Štúdiom vplyvu rôznych dávok hydroxypropylmetylcelulózy (HPMC) na tlačiteľnosť, reologické vlastnosti a mechanické vlastnosti 3D tlačiarenskej malty sa diskutovalo o vhodnom dávkovaní HPMC a analyzoval sa mechanizmus jej vplyvu v kombinácii s mikroskopickou morfológiou. Výsledky ukazujú, že tekutosť malty sa znižuje so zvyšujúcim sa obsahom HPMC, t. j. extrudovateľnosť sa znižuje so zvyšujúcim sa obsahom HPMC, ale schopnosť zadržiavania tekutosti sa zlepšuje. Extrudovateľnosť, rýchlosť zadržiavania tvaru a odolnosť voči penetrácii pod vlastnou hmotnosťou sa výrazne zvyšujú so zvyšujúcim sa obsahom HPMC, t. j. so zvyšujúcim sa obsahom HPMC sa zlepšuje stohovateľnosť a predlžuje sa čas tlače; z hľadiska reológie sa so zvyšujúcim sa obsahom HPMC výrazne zvyšuje zdanlivá viskozita, medza klzu a plastická viskozita suspenzie a zlepšuje sa stohovateľnosť; tixotropia sa najprv zvyšuje a potom sa so zvyšujúcim sa obsahom HPMC znižuje a tlačiteľnosť sa zlepšuje; Príliš vysoký obsah HPMC spôsobí zvýšenie pórovitosti malty a zníženie pevnosti. Odporúča sa, aby obsah HPMC nepresiahol 0,20 %.
V posledných rokoch sa technológia 3D tlače (známa aj ako „aditívna výroba“) rýchlo rozvíja a široko sa používa v mnohých oblastiach, ako je bioinžinierstvo, letecký priemysel a umelecká tvorba. Bezformový proces 3D tlače výrazne zlepšil materiál a flexibilita konštrukčného návrhu a jeho automatizovaná metóda výstavby nielenže výrazne šetrí pracovnú silu, ale je vhodná aj pre stavebné projekty v rôznych náročných prostrediach. Kombinácia 3D tlače a stavebníctva je inovatívna a sľubná. V súčasnosti je reprezentatívnym procesom 3D tlače materiálov na báze cementu proces extrúzie a stohovania (vrátane procesu tvarovania kontúr) a proces tlače a práškového spájania betónu (proces tvaru D). Medzi nimi má proces extrúzie a stohovania výhody malého rozdielu oproti tradičnému procesu tvarovania betónu, vysokej uskutočniteľnosti veľkorozmerných komponentov a nákladov na výstavbu. Nevýhodou sa stala súčasná výskumná oblasť technológie 3D tlače materiálov na báze cementu.
V prípade materiálov na báze cementu používaných ako „atramentové materiály“ pre 3D tlač sa ich výkonnostné požiadavky líšia od požiadaviek na bežné materiály na báze cementu: na jednej strane existujú určité požiadavky na spracovateľnosť čerstvo zmiešaných materiálov na báze cementu a proces výroby musí spĺňať požiadavky na hladkú extrúziu. Na druhej strane musí byť extrudovaný materiál na báze cementu stohovateľný, to znamená, že sa nebude výrazne zrútiť ani deformovať pôsobením vlastnej hmotnosti a tlaku vrchnej vrstvy. Okrem toho proces laminácie 3D tlače vytvára medzivrstvové rozhranie. Aby sa zabezpečili dobré mechanické vlastnosti medzivrstvovej rozhrania, 3D tlačené stavebné materiály by mali mať tiež dobrú priľnavosť. Stručne povedané, návrh extrudovateľnosti, stohovateľnosti a vysokej priľnavosti sa navrhuje súčasne. Materiály na báze cementu sú jedným z predpokladov pre aplikáciu technológie 3D tlače v oblasti stavebníctva. Úprava procesu hydratácie a reologických vlastností cementových materiálov sú dva dôležité spôsoby, ako zlepšiť vyššie uvedený výkon tlače. Úprava procesu hydratácie cementových materiálov je náročná na implementáciu a ľahko môže spôsobiť problémy, ako je upchatie potrubia; a regulácia reologických vlastností si vyžaduje udržanie tekutosti počas procesu tlače a rýchlosť štruktúrovania po extrúznom lisovaní. V súčasnom výskume sa na úpravu reologických vlastností materiálov na báze cementu s cieľom dosiahnuť lepší tlačový výkon často používajú modifikátory viskozity, minerálne prísady, nanoíly atď.
Hydroxypropylmetylcelulóza (HPMC) je bežné polymérne zahusťovadlo. Hydroxylové a éterové väzby v molekulárnom reťazci sa môžu kombinovať s voľnou vodou prostredníctvom vodíkových väzieb. Jej zavedenie do betónu môže účinne zlepšiť jeho súdržnosť a zadržiavanie vody. V súčasnosti sa výskum vplyvu HPMC na vlastnosti materiálov na báze cementu zameriava najmä na jej vplyv na tekutosť, zadržiavanie vody a reológiu a len málo sa skúmalo vlastností materiálov na báze cementu určených na 3D tlač (ako je extrudovateľnosť, stohovateľnosť atď.). Okrem toho, vzhľadom na nedostatok jednotných štandardov pre 3D tlač, metóda hodnotenia potlačiteľnosti materiálov na báze cementu ešte nebola stanovená. Stohovateľnosť materiálu sa hodnotí počtom potlačiteľných vrstiev s výraznou deformáciou alebo maximálnou výškou tlače. Vyššie uvedené metódy hodnotenia sú predmetom vysokej subjektivity, nízkej univerzálnosti a zdĺhavého procesu. Metóda hodnotenia výkonnosti má veľký potenciál a hodnotu v inžinierskych aplikáciách.
V tejto práci boli do materiálov na báze cementu zavedené rôzne dávky HPMC s cieľom zlepšiť potlačiteľnosť malty a komplexne boli vyhodnotené účinky dávkovania HPMC na vlastnosti malty pre 3D tlač štúdiom potlačiteľnosti, reologických vlastností a mechanických vlastností. Na základe vlastností, ako je tekutosť, bola na overenie tlače vybraná malta zmiešaná s optimálnym množstvom HPMC a boli testované relevantné parametre tlačeného objektu; na základe štúdie mikroskopickej morfológie vzorky bol preskúmaný vnútorný mechanizmus vývoja výkonu tlačeného materiálu. Zároveň bola stanovená 3D tlač materiálu na báze cementu. Komplexná metóda hodnotenia tlačiteľného výkonu s cieľom podporiť aplikáciu 3D tlačiarenskej technológie v oblasti stavebníctva.
Čas uverejnenia: 27. septembra 2022