1.1Pengaruh HPMC pada kemampuan cetak mortir pencetakan 3D
1.1.1Pengaruh HPMC pada ekstrudabilitas mortar pencetakan 3D
Kelompok blanko M-H0 tanpa HPMC dan kelompok uji dengan kadar HPMC 0,05%, 0,10%, 0,20%, dan 0,30% didiamkan dalam jangka waktu yang berbeda, kemudian diuji fluiditasnya. Terlihat bahwa penggabungan HPMC Ini akan mengurangi fluiditas mortar secara signifikan; ketika kandungan HPMC ditingkatkan secara bertahap dari 0% menjadi 0,30%, fluiditas awal mortar berkurang masing-masing dari 243 mm menjadi 206, 191, 167, dan 160 mm. HPMC adalah polimer molekul tinggi. Mereka dapat terjerat satu sama lain untuk membentuk struktur jaringan, dan kohesi bubur semen dapat ditingkatkan dengan merangkum komponen seperti Ca(OH) 2. Secara makroskopis, kohesivitas mortar ditingkatkan. Dengan bertambahnya waktu pendiaman, derajat hidrasi mortar meningkat. meningkat, fluiditasnya hilang seiring berjalannya waktu. Fluiditas kelompok blanko M-H0 tanpa HPMC menurun dengan cepat. Pada kelompok eksperimen dengan HPMC 0,05%, 0,10%, 0,20% dan 0,30%, tingkat penurunan fluiditas menurun seiring waktu, dan fluiditas mortar setelah didiamkan selama 60 menit adalah masing-masing 180, 177, 164, dan 155 mm. . Fluiditasnya adalah 87,3%, 92,7%, 98,2%, 96,8%. Penggabungan HPMC dapat secara signifikan meningkatkan kemampuan retensi fluiditas mortar, yang disebabkan oleh kombinasi HPMC dan molekul air; di sisi lain, HPMC dapat membentuk film serupa. Ia memiliki struktur jaringan dan membungkus semen, yang secara efektif mengurangi penguapan air dalam mortar dan memiliki kinerja retensi air tertentu. Perlu dicatat bahwa ketika kandungan HPMC 0,20%, kemampuan retensi fluiditas mortar mencapai tingkat tertinggi.
Fluiditas mortar pencetakan 3D yang dicampur dengan jumlah HPMC yang berbeda adalah 160~206 mm. Karena parameter printer yang berbeda, rentang fluiditas yang direkomendasikan yang diperoleh oleh peneliti berbeda juga berbeda, seperti 150~190 mm, 160~170 mm. Dari Gambar 3 dapat dilihat secara intuitif bahwa fluiditas mortar cetak 3D yang dicampur dengan HPMC sebagian besar berada dalam kisaran yang direkomendasikan, terutama bila kandungan HPMC 0,20%, fluiditas mortar dalam waktu 60 menit berada dalam kisaran kisaran yang direkomendasikan, yang memenuhi fluiditas dan kemampuan penumpukan yang sesuai. Oleh karena itu, meskipun fluiditas mortar dengan jumlah HPMC yang sesuai berkurang, yang menyebabkan penurunan kemampuan ekstrusi, namun tetap memiliki kemampuan ekstrusi yang baik dan berada dalam kisaran yang disarankan.
1.1.2Pengaruh HPMC pada kemampuan tumpukan mortar pencetakan 3D
Jika tidak menggunakan templat, besarnya laju retensi bentuk di bawah berat sendiri bergantung pada tegangan luluh material, yang terkait dengan kohesi internal antara bubur dan agregat. Retensi bentuk mortar pencetakan 3D dengan konten HPMC berbeda diberikan. Tingkat perubahan dengan waktu berdiri. Setelah penambahan HPMC, laju retensi bentuk mortar meningkat, terutama pada tahap awal dan pendiaman selama 20 menit. Namun, dengan bertambahnya waktu berdiri, efek peningkatan HPMC pada tingkat retensi bentuk mortar secara bertahap melemah, yang terutama disebabkan oleh peningkatan yang signifikan dalam tingkat retensi. Setelah didiamkan selama 60 menit, hanya HPMC 0,20% dan 0,30% yang dapat meningkatkan laju retensi bentuk mortar.
