CN104964875B - 3d打印构件层间粘结强度的测试结构及测试方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种3D打印构件层间粘结强度的测试结构及测试方法，该测试结构包括：3D打印形成的构件壳体，内部中空形成浇筑空间；浇筑形成于所述浇筑空间内、相互分隔开的底部混凝土结构和顶部混凝土结构，顶部混凝土结构内锚固有第二连接件，底部混凝土结构内锚固有第一连接件；以及加载装置，对所述构件壳体上的第一连接件和第二连接件施加拉伸加载力以测得所述构件壳体的层间粘结抗拉强度。利用在构件壳体内浇筑混凝土结构，为构件壳体增加一定的强度，使得其能够承受加载装置施加一定的拉伸加载力，相互分隔开的混凝土结构不会影响构件壳体的粘结抗拉强度，确保了测试结果的精确性。

Description

3D打印构件层间粘结强度的测试结构及测试方法

技术领域

本发明涉及建筑施工领域，特指一种3D打印构件层间粘结强度的测试结构及测试方法。

背景技术

3D打印技术在建筑领域已有应用，3D打印建筑技术的成功应用将实现节约建筑材料，降低建筑业的物耗、能耗，减少建筑业对环境的污染。

3D打印建筑构件，如梁、柱、墙等构件是通过3D打印喷头逐层打印、相互叠设形成建筑构件的外壳，根据构件承载力需要确定在其内部进行钢筋配置或混凝土浇筑。然而针对3D打印建筑构件其承载性能如何需要通过试验进行验证。3D打印建筑构件的形成原理决定了其与普通建筑构件的区别：3D打印机逐层打印、相互叠设形成的构件外壳存在粘结强度局部薄弱的问题，而目前现有的建筑构件的粘结抗拉强度试验方法并不适用于3D打印建筑构件。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的缺陷，提供一种3D打印构件层间粘结强度测试结构及测试方法，解决现有建筑构件的粘结抗拉强度试验方法不适用于3D打印建筑构件的问题。

实现上述目的的技术方案是：

本发明一种3D打印构件层间粘结强度的测试方法，包括：

采用3D打印技术，逐层打印形成构件壳体，所述构件壳体内部中空形成浇筑空间，所述浇筑空间的顶部和底部分别具有顶部开口和底部开口；

于所述浇筑空间内依次浇筑形成相互分隔开的底部混凝土结构和顶部混凝土结构，且底部混凝土结构内锚固有凸伸出底部开口的第一连接件，顶部混凝土结构内锚固有凸伸出顶部开口的第二连接件；

将所述构件壳体放置在加载装置上，所述构件壳体上的第一连接件和第二连接件分别固定在所述加载装置上，通过所述加载装置对所述第一连接件和所述第二连接件施加拉伸加载力，以测得所述构件壳体的层间粘结抗拉强度。

利用在构件壳体内浇筑混凝土结构，为构件壳体增加一定的强度，使得其能够承受加载装置施加一定的拉伸加载力，混凝土结构相互分隔开，在分隔处的构件壳体无浇筑的混凝土，确保粘结抗拉强度测试面仅为3D打印形成的构件壳体，对粘结抗拉强度基本无影响，确保了测试结果的精确性。

本发明3D打印构件层间粘结强度的测试方法的进一步改进在于，于所述浇筑空间内依次浇筑形成相互分隔开的底部混凝土结构和顶部混凝土结构包括：

于所述浇筑空间的底部开口处固定第一连接件，所述第一连接件一端部位于所述浇筑空间内，另一端部伸出所述底部开口；

于所述浇筑空间内浇筑混凝土形成底部混凝土结构，确保所述底部混凝土结构与所述构件壳体紧密贴合；

于所述底部混凝土结构之上铺设分隔板；

于所述浇筑空间的顶部开口处固定第二连接件，所述第二连接件一端部位于所述浇筑空间内，另一端部伸出所述顶部开口；

于所述分隔板之上、所述浇筑空间内浇筑混凝土形成顶部混凝土结构，确保所述顶部混凝土结构与所述构件壳体紧密贴合。

本发明3D打印构件层间粘结强度的测试方法的进一步改进在于，所述分隔板为塑料板，且上下表面涂抹润滑油。

本发明3D打印层间粘结强度的测试方法的进一步改进在于，采用3D打印技术，于底座上逐层打印形成构件壳体，所述底座通过支撑脚支设于地面上，所述底座的中部设有固定所述第一连接件的固定墩。

