Ang epekto ng HPMC sa 3D printing mortar

1.1Impluwensya ng HPMC sa printability ng 3D printing mortar

1.1.1Ang epekto ng HPMC sa extrudability ng 3D printing mortar

Ang blangkong pangkat na M-H0 na walang HPMC at ang mga pangkat ng pagsubok na may nilalamang HPMC na 0.05%, 0.10%, 0.20%, at 0.30% ay pinahintulutang tumayo para sa iba't ibang yugto ng panahon, at pagkatapos ay sinubukan ang pagkalikido. Ito ay makikita na ang pagsasama ng HPMC Ito ay makabuluhang bawasan ang pagkalikido ng mortar; kapag ang nilalaman ng HPMC ay unti-unting tumaas mula 0% hanggang 0.30%, ang unang pagkalikido ng mortar ay bumababa mula 243 mm hanggang 206, 191, 167, at 160 mm, ayon sa pagkakabanggit. Ang HPMC ay isang mataas na molekular na polimer. Maaari silang magkasalikop sa isa't isa upang makabuo ng isang istraktura ng network, at ang pagkakaisa ng slurry ng semento ay maaaring tumaas sa pamamagitan ng mga sangkap na naka-encapsulating tulad ng Ca(OH) 2. Sa macroscopically, ang cohesiveness ng mortar ay napabuti. Sa extension ng standing time, ang antas ng hydration ng mortar ay tumataas. nadagdagan, nawala ang pagkalikido sa paglipas ng panahon. Ang pagkalikido ng blangkong pangkat na M-H0 na walang HPMC ay mabilis na nabawasan. Sa pang-eksperimentong pangkat na may 0.05%, 0.10%, 0.20% at 0.30% HPMC, ang antas ng pagbaba ng pagkalikido ay nabawasan sa paglipas ng panahon, at ang pagkalikido ng mortar pagkatapos tumayo ng 60 min ay 180, 177, 164, at 155 mm, ayon sa pagkakabanggit . Ang pagkalikido ay 87.3%, 92.7%, 98.2%, 96.8%. Ang pagsasama ng HPMC ay maaaring makabuluhang mapabuti ang kakayahan sa pagpapanatili ng pagkalikido ng mortar, na dahil sa kumbinasyon ng HPMC at mga molekula ng tubig; sa kabilang banda, ang HPMC ay maaaring bumuo ng isang katulad na pelikula Ito ay may isang istraktura ng network at bumabalot sa semento, na epektibong binabawasan ang volatilization ng tubig sa mortar at may isang tiyak na pagganap ng pagpapanatili ng tubig. Kapansin-pansin na kapag ang nilalaman ng HPMC ay 0.20%, ang kakayahan sa pagpapanatili ng pagkalikido ng mortar ay umabot sa pinakamataas na antas.

Ang pagkalikido ng 3D printing mortar na may halong iba't ibang halaga ng HPMC ay 160~206 mm. Dahil sa iba't ibang mga parameter ng printer, ang mga inirerekomendang hanay ng pagkalikido na nakuha ng iba't ibang mga mananaliksik ay iba, tulad ng 150~190 mm, 160~170 mm. Mula sa Figure 3, intuitively na makikita Makikita na ang fluidity ng 3D printing mortar na hinaluan ng HPMC ay halos nasa loob ng inirerekomendang hanay, lalo na kapag ang HPMC content ay 0.20%, ang fluidity ng mortar sa loob ng 60 minuto ay nasa loob ng ang inirerekumendang hanay, na nakakatugon sa naaangkop na pagkalikido at stackability. Samakatuwid, kahit na ang pagkalikido ng mortar na may angkop na halaga ng HPMC ay nabawasan, na humahantong sa pagbaba sa extrudability, mayroon pa rin itong mahusay na extrudability, na nasa loob ng inirekumendang saklaw.

1.1.2Ang epekto ng HPMC sa stackability ng 3D printing mortar

Sa kaso ng hindi paggamit ng template, ang laki ng rate ng pagpapanatili ng hugis sa ilalim ng self-weight ay depende sa yield stress ng materyal, na nauugnay sa panloob na pagkakaisa sa pagitan ng slurry at ng pinagsama-samang. Ang pagpapanatili ng hugis ng mga 3D printing mortar na may iba't ibang nilalaman ng HPMC ay ibinigay. Ang rate ng pagbabago sa standing time. Pagkatapos idagdag ang HPMC, ang rate ng pagpapanatili ng hugis ng mortar ay napabuti, lalo na sa paunang yugto at nakatayo ng 20 min. Gayunpaman, sa pagpapalawig ng oras ng pagtayo, ang epekto ng pagpapabuti ng HPMC sa rate ng pagpapanatili ng hugis ng mortar ay unti-unting humina, na higit sa lahat ay dahil sa Ang rate ng pagpapanatili ay tumataas nang malaki. Pagkatapos tumayo ng 60 min, 0.20% at 0.30% lamang ng HPMC ang makakapagpahusay sa rate ng pagpapanatili ng hugis ng mortar.

