CN114563345B - 一种水泥基3d打印试件层间粘结强度测试装置和测试方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种水泥基3D打印试件层间粘结强度测试装置和测试方法，包括：支架、定高仪、测试块、冲击器和第三固定架；支架的上部通过第一固定架固定有定高仪；冲击器位于定高仪之下，冲击器通过第二固定架固定于支架上，冲击器包括T型台和测试头，T型台与测试头为可拆卸连接，测试头底端形状为圆形或一字型或矩形；定高仪、测试块、冲击器的中心线一致且与打印试件的测试位置对应；第三固定架设置在支架的底部且位于冲击器之下，用于固定打印试件。本发明测试装置结构简单，测试方法操作简单，容易掌握，测试迅速方便，测量数据可靠、准确，可在施工现场进行测试，适用于打印试件层间粘结强度实时监测。
Description
技术领域
本发明涉及3D打印材料领域，特别涉及一种水泥基3D打印试件层间粘结强度测试装置和测试方法。
背景技术
建筑3D打印是一种应用机电一体化技术将水泥基建筑材料自动建造成所设计的模型结构的新型建造方式，具有无模板、设计自由度高、节能节材等优势。水泥基3D打印试件材料的制造过程为逐层堆叠，难免造成层间界面的薄弱粘结。层间薄弱面在一定程度上成为了打印试件潜在的定向缺陷，导致结构产生不协调的变形、具有不连续的力学性能，同时打印试件易因应力集中而发生破裂，进而削弱了结构的整体承载能力和长期耐久性能。
水泥基3D打印试件需要对其进行相应的力学检测，以判断其是否达到相应的力学指标需求。现有技术中，界面粘结力学性能测试一般采用抗压、抗弯强度测试，拉伸强度测试，劈拉试验，斜剪试验和十字交叉法。然而，这些测试方法大多适用于实验室，且相关仪器设备不易搬移，操作或计算较繁琐，导致试验结果不够直观，进而不适用于施工现场的快速检测。建立施工现场的界面粘结力学性能快速表征方法与评价体系是研究与应用建筑级3D打印技术的基石，因此，急需开发一种能快速检测水泥基3D打印试件层间粘结强度的方法。
发明内容
本发明的目的在于克服现有的界面粘结力学性能测试仪器不适用于施工现场的问题，提供一种水泥基3D打印试件层间粘结强度测试装置和测试方法。
为了实现上述发明目的，本发明提供了以下技术方案：
一种水泥基3D打印试件层间粘结强度测试装置，包括：支架，定高仪、测试块、冲击器、第三固定架；
所述支架的上部通过第一固定架固定有所述定高仪；
所述冲击器位于所述定高仪之下，所述冲击器通过第二固定架固定于所述支架上，所述冲击器包括T型台和测试头，所述T型台与所述测试头为可拆卸连接，所述测试头底端形状为圆形或一字型或矩形；所述定高仪、所述测试块、所述冲击器的中心线一致且与所述打印试件的测试位置对应；
所述第三固定架设置在所述支架的底部且位于所述冲击器之下，用于固定所述打印试件。
在本发明提供的技术方案中，打印试件通过第三固定架固定，测试头下端与打印试件顶面的测试位置接触。测试过程中，将测试块从定高仪的不同位置放置并下落到T型台上，测试块与T型台是刚性接触，对冲击器产生作用力，作用力通过冲击器的测试头传递给打印试件，对打印试件产生冲击载荷，重复放置测试块实现层间粘结强度测试。
进一步地，所述测试块为圆柱体块，所述定高仪为圆筒，所述圆筒内有第一通孔，在测试过程中测试块被放置在第一通孔内，从所述定高仪的设定位置处下落；所述圆筒上设置有第一缺口，便于将测试块放置在第一通孔内。
更进一步地，所述定高仪为透明圆筒，透明圆筒上设置有刻度。
更进一步地，所述测试块的外径比第一通孔的内径小1-4mm，所述测试块的外径略小于第一通孔的内径，可以保证测试头能在第一通孔内无阻力下落又能防止测试头下落过程中偏心。更更进一步地，所述测试块的重量为3kg或6kg。
进一步地，所述T型台与所述测试头通过螺纹实现可拆卸连接。
进一步地，当所述测试头底端形状为圆形时，所述测试头底端圆形直径不超过所述打印试件单一打印层的厚度，当所述测试头底端形状为矩形时，所述测试头底端矩形的短边不超过所述打印试件单一打印层的厚度。
进一步地，所述第二固定架包括第一矩形板和第二矩形板，所述T型台为T型圆销，所述第一矩形板上设置有第一圆孔，所述第二矩形板上设置有第二圆孔，所述第一圆孔和所述第二圆孔的中心位置重合。所述T型圆销的下端依次穿过所述第一圆孔和所述第二圆孔，实现所述T型圆销的固定。