本发明3D打印构件层间粘结强度的测试方法的进一步改进在于，所述加载装置包括壳体、设于壳体底部的第一拉伸端、以及设于壳体顶部的第二拉伸端；将所述构件壳体放置在加载装置上时，

所述构件壳体上的第一连接件固定于所述第一拉伸端；

所述构件壳体上的第二连接件固定于所述第二拉伸端；

通过所述第一拉伸端和所述第二拉伸端对所述第一连接件和所述第二连接件施加轴向拉伸加载力，当所述构件壳体发生破坏时，此时的轴向拉伸加载力除以所述构件壳体的层间接触面积即为所述构件壳体的层间粘结抗拉强度。

本发明一种3D打印构件层间粘结强度的测试结构，包括：

3D打印形成的构件壳体，内部中空形成浇筑空间，所述浇筑空间的顶部和底部分别具有顶部开口和底部开口；

浇筑形成于所述浇筑空间内的底部混凝土结构，所述底部混凝土内锚固有第一连接件，所述第一连接件凸伸出底部开口；

浇筑形成于所述浇筑空间内的顶部混凝土结构，所述顶部混凝土结构位于所述底部混凝土结构之上，且与所述底部混凝土结构相互分隔设置，所述顶部混凝土内锚固有第二连接件，所述第二连接件凸伸出顶部开口；以及

加载装置，对所述构件壳体上的第一连接件和第二连接件施加拉伸加载力以测得所述构件壳体的层间粘结抗拉强度。

本发明3D打印构件层间粘结强度的测试结构的进一步改进在于，所述的底部混凝土结构和顶部混凝土结构均与所述构件壳体紧密贴合，所述底部混凝土结构和所述顶部混凝土结构之间铺设有分隔板。

本发明3D打印构件层间粘结强度的测试结构的进一步改进在于，所述分隔板为塑料板，且上下表面涂抹润滑油。

本发明3D打印构件层间粘结强度的测试结构的进一步改进在于，所述构件壳体形成于底座上，所述底座通过支撑脚支设于地面上，所述底座的中部设有固定所述第一连接件的固定墩。

本发明3D打印构件层间粘结强度的测试结构的进一步改进在于，所述加载装置包括壳体、设于壳体底部的第一拉伸端、以及设于壳体顶部的第二拉伸端，所述构件壳体上的第一连接件固定于所述第一拉伸端；所述构件壳体上的第二连接件固定于所述第二拉伸端；通过所述第一拉伸端和所述第二拉伸端对所述第一连接件和所述第二连接件施加轴向拉伸加载力。

附图说明

图1为本发明3D打印构件层间粘结强度的测试方法中构件壳体的立面示意；

图2为本发明3D打印构件壳体中浇筑了混凝土结构后的竖向剖面俯视图；

图3为本发明3D打印构件壳体中浇筑了混凝土结构后的顶部横向剖面示意图；以及

图4为本发明3D打印构件层间粘结强度的测试方法中通过加载装置加载测试的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明。

本发明提供了一种3D打印构件层间粘结强度的测试结构及测试方法，用于测试3D打印的构件壳体的层间粘结强度，解决现有的建筑构件的粘结抗拉强度试验方法不适用于3D打印的建筑构件。在3D打印构件壳体内浇筑相互分隔开的顶部混凝土结构和底部混凝土结构，一方面通过混凝土结构增加构件壳体的结构强度，使其可承受一定的荷载，另一方面通过分隔设置的方式，避免混凝土结构对构件壳体的层间粘结抗拉强度的影响，确保测得构件壳体的层间粘结抗拉强度的精确性。在构件壳体内浇筑混凝土时，确保混凝土结构与构件壳体件的紧密贴合，避免混凝土结构与构件壳体间的出现空鼓现象，而对构件壳体的受力产生影响。下面结合附图对本发明3D打印构件层间粘结强度的测试结构及测试方法进行说明。

参阅图2，显示了本发明3D打印构件壳体中浇筑了混凝土结构后的竖向剖面俯视图。参阅图4，显示了本发明3D打印构件层间粘结强度的测试方法中通过加载装置加载测试的结构示意图。下面结合图2和图4，对本发明3D打印构件层间粘结强度的测试结构进行说明。

