Вивчаючи вплив різних доз гідроксипропілметилцелюлози (ГПМЦ) на друкованість, реологічні та механічні властивості розчину для 3D-друку, було обговорено відповідне дозування ГПМЦ та проаналізовано механізм його впливу в поєднанні з мікроскопічною морфологією. Результати показують, що плинність розчину зменшується зі збільшенням вмісту ГПМЦ, тобто екструдованість зменшується зі збільшенням вмісту ГПМЦ, але здатність до утримання плинності покращується. Екструдованість, швидкість збереження форми та опір проникненню під власною вагою значно зростають зі збільшенням вмісту ГПМЦ, тобто зі збільшенням вмісту ГПМЦ покращується штабельованість та подовжується час друку; з точки зору реології, зі збільшенням вмісту ГПМЦ значно зростають видима в'язкість, межа текучості та пластична в'язкість суспензії, а штабельованість покращується; тиксотропія спочатку збільшується, а потім зменшується зі збільшенням вмісту ГПМЦ, і друкованість покращується; Збільшення вмісту ГПМЦ. Занадто високий вміст призведе до збільшення пористості розчину та міцності. Рекомендовано, щоб вміст ГПМЦ не перевищував 0,20%.
В останні роки технологія 3D-друку (також відома як «адитивне виробництво») швидко розвивалася та широко використовується в багатьох галузях, таких як біоінженерія, аерокосмічна промисловість та художня творчість. Безформовий процес 3D-друку значно покращив матеріалознавство, а гнучкість структурного проектування та його автоматизований метод будівництва не тільки значно економлять робочу силу, але й підходять для будівельних проектів у різних суворих умовах. Поєднання технології 3D-друку та будівельної галузі є інноваційним та перспективним. Наразі типовими процесами 3D-друку на цементних матеріалах є процес екструзійного укладання (включаючи контурний процес контурного формування) та процес друку бетону та порошкового склеювання (D-подібний процес). Серед них процес екструзійного укладання має переваги невеликої різниці від традиційного процесу формування бетону, високої доцільності виготовлення великогабаритних компонентів та вартості будівництва. Недоліком стала сучасні дослідницькі гарячі точки технології 3D-друку на цементних матеріалах.
Для матеріалів на основі цементу, що використовуються як «чорнильні матеріали» для 3D-друку, вимоги до експлуатаційних характеристик відрізняються від вимог до звичайних матеріалів на основі цементу: з одного боку, існують певні вимоги до оброблюваності свіжозмішаних матеріалів на основі цементу, а процес будівництва повинен відповідати вимогам плавної екструзії. З іншого боку, екструдований матеріал на основі цементу повинен бути штабелируемим, тобто він не повинен значно руйнуватися або деформуватися під дією власної ваги та тиску верхнього шару. Крім того, процес ламінування 3D-друку забезпечує хороші механічні властивості міжшарової області інтерфейсу, тому будівельні матеріали, що використовуються для 3D-друку, також повинні мати хорошу адгезію. Таким чином, конструкція екструдируемості, штабелируемості та високої адгезії розробляється одночасно. Матеріали на основі цементу є однією з передумов застосування технології 3D-друку в галузі будівництва. Регулювання процесу гідратації та реологічних властивостей цементних матеріалів є двома важливими способами покращення вищезазначених характеристик друку. Регулювання процесу гідратації цементних матеріалів є складним у реалізації та легко може спричинити такі проблеми, як закупорка труб; а регулювання реологічних властивостей потребує підтримки плинності під час процесу друку та швидкості структурування після екструзійного формування. У сучасних дослідженнях модифікатори в'язкості, мінеральні добавки, наноглини тощо часто використовуються для регулювання реологічних властивостей цементних матеріалів для досягнення кращих характеристик друку.
Гідроксипропілметилцелюлоза (ГПМЦ) – поширений полімерний загусник. Гідроксильні та ефірні зв'язки в молекулярному ланцюзі можуть поєднуватися з вільною водою через водневі зв'язки. Її введення в бетон може ефективно покращити його когезію та водоутримання. Наразі дослідження впливу ГПМЦ на властивості цементних матеріалів здебільшого зосереджені на його впливі на текучість, водоутримання та реологію, і мало досліджень було проведено щодо властивостей цементних матеріалів, отриманих при 3D-друку (таких як екструдованість, штабельованість тощо). Крім того, через відсутність єдиних стандартів для 3D-друку, метод оцінки придатності цементних матеріалів для друку ще не встановлений. Штабельованість матеріалу оцінюється за кількістю шарів, що друкуються, зі значною деформацією, або за максимальною висотою друку. Вищезазначені методи оцінки мають високий рівень суб'єктивності, низьку універсальність та є громіздким процесом. Метод оцінки продуктивності має великий потенціал та цінність в інженерному застосуванні.
У цій роботі різні дозування ГПМЦ були введені до матеріалів на цементній основі для покращення друкованості розчину, а вплив дозування ГПМЦ на властивості розчину для 3D-друку був комплексно оцінений шляхом вивчення друкованості, реологічних та механічних властивостей. На основі таких властивостей, як текучість, було обрано розчин, змішаний з оптимальною кількістю ГПМЦ, для перевірки друку, та перевірено відповідні параметри друкованого об'єкта; на основі вивчення мікроскопічної морфології зразка було досліджено внутрішній механізм зміни характеристик друкованого матеріалу. Водночас було розроблено матеріал на основі цементу для 3D-друку. Запропоновано комплексний метод оцінки друкованих характеристик з метою сприяння застосуванню технології 3D-друку в галузі будівництва.
Час публікації: 27 вересня 2022 р.