Hasil uji ketahanan penetrasi mortar cetak 3D dengan kandungan HPMC yang berbeda ditunjukkan pada Gambar 5. Terlihat dari Gambar 5 bahwa ketahanan penetrasi umumnya meningkat seiring dengan bertambahnya waktu berdiri, yang terutama disebabkan oleh aliran mortar. bubur selama proses hidrasi semen. Secara bertahap berevolusi menjadi benda padat yang kaku; dalam 80 menit pertama, penggabungan HPMC meningkatkan resistensi penetrasi, dan dengan meningkatnya kandungan HPMC, resistensi penetrasi meningkat. Semakin besar ketahanan penetrasi, deformasi material akibat beban yang diterapkan Semakin besar ketahanan HPMC, yang menunjukkan bahwa HPMC dapat meningkatkan kemampuan tumpukan awal mortar pencetakan 3D. Karena ikatan hidroksil dan eter pada rantai polimer HPMC mudah digabungkan dengan air melalui ikatan hidrogen, mengakibatkan berkurangnya air bebas secara bertahap dan hubungan antar partikel meningkat, gaya gesekan meningkat, sehingga resistensi penetrasi awal menjadi lebih besar. Setelah didiamkan selama 80 menit, akibat hidrasi semen, ketahanan penetrasi kelompok blanko tanpa HPMC meningkat dengan cepat, sedangkan ketahanan penetrasi kelompok uji dengan HPMC meningkat Laju tidak berubah secara signifikan hingga sekitar 160 menit berdiri. Menurut Chen dkk., hal ini terutama karena HPMC membentuk lapisan pelindung di sekitar partikel semen, sehingga memperpanjang waktu pengerasan; Pourchez dkk. menduga bahwa hal ini terutama disebabkan oleh serat Produk degradasi eter sederhana (seperti karboksilat) atau gugus metoksil dapat menunda hidrasi semen dengan memperlambat pembentukan Ca(OH)2. Perlu dicatat bahwa, untuk mencegah perkembangan resistensi penetrasi dipengaruhi oleh penguapan air pada permukaan spesimen, Percobaan ini dilakukan pada kondisi suhu dan kelembaban yang sama. Secara keseluruhan, HPMC dapat secara efektif meningkatkan kemampuan tumpukan mortar pencetakan 3D pada tahap awal, menunda koagulasi, dan memperpanjang waktu pencetakan mortar pencetakan 3D.
Entitas mortar pencetakan 3D (panjang 200 mm × lebar 20 mm × tebal lapisan 8 mm): Grup kosong tanpa HPMC mengalami deformasi parah, roboh, dan mengalami masalah pendarahan saat mencetak lapisan ketujuh; Mortar grup M-H0.20 memiliki kemampuan tumpukan yang baik. Setelah mencetak 13 lapis, lebar tepi atas adalah 16,58 mm, lebar tepi bawah adalah 19,65 mm, dan rasio atas-bawah (perbandingan lebar tepi atas dengan lebar tepi bawah) adalah 0,84. Penyimpangan dimensi kecil. Oleh karena itu, pencetakan telah diverifikasi bahwa penggabungan HPMC dapat meningkatkan kemampuan cetak mortar secara signifikan. Fluiditas mortar memiliki kemampuan ekstrusi dan penumpukan yang baik pada 160~170 mm; tingkat retensi bentuk kurang dari 70 % mengalami deformasi parah dan tidak dapat memenuhi persyaratan pencetakan.