如图2和图4所示，本发明3D打印构件层间粘结强度的测试结构包括构件壳体11、底部混凝土结构12、顶部混凝土结构13、以及加载装置21，构件壳体11采用3D打印技术逐层打印形成，构件壳体11内部中部形成有浇筑空间，浇筑空间用于浇筑形成底部混凝土结构12和顶部混凝土结构13，在浇筑空间的顶部和底部分别具有顶部开口111和底部开口112，顶部混凝土结构13形成于底部混凝土结构12之上，且与底部混凝土结构12相互分隔设置，底部混凝土结构12内锚固有第一连接件121，该第一连接件121凸伸出底部开口112，顶部混凝土结构13内锚固有第二连接件131，该第二连接件131凸伸出顶部开口111，加载装置21对构件壳体11上的第一连接件121和第二连接件131施加拉伸加载力以测得构件壳体11的层间粘结抗拉强度，测试时，将构件壳体11竖向置于加载装置21上，将第一连接件121和第二连接件131分别固定在加载装置21上，通过加载装置21对第一连接件121和第二连接件131进行轴向拉伸加载，可以是对第一连接件121和第二连接件131施加反向的拉伸力，直至构件壳体11破坏，记录破坏时的最大拉力，反向拉伸力两端是相同的，该最大拉力为一端的拉伸力，可以是加载装置21一端不动，另一端施加拉伸力，构件壳体11破坏时，记录破坏时的最大拉力，再根据该拉力计算出构件壳体11的层间粘结抗拉强度。

如图1所示，在打印构件壳体11时，在底座31上打印制作构件壳体11，底座31通过设于底部的支撑脚311支设于地面上，如图2所示，底座31的中部设有固定所述第一连接件121的固定墩312，待打印的构件壳体11成型后，在底部开口112处利用固定墩312固定第一连接件121，固定好第一连接件121后，在浇筑空间内浇筑混凝土形成底部混凝土结构12，将第一连接件121锚固于底部混凝土结构12内，该第一连接件121凸伸出底部开口112，浇筑过程中及时振捣密实，保证混凝土结构的浇筑面与构件壳体的内壁面紧密贴合，接触密实，之间无空鼓现象，在底部混凝土结构12上铺设分隔板14，然后在顶部开口111处临时固定第二连接件131，然后在分隔板14之上浇筑顶部混凝土结构13，将第二连接件131锚固于顶部混凝土结构13内，该第二连接件131凸伸出顶部开口111，通过分隔板14将底部混凝土结构12和顶部混凝土结构13分隔开。底部混凝土结构12和顶部混凝土结构13浇筑时要确保混凝土结构与构件壳体11的内壁面紧密贴合，接触密实，确保混凝土结构无空鼓现象。分隔板14为塑料板，该塑料板的上下表面涂抹润滑油，塑料板的作用为防止两段混凝土结构接触粘结，将混凝土结构分隔开；塑料板确保粘结抗拉测试面处无后浇筑的混凝土，塑料板强度很低，对3D打印壳体层间粘结抗拉强度基本无影响。

如图4所示，加载装置21包括壳体213、第一拉伸端211、以及第二拉伸端212，第一拉伸端211设于壳体213的底部，第二拉伸端212设于壳体213的顶部，通过第一拉伸端211连接第一连接件121并对第一连接件121施加拉伸加载力，通过第二拉伸端212连接第二连接件131并对第二连接件131施加拉伸加载力，通过第一拉伸端211和第二拉伸端212对构件壳体11进行轴向拉伸加载，控制加载装置21的加载速率，直至破坏构件壳体11，记录下构件壳体11破坏时的最大拉力值，利用该最大拉力值除以构件壳体11的层间接触面积就获得了构件壳体11的层间粘结抗拉强度。第一拉伸端211和第二拉伸端212对构件壳体11进行轴向拉伸加载，可以是第一拉伸端211和第二拉伸端212施加反向的拉力，该反向的拉力两端大小相同；也可以是第二拉伸端212不动，第一拉伸端211施加拉力，当构件破坏时，取第一拉伸端211的拉力值。

本发明3D打印构件层间粘结强度的测试结构的测试原理为：利用加载装置对3D构件壳体进行轴向拉伸，测试出构件壳体的层间能承受的最大拉力，由于构件壳体自身强度较低，直接施加拉力时很容易使得构件壳体破碎，不能测出较准确的拉力值。本发明在构件壳体内浇筑分隔开的混凝土结构，利用混凝土结构增加构件壳体的强度，且混凝土结构为分隔开的，在分隔处无混凝土，仅为构件壳体，这样在施加拉力时，构件壳体在分隔处的部位承受所施加的拉力，且该部分相较于浇筑混凝土部分的强度低，该部分会先被破坏，这样就会得到构件壳体层间所能承受的最大拉力，利用塑料板分隔顶部和底部的混凝土结构，分隔板的强度较低，对3D打印构件壳体的层间粘结抗拉强度基本无影响。这样利用测得的最大拉力值除以构件壳体的层间接触面积就获得了层间粘结抗拉强度。

