《3D打印混凝土材料性能試驗方法》

Q/LB.□XXXXX-XXXXD打印混凝土材料性能試驗方法范圍本標準規(guī)定了3D打印混凝土拌合物流動性、擠出性、開放時間、建造性、濕坯強度和彈性模量、凝結時間的試驗方法。本標準適用于建設工程中3D打印混凝土拌合物的打印性能試驗。規(guī)范性引用文件下列文件中的內容通過文中的規(guī)范性引用而構成本文件必不可少的條款。其中，注日期的引用文件，僅該日期對應的版本適用于本文件；不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改單）適用于本文件。GB/T50080普通混凝土拌合物性能試驗方法標準GB/T2419水泥膠砂流動度測定方法JGJ/T70—2009建筑砂漿基本性能試驗方法標準術語、定義和符號下列術語與定義適用于本文件。術語和定義

混凝土3D打印3Dconcreteprinting應用機電一體化技術通過擠出成型的方式將混凝土拌合物建造成三維結構的增材建造技術。

3D打印混凝土3Dprintedconcrete以水泥、骨料和水為主要原材料，根據(jù)需要加入礦物摻合料和外加劑等材料，按一定配合比拌合后，可通過3D打印擠出工藝均勻、穩(wěn)定成型，且經(jīng)養(yǎng)護硬化后具有強度的工程材料。

可打印性printability混凝土拌合物能夠被打印頭連續(xù)、均勻擠出，能夠保持被擠出時形狀，且在逐層堆疊的過程中保持結構穩(wěn)定的能力。

流動性followability混凝土拌合物容易被泵送、輸送以及從打印頭出料口擠出的性能。

擠出性extrudability3D打印混凝土拌合物能夠通過打印頭均勻、連續(xù)擠出的性能。

建造性buildability3D打印混凝土打印條帶在逐層堆疊的過程中，在堆疊方向上不發(fā)生或僅發(fā)生允許的壓縮變形、在打印條帶寬度方向上不發(fā)生或僅發(fā)生允許的擴展變形，堆疊形成的3D打印制品不發(fā)生屈曲、倒塌、整體尺寸不隨時間推移發(fā)生改變的性能。

