L'effetto di HPMC sulla malta per stampa 3D

1.1Influenza di HPMC sulla stampabilità delle malte per stampa 3D

1.1.1L'effetto di HPMC sull'estrusione delle malte per stampa 3D

Il gruppo vuoto M-H0 senza HPMC e i gruppi di prova con un contenuto di HPMC dello 0,05%, 0,10%, 0,20% e 0,30% sono stati lasciati riposare per periodi di tempo diversi, quindi è stata testata la fluidità. Si può notare che l'incorporazione di HPMC ridurrà notevolmente la fluidità della malta; aumentando gradualmente il contenuto di HPMC dallo 0% allo 0,30%, la fluidità iniziale della malta diminuisce rispettivamente da 243 mm a 206, 191, 167 e 160 mm. HPMC è un polimero ad alto peso molecolare. Possono essere intrecciati tra loro per formare una struttura a rete e la coesione della sospensione cementizia può essere aumentata incapsulando componenti come Ca(OH) 2. Macroscopicamente, la coesione della malta viene migliorata. Con il prolungarsi del tempo di riposo aumenta il grado di idratazione della malta. aumentata, la fluidità persa nel tempo. La fluidità del gruppo bianco M-H0 senza HPMC è diminuita rapidamente. Nel gruppo sperimentale con HPMC allo 0,05%, 0,10%, 0,20% e 0,30%, il grado di diminuzione della fluidità è diminuito con il tempo e la fluidità della malta dopo essere rimasta ferma per 60 minuti è stata rispettivamente di 180, 177, 164 e 155 mm . La fluidità è 87,3%, 92,7%, 98,2%, 96,8%. L'incorporazione di HPMC può migliorare significativamente la capacità di ritenzione della fluidità della malta, dovuta alla combinazione di HPMC e molecole di acqua; d'altra parte, HPMC può formare una pellicola simile. Ha una struttura a rete e avvolge il cemento, che riduce efficacemente la volatilizzazione dell'acqua nella malta e ha una certa prestazione di ritenzione idrica. Vale la pena notare che quando il contenuto di HPMC è dello 0,20%, la capacità di ritenzione della fluidità della malta raggiunge il massimo livello.

La fluidità della malta per stampa 3D miscelata con diverse quantità di HPMC è di 160~206 mm. A causa dei diversi parametri della stampante, gli intervalli di fluidità consigliati ottenuti da diversi ricercatori sono diversi, ad esempio 150~190 mm, 160~170 mm. Dalla Figura 3 si può vedere intuitivamente che la fluidità della malta per stampa 3D miscelata con HPMC rientra per lo più nell'intervallo consigliato, soprattutto quando il contenuto di HPMC è dello 0,20%, la fluidità della malta entro 60 minuti rientra la gamma consigliata, che soddisfa la fluidità e l'impilabilità adeguate. Pertanto, nonostante la fluidità della malta con una quantità adeguata di HPMC sia ridotta, il che porta ad una diminuzione dell'estrusione, essa presenta comunque una buona estrudibilità, che rientra nell'intervallo consigliato.

1.1.2L’effetto di HPMC sull’impilabilità delle malte per stampa 3D

Nel caso in cui non si utilizzi una dima, l’entità del tasso di mantenimento della forma sotto il peso proprio dipende dal carico di snervamento del materiale, che è correlato alla coesione interna tra il liquame e l’aggregato. Viene fornita la ritenzione della forma delle malte per stampa 3D con diversi contenuti HPMC. Il tasso di cambiamento con il tempo di permanenza. Dopo l'aggiunta di HPMC, il tasso di mantenimento della forma della malta risulta migliorato, soprattutto nella fase iniziale e con una permanenza di 20 minuti. Tuttavia, con l'estensione del tempo di riposo, l'effetto migliorativo dell'HPMC sul tasso di ritenzione della forma della malta si è gradualmente indebolito, principalmente a causa del fatto che il tasso di ritenzione aumenta in modo significativo. Dopo aver lasciato riposare per 60 minuti, solo lo 0,20% e lo 0,30% di HPMC possono migliorare il tasso di mantenimento della forma della malta.