下面对本发明3D打印构件层间粘结强度的测试方法进行说明。

如图1所示，采用3D打印技术，在底座31上逐层打印形成构件壳体11，底座31通过设于底部的支撑脚311支设于地面上，如图2所示，底座31的中部设有固定所述第一连接件121的固定墩312。该构件壳体11内部中空形成有浇筑空间，该浇筑空间用于浇筑混凝土，浇筑空间具有顶部开口111和底部口112；

如图2和图3所示，在浇筑空间内依次浇筑形成相互分隔开的底部混凝土结构12和顶部混凝土结构13，底部混凝土结构12内锚固有凸伸出底部开口112的第一连接件121，顶部混凝土结构13内锚固有凸伸出顶部开口111的第二连接件131，如图2所示，在构件壳体11的浇筑空间的底部开口112处固定第一连接件121，通过底座31上的固定墩312将第一连接件121固定，使得第一连接件121一端部位于浇筑空间内，另一端部伸出底部开口112；在构件壳体11的强度发展完全时，在浇筑空间内灌注混凝土，形成底部混凝土结构12，底部混凝土结构12将第一连接件121锚固于结构内，浇筑过程中及时振捣，保证混凝土与构件壳体11紧密贴合，接触密实，之间无空鼓现象；待底部混凝土结构12初凝后，在底部混凝土结构12之上铺设分隔板14，该分隔板14在浇筑空间内满铺，通过分隔板14将底部混凝土结构12的上表面覆盖，该分隔板14为塑料板，该塑料板的上下表面涂抹润滑油，塑料板的作用为防止两段混凝土结构接触粘结，将混凝土结构分隔开；塑料板确保粘结抗拉测试面处无后浇筑的混凝土，塑料板强度很低，对3D打印壳体层间粘结抗拉强度基本无影响；在浇筑空间的顶部开口111处固定第二连接件131，采用临时固定的方式将第二连接件131固定，使得第二连接件131的一端部位于浇筑空间内，另一端部伸出顶部开口111，在分隔板14之上、浇筑空间内浇筑混凝土，形成顶部混凝土结构13，顶部混凝土结构13将第二连接件131锚固于结构内，浇筑时及时振捣，保证混凝土与构件壳体11紧密贴合，接触密实，之间无空鼓现象。

如图4所示，加载装置21包括壳体213、第一拉伸端211、以及第二拉伸端212，第一拉伸端211设于壳体213的底部，第二拉伸端212设于壳体213的顶部，将构件壳体11放置在加载装置21上时，构件壳体11上的第一连接件121固定于第一拉伸端211，构件壳体11上的第二连接件131固定于第二拉伸端212，通过第一拉伸端211和第二拉伸端212对构件壳体11进行轴向拉伸加载，控制加载速率，当构件壳体11发送破坏时，记录破坏时的最大拉力值，利用该最大拉力值除以构件壳体11的层间接触面积就获得了构件壳体11的层间粘结抗拉强度。第一拉伸端211和第二拉伸端212对构件壳体11进行轴向拉伸加载，可以是第一拉伸端211和第二拉伸端212施加反向的拉力，该反向的拉力两端大小相同，即第一拉伸端211向第一连接件121施加向下的拉伸加载力，第二拉伸端212向第二连接件131施加向上的拉伸加载力，构件破坏时，取一端的拉伸加载力；也可以是第二拉伸端212不动，第一拉伸端211施加拉力，当构件破坏时，取第一拉伸端211的拉伸加载力。

本发明3D打印层间粘结强度的测试方法及测试结构的有益效果为：

利用在构件壳体内浇筑混凝土结构，为构件壳体增加一定的强度，使得其能够承受加载装置施加一定的拉伸加载力，利用分隔板将浇筑混凝土分隔开，在分隔板处的构件壳体无浇筑的混凝土，确保粘结抗拉强度测试面仅为3D打印形成的构件壳体，且分隔板的强度较低，对粘结抗拉强度基本无影响，确保了测试结果的精确性。

以上结合附图实施例对本发明进行了详细说明，本领域中普通技术人员可根据上述说明对本发明做出种种变化例。因而，实施例中的某些细节不应构成对本发明的限定，本发明将以所附权利要求书界定的范围作为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种3D打印构件层间粘结强度的测试方法，其特征在于，包括：

