岩土力学 ›› 2023, Vol. 44 ›› Issue (5): 1245-1259.doi: 10.16285/j.rsm.2022.0824

• 基础理论与实验研究 •    下一篇

水泥基3D打印材料基础配合比试验与质量评价

江权1,吴思1, 2,刘强3,辛杰1, 2,郑虹1   

  1. 1. 中国科学院武汉岩土力学研究所 岩土力学与工程国家重点试验室,湖北 武汉 430071; 2. 中国科学院大学,北京 100049;3. 南昌大学 工程建筑学院,江西 南昌 330031
  • 收稿日期:2022-05-31 接受日期:2022-08-17 出版日期:2023-05-09 发布日期:2023-04-29
  • 作者简介:江权,男,1978年生,博士,研究员,主要从事地下工程物理与数值模拟、大型洞室群稳定性分析、工程地质灾害治理等方面的研究工作。
  • 基金资助:
    国家自然科学基金(No. U1965205,No. 51879261)

Basic mix ratio test and corresponding quality evaluation for cement-based 3D printing materials

JIANG Quan1, WU Si1, 2, LIU Qiang3, XIN Jie1, 2, ZHENG Hong1   

  1. 1. State Key Laboratory of Geomechanics and Geotechnical Engineering, Institute of Rock and Soil Mechanics, Chinese Academy of Sciences, Wuhan, Hubei 430071, China; 2. University of Chinese Academy of Sciences, Beijing 100049, China; 3. School of Civil Construction, Nanchang University, Nanchang, Jiangxi 330031, China
  • Received:2022-05-31 Accepted:2022-08-17 Online:2023-05-09 Published:2023-04-29
  • Supported by:
    This work was supported by the National Natural Science Foundation of China (U1965205, 51879261)。

摘要: 水泥3D打印技术在土木建造工程和类岩石力学行为模拟中日渐推广,其水泥基3D打印材料方面却一直面临流动性、收缩性、可加工性等质量与成型控制方面的挑战和基础性配方缺乏的不足。首先针对水泥基3D打印实体质量评价的问题,建立了一套考虑成型全过程的6指标评估体系及其质量分级方法,包括流动性、挤出性、凝结时间、可建造性、密实性以及变形率,从打印过程、堆积成型、实体精度三方面实现对3D打印实体模型的质量评价;进而采用不同阈值范围的两阶段正交设计与打印测试进行了水泥基3D打印材料的基础性配合比试验优选,获得了一种综合打印性能较好的基础性配合比;最后对其打印成型水泥基3D实体模型进行单轴压缩试验,并评估了其类岩石力学特性,从而得到一种新型的类岩石水泥基3D打印基础性配合比,可为采用水泥基3D打印材料的工程建造和岩石工程物理模拟试验奠定基础。

关键词: 水泥材料, 三维打印, 物理模拟, 质量评价, 相似材料

Abstract: Cement-based 3D printing technology is increasingly popularized in civil construction and rock-like physical simulation, yet its cement-based 3D printing materials not only is limited by the challenges in quality control such as liquidity, shrinkage, and processability, but also is lack in basic formula in concrete material. This paper firstly establishes a set of assessing system based on six indexes and corresponding quality classification method considering the whole process of solid model forming for cement-based 3D printing, including fluidity, extrusion, setting time, buildability, compactness and deformation rate. The quality evaluation of the 3D printing solid model is realized in three aspects: printing process, stacking process, and solid accuracy. Then, through the two-stage orthogonal design and printing test with different threshold ranges, the basic mix ratio of cement-based 3D printing materials, which is ideal in comprehensive printing performance, is obtained. Finally, the uniaxial compression test is carried out for the printed cement-based 3D solid model and its rock-like mechanical properties are evaluated, which can provide a new type of rock-like cement-based 3D printing material. The specific mix ratios lay the foundation for the civil construction and physical simulation test of rock engineering based on cement-based materials.

Key words: cement materials, three dimensional print, physical simulation, quality evaluation, similar materials

中图分类号: 