Ang mga resulta ng pagsubok sa penetration resistance ng 3D printing mortar na may iba't ibang nilalaman ng HPMC ay ipinapakita sa Figure 5. Makikita mula sa Figure 5 na ang penetration resistance sa pangkalahatan ay tumataas sa extension ng standing time, na higit sa lahat ay dahil sa daloy ng slurry sa panahon ng proseso ng hydration ng semento. Ito ay unti-unting umunlad sa isang matibay na solid; sa unang 80 min, ang pagsasama ng HPMC ay tumaas ang penetration resistance, at sa pagtaas ng nilalaman ng HPMC, tumaas ang penetration resistance. Kung mas malaki ang paglaban sa pagtagos, ang pagpapapangit ng materyal dahil sa inilapat na pagkarga Mas malaki ang paglaban ng HPMC, na nagpapahiwatig na ang HPMC ay maaaring mapabuti ang maagang stackability ng 3D printing mortar. Dahil ang hydroxyl at ether bond sa polymer chain ng HPMC ay madaling pinagsama sa tubig sa pamamagitan ng hydrogen bond, na nagreresulta sa unti-unting pagbabawas ng libreng tubig at pagtaas ng koneksyon sa pagitan ng mga particle, ang friction force ay tumataas, kaya ang maagang penetration resistance ay nagiging mas malaki. Pagkatapos tumayo ng 80 minuto, dahil sa hydration ng semento, ang penetration resistance ng blangko na grupo na walang HPMC ay tumaas nang mabilis, habang ang penetration resistance ng test group na may HPMC ay tumaas Ang rate ay hindi nagbago nang malaki hanggang sa humigit-kumulang 160 min ng nakatayo. Ayon kay Chen et al., ito ay higit sa lahat dahil ang HPMC ay bumubuo ng isang proteksiyon na pelikula sa paligid ng mga particle ng semento, na nagpapatagal sa oras ng pagtatakda; Pourchez et al. conjectured na ito ay higit sa lahat dahil sa fiber Simple eter degradation mga produkto (tulad ng carboxylates) o methoxyl group ay maaaring maantala ang semento hydration sa pamamagitan ng retarding ang pagbuo ng Ca(OH)2. Ito ay nagkakahalaga ng pagpuna na, upang maiwasan ang pag-unlad ng penetration resistance mula sa maapektuhan ng pagsingaw ng tubig sa ibabaw ng ispesimen, Ang eksperimentong ito ay isinasagawa sa ilalim ng parehong mga kondisyon ng temperatura at halumigmig. Sa kabuuan, epektibong mapapabuti ng HPMC ang stackability ng 3D printing mortar sa paunang yugto, antalahin ang coagulation, at pahabain ang napi-print na oras ng 3D printing mortar.

3D printing mortar entity (haba 200 mm × width 20 mm × layer thickness 8 mm): Ang blangko na grupo na walang HPMC ay malubhang na-deform, gumuho at nagkaroon ng mga problema sa pagdurugo kapag nagpi-print ng ikapitong layer; Ang M-H0.20 group mortar ay may magandang stackability. Pagkatapos mag-print ng 13 layer, ang lapad sa itaas na gilid ay 16.58 mm, ang lapad ng gilid sa ibaba ay 19.65 mm, at ang ratio sa itaas hanggang sa ibaba (ang ratio ng lapad ng tuktok na gilid sa lapad ng gilid sa ibaba) ay 0.84. Maliit ang dimensional deviation. Samakatuwid, napatunayan sa pamamagitan ng pag-print na ang pagsasama ng HPMC ay maaaring makabuluhang mapabuti ang kakayahang mai-print ng mortar. Ang mortar fluidity ay may magandang extrudability at stackability sa 160~170 mm; Ang rate ng pagpapanatili ng hugis ay mas mababa sa 70 % ay seryosong deformed at hindi matugunan ang mga kinakailangan sa pag-print.

