将锥入度测试作为3D打印水泥基材料体系流变学质量控制的现场检测方法之评估 恩里克·戈麦斯、 雨果·瓦雷拉和 贡萨洛·巴尔卢恩加

《Materials》：Evaluation of Cone-Penetration Test as a Rheology Quality-Control Field-Oriented Test for 3D Printing Cement-Based Systems Enrique Gomez, Hugo Varela and Gonzalo Barluenga

　　

摘要

3D打印水泥基材料技术在建筑领域备受重视。这类材料需要具备特定的流变特性，以便于顺利挤出，同时还要能快速硬化并提升强度，从而保证施工的顺利进行，尤其是在户外施工时还需考虑各种环境因素。为确保施工质量，有必要建立适合现场应用的检测方法，实时监测打印材料的力学性能变化，这些性能变化会直接影响施工速度。本研究探讨了圆锥贯入试验作为一种现场检测方法，用于评估3D打印水泥基材料随时间变化的力学性能。通过记录圆锥贯入深度，计算出了90分钟内材料的剪切屈服应力及新鲜状态下的抗压强度。实验结果与两种常用的实验室测试方法进行了对比：新鲜状态抗压强度测试和DSR测试。研究考察了含有或不含粉煤灰、以及添加三种无机改性剂（纳米黏土）和两种有机流变改性剂的 Cement Base Paste材料。结果表明，圆锥贯入试验的结果受材料抗压杨氏模量影响的较大，这会导致对材料强度的过高估计。随着时间的推移，抗压杨氏模量会在130千帕处出现转折点，此时材料的性质从塑性变为准刚性。这一时间点被用来对基于圆锥贯入试验得出的平均强度进行线性修正，从而更准确地反映新鲜状态下的抗压强度及剪切屈服应力。