进一步地，所述第三固定架包括垫块和按压板，所述按压板位于所述垫块之上，所述垫块设置在所述支架的底部，所述按压板和所述垫块之间形成第一空间，用于放置所述打印试件。在本发明中，所述垫块和所述按压板与所述打印试件的接触面为软接触，测试过程中，所述打印试件受到冲击载荷后，软接触作为柔性接触能更好固定打印试件位置。更进一步地，所述按压板和所述垫块与所述打印试件的接触面采用硬性橡胶制成，确保与所述打印试件之间的接触为软接触。
进一步地，所述第三固定架还包括加固装置，所述加固装置位于所述按压板之上，对所述按压板施加竖直向下的作用力，更有利于固定所述打印试件。在本发明中所述加固装置与所述按压板的接触为刚性接触；更进一步地，所述按压板与所述加固装置的接触面采用钢板制成。
更进一步的，所述支架靠近底座的位置设置有矩形孔，用于固定所述按压板和调节按压板的位置，矩形孔可保证按压板在一定范围内有阻力、垂直于底座的方向上进行上下移动或平行于底座的方向上进行前后移动，所述按压板侧面标明刻度。所述垫块宽度与所述支架上的所述矩形孔长方向长度相同。
本发明另一方面提供了一种水泥基3D打印试件层间粘结强度测试方法，采用上述测试装置进行测试，包括以下步骤：
S1、按照设定的材料配比和工艺参数进行打印得到所述打印试件；
S2、将所述测试头的底部形状设置为一字型，按施加冲击荷载的方向，将所述打印试件采用所述第三固定架固定，进行试验，记录所述打印试件破坏后所述打印试件破坏面的颜色和颜色差异比；若所述打印试件破坏面有颜色差异，则所述打印试件存在层间真实粘结面，继续进行测试；反之，则所述打印试件不存在层间真实粘结面；
S3、将所述测试头的底部形状设置为圆形或矩形，按施加冲击荷载的方向，将所述打印试件采用所述第三固定架固定，进行试验，记录所述打印试件破坏后的锤击次数和主裂缝破坏角度；
S4、通过锤击次数和主裂缝破坏角度分别得到层间粘结强度等级，根据层间粘结强度等级判断所述打印试件的层间粘结强度。
在本发明的技术方案中，对于层间真实粘结面测试时，打印试件固定后，测试头的一字型和打印试件层间的方向一致；进行层间粘结强度测试时，按施加反复冲击荷载的方向，将打印试件的层间测试面与垫块最外边缘线处于同一竖直平面，且该平面与测试头的方向线平行，测试过程中，打印试件破坏是指打印试件被分为两半或多半或完全破碎，主裂缝破坏角度是指打印试件破坏后主裂缝与打印试件的层间测试面所成的角度。本发明的测试方法在层间粘结强度测试前先进行层间真实粘结面测试，通过层间真实粘结面测试进行层间粘结强度的初步判断，若不存在层间真实粘结面，说明层间粘结强度弱，即可停止测试，调整打印试件的材料配合比和打印工艺参数；若打印试件存在层间真实粘结面，即继续进行层间粘结强度测试，通过锤击次数和主裂缝破坏角度分别得到层间粘结强度等级，根据锤击次数、主裂缝破坏角度分别确定的层间粘结强度等级综合判断层间粘结强度，在综合判断时，以锤击次数确定的层间粘结强度等级为主，因锤击次数的大小与打印材料层间粘结强度直接相关，主裂缝破坏角度与打印材料自身强度与层间粘结强度之间差异相关。
进一步地，进行测试时，所述打印试件龄期为1-3天，具体龄期可根据水泥基材料水化程度与项目性能要求而定，若掺加矿物掺和料或养护或所处环境气温低，所述打印试件的龄期会不同。
进一步地，所述打印试件的层间粘结强度等级分为优秀、良好、合格、不合格四个等级，每个层间粘结强度等级对应的锤击次数N范围依次为N≥30、20≤N＜30、10≤N＜20、N>10；每个层间粘结强度等级对应的主裂缝破坏角度范围依次为
与现有技术相比，本发明的有益效果：
本发明提供的打印试件层间粘结强度测试装置结构简单，测试方法操作简单，容易掌握，测试迅速方便，通过快速测试方法定性判断打印试件的层间粘结强度，用于指导调节打印试件制备过程中的不同材料配合比和打印工艺参数。采用本发明的测试方法得到的测量数据可靠、准确，可在施工现场进行测试，适用于打印试件层间粘结强度实时监测。
附图说明：
图1为水泥基3D打印试件层间粘结强度测试装置的侧面示意图；
图2为水泥基3D打印试件层间粘结强度测试装置的正面示意图；
图3为进行层间真实粘结面测试的侧面示意图；
图4为进行层间粘结强度测试的侧面示意图；
图5为施加冲击载荷的方向线(a)垂直纵向，(b)水平侧向示意图；
图6为A材料配合比制备打印试件进行层间真实粘结面测试后层间粘结面图；
图7为B材料配合比制备打印试件进行层间真实粘结面测试后层间粘结面图；
图8为打印试件进行劈裂试验加载方向示意图；
图9为T5打印试件破坏后锤击面图；
图10为T35打印试件破坏后锤击面图；