1.2Pengaruh HPMC pada sifat reologi mortar pencetakan 3D
Viskositas nyata pulp murni pada kandungan HPMC yang berbeda diberikan: dengan meningkatnya laju geser, viskositas nyata pulp murni menurun, dan fenomena penipisan geser terjadi pada kandungan HPMC tinggi. Hal ini lebih jelas. Rantai molekul HPMC tidak teratur dan menunjukkan viskositas lebih tinggi pada laju geser rendah; tetapi pada laju geser yang tinggi, molekul HPMC bergerak secara paralel dan teratur sepanjang arah geser, membuat molekul lebih mudah untuk meluncur, sehingga tabel Viskositas bubur relatif rendah. Ketika laju geser lebih besar dari 5,0 s-1, viskositas nyata P-H0 dalam kelompok kosong pada dasarnya stabil dalam 5 Pa s; sedangkan viskositas bubur meningkat setelah HPMC ditambahkan, dan dicampur dengan HPMC. Penambahan HPMC meningkatkan gesekan internal antara partikel semen, yang meningkatkan viskositas pasta, dan kinerja makroskopisnya adalah kemampuan ekstrudabilitas mortar pencetakan 3D menurun.
Hubungan antara tegangan geser dan laju geser bubur murni dalam uji reologi dicatat, dan model Bingham digunakan untuk menyesuaikan hasilnya. Hasilnya ditunjukkan pada Gambar 8 dan Tabel 3. Ketika kandungan HPMC adalah 0,30%, laju geser selama pengujian lebih besar dari 32,5 Ketika viskositas bubur melebihi kisaran instrumen pada s-1, data yang sesuai poin tidak dapat dikumpulkan. Umumnya, area yang dikelilingi oleh kurva naik dan turun pada tahap stabil (10,0~50,0 s-1) digunakan untuk mengkarakterisasi tiksotropi bubur [21, 33]. Thixotropy mengacu pada properti bahwa bubur memiliki fluiditas yang besar di bawah aksi gaya geser eksternal, dan dapat kembali ke keadaan semula setelah aksi geser dibatalkan. Tiksotropi yang tepat sangat penting untuk kemampuan cetak mortar. Terlihat pada Gambar 8 luas daerah tiksotropik kelompok blanko tanpa HPMC hanya sebesar 116,55 Pa/s; setelah penambahan 0,10% HPMC, area tiksotropik pasta bersih meningkat secara signifikan menjadi 1.800,38 Pa/s; Dengan bertambahnya , luas tiksotropik pada pasta berkurang, namun masih 10 kali lebih tinggi dibandingkan pada kelompok blanko. Dari perspektif tiksotropi, penggabungan HPMC sangat meningkatkan kemampuan cetak mortar.
Agar mortar dapat mempertahankan bentuknya setelah ekstrusi dan menahan beban lapisan ekstrusi berikutnya, mortar harus mempunyai tegangan luluh yang lebih tinggi. Dapat dilihat dari Tabel 3 bahwa tegangan luluh τ0 dari bubur bersih meningkat secara signifikan setelah penambahan HPMC, dan serupa dengan HPMC. Isi HPMC berkorelasi positif; ketika kandungan HPMC adalah 0,10%, 0,20%, dan 0,30%, tegangan leleh pasta bersih masing-masing meningkat menjadi 8,6, 23,7, dan 31,8 kali lipat dari kelompok kosong; viskositas plastik μ juga meningkat seiring dengan meningkatnya kandungan HPMC. Pencetakan 3D mensyaratkan bahwa viskositas plastik mortar tidak boleh terlalu kecil, jika tidak, deformasi setelah ekstrusi akan besar; pada saat yang sama, viskositas plastik yang sesuai harus dipertahankan untuk memastikan konsistensi ekstrusi material. Singkatnya, dari sudut pandang reologi, Penggabungan HPMC mempunyai efek positif terhadap peningkatan kemampuan tumpukan mortar pencetakan 3D. Setelah menggunakan HPMC, pasta murni masih sesuai dengan model reologi Bingham, dan goodness of fit R2 tidak lebih rendah dari 0,99.
1.3Pengaruh HPMC terhadap sifat mekanik mortar pencetakan 3D
kuat tekan 28 d dan kuat lentur mortar cetak 3D. Dengan meningkatnya konten HPMC, kekuatan tekan dan lentur mortar cetak 3D 28 hari menurun; bila kadar HPMC mencapai 0,30% maka kuat tekan 28 hari dan kuat lentur masing-masing sebesar 30,3 dan 7,3 MPa. Penelitian telah menunjukkan bahwa HPMC memiliki efek pemasukan udara tertentu, dan jika kandungannya terlalu tinggi, porositas internal mortar akan meningkat secara signifikan; Resistensi difusi meningkat dan sulit untuk melepaskan semuanya. Oleh karena itu, peningkatan porositas mungkin menjadi penyebab penurunan kekuatan mortar cetak 3D yang disebabkan oleh HPMC.
