Ao estudar o efeito de diferentes dosagens de hidroxipropilmetilcelulose (HPMC) na imprimibilidade, propriedades reológicas e propriedades mecânicas de argamassa para impressão 3D, discutiu-se a dosagem adequada de HPMC e analisou-se seu mecanismo de influência em conjunto com a morfologia microscópica. Os resultados mostram que a fluidez da argamassa diminui com o aumento do teor de HPMC, ou seja, a extrudabilidade diminui com o aumento do teor de HPMC, mas a capacidade de retenção de fluidez melhora. A extrudabilidade, a taxa de retenção de forma e a resistência à penetração sob o próprio peso aumentam significativamente com o aumento do teor de HPMC, ou seja, com o aumento do teor de HPMC, a empilhabilidade melhora e o tempo de impressão é prolongado; do ponto de vista reológico, com o aumento do teor de HPMC, a viscosidade aparente, a tensão de escoamento e a viscosidade plástica da pasta aumentaram significativamente, e a empilhabilidade melhorou; a tixotropia primeiro aumentou e depois diminuiu com o aumento do teor de HPMC, e a imprimibilidade melhorou. O aumento do teor de HPMC, em níveis muito altos, causará aumento da porosidade da argamassa e diminuição da resistência. Recomenda-se que o teor de HPMC não exceda 0,20%.
Nos últimos anos, a tecnologia de impressão 3D (também conhecida como "manufatura aditiva") desenvolveu-se rapidamente e tem sido amplamente utilizada em diversas áreas, como bioengenharia, aeroespacial e criação artística. O processo sem molde da tecnologia de impressão 3D aprimorou significativamente a flexibilidade de projeto estrutural e de materiais, e seu método de construção automatizado não só economiza muita mão de obra, como também é adequado para projetos de construção em diversos ambientes adversos. A combinação da tecnologia de impressão 3D com o setor da construção civil é inovadora e promissora. Atualmente, os processos representativos de impressão 3D de materiais à base de cimento são o processo de extrusão e empilhamento (incluindo o processo de contorno) e o processo de impressão e colagem de pó de concreto (processo de forma em D). Dentre eles, o processo de extrusão e empilhamento apresenta vantagens como pequena diferença em relação ao processo tradicional de moldagem de concreto, alta viabilidade para componentes de grandes dimensões e custos de construção mais baixos, tornando-se um dos principais focos de pesquisa em tecnologia de impressão 3D de materiais à base de cimento.
Para materiais à base de cimento usados como "tintas" para impressão 3D, os requisitos de desempenho diferem dos materiais cimentícios em geral: por um lado, há certas exigências quanto à trabalhabilidade dos materiais cimentícios recém-misturados, e o processo de construção precisa atender aos requisitos de extrusão suave. Por outro lado, o material cimentício extrudado precisa ser empilhável, ou seja, não colapsar ou deformar significativamente sob a ação do seu próprio peso e da pressão da camada superior. Além disso, o processo de laminação da impressão 3D cria camadas entre si. Para garantir boas propriedades mecânicas na área de interface entre as camadas, os materiais de construção impressos em 3D também devem ter boa adesão. Em resumo, o projeto visa a extrudabilidade, a empilhabilidade e a alta adesão simultaneamente. Os materiais à base de cimento são um dos pré-requisitos para a aplicação da tecnologia de impressão 3D na construção civil. Ajustar o processo de hidratação e as propriedades reológicas dos materiais cimentícios são duas maneiras importantes de melhorar o desempenho de impressão mencionado acima. O ajuste do processo de hidratação de materiais cimentícios é difícil de implementar e pode facilmente causar problemas como o entupimento de tubos; além disso, a regulação das propriedades reológicas é necessária para manter a fluidez durante o processo de impressão e a velocidade de estruturação após a moldagem por extrusão. Nas pesquisas atuais, modificadores de viscosidade, adições minerais, nanocargas, etc., são frequentemente utilizados para ajustar as propriedades reológicas de materiais à base de cimento e obter um melhor desempenho de impressão.
A hidroxipropilmetilcelulose (HPMC) é um espessante polimérico comum. As ligações hidroxila e éter na cadeia molecular podem se combinar com a água livre por meio de ligações de hidrogênio. Sua introdução no concreto pode melhorar efetivamente sua coesão e retenção de água. Atualmente, a pesquisa sobre o efeito da HPMC nas propriedades de materiais à base de cimento concentra-se principalmente em seu efeito na fluidez, retenção de água e reologia, e poucas pesquisas foram realizadas sobre as propriedades de materiais à base de cimento para impressão 3D (como extrudabilidade, empilhamento, etc.). Além disso, devido à falta de padrões uniformes para impressão 3D, o método de avaliação da imprimibilidade de materiais à base de cimento ainda não foi estabelecido. O empilhamento do material é avaliado pelo número de camadas imprimíveis com deformação significativa ou pela altura máxima de impressão. Os métodos de avaliação acima estão sujeitos a alta subjetividade, baixa universalidade e processo complexo. O método de avaliação de desempenho tem grande potencial e valor na aplicação em engenharia.
Neste artigo, diferentes dosagens de HPMC foram introduzidas em materiais à base de cimento para melhorar a imprimibilidade da argamassa. Os efeitos da dosagem de HPMC nas propriedades da argamassa para impressão 3D foram avaliados de forma abrangente, por meio do estudo da imprimibilidade, das propriedades reológicas e das propriedades mecânicas. Com base em propriedades como a fluidez, e nos resultados da avaliação, a argamassa com a quantidade ideal de HPMC foi selecionada para verificação de impressão, e os parâmetros relevantes da peça impressa foram testados. A partir do estudo da morfologia microscópica da amostra, o mecanismo interno da evolução do desempenho do material de impressão foi explorado. Ao mesmo tempo, um método abrangente de avaliação do desempenho de impressão do material à base de cimento para impressão 3D foi estabelecido, visando promover a aplicação da tecnologia de impressão 3D na área da construção civil.
Data da publicação: 27/09/2022