3D打印的聚丙烯(PP)纤维增强混凝土里,当纤维体积掺量增加时,它的静态剪切应力会呈直线上升。而材料的动态剪切应力和塑性粘度虽然也会随着纤维掺量增加而上升,不过并没有很明显的直线上升规律。当增加 PP 纤维的掺量时,用来包裹纤维的浆体变多了,这样一来 3D 打印混凝土里骨料(包括细骨料和纤维)之间的浆体就变少了,材料内部的摩擦力变大,结果就是 3D 打印混凝土的流动性变差,流变性能指标升高。再结合 3D 打印混凝土可打印性快速测试方法的结论来看,PP 纤维掺量增加后,静态剪切应力升高,材料的坍落度就降低了,不过在打印过程中形状稳定性变好。同时,PP 纤维掺量改变时,整个材料的塑性粘度和动态剪切应力变化不大,这说明 PP 纤维对 3D 打印混凝土能不能打印影响比较小,就算 PP 纤维掺量比较大,也还是能完成 3D 打印过程。在体积掺量为 0.3%的情况下,如果增加掺入的 PP 纤维长度,基体的静态剪切应力、动态剪切应力和塑性粘度都会直线上升。在测试材料里,纤维掺量不变,长度变长就相当于把体系里的短纤维连接起来,变成数量少但更长的 PP 纤维。虽然掺入的纤维数量变少,降低了单位体积材料自身的连接效果,但是纤维变长了,单位体积材料之间的连接就更稳定了,单根纤维和 3D 打印混凝土基体之间的摩擦力也增大了。
长纤维在 3D 打印混凝土材料里弯曲折叠的情况更明显,和短纤维的材料比起来,有长纤维的材料在受到局部搅动时,抵抗干扰的能力更强。所以,材料的流变性能指标普遍升高。其中静态剪切应力变大能让材料形状更稳定,但是动态剪切应力和塑性粘度升高就意味着材料打印起来更困难。结合第三章里关于 3D 打印混凝土基体可打印性研究的试验结果,静态剪切应力在 2500 帕左右的材料打印效果比较好,所以 PP 纤维在不影响材料可打印性的情况下,合适的掺量范围是 0.1%到 0.7%。在纤维掺量为 0.3%时,纤维长度合适的选择范围是 3 毫米到 12 毫米。上面这些研究结果表明,直径大概 130 微米、亲水性不太好的 PP 纤维,在这次研究选用的纤维体积掺量和长度变化范围里,对 3D 打印混凝土流变性能的影响比较小。在实际工程里,如果已经有能打印的 3D 打印混凝土基体,但是想要在不影响整体材料可打印性的情况下,强化材料的其他性能,就可以用这次研究里的 PP 纤维来做相关试验。
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