-evaluatiemethode heeft een groot potentieel en is waardevol voor technische toepassingen.
In dit artikel werden verschillende doseringen HPMC aan cementgebonden materialen toegevoegd om de printbaarheid van mortel te verbeteren. De effecten van de HPMC-dosering op de eigenschappen van 3D-geprinte mortel werden uitgebreid geëvalueerd door de printbaarheid, reologische eigenschappen en mechanische eigenschappen te bestuderen. Op basis van eigenschappen zoals vloeibaarheid werd de mortel met de optimale hoeveelheid HPMC geselecteerd voor printverificatie, en werden de relevante parameters van het geprinte object getest. Aan de hand van de microscopische morfologie van het monster werd het interne mechanisme van de prestatieontwikkeling van het printmateriaal onderzocht. Tegelijkertijd werd een uitgebreide evaluatiemethode voor 3D-printbare cementgebonden materialen ontwikkeld om de toepassing van 3D-printtechnologie in de bouwsector te bevorderen.
Geplaatst op: 27 september 2022