Proses pencetakan laminasi yang unik pada pencetakan 3D menyebabkan adanya area lemah dalam struktur dan sifat mekanik antara lapisan yang berdekatan, dan kekuatan ikatan antar lapisan memiliki pengaruh yang besar terhadap kekuatan keseluruhan komponen cetakan. Untuk spesimen mortar pencetakan 3D yang dicampur dengan 0,20% HPMC M-H0.20 dipotong, dan kekuatan ikatan antarlapis diuji dengan metode pemisahan antarlapis. Kekuatan ikatan antar lapisan ketiga bagian tersebut lebih tinggi dari 1,3 MPa; dan bila jumlah lapisannya sedikit, kekuatan ikatan antarlapisannya sedikit lebih tinggi. Alasannya mungkin karena, di satu sisi, gravitasi lapisan atas membuat lapisan bawah terikat lebih erat; sebaliknya, permukaan mortar mungkin memiliki lebih banyak kelembapan saat mencetak lapisan bawah, sedangkan kelembapan permukaan mortar berkurang karena penguapan dan hidrasi saat mencetak lapisan atas, sehingga ikatan antar lapisan bawah lebih kuat.
1.4Pengaruh HPMC terhadap Mikromorfologi Mortar Cetak 3D
Gambar SEM spesimen M-H0 dan M-H0.20 pada umur 3 hari menunjukkan bahwa pori-pori permukaan spesimen M-H0.20 meningkat secara signifikan setelah penambahan HPMC 0,20%, dan ukuran pori lebih besar dibandingkan dengan spesimen M-H0.20. kelompok kosong. Hal ini Di satu sisi, karena HPMC memiliki efek pemasukan udara, yang menghasilkan pori-pori yang seragam dan halus; sebaliknya penambahan HPMC dapat meningkatkan viskositas slurry, sehingga meningkatkan ketahanan pelepasan udara di dalam slurry. Peningkatan tersebut mungkin menjadi penyebab utama penurunan sifat mekanik mortar. Singkatnya, untuk memastikan kekuatan mortar pencetakan 3D, kandungan HPMC tidak boleh terlalu besar (≤ 0,20%).
Kesimpulannya
(1) Hidroksipropil metilselulosa HPMC meningkatkan kemampuan cetak mortar. Dengan meningkatnya kandungan HPMC, kemampuan ekstrudabilitas mortar menurun tetapi masih memiliki kemampuan ekstrudabilitas yang baik, kemampuan tumpukan meningkat, dan waktu pencetakan diperpanjang. Telah diverifikasi dengan mencetak bahwa deformasi lapisan bawah mortar berkurang setelah penambahan HPMC, dan rasio atas-bawah adalah 0,84 ketika kandungan HPMC 0,20%.
(2) HPMC meningkatkan sifat reologi mortar pencetakan 3D. Dengan meningkatnya kandungan HPMC, viskositas nyata, tegangan luluh dan viskositas plastik dari bubur meningkat; tiksotropi mula-mula meningkat dan kemudian menurun, dan diperoleh kemampuan cetak. Peningkatan. Dari segi reologi, penambahan HPMC juga dapat meningkatkan kemampuan cetak mortar. Setelah ditambahkan HPMC, slurry masih sesuai dengan model reologi Bingham, dan goodness of fit R2≥0.99.
(3) Setelah penambahan HPMC, struktur mikro dan pori-pori material bertambah. Disarankan agar kandungan HPMC tidak melebihi 0,20%, jika tidak maka akan berdampak besar pada sifat mekanik mortar. Kekuatan ikatan antara berbagai lapisan mortar pencetakan 3D sedikit berbeda, dan jumlah lapisannya semakin rendah, kekuatan ikatan antar lapisan mortar semakin tinggi.
Waktu posting: 27 Sep-2022