一種建筑3D打印材料建造性能的測試裝置及測試方法與流程

本發明屬于混凝土性能測試的技術領域，尤其涉及一種建筑3D打印材料建造性能的測試裝置及測試方法。

背景技術：

3D打印技術是基于離散-堆積原理，由零件三維數據驅動，采用自下而上逐漸累加材料的方法制造實體零件的技術。其優點在于無需模具，縮短產品研制周期，提高效率和降低成本，可打印各種異型材。

建筑3D打印技術，是3D打印技術的拓展，更是建筑領域的一種革新。將3D打印技術與建筑行業相結合，不但能節約人工成本，就近取材，也能縮減物流費用，近期目標可以打印復雜預制部件及批量生產房屋，遠期來看個性化定制房屋也成為可能，最重要的是大大縮短建造時間，這與建筑工業化的理念不謀而合。

目前3D打印技術主要基礎材料多為高分子材料(光敏樹脂、可分解塑料粉末)、金屬粉末、陶瓷粉末、復合粉末等。而建筑3D打印使用的是水泥基材料，由于該材料本身獨特的流變性能、自凝結性能造成了打印設備匹配性不佳、建造工藝不完善，打印精度欠缺等問題，給建筑3D打印技術的發展帶來了很大阻力。

因此，制備適用于建造性能優異的水泥基材料是建筑3D打印應用的基礎。不同于傳統水泥混凝土的高性能化發展，建筑3D打印材料的設計需具備低流態、高塑性、凝結可控、良好的層間的銜接性以及硬化后合格的力學性能、耐久性能等要求。所以傳統的工作性能檢測方法，諸如坍落度、擴展度、T₅₀流動時間等已經不適用于建筑3D技術的材料的性能表征，特別是國內外尚無對在層疊工藝下材料的堆砌性能的檢測及評價方法。

目前，國內外建筑3D打印技術正在興起，而尚未建立的打印材料建造性能的測試及評價方法，將極大的制約3D打印技術在建筑領域的應用及發展。本發明提出的一種建筑3D打印材料建造性能的測試裝置及測試方法可填補這一技術空白，綜合評價打印材料的建造性能并指導其在建筑3D打印技術中的應用。

技術實現要素：

本發明所要解決的技術問題在于針對上述存在的問題，提供一種建筑3D打印材料建造性能的測試裝置及測試方法，模擬建筑3D打印的層疊建造過程中材料的工作性能及可堆砌性能變化，實現對建筑3D打印材料的建造性能的量化評價。

本發明解決上述技術問題所采用的技術方案是：一種建筑3D打印材料建造性能的測試裝置，其特征在于，包括測試筒、堆砌高度測量器和擴展測量板，所述測試筒通過支架懸空設置，所述堆砌高度測量器包括測量桿和測量針，所述測量桿豎直設于測試筒一側，所述測量針水平設置，一端與測量桿相連，所述擴展測量板設于測試筒出口下方。

按上述方案，所述測試筒包括上料斗和下出料管，所述上料斗內部空腔中心設有中心隔板，形成第一料斗和第二料斗，所述第一、第二料斗與所述下出料管的連接處分別設有第一滑動板和第二滑動板，拉動所述第一、第二滑動板可第一、第二料斗與下出料管貫通或阻斷，下出料管的外壁上設有振動器。

按上述方案，所述擴展測量板頂面設有水平刻度線，擴展測量板的中心軸線與所述測試筒的中心軸線重合。

按上述方案，所述擴展測量板與所述下出料管的間距為測試筒體積與下出料管截面積的比值。

按上述方案，所述下出料管的管徑大于或等于建筑3D打印材料漿體骨料的最大粒徑的3倍。

按上述方案，所述測量桿上設有垂直刻度線，所述測量針可沿測量桿上下滑動。

按上述方案，所述第一滑動板和第二滑動板可通過手動或液壓缸或氣壓缸或電動機拉動。

按上述方案，所述擴展測量板為圓形盤結構，所述測量針的長度大于擴展測量板的半徑。

按上述方案，所述水平刻度線和垂直刻度線的測量精確為毫米。

一種建筑3D打印材料建造性能的測試方法，其特征在于，包括如下步驟：

S1)測試前準備，安裝裝置，并對測試筒進行密封性檢測，用濕布擦凈測試筒及擴展測量板，關閉第一滑動板和第二滑動板；

S2)開始測試，將建筑3D打印材料填注滿上料斗，并用鐵棒插搗密實，開啟振動器，打開第一料斗的第一滑動板，采用秒表記錄3D打印材料流空時間t₁，在擴展測量板上直接讀取記錄擴展度S₁，并移動測量針在測量桿上直接讀取記錄堆砌高度H₁，打開第二料斗的第二滑動板，采用秒表記錄3D打印材料流空時間t₂，在擴展測量板上直接讀取記錄擴展度S₂，并移動測量針在測量桿上直接讀取記錄堆砌高度H₂；