采用3D打印技术，逐层打印形成构件壳体，所述构件壳体内部中空形成浇筑空间，所述浇筑空间的顶部和底部分别具有顶部开口和底部开口；

于所述浇筑空间内依次浇筑形成相互分隔开的底部混凝土结构和顶部混凝土结构，且底部混凝土结构内锚固有凸伸出底部开口的第一连接件，顶部混凝土结构内锚固有凸伸出顶部开口的第二连接件；

将所述构件壳体放置在加载装置上，所述构件壳体上的第一连接件和第二连接件分别固定在所述加载装置上，通过所述加载装置对所述第一连接件和所述第二连接件施加拉伸加载力，以测得所述构件壳体的层间粘结抗拉强度。

2.如权利要求1所述的3D打印构件层间粘结强度的测试方法，其特征在于，于所述浇筑空间内依次浇筑形成相互分隔开的底部混凝土结构和顶部混凝土结构包括：

于所述浇筑空间的底部开口处固定第一连接件，所述第一连接件一端部位于所述浇筑空间内，另一端部伸出所述底部开口；

于所述浇筑空间内浇筑混凝土形成底部混凝土结构，确保所述底部混凝土结构与所述构件壳体紧密贴合；

于所述底部混凝土结构之上铺设分隔板；

于所述浇筑空间的顶部开口处固定第二连接件，所述第二连接件一端部位于所述浇筑空间内，另一端部伸出所述顶部开口；

于所述分隔板之上、所述浇筑空间内浇筑混凝土形成顶部混凝土结构，确保所述顶部混凝土结构与所述构件壳体紧密贴合。

3.如权利要求2所述的3D打印构件层间粘结强度的测试方法，其特征在于，所述分隔板为塑料板，且上下表面涂抹润滑油。

4.如权利要求1所述的3D打印构件层间粘结强度的测试方法，其特征在于，采用3D打印技术，于底座上逐层打印形成构件壳体，所述底座通过支撑脚支设于地面上，所述底座的中部设有固定所述第一连接件的固定墩。

5.如权利要求1所述的3D打印构件层间粘结强度的测试方法，其特征在于，所述加载装置包括壳体、设于壳体底部的第一拉伸端、以及设于壳体顶部的第二拉伸端；将所述构件壳体放置在加载装置上时，

所述构件壳体上的第一连接件固定于所述第一拉伸端；

所述构件壳体上的第二连接件固定于所述第二拉伸端；

通过所述第一拉伸端和所述第二拉伸端对所述第一连接件和所述第二连接件施加轴向拉伸加载力，当所述构件壳体发生破坏时，此时的轴向拉伸加载力除以所述构件壳体的层间接触面积即为所述构件壳体的层间粘结抗拉强度。

6.一种3D打印构件层间粘结强度的测试结构，其特征在于，包括：

3D打印形成的构件壳体，内部中空形成浇筑空间，所述浇筑空间的顶部和底部分别具有顶部开口和底部开口；

浇筑形成于所述浇筑空间内的底部混凝土结构，所述底部混凝土内锚固有第一连接件，所述第一连接件凸伸出底部开口；

浇筑形成于所述浇筑空间内的顶部混凝土结构，所述顶部混凝土结构位于所述底部混凝土结构之上，且与所述底部混凝土结构相互分隔设置，所述顶部混凝土内锚固有第二连接件，所述第二连接件凸伸出顶部开口；以及

加载装置，对所述构件壳体上的第一连接件和第二连接件施加拉伸加载力以测得所述构件壳体的层间粘结抗拉强度。

7.如权利要求6所述的3D打印构件层间粘结强度的测试结构，其特征在于，所述的底部混凝土结构和顶部混凝土结构均与所述构件壳体紧密贴合，所述底部混凝土结构和所述顶部混凝土结构之间铺设有分隔板。

8.如权利要求7所述的3D打印构件层间粘结强度的测试结构，其特征在于，所述分隔板为塑料板，且上下表面涂抹润滑油。

9.如权利要求6所述的3D打印构件层间粘结强度的测试结构，其特征在于，所述构件壳体形成于底座上，所述底座通过支撑脚支设于地面上，所述底座的中部设有固定所述第一连接件的固定墩。

10.如权利要求9所述的3D打印构件层间粘结强度的测试结构，其特征在于，所述加载装置包括壳体、设于壳体底部的第一拉伸端、以及设于壳体顶部的第二拉伸端，所述构件壳体上的第一连接件固定于所述第一拉伸端；所述构件壳体上的第二连接件固定于所述第二拉伸端；通过所述第一拉伸端和所述第二拉伸端对所述第一连接件和所述第二连接件施加轴向拉伸加载力。