I risultati del test di resistenza alla penetrazione della malta per stampa 3D con diversi contenuti di HPMC sono mostrati nella Figura 5. Dalla Figura 5 si può vedere che la resistenza alla penetrazione generalmente aumenta con l'estensione del tempo di riposo, che è principalmente dovuto al flusso del liquami durante il processo di idratazione del cemento. Si è evoluto gradualmente in un solido rigido; nei primi 80 minuti, l'incorporazione di HPMC ha aumentato la resistenza alla penetrazione e, con l'aumento del contenuto di HPMC, la resistenza alla penetrazione è aumentata. Maggiore è la resistenza alla penetrazione, la deformazione del materiale dovuta al carico applicato, maggiore è la resistenza dell'HPMC, il che indica che HPMC può migliorare l'impilabilità iniziale della malta per stampa 3D. Poiché i legami ossidrile ed etere sulla catena polimerica dell'HPMC si combinano facilmente con l'acqua attraverso legami idrogeno, con conseguente riduzione graduale dell'acqua libera e aumento della connessione tra le particelle, la forza di attrito aumenta, quindi la resistenza alla penetrazione iniziale diventa maggiore. Dopo essere rimasti in piedi per 80 minuti, a causa dell'idratazione del cemento, la resistenza alla penetrazione del gruppo grezzo senza HPMC è aumentata rapidamente, mentre la resistenza alla penetrazione del gruppo di prova con HPMC è aumentata. La velocità non è cambiata in modo significativo fino a circa 160 minuti di permanenza in piedi. Secondo Chen et al., ciò è dovuto principalmente al fatto che HPMC forma una pellicola protettiva attorno alle particelle di cemento, che prolunga il tempo di presa; Pourchez et al. hanno ipotizzato che ciò sia dovuto principalmente alle fibre. I semplici prodotti di degradazione degli eteri (come i carbossilati) o i gruppi metossilici possono ritardare l'idratazione del cemento ritardando la formazione di Ca(OH)2. È opportuno notare che, per evitare che lo sviluppo della resistenza alla penetrazione venga influenzato dall'evaporazione dell'acqua sulla superficie del provino, questo esperimento è stato condotto nelle stesse condizioni di temperatura e umidità. Nel complesso, HPMC può migliorare efficacemente l'impilabilità della malta per stampa 3D nella fase iniziale, ritardare la coagulazione e prolungare il tempo stampabile della malta per stampa 3D.

Entità di malta per stampa 3D (lunghezza 200 mm × larghezza 20 mm × spessore dello strato 8 mm): il gruppo vuoto senza HPMC era gravemente deformato, collassato e presentava problemi di sanguinamento durante la stampa del settimo strato; La malta del gruppo M-H0.20 ha una buona impilabilità. Dopo aver stampato 13 strati, la larghezza del bordo superiore è 16,58 mm, la larghezza del bordo inferiore è 19,65 mm e il rapporto dall'alto al basso (il rapporto tra la larghezza del bordo superiore e la larghezza del bordo inferiore) è 0,84. La deviazione dimensionale è piccola. Pertanto, è stato verificato mediante stampa che l'incorporazione di HPMC può migliorare significativamente la stampabilità della malta. La fluidità della malta ha una buona estrudibilità e impilabilità a 160~170 mm; il tasso di mantenimento della forma è inferiore al 70% è gravemente deformato e non può soddisfare i requisiti di stampa.

