異なる用量のヒドロキシプロピルメチルセルロース（HPMC）が3Dプリントモルタルの印刷性、レオロジー特性、および機械的特性に及ぼす影響を研究することにより、HPMCの適切な用量について議論し、その影響メカニズムを微視的形態と組み合わせて分析しました。 結果は、HPMCの含有量が増加するとモルタルの流動性が低下することを示し、つまり、HPMCの含有量が増加すると押し出し性が低下するが、流動性保持能力が向上することを示しています。 押し出し性; 自重下での形状保持率と貫入抵抗は、HPMC含有量の増加に伴って大幅に増加します。つまり、HPMC含有量が増加すると、積み重ね性が向上し、印刷時間が長くなります。 レオロジーの観点から、HPMCの含有量が増加すると、スラリーの見かけの粘度、降伏応力、および塑性粘度が大幅に増加し、積み重ね性が向上しました。 チキソトロピーは、HPMCの含有量の増加に伴って最初に増加し、その後減少し、印刷性が向上しました。 HPMC の含有量が増加すると、モルタルの多孔性が増加し、強度が低下します。HPMC の含有量は 0.20% を超えないようにすることをお勧めします。
近年、3Dプリント（「積層製造」とも呼ばれる）技術は急速に発展し、バイオエンジニアリング、航空宇宙、芸術創作など多くの分野で広く使用されています。 3Dプリント技術の型なしプロセスは、材料と構造設計の柔軟性を大幅に向上させ、その自動化された構築方法は、人力を大幅に節約するだけでなく、さまざまな過酷な環境での建設プロジェクトにも適しています。 3Dプリント技術と建設分野の組み合わせは、革新的で将来性が期待されています。 現在、セメント系材料の3Dプリントの代表的なプロセスは、押し出しスタッキングプロセス（輪郭プロセス輪郭クラフトを含む）とコンクリート印刷および粉末結合プロセス（Dシェイププロセス）です。 その中で、押し出しスタッキングプロセスは、従来のコンクリート成形プロセスとの差が小さく、大型部品の実現可能性が高く、建設コストが低いなどの利点があります。 劣る利点は、セメント系材料の3Dプリント技術の現在の研究ホットスポットとなっています。
3Dプリントの「インク材料」として使用されるセメント系材料の場合、その性能要件は一般的なセメント系材料の要件とは異なります。一方では、新しく混合されたセメント系材料の作業性に対して一定の要件があり、施工プロセスはスムーズな押し出しの要件を満たす必要があります。他方では、押し出されたセメント系材料は積み重ね可能である必要があります。つまり、自重と上層の圧力の作用下で大きく崩壊したり変形したりすることはありません。さらに、3Dプリントの積層プロセスは、層間界面領域の良好な機械的特性を確保するために、層間の層を作ります。3Dプリント建築材料は、良好な接着性も備えている必要があります。要約すると、押し出し性、積み重ね性、および高い接着性の設計が同時に設計されています。セメント系材料は、建設分野での3Dプリント技術の応用の前提条件の1つです。セメント系材料の水和プロセスとレオロジー特性を調整することは、上記の印刷性能を向上させるための2つの重要な方法です。セメント系材料の水和過程の調整は実施が難しく、配管の詰まりなどの問題が発生しやすい。また、レオロジー特性の調整では、印刷工程中の流動性と押出成形後の構造化速度を維持する必要があります。現在の研究では、粘度調整剤、鉱物混和剤、ナノ粘土などを使用してセメント系材料のレオロジー特性を調整し、より優れた印刷性能を実現することがよくあります。
ヒドロキシプロピルメチルセルロース（HPMC）は一般的なポリマー増粘剤です。分子鎖上のヒドロキシル結合とエーテル結合は、水素結合を介して自由水と結合します。コンクリートに導入すると、凝集力と保水性を効果的に向上させることができます。現在、HPMCがセメント系材料の特性に及ぼす影響に関する研究は、主に流動性、保水性、レオロジーへの影響に焦点を当てており、3Dプリントセメント系材料の特性（押し出し性、積み重ね性など）に関する研究はほとんど行われていません。さらに、3Dプリントの統一基準がないため、セメント系材料の印刷性の評価方法はまだ確立されていません。材料の積み重ね性は、大きな変形を伴う印刷可能な層の数または最大印刷高さによって評価されます。上記の評価方法は、主観性が高く、普遍性が低く、プロセスが面倒です。この性能評価方法は、エンジニアリングへの応用において大きな可能性と価値があります。
本稿では、セメント系材料に異なる用量のHPMCを導入してモルタルの印刷性を改善し、印刷性、レオロジー特性、機械的特性を研究することにより、HPMC投与量が3Dプリントモルタルの特性に及ぼす影響を総合的に評価した。流動性などの特性に基づいて評価結果に基づいて、最適量のHPMCを混合したモルタルを印刷検証用に選択し、印刷物の関連パラメータをテストしました。サンプルの微視的形態の研究に基づいて、印刷材料の性能進化の内部メカニズムを調査しました。同時に、3Dプリントセメント系材料を確立しました。建設分野における3Dプリント技術の応用を促進するための、印刷性能の総合的な評価方法。
投稿日時: 2022年9月27日