《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(biāo)準(zhǔn)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(jié)時間的試驗方法。本標(biāo)準(zhǔn)適用于建設(shè)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(nèi)容通過文中的規(guī)范性引用而構(gòu)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(yīng)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(biāo)準(zhǔn)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(biāo)準(zhǔn)術(shù)語、定義和符號下列術(shù)語與定義適用于本文件。術(shù)語和定義

混凝土3D打印3Dconcreteprinting應(yīng)用機電一體化技術(shù)通過擠出成型的方式將混凝土拌合物建造成三維結(jié)構(gòu)的增材建造技術(shù)。

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(jié)構(gòu)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(cè)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(jié)構(gòu)。

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(shè)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(shè)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(shè)備打印頭根據(jù)預(yù)先優(yōu)化設(shè)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(nèi)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(nèi)沿打印路徑均勻鋪設(shè)的長度。打印頭等效直徑equivalentdiameterofprintnozzle3D打印設(shè)備出料口內(nèi)側(cè)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(nèi)側(cè)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(yīng)變。基本規(guī)定一般規(guī)定試驗環(huán)境相對濕度不宜小于50%，溫度應(yīng)保持在20℃±5℃。試驗儀器設(shè)備應(yīng)具有有效期內(nèi)的計量檢定或校準(zhǔn)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(biāo)應(yīng)符合國家現(xiàn)行相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)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(yīng)與打印建造時一致。3D打印混凝土材料取樣應(yīng)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(yīng)防止受潮及污染，不使用結(jié)塊的膠凝材料。試驗報告委托單位宜記錄下列內(nèi)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(nèi)容。試驗單位宜記錄下列內(nèi)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(nèi)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(shè)備及器具應(yīng)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(yīng)使用鋼尺進行，鋼尺的量程不應(yīng)小于300mm，分度值不應(yīng)大于1mm。擠出性試驗應(yīng)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(zhì)量，應(yīng)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(nèi)；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(nèi)。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(shè)備及器具應(yīng)與6.2一致。開放時間試驗應(yīng)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(yīng)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(yīng)符合下列規(guī)定：圓柱筒試模尺寸：內(nèi)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(yīng)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(yīng)符合下列規(guī)定：試驗中所用圓柱筒內(nèi)壁潤濕無明水；混凝土拌合物試樣應(yīng)分三層均勻地裝入圓柱筒內(nèi)，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(yīng)貫穿整個深度，插搗第二層和頂層時，搗棒應(yīng)插透本層至下一層的表面；頂層混凝土拌合物裝料應(yīng)高出筒口，插搗過程中，混凝土拌合物低于筒口時，應(yīng)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(dāng)試樣不再繼續(xù)坍落或坍落時間達(dá)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(yīng)連續(xù)進行，并應(yīng)在150s內(nèi)完成；混凝土拌合物坍落度值測量應(yīng)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(shè)備及器具應(yīng)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(yīng)均勻恒定；尺寸測量應(yīng)試驗鋼尺進行，鋼尺的量程不應(yīng)小于300mm，分度值不應(yīng)大于1mm。打印體穩(wěn)定性試驗應(yīng)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(jié)構(gòu)；打印過程中以及打印完成后短時間內(nèi)發(fā)生了倒塌或大的變形，則認(rèn)定為達(dá)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(zhǔn)，二者偏差宜控制在-5%以內(nèi)；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(yīng)符合下列規(guī)定：圓柱筒試模：內(nèi)徑50mm±0.5mm，高度100mm±0.5mm；壓力試驗機：應(yīng)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(yīng)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(yīng)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(nèi)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(yīng)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(yīng)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(yīng)連續(xù)均勻加荷，加荷速度應(yīng)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(dá)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(yīng)力不明顯，取軸向應(yīng)變?yōu)?0%時對應(yīng)的壓力荷載。濕坯強度計算應(yīng)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(yīng)變(%)。軸向應(yīng)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(yīng)變?yōu)?%時，試驗機壓力值與應(yīng)變值之比，精確至0.01MPa。凝結(jié)時間測試3D打印混凝土拌合物的凝結(jié)時間測試按GB/T50080規(guī)定的凝結(jié)時間試驗測定。3D打印砂漿拌合物的凝結(jié)時間測試按JGJ/T70—2009規(guī)定的凝結(jié)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(zhì)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(guān)信息由委托方填寫并對其真實性負(fù)責(zé)；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