1.2Influenza dell'HPMC sulle proprietà reologiche delle malte per stampa 3D

Viene fornita la viscosità apparente della pasta pura con diversi contenuti di HPMC: con l'aumento della velocità di taglio, la viscosità apparente della pasta pura diminuisce e il fenomeno dell'assottigliamento al taglio avviene con un elevato contenuto di HPMC. È più ovvio. La catena molecolare dell'HPMC è disordinata e mostra una maggiore viscosità a un basso shear rate; ma a una velocità di taglio elevata, le molecole HPMC si muovono in parallelo e in modo ordinato lungo la direzione di taglio, rendendo le molecole più facili da scivolare, quindi la tabella La viscosità apparente dell'impasto liquido è relativamente bassa. Quando la velocità di taglio è maggiore di 5,0 s-1, la viscosità apparente di P-H0 nel gruppo bianco è sostanzialmente stabile entro 5 Pa s; mentre la viscosità apparente dell'impasto liquido aumenta dopo l'aggiunta di HPMC e viene miscelato con HPMC. L’aggiunta di HPMC aumenta l’attrito interno tra le particelle di cemento, che aumenta la viscosità apparente della pasta, e la prestazione macroscopica è che l’estrusione della malta per stampa 3D diminuisce.

È stata registrata la relazione tra lo sforzo di taglio e la velocità di taglio del liquame puro nel test reologico e per adattare i risultati è stato utilizzato il modello Bingham. I risultati sono mostrati nella Figura 8 e nella Tabella 3. Quando il contenuto di HPMC era dello 0,30%, la velocità di taglio durante il test era maggiore di 32,5. Quando la viscosità dell'impasto liquido supera l'intervallo dello strumento a s-1, i dati corrispondenti non è possibile raccogliere punti. Generalmente, l'area racchiusa dalle curve di salita e di discesa nella fase stabile (10,0~50,0 s-1) viene utilizzata per caratterizzare la tixotropia del liquame [21, 33]. La tixotropia si riferisce alla proprietà per cui il liquame ha una grande fluidità sotto l'azione della forza di taglio esterna e può tornare al suo stato originale dopo che l'azione di taglio è stata annullata. Una tissotropia adeguata è molto importante per la stampabilità della malta. Dalla Figura 8 si può vedere che l'area tixotropica del gruppo bianco senza HPMC era solo 116,55 Pa/s; dopo aver aggiunto lo 0,10% di HPMC, l'area tixotropica della pasta netta è aumentata significativamente fino a 1.800,38 Pa/s; All'aumentare di , l'area tixotropica della pasta diminuiva, ma era comunque 10 volte superiore a quella del gruppo bianco. Dal punto di vista della tixotropia, l’incorporazione di HPMC ha notevolmente migliorato la stampabilità della malta.

Affinché la malta mantenga la sua forma dopo l'estrusione e possa sopportare il carico del successivo strato estruso, è necessario che la malta abbia un carico di snervamento maggiore. Dalla Tabella 3 si può vedere che il carico di snervamento τ0 dell'impasto liquido netto migliora significativamente dopo l'aggiunta di HPMC ed è simile a HPMC. Il contenuto di HPMC è correlato positivamente; quando il contenuto di HPMC è 0,10%, 0,20% e 0,30%, il carico di snervamento della pasta netta aumenta rispettivamente a 8,6, 23,7 e 31,8 volte quello del gruppo bianco; anche la viscosità plastica μ aumenta all'aumentare del contenuto di HPMC. La stampa 3D richiede che la viscosità plastica della malta non sia troppo piccola, altrimenti la deformazione dopo l'estrusione sarà grande; allo stesso tempo, è necessario mantenere un'adeguata viscosità plastica per garantire la consistenza dell'estrusione del materiale. In sintesi, dal punto di vista della reologia, l'incorporazione di HPMC ha un effetto positivo sul miglioramento dell'impilabilità della malta per stampa 3D. Dopo aver incorporato HPMC, la pasta pura è ancora conforme al modello reologico di Bingham e la bontà dell'adattamento R2 non è inferiore a 0,99.

1.3L’effetto dell’HPMC sulle proprietà meccaniche della malta per stampa 3D

Resistenza alla compressione e alla flessione di 28 d della malta per stampa 3D. Con l’aumento del contenuto di HPMC, la resistenza alla compressione e alla flessione di 28 d della malta per stampa 3D è diminuita; quando il contenuto di HPMC raggiunge lo 0,30%, la resistenza alla compressione a 28 d e la resistenza alla flessione sono rispettivamente 30,3 e 7,3 MPa. Gli studi hanno dimostrato che l'HPMC ha un certo effetto aerante e, se il suo contenuto è troppo elevato, la porosità interna della malta aumenterà in modo significativo; La resistenza alla diffusione aumenta ed è difficile scaricarli tutti. Pertanto, l’aumento della porosità potrebbe essere la ragione della diminuzione della resistenza della malta per stampa 3D causata dall’HPMC.

