摘要
玄武岩纤维是一种具备良好力学性能、优异化学稳定性、天然硅酸盐相容性和高性价比的纤维材料，将其掺入3D打印混凝土中用以解决3D打印混凝土构件易出现层间粘结薄弱、钢筋构造措施难度大、延性不足、易产生塑性开裂等问题。而纤维的掺加不仅会对3D打印混凝土力学性能产生影响，而且会对流变性能产生影响，从而对3D打印混凝土的可挤出性及可建造性产生影响。开展玄武岩纤维特性对3D打印混凝土流变特性、可打印性能和力学性能影响规律的研究，对指导3D打印混凝土结构工程实际应用具有重要的意义。 本文以玄武岩纤维掺量、长度、直径等特性为研究对象，利用HC1009型混凝土打印机、混凝土流变仪、压力机等试验装置，开展了3D打印混凝土流变特性、可打印性和力学性能测试。采用理论分析、试验研究及有限元仿真相结合的方法，针对玄武岩纤维特性对3D打印混凝土流变特性、可打印性和力学性能影响规律进行了研究，取得了以下主要研究成果： （1）明确了玄武岩纤维对3D打印混凝土流变性能的影响。玄武岩纤维掺量的增加或直径的减小会导致3D打印混凝土静态屈服应力和动态屈服应力的增大以及流动度的下降。随着长度的增大，静态屈服应力和动态屈服应力先减小后增大。正交试验表明，纤维的掺量对3D打印混凝土的流动性、动态屈服应力以及静态屈服应力的影响权重最大，长度的影响权重最小。 （2）分析了玄武岩纤维对3D打印混凝土可挤出性和可建造性的影响。动态屈服应力与单位时间挤出量呈负相关。3D打印混凝土的动态屈服应力为280Pa，单位时间挤出量为1850g时，打印条带连续且均匀，条带宽度满足设计要求，3D打印混凝土具备良好的可挤出性。静态屈服应力与打印试件倾角呈正相关。3D打印混凝土的静态屈服应力在900Pa以上，且拥有适中的动态屈服应力（约280Pa）时，打印构件具备良好的可建造性。 （3）明确了玄武岩纤维特性对3D打印混凝土抗压强度和抗折强度的影响。通过单一变量试验发现，随着不同特性的纤维的掺加，3D打印混凝土的抗压强度和抗折强度得到不同程度的增长。正交试验测试结果表明，长度、直径、掺量三因素对3D打印混凝土影响权重有较大差异，分别为掺量＞长度＞直径。 （4）明晰了玄武岩纤维对3D打印混凝土力学各向异性的影响。X方向的平均抗压强度相对较高。Z方向和Y方向相较于浇筑试件抗折强度有所上升，且均大于X方向抗折强度。浇筑试件的劈裂抗拉强度最高，其次为Z方向，而在Y方向和X方向劈裂抗拉强度相对较低。打印试件抗压强度、抗折强度及劈裂抗拉强度表现出明显各向异性。 （5）研究了界面粘结性能对3D打印混凝土力学各向异性的影响和3D打印混凝土试件的破坏模式。在单轴加载作用下，界面会发生横向滑动，损伤主要发生在打印试件垂直于Z方向的接触界面，界面破坏主要以剪切破坏为主。
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