图中标记：1-支架，2-定高仪，3-测试块，4-冲击器，41-T型台，42-测试头，5-第三固定架，51-按压板，52-垫块，53-第一空间，6-第一固定架，7-第二固定架，71-第一矩形板，72-第二矩形板，8-打印试件，9-加固装置。
具体实施方式
下面结合试验例及具体实施方式对本发明作进一步的详细描述。但不应将此理解为本发明上述主题的范围仅限于以下的实施例，凡基于本发明内容所实现的技术均属于本发明的范围。
实施例1
如图1-4所示，一种水泥基3D打印试件层间粘结强度测试装置，包括：支架1、定高仪2、测试块3、冲击器4、第三固定架5；支架1的上部通过第一固定架6固定有定高仪2；冲击器4位于定高仪2之下，冲击器4通过第二固定架7固定于支架1上，冲击器4包括T型台41和测试头42，T型台41与测试头42为可拆卸连接，测试头42底端形状为圆形、一字型、矩形中的一种；定高仪2、测试块3、冲击器4的中心线一致且与打印试件的测试位置对应；第三固定架5设置在支架1的底部且位于冲击器4之下，用于固定打印试件8。
如图1所示，支架1包括相互垂直的竖直架和底座，竖直架中段有对称的半圆弧缺口，并在圆弧上水平外伸有第一固定架6，用以连接筒口方向垂直于底座的定高仪2。
测试块3为圆柱体块，定高仪2为透明圆筒，透明圆筒上设置有刻度，圆筒内有第一通孔，在测试过程中测试块3被放置在第一通孔内，从定高仪2的设定位置处下落；圆筒上设置有第一缺口，便于将测试块3放置在第一通孔内。测试块3的外径比第一通孔的内径小1-4mm，测试块3的外径略小于第一通孔的内径，可以保证测试头42能在第一通孔内无阻力下落又能防止测试头42下落过程中偏心。测试块3的重量为3kg或6kg。
第二固定架7包括第一矩形板71和第二矩形板72，T型台41为T型圆销，第一矩形板71上设置有第一圆孔，第二矩形板72上设置有第二圆孔，第一圆孔和第二圆孔的中心位置重合。T型圆销的下端依次穿过第一圆孔和第二圆孔，实现T型圆销的固定。T型圆销包括横段和竖段，第二矩形板72位于第一矩形板71之下，且第二矩形板72与第一矩形板71之间的垂直距离略小于T型圆销竖段长度的三分之二，第一矩形板71距离底座的高度与T型圆销竖段长度及测试头42长度之和一致。T型圆销竖段长度为5-15cm，在本实施例中T型圆销竖段长度为8cm。
T型台41与测试头42通过螺纹实现可拆卸连接，当测试头42底端形状为圆形时，测试头42底端圆形直径不超过打印试件8单一打印层的厚度，当测试头42底端形状为矩形时，测试头42底端矩形的短边不超过打印试件8单一打印层的厚度。
在一些实施例中，进行层间粘结强度测试时，第三固定架5包括垫块52和按压板51，按压板51位于垫块52之上，垫块52设置在支架1的底部，按压板51和垫块52之间形成第一空间53，用于放置打印试件8。按压板51和垫块52与打印试件8的接触面采用硬性橡胶制成，确保与打印试件8之间的接触为软接触，当打印试件8受到冲击载荷后，软接触作为柔性接触能更好固定打印试件8位置。支架1靠近底座的位置设置有矩形孔，用于固定按压板51，矩形孔可保证按压板51在一定范围内有阻力、垂直于底座的方向上进行上下移动或平行于底座的方向上进行前后移动，按压板51侧面标明刻度。垫块52宽度与支架1上的矩形孔长方向长度相同。按压板51采用硬性橡胶制成，确保按压板51与打印试件之间的接触为柔性接触。
在一些实施例中，第三固定架5还包括加固装置9，加固装置9位于按压板51之上，对按压板51施加竖直向下的作用力，更有利于固定打印试件8。按压板51与加固装置9的接触面采用钢板制成，保证加固装置9与按压板51的接触为刚性接触，加固装置9上端与第二固定架7固定。在本实施例中，加固装置9包括万向连接块、球头压杆、扭力杆，通过转动扭力杆改变加固装置9对按压板51的作用力和大小。
进行层间真实粘结面测试时，打印试件8通过第三固定架5固定，第三固定架的垫块可取下，打印试件8放置在支架1的底座上，通过按压板进行打印试件8位置限定，如图3所示，测试头42下端的一字型与打印试件8顶面的测试位置接触且测试头的一字型和打印试件8层间的方向一致。进行层间粘结强度测试时，打印试件8通过第三固定架5固定，固定后的打印试件8处于悬挑状态，如图4所示，测试头42下端与打印试件8顶面的测试点接触，按施加反复冲击荷载的方向，将打印试件8的层间测试面与垫块52最外边缘线处于同一竖直平面，且该平面与测试头的方向线平行，所测试的层间薄弱面和垫块最外的边缘面一致，以确保层间粘结强度的准确性。测试过程中，将测试块3从定高仪2的不同位置放置并下落到T型台41上，测试块3与T型台41是刚性接触，对冲击器4产生作用力，作用力通过冲击器4的测试头42传递给打印试件，对打印试件产生冲击载荷，重复放置测试块3实现敲击测试。
