O efeito do HPMC na argamassa de impressão 3D

1.1Influência do HPMC na printabilidade de argamassas de impressão 3D

1.1.1O efeito do HPMC na extrusabilidade de argamassas de impressão 3D

O grupo branco M-H0 sem HPMC e os grupos de teste com conteúdo de HPMC de 0,05%, 0,10%, 0,20% e 0,30% foram deixados em repouso por diferentes períodos de tempo e então a fluidez foi testada. Verifica-se que a incorporação de HPMC reduzirá significativamente a fluidez da argamassa; quando o teor de HPMC é aumentado gradativamente de 0% para 0,30%, a fluidez inicial da argamassa diminui de 243 mm para 206, 191, 167 e 160 mm, respectivamente. HPMC é um polímero de alto peso molecular. Eles podem ser emaranhados entre si para formar uma estrutura de rede, e a coesão da pasta de cimento pode ser aumentada encapsulando componentes como Ca(OH) 2. Macroscopicamente, a coesão da argamassa é melhorada. Com o prolongamento do tempo de repouso, o grau de hidratação da argamassa aumenta. aumentado, a fluidez perdida com o tempo. A fluidez do grupo branco M-H0 sem HPMC diminuiu rapidamente. No grupo experimental com 0,05%, 0,10%, 0,20% e 0,30% de HPMC, o grau de diminuição da fluidez diminuiu com o tempo, e a fluidez da argamassa após 60 min de repouso foi de 180, 177, 164 e 155 mm, respectivamente . A fluidez é 87,3%, 92,7%, 98,2%, 96,8%. A incorporação de HPMC pode melhorar significativamente a capacidade de retenção da fluidez da argamassa, que se deve à combinação de HPMC e moléculas de água; por outro lado, o HPMC pode formar um filme semelhante. Possui estrutura em rede e envolve o cimento, o que reduz efetivamente a volatilização da água na argamassa e tem certo desempenho de retenção de água. Vale ressaltar que quando o teor de HPMC é de 0,20%, a capacidade de retenção da fluidez da argamassa atinge o nível mais alto.

A fluidez da argamassa de impressão 3D misturada com diferentes quantidades de HPMC é de 160~206 mm. Devido aos diferentes parâmetros da impressora, as faixas recomendadas de fluidez obtidas por diferentes pesquisadores são diferentes, como 150~190 mm, 160~170 mm. Na Figura 3, pode-se observar intuitivamente que a fluidez da argamassa de impressão 3D misturada com HPMC está em sua maioria dentro da faixa recomendada, principalmente quando o teor de HPMC é de 0,20%, a fluidez da argamassa em 60 minutos está dentro a faixa recomendada, que satisfaça a fluidez e empilhabilidade adequadas. Portanto, embora a fluidez da argamassa com quantidade adequada de HPMC seja reduzida, o que leva à diminuição da extrusabilidade, ela ainda apresenta boa extrusabilidade, que está dentro da faixa recomendada.

1.1.2O efeito do HPMC na empilhabilidade de argamassas de impressão 3D

No caso de não utilização de gabarito, o tamanho da taxa de retenção de forma sob peso próprio depende da tensão de escoamento do material, que está relacionada à coesão interna entre a pasta e o agregado. É fornecida a retenção da forma de argamassas de impressão 3D com diferentes conteúdos de HPMC. A taxa de mudança com o tempo de repouso. Após a adição de HPMC, a taxa de retenção de forma da argamassa é melhorada, especialmente na fase inicial e em repouso durante 20 min. No entanto, com o prolongamento do tempo de repouso, o efeito de melhoria do HPMC na taxa de retenção de forma da argamassa enfraqueceu gradualmente, o que se deveu principalmente ao aumento significativo da taxa de retenção. Após 60 minutos de repouso, apenas 0,20% e 0,30% de HPMC podem melhorar a taxa de retenção de forma da argamassa.

Os resultados do teste de resistência à penetração da argamassa de impressão 3D com diferentes teores de HPMC são mostrados na Figura 5. Pode-se observar na Figura 5 que a resistência à penetração geralmente aumenta com o prolongamento do tempo de repouso, o que se deve principalmente ao fluxo do pasta durante o processo de hidratação do cimento. Gradualmente evoluiu para um sólido rígido; nos primeiros 80 min, a incorporação de HPMC aumentou a resistência à penetração, e com o aumento do teor de HPMC, a resistência à penetração aumentou. Quanto maior a resistência à penetração, maior a deformação do material devido à carga aplicada, maior será a resistência do HPMC, o que indica que o HPMC pode melhorar o empilhamento inicial da argamassa de impressão 3D. Como as ligações hidroxila e éter na cadeia polimérica do HPMC são facilmente combinadas com a água por meio de ligações de hidrogênio, resultando na redução gradual da água livre e no aumento da conexão entre as partículas, a força de atrito aumenta, de modo que a resistência à penetração inicial se torna maior. Após repouso por 80 minutos, devido à hidratação do cimento, a resistência à penetração do grupo branco sem HPMC aumentou rapidamente, enquanto a resistência à penetração do grupo de teste com HPMC aumentou. A taxa não mudou significativamente até cerca de 160 minutos de repouso. Segundo Chen et al., isso ocorre principalmente porque o HPMC forma uma película protetora ao redor das partículas de cimento, o que prolonga o tempo de pega; Pourchez et al. Conjecturou-se que isso se deve principalmente à fibra. Produtos simples de degradação de éteres (como carboxilatos) ou grupos metoxilas podem retardar a hidratação do cimento, retardando a formação de Ca(OH)2. Vale ressaltar que, para evitar que o desenvolvimento da resistência à penetração seja afetado pela evaporação da água na superfície do corpo de prova, este experimento foi realizado nas mesmas condições de temperatura e umidade. No geral, o HPMC pode efetivamente melhorar a empilhabilidade da argamassa de impressão 3D no estágio inicial, atrasar a coagulação e prolongar o tempo de impressão da argamassa de impressão 3D.

