Testowanie właściwości trójwymiarowego materiału do drukowania Geopolimer wzmocnionego włóknem

W artykule zatytułowanym "Wpływ dodatku włókien polipropylenowych na właściwości geopolimerów w druku 3D dla konstrukcji cyfrowych" grupa naukowców bada wpływ włókien polipropylenowych (PP) na świeże i utwardzone właściwości włókien drukowanych 3D wzmocnione zaprawy geopolimerowe. Jednym z głównych ograniczeń technik druku 3D na bazie plastiku, naukowcy podkreślają, że trudno jest zastosować konwencjonalne wzmocnienie stalowe.

"Jako możliwe rozwiązanie konwencjonalne pręty stalowe mogą być częściowo lub całkowicie zastąpione przez zbrojenie z krótkim włóknem, minimalizując lub uwalniając zbędne wymagania dla zbrojenia stalowego w odniesieniu do problemów związanych z masteringiem spowodowanych pękaniem lub zmianami temperatury oraz, w niektórych przypadkach, osiągając szczególną nośność i odkształcalność ", stwierdzają.

Kolejnym ograniczeniem jest ograniczony zakres betonów do drukowania, które są kontynuowane. Konwencjonalny beton OPC nie jest odpowiedni ze względu na jego właściwości wiązania, a także wysokie zużycie energii i emisje. Alternatywą jest geopolimer, który można wytworzyć przez alkaliczną aktywację popiołu lotnego i żużla. Nie przeprowadzono wielu badań w celu zoptymalizowania proporcji mikroskopowych nadających się do druku geopolimerów, więc naukowcy poświęcili swoje prace opracowaniu zoptymalizowanego geopolimeru do druku 3D.

Aby wyprodukować zaprawę geopolimerową, badacze zastosowano popiół lotny, piasek kwarcowy na bazie mikronów, roztwór alkaliczny złożony z krzemianu sodu i roztworów wodorotlenku sodu oraz proszek karboksymetylocelulozy sodowej (CMC). Przetestowali mieszaniny o różnych proporcjach każdego składnika przed osadzeniem na jednym, który był zarówno wytłaczalny, jak i nadający się do budowania. Następnie do zoptymalizowanej mieszaniny dodano różne wartości procentowe włókna PP w objętościach od 0,025% do 1,00%. Przetestowali zaprawę, drukując ją 3D za pomocą niestandardowego urządzenia testującego. Wydrukowane próbki poddano następnie obróbce cieplnej. Zachowano właściwości reologiczne mieszanin, a także właściwości mechaniczne utwardzonej zaprawy. Testy przeprowadzono również dla porowatości pozornej i wytrzymałości wiązania międzywarstwowego.

"Dodanie włókna zdaje się wpływać pozytywnie na wytrzymałość na ściskanie tylko wtedy, gdy obciążenie jest prostopadłe do płaszczyzny interfejsu" - stwierdzają naukowcy. "Wynika to z preferencyjnego ustawienia włókien równolegle do kierunku wytłaczania. Dodatek włókna znacząco poprawił wytrzymałość na zginaniewydrukowane próbki. Wykorzystanie dawek błonnika 0,75 i 1,00% obj. Spowodowało zachowanie twardnienia przez ugięcie geopolimerów drukowanych 3D, a zatem znacznie wyższą energię pękania w porównaniu z próbkami bez włókien lub o mniejszej zawartości włókien. "

Zwiększenie objętości włókien spowodowało nieznaczne zmniejszenie siły wiązania międzywarstwowego. Większa objętość włókien spowodowała jednak lepszą zdolność do zachowania kształtu w drukowanych próbkach, jak również ciągliwość. Silna korelacja między porowatością a wytrzymałością na ściskanie została stwierdzona w materiale drukowanym 3D, podobnym do betonu lanego.

"Wyniki wskazują na możliwość drukowania geopolimerów wzmocnionych włóknami, które spełniają wszystkie niezbędne właściwości w obu świeże i stwardniałe stany "- podsumowują naukowcy.

Autorami artykułu są Behzad Nematollahi, Praful Vijay, Jay Sanjayan, Ali Nazari, Ming Xia, Venkatest Naidu Nerella i Viktor Mechtcherine.