1.2Impluwensiya ng HPMC sa mga rheological na katangian ng 3D printing mortar

Ang maliwanag na lagkit ng purong pulp sa ilalim ng iba't ibang nilalaman ng HPMC ay ibinibigay: sa pagtaas ng rate ng paggugupit, ang maliwanag na lagkit ng purong pulp ay bumababa, at ang kababalaghan ng pagnipis ng paggugupit ay nasa ilalim ng mataas na nilalaman ng HPMC. Ito ay mas malinaw. Ang HPMC molecular chain ay hindi maayos at nagpapakita ng mas mataas na lagkit sa mababang shear rate; ngunit sa mataas na rate ng paggugupit, ang mga molekula ng HPMC ay gumagalaw nang magkatulad at maayos sa direksyon ng paggugupit, na ginagawang mas madaling mag-slide ang mga molekula, kaya ang talahanayan Ang maliwanag na lagkit ng slurry ay medyo mababa. Kapag ang shear rate ay mas malaki sa 5.0 s-1, ang maliwanag na lagkit ng P-H0 sa blangkong grupo ay karaniwang stable sa loob ng 5 Pa s; habang ang maliwanag na lagkit ng slurry ay tumataas pagkatapos idagdag ang HPMC, at ito ay hinaluan ng HPMC. Ang pagdaragdag ng HPMC ay nagpapataas ng panloob na alitan sa pagitan ng mga particle ng semento, na nagpapataas ng maliwanag na lagkit ng paste, at ang macroscopic na pagganap ay ang pagbabawas ng extrudability ng 3D printing mortar.

Ang relasyon sa pagitan ng shear stress at shear rate ng purong slurry sa rheological test ay naitala, at ang Bingham na modelo ay ginamit upang magkasya sa mga resulta. Ang mga resulta ay ipinapakita sa Figure 8 at Table 3. Kapag ang nilalaman ng HPMC ay 0.30%, ang shear rate sa panahon ng pagsubok ay mas malaki kaysa sa 32.5 Kapag ang lagkit ng slurry ay lumampas sa saklaw ng instrumento sa s-1, ang kaukulang data hindi maaaring kolektahin ang mga puntos. Sa pangkalahatan, ang lugar na nakapaloob sa pagtaas at pagbaba ng mga kurba sa matatag na yugto (10.0~50.0 s-1) ay ginagamit upang makilala ang thixotropy ng slurry [21, 33]. Ang Thixotropy ay tumutukoy sa pag-aari na ang slurry ay may mahusay na pagkalikido sa ilalim ng pagkilos ng external force shearing, at maaaring bumalik sa orihinal nitong estado pagkatapos makansela ang pagkilos ng shearing. Ang angkop na thixotropy ay napakahalaga sa kakayahang mai-print ng mortar. Makikita sa Figure 8 na ang thixotropic area ng blank group na walang HPMC ay 116.55 Pa/s lamang; pagkatapos magdagdag ng 0.10% ng HPMC, ang thixotropic area ng net paste ay tumaas nang malaki sa 1 800.38 Pa/s; Sa pagtaas ng , ang thixotropic area ng paste ay bumaba, ngunit ito ay 10 beses pa rin na mas mataas kaysa sa blangko na grupo. Mula sa pananaw ng thixotropy, ang pagsasama ng HPMC ay lubos na nagpabuti sa kakayahang mai-print ng mortar.

Upang mapanatili ng mortar ang hugis nito pagkatapos ng pagpilit at upang mapaglabanan ang pagkarga ng kasunod na extruded layer, ang mortar ay kailangang magkaroon ng mas mataas na yield stress. Makikita mula sa Talahanayan 3 na ang yield stress τ0 ng net slurry ay makabuluhang napabuti pagkatapos idagdag ang HPMC, at ito ay katulad ng HPMC. Ang nilalaman ng HPMC ay positibong nauugnay; kapag ang nilalaman ng HPMC ay 0.10%, 0.20%, at 0.30%, ang yield stress ng net paste ay tataas sa 8.6, 23.7, at 31.8 beses kaysa sa blangko na grupo, ayon sa pagkakabanggit; tumataas din ang plastic viscosity μ sa pagtaas ng nilalaman ng HPMC. Ang 3D Printing ay nangangailangan na ang plastic viscosity ng mortar ay hindi dapat masyadong maliit, kung hindi man ay magiging malaki ang deformation pagkatapos ng extrusion; sa parehong oras, ang isang angkop na plastic lagkit ay dapat mapanatili upang matiyak ang pagkakapare-pareho ng materyal na pagpilit. Sa buod, mula sa punto ng view ng rheology, ang HPMC's Incorporation ay may positibong epekto sa pagpapabuti ng stackability ng 3D printing mortar. Pagkatapos isama ang HPMC, ang purong paste ay umaayon pa rin sa Bingham rheological na modelo, at ang kabutihan ng fit R2 ay hindi mas mababa sa 0.99.

1.3Ang epekto ng HPMC sa mga mekanikal na katangian ng 3D printing mortar

28 d compressive strength at flexural strength ng 3D printing mortar. Sa pagtaas ng nilalaman ng HPMC, bumaba ang 28 d compressive at flexural strength ng 3D printing mortar; kapag ang nilalaman ng HPMC ay umabot sa 0.30%, ang 28 d compressive strength at Ang flexural strengths ay 30.3 at 7.3 MPa, ayon sa pagkakabanggit. Ipinakita ng mga pag-aaral na ang HPMC ay may tiyak na epekto sa pagpasok ng hangin, at kung ang nilalaman nito ay masyadong mataas, ang panloob na porosity ng mortar ay tataas nang malaki; Tumataas ang diffusion resistance at mahirap ilabas lahat. Samakatuwid, ang pagtaas ng porosity ay maaaring ang dahilan para sa pagbaba ng lakas ng 3D printing mortar na dulot ng HPMC.