Entidade de argamassa de impressão 3D (comprimento 200 mm × largura 20 mm × espessura da camada 8 mm): O grupo em branco sem HPMC estava gravemente deformado, colapsado e apresentava problemas de sangramento ao imprimir a sétima camada; A argamassa do grupo M-H0.20 apresenta boa empilhabilidade. Depois de imprimir 13 camadas, a largura da borda superior é de 16,58 mm, a largura da borda inferior é de 19,65 mm e a proporção de cima para baixo (a proporção entre a largura da borda superior e a largura da borda inferior) é de 0,84. O desvio dimensional é pequeno. Portanto, foi verificado por impressão que a incorporação de HPMC pode melhorar significativamente a capacidade de impressão da argamassa. A fluidez da argamassa tem boa extrusabilidade e empilhabilidade em 160 ~ 170 mm; a taxa de retenção de forma é inferior a 70% está seriamente deformada e não pode atender aos requisitos de impressão.

1.2Influência do HPMC nas propriedades reológicas de argamassas de impressão 3D

A viscosidade aparente da polpa pura sob diferentes teores de HPMC é dada: com o aumento da taxa de cisalhamento, a viscosidade aparente da polpa pura diminui e o fenômeno de afinamento por cisalhamento ocorre sob alto teor de HPMC. É mais óbvio. A cadeia molecular da HPMC está desordenada e apresenta maior viscosidade em baixa taxa de cisalhamento; mas em alta taxa de cisalhamento, as moléculas de HPMC se movem paralelamente e ordenadamente ao longo da direção de cisalhamento, tornando as moléculas mais fáceis de deslizar, de modo que a tabela A viscosidade aparente da pasta é relativamente baixa. Quando a taxa de cisalhamento é superior a 5,0 s-1, a viscosidade aparente de P-H0 no grupo branco é basicamente estável dentro de 5 Pa s; enquanto a viscosidade aparente da pasta aumenta após a adição de HPMC e ela é misturada com HPMC. A adição de HPMC aumenta o atrito interno entre as partículas de cimento, o que aumenta a viscosidade aparente da pasta, e o desempenho macroscópico é que diminui a extrusabilidade da argamassa de impressão 3D.

A relação entre a tensão de cisalhamento e a taxa de cisalhamento da pasta pura no teste reológico foi registrada, e o modelo de Bingham foi utilizado para ajustar os resultados. Os resultados são mostrados na Figura 8 e na Tabela 3. Quando o teor de HPMC foi de 0,30%, a taxa de cisalhamento durante o teste foi superior a 32,5. Quando a viscosidade da pasta excede a faixa do instrumento em s-1, os dados correspondentes os pontos não podem ser coletados. Geralmente, a área delimitada pelas curvas ascendentes e descendentes no estágio estável (10,0 ~ 50,0 s-1) é usada para caracterizar a tixotropia da pasta [21, 33]. Tixotropia refere-se à propriedade de a pasta apresentar grande fluidez sob a ação da força de cisalhamento externa, podendo retornar ao seu estado original após o cancelamento da ação de cisalhamento. A tixotropia adequada é muito importante para a capacidade de impressão da argamassa. Pode-se observar na Figura 8 que a área tixotrópica do grupo branco sem HPMC foi de apenas 116,55 Pa/s; após adição de 0,10% de HPMC, a área tixotrópica da pasta líquida aumentou significativamente para 1.800,38 Pa/s; Com o aumento de , a área tixotrópica da pasta diminuiu, mas ainda foi 10 vezes maior que a do grupo branco. Do ponto de vista da tixotropia, a incorporação de HPMC melhorou muito a capacidade de impressão da argamassa.