实施例2
一种水泥基3D打印试件层间粘结强度测试方法，采用实施例1的测试装置进行检测，包括以下步骤：
S1、按照设定的材料配比和工艺参数进行打印得到打印试件8。
打印水泥基3D打印试件时，按照施工材料的总量和材料配合比进行计算各组各材料的质量，并在同样施工环境下均匀搅拌，固定打印设备及参数、打印路径、打印模型、养护制度等工程参数，即取样后试件的打印条的层数、条长、条宽、条数等；按照项目内单一模型中层与层之间的打印间隔最大值为准，制备测试侧向层间粘结强度的单一打印层试件与测试竖向界面粘结强度的单一打印条堆叠试件。其中，试件尺寸与装置尺寸需对应且固定，同时确保制备的单一试件含有至少一个所需测试的薄弱面。
S2、将测试头42的底部形状设置为一字型，按施加冲击荷载的方向，将打印试件8采用第三固定架5固定，进行试验，记录打印试件8破坏后打印试件破坏面的颜色和颜色差异比；若打印试件破坏面有颜色差异，则打印试件8存在层间真实粘结面，继续进行测试；反之，则打印试件8不存在层间真实粘结面。
本实施例测试了相同打印工艺参数下A、B两种不同材料配合比下打印试件的层间粘接强度。打印试件8龄期为1-3天，具体龄期根据水泥基材料水化程度与项目性能要求而定。在测试之前，将检测装置按施工现场要求放置在指定位置，确保定高仪2、T型圆销、测试头42的竖向中心线完全吻合。层间粘结强度分为垂直纵向层间粘结强度和水平侧向层间粘结强度，施加竖向冲击的方向线平行于所测的层间薄弱面，具体如图5所示。测试过程中使用的测试块的重量为3Kg，测试块下落位置到T型圆销顶面的高度0.5m。记录打印试件的状态不限于相片、视频等形式。记录的打印试件破坏面颜色差异比为层间真实粘结面积占比，即为真实粘结面面积与打印构件沿破坏面法线方向的投影面积之比。在本实施例中，真实粘结面为图6中白色虚线框所示，打印构件沿破坏面法线方向的投影面积为黑色实线框所示。
在步骤S2层间真实粘结面测试后，如图6所示，采用A材料配合比制备打印试件的层间粘结面区域有明显色差，且锤击次数较B更多，说明打印试件层间真实粘结区域较大，层间真实粘结区域越大证明越能发挥材料本身的性能，反之亦然；A材料配合比打印试件存在层间真实粘结面。如图7所示，采用B材料配合比制备打印试件的层间粘结面区域无明显色差，说明该打印试件的层间不存在层间真实粘结面，测试结果如表1所示，表1中的数据为在一字型测试头下打印试件的测试结果。同时，对A、B两种不同材料配合比制备的打印试件进行劈裂试验，加载方向为Fxy，如图8所示，测试平行于该层间薄弱面的试件的劈裂强度，测试结果分别为4.3MPa和0.8MPa。
表1A和B材料配合比打印试件层间真实粘结面积占比的测试结果
| 测试 | A打印试件 | B打印试件 |
| 锤击次数N | 6 | 1 |
| 主裂缝破坏角度 | 0° | 0° |
| 层间真实粘结面积占比 | 95％ | 0％ |
不存在层间真实粘结面的产生有多种原因，可能是因为材料凝结时间过快，可能打印条的层与层之间的间隔时间过长，或者单一打印层面过大，或者打印速度过慢，都会导致上下层出现凝结时间不一致，从而产生新旧混凝土之间不密实的现象。当打印试件不存在层间真实粘结面时，层间粘接较弱，本实施例中B材料配合比的打印试件不存在层间真实粘结面，因此，B材料配合比打印试件比A材料配合比打印试件的层间粘结强度弱，得到层间粘结强度后则无需进行步骤S3中层间粘结强度的测试。在测试过程中根据层间真实粘结面测试的结果选择材料配合比和工艺参数。
实施例3
一种水泥基3D打印试件层间粘结强度测试方法，采用实施例1的测试装置进行检测，包括以下步骤：
S1、按照设定的材料配比和工艺参数进行打印得到打印试件8；
S2、将测试头42的底部形状设置为一字型，按施加冲击荷载的方向，将打印试件8采用第三固定架5固定，进行试验，记录打印试件8破坏后打印试件破坏面的颜色和颜色差异比；若打印试件破坏面有颜色差异，则打印试件8存在层间真实粘结面，继续进行测试；反之，则打印试件8不存在层间真实粘结面；
S3、将测试头42的底部形状设置为圆形或矩形，按施加冲击荷载的方向，将打印试件8采用第三固定架5固定，进行试验，记录打印试件8破坏后的锤击次数和主裂缝破坏角度；