開放時間opentime3D打印混凝土拌合物從加水拌合后保持打印性能的時間。

初凝時間initialsettingtime混凝土拌合物開始失去可塑性，但不具有機械強度的時間。

終凝時間finalsettingtime混凝土拌合物完全失去塑性并產(chǎn)生機械強度的時間。

濕坯強度greenstrength混凝土拌合物終凝前在無側向壓力條件下抵抗軸向壓力的極限強度。

3D打印混凝土拌合物彈性模量elasticmodulusof3Dprintingconcrete3D打印混凝土拌合物在終凝前受壓力時抵抗變形的能力。

打印體3Dprintedstructure混凝土拌合物從打印頭連續(xù)均勻擠出并逐層堆疊形成的穩(wěn)定結構。

打印體穩(wěn)定性stabilityof3Dprintedstructure打印體在建造過程中不發(fā)生傾斜、大變形和坍塌，保持穩(wěn)定的能力。

最多打印層數(shù)maximumprintedlayers打印體發(fā)生大變形或坍塌前所建造的層數(shù)。

坍落度slump混凝土拌合物在自重作用下坍落的高度。

擴展度slumpflow混凝土拌合物坍落后擴展的直徑。

打印條帶printingfilament從3D打印設備出料口擠出的均勻、連續(xù)的單條長條形3D打印混凝土。

打印頭printingnozzle3D打印設備中用于擠出混凝土拌合物或者兼?zhèn)洳牧洗鎯δ艿哪┒搜b置。

打印路徑printingpath3D打印設備打印頭根據(jù)預先優(yōu)化設計的程序執(zhí)行指令行進移動時，打印頭的程序控制點所形成的行進路徑。

擠出速率extrusionspeed3D打印混凝土拌合物在單位時間內從打印頭出料口擠出的體積。

打印速率printingspeed3D打印混凝土拌合物在單位時間內沿打印路徑均勻鋪設的長度。打印頭等效直徑equivalentdiameterofprintnozzle3D打印設備出料口內側截面為圓形時取直徑，為矩形時取長邊邊長。符號Aa——承壓面積；A0——試樣初始面積；d——打印頭內側截面的等效直徑，單位為毫米（mm）；F——峰值壓力；fc——濕坯強度；h0——試樣初始高度；Δh——軸向壓縮變形；ε1——軸向應變?；疽?guī)定一般規(guī)定試驗環(huán)境相對濕度不宜小于50%，溫度應保持在20℃±5℃。試驗儀器設備應具有有效期內的計量檢定或校準證書。3D打印混凝土的制備配制3D打印混凝土的原材料性能指標應符合國家現(xiàn)行相關標準的規(guī)定。拌合物打印性能試驗所使用原材料、制備工藝及試驗時環(huán)境溫濕度應與打印建造時一致。3D打印混凝土材料取樣應從同一批次拌合物中取樣。從取樣完畢到開始進行各項性能試驗不宜超過15min。3D打印混凝土制備所需的水泥、礦物摻合料等膠凝材料應防止受潮及污染，不使用結塊的膠凝材料。試驗報告委托單位宜記錄下列內容并寫入試驗或檢測試驗報告：委托單位名稱；試驗材料名稱；工程名稱及施工部位；要說明的其他內容。試驗單位宜記錄下列內容并寫入試驗報告：試驗日期；試驗環(huán)境溫濕度；打印材料參數(shù)，包括原材料的品種、規(guī)格、產(chǎn)地以及拌合物的配合比等；打印工藝參數(shù)，包括打印頭出料口尺寸、泵送壓力、擠出速度、打印速度、打印條帶寬度、打印層高等；要說明的其他內容。試驗或檢測報告樣表可采用附錄A的形式。流動性試驗3D打印砂漿拌合物的流動性按GB/T2419規(guī)定的流動度測定方法進行測試。3D打印混凝土拌合物的流動性按GB/T50080規(guī)定的坍落度試驗進行測試。擠出性試驗本方法適用于測定3D打印混凝土拌合物從打印頭擠出時的連續(xù)性和均勻性。擠出性試驗的設備及器具應符合下列規(guī)定：拌合物打印性試驗所使用擠出系統(tǒng)裝置宜與打印建造時一致；尺寸測量應使用鋼尺進行，鋼尺的量程不應小于300mm，分度值不應大于1mm。擠出性試驗應按下列步驟進行：連續(xù)打印長度≥100d，層厚≥0.5d的打印條帶；觀測打印條帶的表觀質量，應無肉眼可見的撕扯斷裂等現(xiàn)象；在條帶寬度方面，測量5個間隔不小于10d的不同位置處的打印條帶寬度，計算平均值和偏差，偏差宜控制在±5%以內；在條帶厚度方面，測量5個間隔不小于10d的不同位置處的打印條厚度，計算平均值和偏差，偏差宜控制在±5%以內。開放時間試驗開放時間用于測定混凝土拌合物保持連續(xù)可打印的時間。開放時間試驗的試驗設備及器具應與6.2一致。開放時間試驗應按下列步驟進行：混凝土拌合物宜以5min~10min為間隔，通過擠出成型的方式打印長度不小于100d的條帶；記錄打印條帶出現(xiàn)中斷或者不連續(xù)時所對應的時間，記為開放時間。建造性試驗圓柱筒坍落度試驗本方法用于測定3D打印混凝土拌合物的形狀保持能力。試驗所用器具應符合下列規(guī)定：圓柱筒試模尺寸：內徑80mm±0.5mm，高度80mm±0.5mm；鋼尺：量程不小于300mm，分度值不大于0.5mm。