Para que a argamassa mantenha a sua forma após a extrusão e resista à carga da camada extrudida subsequente, a argamassa necessita de ter uma tensão de escoamento superior. Pode-se observar na Tabela 3 que a tensão de escoamento τ0 da pasta líquida é significativamente melhorada após a adição de HPMC e é semelhante ao HPMC. O conteúdo do HPMC está positivamente correlacionado; quando o teor de HPMC é 0,10%, 0,20% e 0,30%, a tensão de escoamento da pasta líquida aumenta para 8,6, 23,7 e 31,8 vezes a do grupo branco, respectivamente; a viscosidade plástica μ também aumenta com o aumento do teor de HPMC. A impressão 3D exige que a viscosidade plástica da argamassa não seja muito pequena, caso contrário a deformação após a extrusão será grande; ao mesmo tempo, uma viscosidade plástica adequada deve ser mantida para garantir a consistência da extrusão do material. Em resumo, do ponto de vista da reologia, a incorporação da HPMC tem um efeito positivo na melhoria do empilhamento da argamassa de impressão 3D. Depois de incorporar HPMC, a pasta pura ainda está em conformidade com o modelo reológico de Bingham e a qualidade de ajuste R2 não é inferior a 0,99.

1.3O efeito do HPMC nas propriedades mecânicas da argamassa de impressão 3D

Resistência à compressão de 28 d e resistência à flexão de argamassa de impressão 3D. Com o aumento do teor de HPMC, a resistência à compressão e flexão de 28 d da argamassa de impressão 3D diminuiu; quando o teor de HPMC atingiu 0,30%, a resistência à compressão de 28 d e as resistências à flexão são de 30,3 e 7,3 MPa, respectivamente. Estudos têm demonstrado que o HPMC tem um certo efeito incorporador de ar e, se o seu teor for muito elevado, a porosidade interna da argamassa aumentará significativamente; A resistência à difusão aumenta e é difícil descarregar tudo. Portanto, o aumento da porosidade pode ser o motivo da diminuição da resistência da argamassa de impressão 3D causada pelo HPMC.

O processo exclusivo de moldagem por laminação da impressão 3D leva à existência de áreas fracas na estrutura e nas propriedades mecânicas entre as camadas adjacentes, e a força de ligação entre as camadas tem uma grande influência na resistência geral do componente impresso. Para impressão 3D, amostras de argamassa misturadas com 0,20% de HPMC M-H0.20 foram cortadas e a resistência da união entre camadas foi testada pelo método de divisão entre camadas. A resistência de união intercamadas das três partes foi superior a 1,3 MPa; e quando o número de camadas era baixo, a resistência de ligação intercamadas era ligeiramente maior. A razão pode ser que, por um lado, a gravidade da camada superior torna as camadas inferiores mais densamente ligadas; por outro lado, a superfície da argamassa pode ter mais umidade na impressão da camada inferior, enquanto a umidade superficial da argamassa é reduzida devido à evaporação e hidratação na impressão da camada superior, de modo que a ligação entre as camadas inferiores é mais forte.

1.4Efeito do HPMC na micromorfologia da argamassa de impressão 3D

As imagens SEM das amostras M-H0 e M-H0.20 com 3 dias de idade mostram que os poros superficiais das amostras M-H0.20 aumentam significativamente após a adição de 0,20% de HPMC, e o tamanho dos poros é maior que o de o grupo em branco. Por um lado, isso ocorre porque o HPMC tem um efeito incorporador de ar, que introduz poros finos e uniformes; por outro lado, pode ser que a adição de HPMC aumente a viscosidade da pasta, aumentando assim a resistência à descarga do ar dentro da pasta. O aumento pode ser o principal motivo da diminuição das propriedades mecânicas da argamassa. Resumindo, para garantir a resistência da argamassa de impressão 3D, o teor de HPMC não deve ser muito grande (≤ 0,20%).

Para concluir

(1) Hidroxipropilmetilcelulose HPMC melhora a capacidade de impressão da argamassa. Com o aumento do teor de HPMC, a extrusabilidade da argamassa diminui, mas ainda apresenta boa extrusabilidade, a empilhabilidade é melhorada e o tempo de impressão é prolongado. Verificou-se por impressão que a deformação da camada inferior da argamassa é reduzida após a adição de HPMC, e a relação topo-fundo é de 0,84 quando o teor de HPMC é de 0,20%.

(2) HPMC melhora as propriedades reológicas da argamassa de impressão 3D. Com o aumento do teor de HPMC, a viscosidade aparente, o limite de escoamento e a viscosidade plástica da pasta aumentam; a tixotropia primeiro aumenta e depois diminui, e a capacidade de impressão é obtida. Melhoria. Do ponto de vista da reologia, a adição de HPMC também pode melhorar a capacidade de impressão da argamassa. Depois de adicionar HPMC, a pasta ainda está em conformidade com o modelo reológico de Bingham e a qualidade do ajuste R2≥0,99.

(3) Após a adição de HPMC, a microestrutura e os poros do material aumentam. Recomenda-se que o teor de HPMC não ultrapasse 0,20%, caso contrário terá grande impacto nas propriedades mecânicas da argamassa. A resistência de ligação entre as diferentes camadas da argamassa de impressão 3D é ligeiramente diferente, e o número de camadas Quando é menor, a resistência de ligação entre as camadas de argamassa é maior.