S4、通过锤击次数和主裂缝破坏角度分别得到层间粘结强度等级，根据层间粘结强度等级判断打印试件8的层间粘结强度。
本实施例采用实施例2中A材料配合比，测试了不同搅拌时间打印试件的层间粘接强度情况，打印搅拌时间分别为5min和35min，记录T5打印试件和T35打印试件的破坏断面情况。
T5打印试件破坏后如图9所示，图中白线圈为测试头对锤击位置，白色矩形框为第三固定架固定位置。破坏前，在锤击位置进行集中锤击，锤击次数为5次时，除所锤击处的材料有轻微损伤，其余部位本身均未发生明显破坏痕迹；再在同一点锤击直至破坏，主裂缝D裂1并未将两个打印层完整的分开，从锤击面观察，D裂1位于锤击点左侧是沿打印材料的层间薄弱面延伸，而从非锤击面观察，沿打印条呈近似45°裂开；经量测，主裂缝D裂1呈24°的贯穿主裂缝。T35打印试件破坏后如图10所示，白线圈为锤击位置，白色矩形框为第三固定架固定位置。破坏前，在固定位置进行集中锤击，锤击次数为10次，除所锤击处的材料有轻微损伤，其余部位本身均未发生明显破坏痕迹，T35打印试件该表现优于T5打印试件；再在同一点锤击直至打印试件破坏，主裂缝D裂2也并未将两个打印层完整的分开。从锤击面观察，D裂2是将锤击处试件击碎后沿打印条的层间薄弱面延伸；从非锤击面观察，D裂2是将靠近锤击处的两个层间打印材料击碎后，沿着第二、三层打印材料中间的层间薄弱面延伸。因此，经量测，主裂缝D裂2呈26°的贯穿主裂缝。
打印试件的层间粘结强度等级分为优秀、良好、合格、不合格四个等级，每个层间粘结强度等级对应的锤击次数N范围依次为N≥30、20≤N＜30、10≤N＜20、N>10；每个层间粘结强度等级对应的主裂缝破坏角度范围依次为 在本实施例确定层间粘结强度等级时还考虑打印试件破碎状态，当打印试件破碎状态为多半或完全破碎时，层间粘结强度等级为良好；当打印试件破碎状态为两半时，层间粘结强度等级为合格。层间粘结强度测试结果记录在表2中，按照锤击次数N，T5打印试件和T35打印试件的层间粘结强度等级均为优秀，按照主裂缝破坏角度，T5打印试件和T35打印试件的层间粘结强度等级均为良好，按照打印试件破碎状态，T5打印试件和T35打印试件的层间粘结强度等级分别为合格和良好，根据锤击次数、主裂缝破坏角度、打印试件破碎状态分别确定的层间粘结强度等级综合判断层间粘结强度，得到T5打印试件层间粘结强度较好，T35打印试件层间粘结强度好，T35打印试件的层间粘结强度比T5打印试件好。T35打印试件的破坏状态与T5打印试件之所以不同，是由于材料的搅拌时间过长，导致材料出现一定的离析现象，导致自身强度下降，但是一定程度上提高了层间粘结的性能，从而T35打印试件的破坏状态是完全破碎。通过本方法的结果显示，来调节打印层与层之间的时间间隔。
表2T5和T35打印试件层间粘结强度测试结果
| 测试 | T5打印试件 | T35打印试件 |
| 锤击次数N | 35 | 30 |
| 主裂缝破坏角度 | 24° | 26° |
| 打印试件破碎状态 | 两半 | 多半 |
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种水泥基3D打印试件层间粘结强度测试方法，其特征在于，采用以下测试装置进行测试；
所述测试装置包括：支架（1）、定高仪（2）、测试块（3）、冲击器（4）和第三固定架（5）；
所述支架（1）的上部通过第一固定架（6）固定有所述定高仪（2）；
所述冲击器（4）位于所述定高仪（2）之下，所述冲击器（4）通过第二固定架（7）固定于所述支架（1）上，所述冲击器（4）包括T型台和测试头（42），所述T型台与所述测试头（42）为可拆卸连接，所述测试头（42）底端形状为圆形或一字型或矩形；所述定高仪（2）、所述测试块（3）、所述冲击器（4）的中心线一致且与所述打印试件（8）的测试位置对应；
所述第三固定架（5）设置在所述支架（1）的底部且位于所述冲击器（4）之下，用于固定所述打印试件（8）；
所述测试方法包括以下步骤：
S1、按照设定的材料配比和工艺参数进行打印得到所述打印试件（8）；
S2、将所述测试头（42）的底部形状设置为一字型，按施加冲击荷载的方向，将所述打印试件（8）采用所述第三固定架（5）固定，进行试验，记录所述打印试件（8）破坏后所述打印试件（8）破坏面的颜色和颜色差异比；若所述打印试件（8）破坏面有颜色差异，则所述打印试件（8）存在层间真实粘结面，继续进行测试；反之，则所述打印试件（8）不存在层间真实粘结面；
