3D打印混凝土力学各向异性与细观破损机制研究

• 作者: 李岩峰 姚亮 王里 马国伟
• 来源期刊: 公路交通科技
• 关键词: 桥梁工程 细观破裂机理 CT扫描 混凝土3D打印 力学性能 各向异性 层间界面
• 年，卷（期）: 2021,（5）
• 所属期刊栏目: 桥梁工程
• 页码范围: 81-89
• 页数: 9页
• 分类号: TU528
• 语种: 中文
• DOI: 10.3969/j.issn.1002-0268.2021.05.010

摘要

3D打印逐层堆叠的建造过程导致了规律性的层间弱结合面,造成了材料的细观非均质性,削弱了打印结构的力学承载性能和耐久性.为分析和评价3D打印材料的力学各向异性以及细观结构破损机制,对3D打印材料的性能优化设计以及结构化应用提供微观理论支撑,制备了高贝利特硫铝酸盐水泥基3D打印复合材料,并3D打印成型结构构件,取样后从3个正交方向进行力学加载,测试了3D打印混凝土的抗压、抗弯、劈拉强度和弹性模量等,评估了打印材料的力学各向异性.借助高精度CT扫描技术,分析了3D打印混凝土的界面区域、孔隙缺陷分布等细观结构特征.同时开展了圆盘劈裂测试实验,分析了层间弱面对劈裂裂纹的萌生、扩展的影响机制.结果表明:3D打印试件内部含有较多因建造过程产生的空隙以及层间弱结合面是造成3D打印混凝土力学性能差异的原因;正是由于3D打印的水泥基材料基体内跨尺度的孔隙、空隙、弱面等非均质特征的存在,裂缝的萌生和扩展更倾向于在这些非匀质处发展;非均质特征的相对位置造成了宏观力学的各向异性,3个正交方向的力学性能通常是打印沉积的方向(X方向)性能最优,垂直于层间方向(Z方向)性能最差,平行于打印方向(Y方向)的性能居中.