一种建筑3D打印材料建造性能的测试装置及测试方法与流程

本发明属于混凝土性能测试的技术领域，尤其涉及一种建筑3D打印材料建造性能的测试装置及测试方法。

背景技术：

3D打印技术是基于离散-堆积原理，由零件三维数据驱动，采用自下而上逐渐累加材料的方法制造实体零件的技术。其优点在于无需模具，缩短产品研制周期，提高效率和降低成本，可打印各种异型材。

建筑3D打印技术，是3D打印技术的拓展，更是建筑领域的一种革新。将3D打印技术与建筑行业相结合，不但能节约人工成本，就近取材，也能缩减物流费用，近期目标可以打印复杂预制部件及批量生产房屋，远期来看个性化定制房屋也成为可能，最重要的是大大缩短建造时间，这与建筑工业化的理念不谋而合。

目前3D打印技术主要基础材料多为高分子材料(光敏树脂、可分解塑料粉末)、金属粉末、陶瓷粉末、复合粉末等。而建筑3D打印使用的是水泥基材料，由于该材料本身独特的流变性能、自凝结性能造成了打印设备匹配性不佳、建造工艺不完善，打印精度欠缺等问题，给建筑3D打印技术的发展带来了很大阻力。

因此，制备适用于建造性能优异的水泥基材料是建筑3D打印应用的基础。不同于传统水泥混凝土的高性能化发展，建筑3D打印材料的设计需具备低流态、高塑性、凝结可控、良好的层间的衔接性以及硬化后合格的力学性能、耐久性能等要求。所以传统的工作性能检测方法，诸如坍落度、扩展度、T₅₀流动时间等已经不适用于建筑3D技术的材料的性能表征，特别是国内外尚无对在层叠工艺下材料的堆砌性能的检测及评价方法。

目前，国内外建筑3D打印技术正在兴起，而尚未建立的打印材料建造性能的测试及评价方法，将极大的制约3D打印技术在建筑领域的应用及发展。本发明提出的一种建筑3D打印材料建造性能的测试装置及测试方法可填补这一技术空白，综合评价打印材料的建造性能并指导其在建筑3D打印技术中的应用。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题在于针对上述存在的问题，提供一种建筑3D打印材料建造性能的测试装置及测试方法，模拟建筑3D打印的层叠建造过程中材料的工作性能及可堆砌性能变化，实现对建筑3D打印材料的建造性能的量化评价。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案是：一种建筑3D打印材料建造性能的测试装置，其特征在于，包括测试筒、堆砌高度测量器和扩展测量板，所述测试筒通过支架悬空设置，所述堆砌高度测量器包括测量杆和测量针，所述测量杆竖直设于测试筒一侧，所述测量针水平设置，一端与测量杆相连，所述扩展测量板设于测试筒出口下方。

按上述方案，所述测试筒包括上料斗和下出料管，所述上料斗内部空腔中心设有中心隔板，形成第一料斗和第二料斗，所述第一、第二料斗与所述下出料管的连接处分别设有第一滑动板和第二滑动板，拉动所述第一、第二滑动板可第一、第二料斗与下出料管贯通或阻断，下出料管的外壁上设有振动器。

按上述方案，所述扩展测量板顶面设有水平刻度线，扩展测量板的中心轴线与所述测试筒的中心轴线重合。

按上述方案，所述扩展测量板与所述下出料管的间距为测试筒体积与下出料管截面积的比值。

按上述方案，所述下出料管的管径大于或等于建筑3D打印材料浆体骨料的最大粒径的3倍。

按上述方案，所述测量杆上设有垂直刻度线，所述测量针可沿测量杆上下滑动。

按上述方案，所述第一滑动板和第二滑动板可通过手动或液压缸或气压缸或电动机拉动。

按上述方案，所述扩展测量板为圆形盘结构，所述测量针的长度大于扩展测量板的半径。

按上述方案，所述水平刻度线和垂直刻度线的测量精确为毫米。

一种建筑3D打印材料建造性能的测试方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1)测试前准备，安装装置，并对测试筒进行密封性检测，用湿布擦净测试筒及扩展测量板，关闭第一滑动板和第二滑动板；