S3、将所述测试头（42）的底部形状设置为圆形或矩形，按施加冲击荷载的方向，将所述打印试件（8）采用所述第三固定架（5）固定，进行试验，记录所述打印试件（8）破坏后的锤击次数和主裂缝破坏角度；
S4、通过锤击次数和主裂缝破坏角度分别得到层间粘结强度等级，根据层间粘结强度等级判断所述打印试件（8）的层间粘结强度。
2.根据权利要求1所述水泥基3D打印试件层间粘结强度测试方法，其特征在于，所述测试块（3）为圆柱体块，所述定高仪（2）为圆筒，所述圆筒内有第一通孔，所述圆筒上设置有第一缺口，便于将测试块（3）放置在第一通孔内。
3.根据权利要求1所述水泥基3D打印试件层间粘结强度测试方法，其特征在于，所述第二固定架（7）包括第一矩形板（71）和第二矩形板（72），所述T型台为T型圆销，所述第一矩形板（71）上设置有第一圆孔，所述第二矩形板（72）上设置有第二圆孔，所述第一圆孔和所述第二圆孔的中心位置重合。
4.根据权利要求3所述水泥基3D打印试件层间粘结强度测试方法，其特征在于，所述T型台与所述测试头（42）通过螺纹连接。
5.根据权利要求1所述水泥基3D打印试件层间粘结强度测试方法，其特征在于，所述第三固定架（5）包括垫块（52）和按压板（51），所述按压板（51）位于所述垫块（52）之上，所述垫块（52）设置在所述支架（1）的底部，所述按压板（51）和所述垫块（52）之间形成第一空间（53），所述第一空间（53）用于放置所述打印试件（8）。
6.根据权利要求5所述水泥基3D打印试件层间粘结强度测试方法，其特征在于，所述第三固定架（5）还包括加固装置（9），所述加固装置（9）位于所述按压板（51）之上。
7.根据权利要求5所述水泥基3D打印试件层间粘结强度测试方法，其特征在于，所述按压板（51）采用橡胶制成。
8.根据权利要求1所述水泥基3D打印试件层间粘结强度测试方法，其特征在于，进行测试时，所述打印试件（8）龄期为1-3天。
9.根据权利要求1所述水泥基3D打印试件层间粘结强度测试方法，其特征在于，所述打印试件（8）的层间粘结强度等级分为优秀、良好、合格、不合格四个等级，每个层间粘结强度等级对应的锤击次数N范围依次为N≥30、20≤N＜30、10≤N＜20、N>10；每个层间粘结强度等级对应的主裂缝破坏角度范围依次为30°<φ≤45°、20°≤φ＜30°、5°≤φ＜20°、φ<5°。
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|---|---|
| CN (1) | CN114563345B (zh) |
Citations (32)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2006054352A1 (ja) * | 2004-11-19 | 2006-05-26 | H & B System Co.Ltd | コンクリート構造物の圧縮強度測定方法及び測定装置 |
| WO2010103396A1 (en) * | 2009-03-13 | 2010-09-16 | You Huat Neo | A method and apparatus for testing dynamic response and impact resistance of an adhesive based material |
| CN102822659A (zh) * | 2010-04-07 | 2012-12-12 | 新日本制铁株式会社 | 断裂判断方法、断裂判断装置、程序及计算机可读取的记录介质 |
| CN104964875A (zh) * | 2015-06-08 | 2015-10-07 | 中国建筑第八工程局有限公司 | 3d打印构件层间粘结强度的测试结构及测试方法 |
| CN106124401A (zh) * | 2016-07-26 | 2016-11-16 | 山东科技大学 | 锚杆粘结强度测试方法 |
| KR101706626B1 (ko) * | 2016-08-05 | 2017-02-14 | 연재흠 | 3d 프린터의 기능을 응용한 콘크리트 포장도로 스폴 보수방법 |
| CN107036915A (zh) * | 2017-05-12 | 2017-08-11 | 昆明理工大学 | 一种冲击荷载作用下测量frp与混凝土粘结性能的试验装置及方法 |
| CN107748104A (zh) * | 2017-09-05 | 2018-03-02 | 中建商品混凝土有限公司 | 3d打印建筑结构层间粘结强度的测试方法 |