  • TU 452
[1] 周培尧, 潘丽燕, 陈华生, 王斌, 邹志坤, 张敏, . 薄互层水力裂缝垂向扩展控制因素试验研究[J]. 岩土力学, 2022, 43(S2): 299-306.
[2] 张化进, 吴顺川, 韩龙强, 任子健, . 基于改进Dempster-Shafer证据理论的岩体质量异质集成评价方法[J]. 岩土力学, 2022, 43(S1): 532-541.
[3] 刘小岩, 张传庆, 史铁勇, 周辉, 胡大伟, 朱国金, 朱勇, 王超, . 跨活断层深埋隧道轴线错动位移模式试验研究[J]. 岩土力学, 2021, 42(5): 1304-1312.
[4] 殷明伦, 张晋勋, 江玉生, 江华, 商晓旭, . 岩体体积节理数表征岩体完整系数的结构面 类别修正研究[J]. 岩土力学, 2021, 42(4): 1133-1140.
[5] 侯振坤, 唐孟雄, 胡贺松, 黎剑华, 张树文, 徐晓斌, 刘春林, . 随钻跟管桩竖向承载性能原位试验 与室内物理模拟试验对比研究[J]. 岩土力学, 2021, 42(2): 419-429.
[6] 徐刚, 张春会, 于永江, . 综放工作面覆岩破断和压架的试验研究及预测模型[J]. 岩土力学, 2020, 41(S1): 106-114.
[7] 宁奕冰, 唐辉明, 张勃成, 申培武, 章广成, 夏丁, . 基于正交设计的岩石相似材料配比研究及 底摩擦物理模型试验应用[J]. 岩土力学, 2020, 41(6): 2009-2020.
[8] 朱元甲, 贺拿, 钟卫, 孔纪名, . 间歇型降雨对堆积层斜坡变形破坏的物理模拟研究[J]. 岩土力学, 2020, 41(12): 4035-4044.
[9] 丁振杰, 郑俊, 吕庆, 邓建辉, 童孟胜, . 《工程岩体分级标准》中边坡工程岩体质量 指标计算方法的讨论[J]. 岩土力学, 2019, 40(S1): 275-280.
[10] 许江, 邬君宇, 刘义鑫, 雷娇, . 不同充填度下岩体剪切−渗流耦合试验研究[J]. 岩土力学, 2019, 40(9): 3416-3424.
[11] 储昭飞, 刘保国, 任大瑞, 宋宇, 马强, . 软岩流变相似材料的研制及物理模型试验应用[J]. 岩土力学, 2019, 40(6): 2172-2182.
[12] 许江, 宋肖徵, 彭守建, 张超林, 李奇贤, 张小蕾, . 顺层钻孔布置间距对煤层瓦斯抽采效果影响的 物理模拟试验研究[J]. 岩土力学, 2019, 40(12): 4581-4589.
[13] 赵建军,余建乐,解明礼,柴贺军,李 涛,步 凡,蔺 冰,. 降雨诱发填方路堤边坡变形机制物理模拟研究[J]. , 2018, 39(8): 2933-2940.
[14] 姚爱军,张剑涛,郭海峰,郭彦非. 地铁盾构隧道上方基坑开挖卸荷-加载影响研究[J]. , 2018, 39(7): 2318-2326.
[15] 唐 然,许 强,吴 斌,范宣梅,. 平推式滑坡运动距离计算模型[J]. , 2018, 39(3): 1009-1019.
Viewed
Full text


Abstract

Cited

  Shared   
  Discussed   
[1] 李 奎,高 波. 地铁隧道下穿小河和桥梁的施工方案研究[J]. , 2010, 31(5): 1509 -1516 .
[2] 杨 冰,杨 军,常 在,甘厚义,宋二祥. 土石混合体压缩性的三维颗粒力学研究[J]. , 2010, 31(5): 1645 -1650 .
[3] 肖世国,鲜 飞,王唤龙. 一种微型桩组合抗滑结构内力分析方法[J]. , 2010, 31(8): 2553 -2559 .
[4] 叶海林,郑颖人,黄润秋,杜修力,李安洪,许江波. 强度折减动力分析法在滑坡抗滑桩抗震设计中的应用研究[J]. , 2010, 31(S1): 317 -323 .
[5] 张志沛,彭 惠,饶 晓. 软土地基注浆扩散过程数值模拟研究[J]. , 2011, 32(S1): 652 -0655 .
[6] 吴礼舟 ,张利民 ,黄润秋. 成层非饱和土渗流的耦合解析解[J]. , 2011, 32(8): 2391 -2396 .
[7] 刘 润 ,王秀妍 ,刘月辉 ,王武刚. 点支撑缺陷下海底埋管热屈曲分析[J]. , 2011, 32(S2): 64 -69 .
[8] 梁耀哲. 刚性桩复合地基的主动土压力分析[J]. , 2012, 33(S1): 25 -29 .
[9] 韩建新 ,李术才 ,李树忱 ,杨为民 ,汪 雷 . 基于强度参数演化行为的岩石峰后应力-应变关系研究[J]. , 2013, 34(2): 342 -346 .
[10] 黄 达 ,岑夺丰 ,黄润秋 . 单裂隙砂岩单轴压缩的中等应变率效应颗粒流模拟[J]. , 2013, 34(2): 535 -545 .