L'esclusivo processo di stampaggio a laminazione della stampa 3D porta all'esistenza di aree deboli nella struttura e nelle proprietà meccaniche tra gli strati adiacenti e la forza di legame tra gli strati ha una grande influenza sulla resistenza complessiva del componente stampato. Per la stampa 3D sono stati tagliati campioni di malta miscelati con HPMC M-H0.20 allo 0,20% e la forza del legame interstrato è stata testata mediante il metodo di divisione dell'interstrato. La forza del legame interstrato delle tre parti era superiore a 1,3 MPa; e quando il numero di strati era basso, la forza del legame tra gli strati era leggermente superiore. La ragione potrebbe essere che, da un lato, la gravità dello strato superiore rende gli strati inferiori più densamente legati; D'altro canto, la superficie della malta potrebbe avere più umidità durante la stampa dello strato inferiore, mentre l'umidità superficiale della malta si riduce a causa dell'evaporazione e dell'idratazione durante la stampa dello strato superiore, quindi il legame tra gli strati inferiori è più forte.

1.4Effetto dell'HPMC sulla micromorfologia della malta per stampa 3D

Le immagini SEM dei campioni M-H0 e M-H0.20 all'età di 3 giorni mostrano che i pori superficiali dei campioni M-H0.20 sono significativamente aumentati dopo l'aggiunta dello 0,20% di HPMC e la dimensione dei pori è maggiore di quella dei campioni M-H0 e M-H0.20 all'età di 3 giorni. il gruppo vuoto. Ciò è dovuto, da un lato, al fatto che l'HPMC ha un effetto aerante, che introduce pori uniformi e fini; d'altra parte, può darsi che l'aggiunta di HPMC aumenti la viscosità dell'impasto liquido, aumentando così la resistenza allo scarico dell'aria all'interno dell'impasto liquido. L'aumento può essere la ragione principale della diminuzione delle proprietà meccaniche della malta. Per riassumere, al fine di garantire la resistenza della malta per stampa 3D, il contenuto di HPMC non dovrebbe essere troppo grande (≤ 0,20%).

Insomma

(1) L'idrossipropilmetilcellulosa HPMC migliora la stampabilità della malta. Con l'aumento del contenuto di HPMC l'estrusione della malta diminuisce ma ha comunque una buona estrudibilità, l'impilabilità è migliorata ed il tempo di stampabilità è prolungato. È stato verificato mediante stampa che la deformazione dello strato inferiore della malta si riduce dopo l'aggiunta di HPMC, e il rapporto alto-basso è 0,84 quando il contenuto di HPMC è 0,20%.

(2) HPMC migliora le proprietà reologiche della malta per stampa 3D. Con l'aumento del contenuto di HPMC, aumentano la viscosità apparente, il limite di snervamento e la viscosità plastica dell'impasto liquido; la tissotropia prima aumenta e poi diminuisce e si ottiene la stampabilità. Miglioramento. Dal punto di vista reologico, l’aggiunta di HPMC può anche migliorare la stampabilità della malta. Dopo aver aggiunto HPMC, l'impasto liquido è ancora conforme al modello reologico di Bingham e alla bontà dell'adattamento R2≥0,99.

(3) Dopo l'aggiunta di HPMC, la microstruttura e i pori del materiale aumentano. Si raccomanda che il contenuto di HPMC non superi lo 0,20%, altrimenti avrà un grande impatto sulle proprietà meccaniche della malta. La forza di adesione tra i diversi strati della malta per stampa 3D è leggermente diversa e il numero di strati. Quando è inferiore, la forza di adesione tra gli strati di malta è maggiore.