| CN108548732A (zh) * | 2018-05-28 | 2018-09-18 | 吉林大学 | 用于太赫兹原位冲击测试的仿生骨骼样品及制备方法 |
| CN108732044A (zh) * | 2018-05-23 | 2018-11-02 | 广东工业大学 | 一种混凝土动态抗弯性能测定装置及方法 |
| CN108827768A (zh) * | 2018-03-23 | 2018-11-16 | 同济大学 | 一种3d打印建筑砂浆力学性能测试方法 |
| CN109030209A (zh) * | 2018-08-02 | 2018-12-18 | 中国建筑材料科学研究总院有限公司 | 3d打印混凝土构件的层间拉伸强度测试装置及方法 |
| CN109164038A (zh) * | 2018-08-03 | 2019-01-08 | 中国矿业大学(北京) | 动态载荷作用下粗糙裂隙面剪切滑移动态应力场测试系统 |
| CN109253933A (zh) * | 2018-11-02 | 2019-01-22 | 吉林大学 | 一种全服役温度区间内粘接试件冲击测试装置及测试方法 |
| CN109883819A (zh) * | 2019-03-05 | 2019-06-14 | 太原理工大学 | 纤维水泥基复合材料的粘结力动态拉拔方法及组合夹具 |
| CN110823803A (zh) * | 2019-11-29 | 2020-02-21 | 南京绿色增材智造研究院有限公司 | 3d打印混凝土层间粘结强度的测试方法 |
| CN210401173U (zh) * | 2019-03-26 | 2020-04-24 | 中国建筑股份有限公司 | 一种3d打印混凝土层间粘结强度试验模具组件 |
| WO2020113907A1 (zh) * | 2018-12-07 | 2020-06-11 | 中国建筑材料科学研究总院有限公司 | 基于3d打印制备建筑结构的设备及方法 |
| CN111487148A (zh) * | 2020-03-31 | 2020-08-04 | 河海大学 | 测试法向振源对混凝土-围岩界面破坏效应的装置及方法 |
| KR102156753B1 (ko) * | 2019-05-08 | 2020-09-16 | 고려대학교 산학협력단 | 다양한 콘크리트 계면 부착 강도 측정 장치 |
| CN111766200A (zh) * | 2020-06-29 | 2020-10-13 | 中国人民解放军陆军工程大学 | 一种测量爆破扰动下喷射混凝土动态粘结强度的试验装置及方法 |
| CN112793156A (zh) * | 2021-01-20 | 2021-05-14 | 重庆交通大学绿色航空技术研究院 | 一种基于等离子体表面改性处理的3d打印方法 |
| CN113125339A (zh) * | 2020-01-16 | 2021-07-16 | 香港理工大学深圳研究院 | 3d打印水泥制品层间粘结强度的测试方法、载具及装置 |
| CN213779704U (zh) * | 2020-08-20 | 2021-07-23 | 广东工业大学 | 一种试件结合强度测试用的夹具 |
| CN113324856A (zh) * | 2021-07-13 | 2021-08-31 | 中南大学 | 混凝土材料冲击韧性测试装置及测试方法 |
| WO2022006560A1 (en) * | 2020-07-03 | 2022-01-06 | The Regents Of The University Of Michigan | Additive manufacturing of engineered cementitious composites |
| CN113912374A (zh) * | 2021-10-25 | 2022-01-11 | 河北工业大学 | 粉末3d打印高强高韧性水泥基材料及其制备方法 |
| CN113929429A (zh) * | 2021-11-25 | 2022-01-14 | 河北工业大学 | 喷射3d打印高延高韧磷酸镁水泥基复合材料及其制备方法 |
| CN114018806A (zh) * | 2021-10-14 | 2022-02-08 | 中山大学 | 一种bfrp筋与混凝土的动态粘结性能试验系统及测试方法 |