Ang natatanging proseso ng paghuhulma ng lamination ng 3D printing ay humahantong sa pagkakaroon ng mga mahihinang lugar sa istraktura at mga mekanikal na katangian sa pagitan ng mga katabing layer, at ang lakas ng pagbubuklod sa pagitan ng mga layer ay may malaking impluwensya sa pangkalahatang lakas ng naka-print na bahagi. Para sa 3D printing mortar specimens na may halong 0.20% HPMC M-H0.20 ay pinutol, at ang interlayer bond strength ay nasubok sa pamamagitan ng interlayer splitting method. Ang lakas ng interlayer na bono ng tatlong bahagi ay mas mataas sa 1.3 MPa; at kapag ang bilang ng mga layer ay mababa, ang interlayer bond strength ay bahagyang mas mataas. Ang dahilan ay maaaring na, sa isang banda, ang gravity ng itaas na layer ay gumagawa ng mas mababang mga layer na mas makapal bonded; sa kabilang banda, ang ibabaw ng mortar ay maaaring magkaroon ng higit na kahalumigmigan kapag nagpi-print ng mas mababang layer, habang ang ibabaw na kahalumigmigan ng mortar ay nabawasan dahil sa pagsingaw at hydration kapag nagpi-print sa itaas na layer, kaya Ang pagbubuklod sa pagitan ng mga ilalim na layer ay mas malakas.

1.4Epekto ng HPMC sa Micromorphology ng 3D Printing Mortar

Ang mga imahe ng SEM ng mga specimen ng M-H0 at M-H0.20 sa edad na 3 ay nagpapakita na ang mga pores sa ibabaw ng mga specimen ng M-H0.20 ay makabuluhang tumaas pagkatapos magdagdag ng 0.20% HPMC, at ang laki ng butas ay mas malaki kaysa sa ang blangkong grupo. Ito Sa isang banda, ito ay dahil ang HPMC ay may air-entraining effect, na nagpapakilala ng uniporme at pinong mga pores; sa kabilang banda, maaaring ang pagdaragdag ng HPMC ay nagpapataas ng lagkit ng slurry, at sa gayon ay tumataas ang discharge resistance ng hangin sa loob ng slurry. Ang pagtaas ay maaaring ang pangunahing dahilan para sa pagbaba sa mga mekanikal na katangian ng mortar. Sa kabuuan, upang matiyak ang lakas ng 3D printing mortar, ang nilalaman ng HPMC ay hindi dapat masyadong malaki (≤ 0.20%).

Sa konklusyon

(1) Ang Hydroxypropyl methylcellulose HPMC ay nagpapabuti sa kakayahang mai-print ng mortar. Sa pagtaas ng nilalaman ng HPMC, ang extrudability ng mortar ay bumababa ngunit mayroon pa ring mahusay na extrudability, ang stackability ay pinabuting, at ang napi-print Ang oras ay pinahaba. Na-verify sa pamamagitan ng pag-print na ang pagpapapangit ng ilalim na layer ng mortar ay nabawasan pagkatapos idagdag ang HPMC, at ang top-bottom ratio ay 0.84 kapag ang nilalaman ng HPMC ay 0.20%.

(2) Pinapabuti ng HPMC ang mga rheological na katangian ng 3D printing mortar. Sa pagtaas ng nilalaman ng HPMC, ang maliwanag na lagkit, nagbubunga ng stress at plastic lagkit ng pagtaas ng slurry; thixotropy unang tumaas at pagkatapos ay bumababa, at ang printability ay nakuha. Pagpapabuti. Mula sa pananaw ng rheology, ang pagdaragdag ng HPMC ay maaari ding mapabuti ang kakayahang mai-print ng mortar. Pagkatapos idagdag ang HPMC, ang slurry ay umaayon pa rin sa Bingham rheological model, at ang kabutihan ng fit R2≥0.99.

(3) Pagkatapos idagdag ang HPMC, tumataas ang microstructure at pores ng materyal. Inirerekomenda na ang nilalaman ng HPMC ay hindi dapat lumampas sa 0.20%, kung hindi, ito ay magkakaroon ng malaking epekto sa mga mekanikal na katangian ng mortar. Ang lakas ng pagbubuklod sa pagitan ng iba't ibang mga layer ng 3D printing mortar ay bahagyang naiiba, at ang bilang ng mga layer Kapag ito ay mas mababa, ang lakas ng bono sa pagitan ng mga mortar layer ay mas mataas.