Bằng cách nghiên cứu ảnh hưởng của các liều lượng khác nhau của hydroxypropyl methylcellulose (HPMC) đến khả năng in, tính chất lưu biến và tính chất cơ học của vữa in 3D, liều lượng HPMC thích hợp đã được thảo luận và cơ chế ảnh hưởng của nó đã được phân tích kết hợp với hình thái học vi mô. Kết quả cho thấy độ lưu động của vữa giảm khi hàm lượng HPMC tăng, tức là khả năng đùn giảm khi hàm lượng HPMC tăng, nhưng khả năng duy trì độ lưu động được cải thiện. Khả năng đùn; tỷ lệ giữ hình dạng và khả năng chống xuyên thủng dưới trọng lượng bản thân tăng đáng kể khi hàm lượng HPMC tăng, tức là khi hàm lượng HPMC tăng, khả năng xếp chồng được cải thiện và thời gian in được kéo dài; về mặt lưu biến, khi hàm lượng HPMC tăng, độ nhớt biểu kiến, ứng suất chảy và độ nhớt dẻo của hỗn hợp tăng đáng kể, và khả năng xếp chồng được cải thiện; tính chất thixotropy ban đầu tăng rồi giảm khi hàm lượng HPMC tăng, và khả năng in được cải thiện; Nếu hàm lượng HPMC tăng quá cao sẽ làm tăng độ rỗng của vữa và làm giảm cường độ. Do đó, hàm lượng HPMC không nên vượt quá 0,20%.
Trong những năm gần đây, công nghệ in 3D (còn được gọi là “sản xuất bồi đắp”) đã phát triển nhanh chóng và được sử dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực như kỹ thuật sinh học, hàng không vũ trụ và sáng tạo nghệ thuật. Quy trình không cần khuôn của công nghệ in 3D đã cải thiện đáng kể tính linh hoạt của vật liệu và cấu trúc, phương pháp xây dựng tự động không chỉ tiết kiệm nhân lực mà còn phù hợp với các dự án xây dựng trong nhiều môi trường khắc nghiệt. Sự kết hợp giữa công nghệ in 3D và lĩnh vực xây dựng là một hướng đi đổi mới và đầy triển vọng. Hiện nay, các quy trình in 3D vật liệu gốc xi măng tiêu biểu là quy trình xếp chồng đùn (bao gồm cả quy trình tạo hình đường viền) và quy trình in bê tông và liên kết bột (quy trình hình chữ D). Trong đó, quy trình xếp chồng đùn có ưu điểm là độ chênh lệch nhỏ so với quy trình đúc bê tông truyền thống, tính khả thi cao đối với các cấu kiện kích thước lớn và chi phí xây dựng thấp hơn, đã trở thành điểm nóng nghiên cứu hiện nay về công nghệ in 3D vật liệu gốc xi măng.
Đối với vật liệu gốc xi măng được sử dụng làm “vật liệu mực” cho in 3D, yêu cầu về hiệu năng của chúng khác với vật liệu gốc xi măng thông thường: một mặt, có những yêu cầu nhất định về khả năng thi công của vật liệu gốc xi măng mới trộn, và quá trình thi công cần đáp ứng yêu cầu về khả năng đùn trơn tru; mặt khác, vật liệu gốc xi măng được đùn ra cần phải có khả năng xếp chồng, nghĩa là nó sẽ không bị sụp đổ hoặc biến dạng đáng kể dưới tác động của trọng lượng bản thân và áp lực của lớp trên. Ngoài ra, quá trình cán màng của in 3D tạo ra các lớp giữa các lớp. Để đảm bảo các đặc tính cơ học tốt của vùng giao diện giữa các lớp, vật liệu xây dựng in 3D cũng cần có độ bám dính tốt. Tóm lại, thiết kế cần đáp ứng đồng thời khả năng đùn, khả năng xếp chồng và độ bám dính cao. Vật liệu gốc xi măng là một trong những điều kiện tiên quyết cho việc ứng dụng công nghệ in 3D trong lĩnh vực xây dựng. Điều chỉnh quá trình thủy hóa và các đặc tính lưu biến của vật liệu xi măng là hai cách quan trọng để cải thiện hiệu năng in nêu trên. Việc điều chỉnh quá trình thủy hóa vật liệu xi măng rất khó thực hiện và dễ gây ra các vấn đề như tắc nghẽn đường ống; việc điều chỉnh các đặc tính lưu biến cần duy trì độ lưu động trong quá trình in và tốc độ tạo cấu trúc sau khi ép đùn. Trong nghiên cứu hiện nay, các chất điều chỉnh độ nhớt, phụ gia khoáng, đất sét nano, v.v. thường được sử dụng để điều chỉnh các đặc tính lưu biến của vật liệu gốc xi măng nhằm đạt được hiệu suất in tốt hơn.
Hydroxypropyl methylcellulose (HPMC) là một chất làm đặc polymer phổ biến. Các liên kết hydroxyl và ether trên chuỗi phân tử có thể kết hợp với nước tự do thông qua liên kết hydro. Việc đưa nó vào bê tông có thể cải thiện hiệu quả độ kết dính và khả năng giữ nước. Hiện nay, nghiên cứu về ảnh hưởng của HPMC đến các tính chất của vật liệu gốc xi măng chủ yếu tập trung vào ảnh hưởng của nó đến độ lưu động, khả năng giữ nước và tính lưu biến, và ít nghiên cứu được thực hiện về các tính chất của vật liệu gốc xi măng in 3D (như khả năng đùn, khả năng xếp chồng, v.v.). Ngoài ra, do thiếu các tiêu chuẩn thống nhất cho in 3D, phương pháp đánh giá khả năng in của vật liệu gốc xi măng vẫn chưa được thiết lập. Khả năng xếp chồng của vật liệu được đánh giá bằng số lượng lớp in có biến dạng đáng kể hoặc chiều cao in tối đa. Các phương pháp đánh giá trên đều mang tính chủ quan cao, tính phổ quát kém và quy trình phức tạp. Phương pháp đánh giá hiệu năng có tiềm năng và giá trị lớn trong ứng dụng kỹ thuật.
Trong bài báo này, các liều lượng HPMC khác nhau được đưa vào vật liệu gốc xi măng để cải thiện khả năng in của vữa, và ảnh hưởng của liều lượng HPMC đến các đặc tính của vữa in 3D được đánh giá toàn diện bằng cách nghiên cứu khả năng in, tính chất lưu biến và tính chất cơ học. Dựa trên các đặc tính như độ lưu động, dựa trên kết quả đánh giá, vữa được trộn với lượng HPMC tối ưu đã được chọn để kiểm chứng in ấn, và các thông số liên quan của sản phẩm in đã được kiểm tra; dựa trên nghiên cứu hình thái vi mô của mẫu, cơ chế bên trong của sự tiến hóa hiệu suất của vật liệu in đã được khám phá. Đồng thời, vật liệu gốc xi măng in 3D được thiết lập. Một phương pháp đánh giá toàn diện hiệu suất in ấn nhằm thúc đẩy ứng dụng công nghệ in 3D trong lĩnh vực xây dựng.
Thời gian đăng bài: 27/09/2022