21368

21368

بررسي تاثير افزودني‌ها بر كارايي و خواص مكانيكي بتن چاپگرهاي سه‌بعدي بتن

كارشناسي ارشد

سازه

1395

1398/7/20

دكتر اصغر حبيب نژاد كورايم

عمران

در روش چاپ سه بعدي بتن مصالح سيماني با استفاده از يك چاپگر مخصوص به صورت لايه لايه بر روي همديگر قرار مي گيرند و به اين شكل مدل يا سازه ي بتني نهايي ساخته مي شود. در عين وجود تحقيقات محدود بر روي نحوه ي اختلاط و انتخاب مصالح مصرفي در اين روش، تحقيق نسبتا جامعي در مورد تاثير افزودني ها و متغيرهاي ذاتي مصالح سيماني بر مشخصات رفتاري بتن چاپي وجود ندارد. در اين پايان نامه با بكارگيري مواد ساختماني مختلف، طرح هاي مخلوط مناسب بكارگيري در چاپگرهاي سه بعدي را براي اين فرايند معرفي و خواص و ويژگي بتن هاي ساخته شده با اين روش را بررسي نموده ايم. براي اين منظور، ابتدا يك دستگاه چاپگر سه بعدي مخصوص بتن در ابعاد آزمايشگاهي ساخته شد. سپس با مطالعه منابع موجود تاثير مواد و افزودني ها بر خواص رئولوژي، پايداري و ويژگي مقاومت مكانيكي بتن هاي مختلف تعيين و سپس طرح مخلوطهاي مختلفي براي بكارگيري بتن در چاپگر سه بعدي تعريف و درنظر گرفته شدند. جريان پذيري، مدت زمان قابل بكارگيري بتن در چاپگر، پايداري يا ساخت پذيري بتن تحت وزن خود و وزن لايه هاي بالا و همچنين مقاومت فشاري نمونه هاي ساخته شده توسط اين روش، عناوين آزمايش هاي بررسي شده را تشكيل مي دهند. اين آزمايش ها بر روي متغيرهاي نسبت آب به مصالح چسباننده (سيمان و پوزولان)، مقدار سنگدانه، افزودني هاي فوق روان كننده، و افزودني‌هاي پوزولاني از جمله ميكروسيليس، سرباره كوره آهن گدازي و پودر سيمان كلسيم آلومينات انجام شد. با مقايسه ي نتايج حاصل از آزمايش هاي صورت گرفته، پودر ميكروسيليس به عنوان مناسب ترين افزودني پوزولاني جايگزين سيمان پرتلند در بتن چاپي بدست آمد (جايگزيني با 10% سيمان پرتلند). همچنين مقدار بهينه ي سرباره ي كوره آهن گدازي برابر با 10% بدست آمد و در مورد پودر سيمان كلسيم آلومينات اين مقدار به 5% محدود گشت. علاوه بر اين، مشاهده شد كه مقدار فوق روان كننده پلي كربوكسيلاتي در بازه ي 0/6 تا 1 درصد كل وزن مصالح چسباننده در مجموع بهترين خواص رئولوژي، پايداري و مقاومتي را براي بتن چاپي فراهم مي كند. نسبت مقدار سنگدانه به مصالح چسباننده برابر با 1/4 و نسبت آب به مصالح چسباننده برابر 0/3 بهينه ترين مقادير در تمامي زمينه هاي بررسي شده در آزمايش ها اين تحقيق را نشان مي دهد.

1398/09/12

Evaluation of the effect of additives on flowability and mechanical properties of 3D printed concrete

12/3/2019 12:00:00 AM

In concrete 3D printing technology, the cementitious material is deposited layerwise with a specific printer used to form the final concrete model or structure. In spite of few studies on mix designs and material selection for utilizing in this technique, however, there is not a relatively comprehensive investigation of the effects of additive and the intrinsic properties of cement materials on the behavioral properties of 3D printed concrete. In this thesis, we intend to introduce appropriate mix designs for this process by applying different construction materials for this process and investigate the properties of 3D printing technology. To do so, first, a 3D printer was fabricated in laboratory scale. Then, by studying the available resources, the effect of materials on mechanical properties, stability and mechanical resistance properties of different concrete were determined and then different mixes were defined for the use of mortar in the 3D printer. Flowability, open time, stability, and compressive strength of printed samples were among the investigated parameters. These tests were carried out on the water to binder ratio, the amount of aggregate, superplasticizer agent and pozzolanic additives such as Microsilica, Glass blast furnace slag and calcium aluminates cement. According to the results of the experiments, Microsilica powder was obtained as the most suitable pozzolanic additive of portland cement in the printed mortar (with 10% replacement with PC). For GBFS, 10% replacement ratio was also achieved wich provided appropriate features for 3D printable concrete. It was determined that the incorporation of CA cement should be limited to 5% of total binder to give applicable open time. Also, it has been observed that the use of 0.8 to 1 percent polycarboxilate based superplasticizer of the total weight of binder give the most optimal properties in terms of rheology, stability and mechanical strength to the printed mortar. Furthermore, the results show that the fine aggregate to binder value of 1.4 and the water to binder ratio of 0.3 is the most optimal values in all of the examined mix designs.