壓力試驗機：應具有足夠的量程和精度，可有效測量壓力值3位有效數(shù)字。圓柱筒坍落度試驗的步驟和程序應符合下列規(guī)定：試驗中所用圓柱筒內壁潤濕無明水；混凝土拌合物試樣應分三層均勻地裝入圓柱筒內，每裝一層混凝土拌合物宜用搗棒由邊緣到中心按螺旋形均勻插搗10次~15次，搗實后每層混凝土拌合物試樣高度約為筒高的1/3；插搗底層時，搗棒應貫穿整個深度，插搗第二層和頂層時，搗棒應插透本層至下一層的表面；頂層混凝土拌合物裝料應高出筒口，插搗過程中，混凝土拌合物低于筒口時，應隨時添加；頂層插搗完后，將多余混凝土拌合物刮去，并沿筒口抹平；垂直平穩(wěn)地提起圓柱筒，并輕放于試樣旁邊；當試樣不再繼續(xù)坍落或坍落時間達30s時，用鋼尺測量出筒高與坍落后混凝土試樣最高點之間的高度差；坍落度筒的提離過程宜控制在3s~7s；從開始裝料到提起圓柱筒的整個過程應連續(xù)進行，并應在150s內完成；混凝土拌合物坍落度值測量應精確至1mm。打印體穩(wěn)定性試驗本試驗用于測定混凝土拌合物在垂直堆積過程中的穩(wěn)定性。打印體穩(wěn)定性試驗的設備及器具應符合下列規(guī)定：3D打印機具有穩(wěn)定的供料、擠出裝置，泵送壓力、擠出壓力、運行速度等應均勻恒定；尺寸測量應試驗鋼尺進行，鋼尺的量程不應小于300mm，分度值不應大于1mm。打印體穩(wěn)定性試驗應按下列步驟進行：連續(xù)打印長度≥100d，寬度方向宜并排打印且總寬度不宜超過10cm的非封閉式結構；打印過程中以及打印完成后短時間內發(fā)生了倒塌或大的變形，則認定為達到了打印體穩(wěn)定性的極限狀態(tài)，并記錄末層打印時的時間；打印完成后，測量首層和末層的寬度，以底層寬度為基準，二者偏差宜控制在-5%以內；打印完成后，測量打印成型后的打印體高度。濕坯強度和彈性模量試驗本方法適用于通過連續(xù)加載的方法測定3D打印混凝土拌合物的濕坯強度和彈性模量。濕坯強度和彈性模量試驗所用儀器應符合下列規(guī)定：圓柱筒試模：內徑50mm±0.5mm，高度100mm±0.5mm；壓力試驗機：應具有足夠的量程和精度，可保證測量壓力值精確至0.01MPa；位移計（百分表）：量程為10mm，分度值為0.01mm；表面光滑的塑料薄板，尺寸應大于圓柱筒試模截面，重量不超過圓柱狀材料重量的0.5倍。濕坯強度和彈性模量試驗應按下列步驟進行：放置表面光滑的塑料薄板于壓力試驗機的下部加載端，或可放置保鮮薄膜，以消除加載端對試樣的接觸摩擦力；將圓柱筒試模放置于塑料薄板或者保鮮薄膜上，后將混凝土拌合物灌入試模，使用搗棒將試模內的拌合物振搗密實后，將多余的拌合物抹平；緩慢將試模提起，此時混凝土拌合物應保持穩(wěn)定；將面積大于圓柱狀模型頂面的保鮮薄膜放置于模型頂面；如果使用的是塑料薄板，應慢慢地將其放在圓柱模型頂面，靜置不少于30s觀測變形情況；試驗過程中應連續(xù)均勻加荷，加荷速度應取30mm/min，或加荷速率依據(jù)實際打印材料參數(shù)以及打印建造速率換算得出的壓力增長速率；加荷至圓柱狀濕坯、開裂破壞或壓力值達到峰值，即可停止試驗，記錄此時試驗機壓力荷載。如最大軸向應力不明顯，取軸向應變?yōu)?0%時對應的壓力荷載。濕坯強度計算應按下式計算： fc=FAa 式中：fc——濕坯強度，單位為兆帕（MPa)，精確至0.01MPa；F——峰值壓力，單位為牛（N）；Aa——承壓面積，單位為平方毫米（mm2）。承壓面積Aa按下式計算： Aa=A01?0.01ε式中：A0——試樣初始面積，單位為平方毫米（mm2）；ε1——軸向應變(%)。軸向應變ε1按照下式計算： ε1=???0 式中：h0——試樣初始高度，單位為毫米（mm）；Δh——軸向壓縮變形，單位為毫米（mm）。3D打印混凝土拌合物彈性模量取軸向壓縮應變?yōu)?%時，試驗機壓力值與應變值之比，精確至0.01MPa。凝結時間測試3D打印混凝土拌合物的凝結時間測試按GB/T50080規(guī)定的凝結時間試驗測定。3D打印砂漿拌合物的凝結時間測試按JGJ/T70—2009規(guī)定的凝結時間試驗測定。

（資料性）

試驗報告樣表A.1委托單位記錄樣表委托單位記錄表可采用表A.1的格式。委托單位記錄樣表委托單位生產(chǎn)單位材料名稱測試材料質量材料簡介測試日期檢驗類別環(huán)境溫度環(huán)境濕度使用工程名稱及部位聯(lián)系人及電話測試要求檢驗后材料處理要求□取回□單位處理備注委托單位委托人：聯(lián)系電話：傳真：通信地址：郵政編碼：檢測（試驗）單位受理人：聯(lián)系電話：傳真：通信地址：郵政編碼：委托單位和測試材料的有關信息由委托方填寫并對其真實性負責；其他信息由雙方商定。樣品資料（如說明書、見證資料、抽樣單等）委托方須在委托時即時提供。

A.23D打印混凝土拌合物打印性試驗報告表3D打印混凝土拌合物性能試驗報告可采用表A.2的格式3D打印混凝土拌合物