S2)开始测试，将建筑3D打印材料填注满上料斗，并用铁棒插捣密实，开启振动器，打开第一料斗的第一滑动板，采用秒表记录3D打印材料流空时间t₁，在扩展测量板上直接读取记录扩展度S₁，并移动测量针在测量杆上直接读取记录堆砌高度H₁，打开第二料斗的第二滑动板，采用秒表记录3D打印材料流空时间t₂，在扩展测量板上直接读取记录扩展度S₂，并移动测量针在测量杆上直接读取记录堆砌高度H₂；

S3)计算得出3D打印材料的建造性能，重复上述步骤数次，取数次试验数据的平均值，通过公式需要拟合

计算该建筑3D打印材料的建造性能J_3D。

本发明的有益效果是：提供了一种建筑3D打印材料建造性能的测试装置及测试方法，可在实验室的条件下模拟实际3D打印层叠建造过程中建筑材料的工作性能及堆砌性能的变化，可量化评价建筑3D打印材料建造性能的优劣，且检测效果好，检测结果的准确度高，本测试装置结构简单合理，操作快捷，可靠性好，制作运行成本低，实用性强。

附图说明

图1为本发明一个实施例的正视图。

图2为本发明一个实施例的俯视图。

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.第一滑动板，7.第二滑动板，8.振动器，9.扩展测量板，10.测量杆，11.测量针，12.建筑3D打印材料。

具体实施方式

为更好地理解本发明，下面结合附图和实施例对本发明作进一步的描述。

如图1、图2所示，一种建筑3D打印材料建造性能的测试装置，包括测试筒、堆砌高度测量器和扩展测量板9，测试筒通过支架悬空设置，堆砌高度测量器包括测量杆10和测量针11，测量杆竖直设于测试筒一侧，测量针水平设置，一端与测量杆相连，扩展测量板设于测试筒出口下方。

测试筒包括上料斗1和下出料管2，上料斗内部空腔中心设有中心隔板3，形成第一料斗4和第二料斗5，第一、第二料斗与下出料管的连接处分别设有第一滑动板6和第二滑动板7，拉动第一、第二滑动板可第一、第二料斗与下出料管贯通或阻断，第一滑动板和第二滑动板可通过手动或液压缸或气压缸或电动机拉动，下出料管的外壁上设有振动器8。

扩展测量板顶面设有水平刻度线，扩展测量板的中心轴线与测试筒的中心轴线重合，扩展测量板与下出料管的间距为测试筒体积与下出料管截面积的比值，测量杆上设有垂直刻度线，测量针可沿测量杆上下滑动，便于读取高度值，扩展测量板为圆形盘结构，测量针的长度大于扩展测量板的半径，水平刻度线和垂直刻度线的测量精确为毫米。

下出料管的管径大于或等于建筑3D打印材料12的浆体骨料的最大粒径的3倍。

采用该装置进行建筑3D打印材料建造性能的测试方法：

S1)测试前准备，安装装置，并对测试筒进行密封性检测，用湿布擦净测试筒及扩展测量板，关闭第一滑动板和第二滑动板；

S2)开始测试，将建筑3D打印材料填注满上料斗，并用铁棒插捣密实，开启振动器，打开第一料斗的第一滑动板，采用秒表记录3D打印材料流空时间t₁，在扩展测量板上直接读取记录扩展度S₁，并移动测量针在测量杆上直接读取记录堆砌高度H₁，打开第二料斗的第二滑动板，采用秒表记录3D打印材料流空时间t₂，在扩展测量板上直接读取记录扩展度S₂，并移动测量针在测量杆上直接读取记录堆砌高度H₂；

S3)计算得出3D打印材料的建造性能，重复上述步骤数次，取数次试验数据的平均值，通过公式需要拟合

计算该建筑3D打印材料的建造性能J_3D。

分别制备六份不同工作性能的测试浆体试样进行3D打印可建造性能测试，试样各配比如表1所示。其中，实施例1-2为河砂配制的砂浆，实施例3-4为机制砂配制的砂浆，实施例5-6为河砂配制的混凝土，骨料粒径为5-10mm。按本发明所述测试方法测得的结果如表2所示。

表1实施例1～6中试样配合比(kg/m³)

实施例1～6中试样性能测试结果

以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。