S3)計算得出3D打印材料的建造性能，重復上述步驟數次，取數次試驗數據的平均值，通過公式需要擬合

計算該建筑3D打印材料的建造性能J_3D。

本發明的有益效果是：提供了一種建筑3D打印材料建造性能的測試裝置及測試方法，可在實驗室的條件下模擬實際3D打印層疊建造過程中建筑材料的工作性能及堆砌性能的變化，可量化評價建筑3D打印材料建造性能的優劣，且檢測效果好，檢測結果的準確度高，本測試裝置結構簡單合理，操作快捷，可靠性好，制作運行成本低，實用性強。

附圖說明

圖1為本發明一個實施例的正視圖。

圖2為本發明一個實施例的俯視圖。

其中：1.上料斗，2.下出料管，3.中心隔板，4.第一料斗，5.第二料斗，6.第一滑動板，7.第二滑動板，8.振動器，9.擴展測量板，10.測量桿，11.測量針，12.建筑3D打印材料。

具體實施方式

為更好地理解本發明，下面結合附圖和實施例對本發明作進一步的描述。

如圖1、圖2所示，一種建筑3D打印材料建造性能的測試裝置，包括測試筒、堆砌高度測量器和擴展測量板9，測試筒通過支架懸空設置，堆砌高度測量器包括測量桿10和測量針11，測量桿豎直設于測試筒一側，測量針水平設置，一端與測量桿相連，擴展測量板設于測試筒出口下方。

測試筒包括上料斗1和下出料管2，上料斗內部空腔中心設有中心隔板3，形成第一料斗4和第二料斗5，第一、第二料斗與下出料管的連接處分別設有第一滑動板6和第二滑動板7，拉動第一、第二滑動板可第一、第二料斗與下出料管貫通或阻斷，第一滑動板和第二滑動板可通過手動或液壓缸或氣壓缸或電動機拉動，下出料管的外壁上設有振動器8。

擴展測量板頂面設有水平刻度線，擴展測量板的中心軸線與測試筒的中心軸線重合，擴展測量板與下出料管的間距為測試筒體積與下出料管截面積的比值，測量桿上設有垂直刻度線，測量針可沿測量桿上下滑動，便于讀取高度值，擴展測量板為圓形盤結構，測量針的長度大于擴展測量板的半徑，水平刻度線和垂直刻度線的測量精確為毫米。

下出料管的管徑大于或等于建筑3D打印材料12的漿體骨料的最大粒徑的3倍。

采用該裝置進行建筑3D打印材料建造性能的測試方法：

S1)測試前準備，安裝裝置，并對測試筒進行密封性檢測，用濕布擦凈測試筒及擴展測量板，關閉第一滑動板和第二滑動板；

S2)開始測試，將建筑3D打印材料填注滿上料斗，并用鐵棒插搗密實，開啟振動器，打開第一料斗的第一滑動板，采用秒表記錄3D打印材料流空時間t₁，在擴展測量板上直接讀取記錄擴展度S₁，并移動測量針在測量桿上直接讀取記錄堆砌高度H₁，打開第二料斗的第二滑動板，采用秒表記錄3D打印材料流空時間t₂，在擴展測量板上直接讀取記錄擴展度S₂，并移動測量針在測量桿上直接讀取記錄堆砌高度H₂；

S3)計算得出3D打印材料的建造性能，重復上述步驟數次，取數次試驗數據的平均值，通過公式需要擬合

計算該建筑3D打印材料的建造性能J_3D。

分別制備六份不同工作性能的測試漿體試樣進行3D打印可建造性能測試，試樣各配比如表1所示。其中，實施例1-2為河砂配制的砂漿，實施例3-4為機制砂配制的砂漿，實施例5-6為河砂配制的混凝土，骨料粒徑為5-10mm。按本發明所述測試方法測得的結果如表2所示。

表1實施例1～6中試樣配合比(kg/m³)

實施例1～6中試樣性能測試結果

以上僅為本發明的優選實施例而已，并不用于限制本發明，對于本領域的技術人員來說，本發明可以有各種更改和變化。凡在本發明的精神和原則之內，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發明的保護范圍之內。