| CN114062111A (zh) * | 2021-11-24 | 2022-02-18 | 福建省方正工程技术有限公司 | 一种用于建筑材料冲击检测试验装置及其工作方法 |
| CN114102797A (zh) * | 2021-12-27 | 2022-03-01 | 中交第一公路勘察设计研究院有限公司 | 一种3d打印建筑材料可打印性能的量化装置及其使用方法 |
| CN216013015U (zh) * | 2021-07-27 | 2022-03-11 | 福建鸿生材料科技股份有限公司 | 一种混凝土用落锤冲击试验装置 |
Family Cites Families (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN105973802B (zh) * | 2016-07-26 | 2017-03-15 | 山东科技大学 | 锚杆‑浆体‑围岩粘结强度测试方法 |
| EP3638489A4 (en) * | 2017-06-16 | 2021-06-23 | Interlog Corporation | SCALABLE MULTI-MATERIAL ADDITIVE MANUFACTURING |
| NO345834B1 (en) * | 2019-12-02 | 2021-08-30 | Restone As | A shear bond strength sample preparation device, a shear bond strength test sample, a shear bond strength sample testing system, and a method of testing shear bond strength of a test sample in shear bond strength sample testing system. |
-
2022
- 2022-03-31 CN CN202210335040.6A patent/CN114563345B/zh active Active
Patent Citations (32)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2006054352A1 (ja) * | 2004-11-19 | 2006-05-26 | H & B System Co.Ltd | コンクリート構造物の圧縮強度測定方法及び測定装置 |
| WO2010103396A1 (en) * | 2009-03-13 | 2010-09-16 | You Huat Neo | A method and apparatus for testing dynamic response and impact resistance of an adhesive based material |
| CN102822659A (zh) * | 2010-04-07 | 2012-12-12 | 新日本制铁株式会社 | 断裂判断方法、断裂判断装置、程序及计算机可读取的记录介质 |
| CN104964875A (zh) * | 2015-06-08 | 2015-10-07 | 中国建筑第八工程局有限公司 | 3d打印构件层间粘结强度的测试结构及测试方法 |
| CN106124401A (zh) * | 2016-07-26 | 2016-11-16 | 山东科技大学 | 锚杆粘结强度测试方法 |
| KR101706626B1 (ko) * | 2016-08-05 | 2017-02-14 | 연재흠 | 3d 프린터의 기능을 응용한 콘크리트 포장도로 스폴 보수방법 |
| CN107036915A (zh) * | 2017-05-12 | 2017-08-11 | 昆明理工大学 | 一种冲击荷载作用下测量frp与混凝土粘结性能的试验装置及方法 |
| CN107748104A (zh) * | 2017-09-05 | 2018-03-02 | 中建商品混凝土有限公司 | 3d打印建筑结构层间粘结强度的测试方法 |
| CN108827768A (zh) * | 2018-03-23 | 2018-11-16 | 同济大学 | 一种3d打印建筑砂浆力学性能测试方法 |
| CN108732044A (zh) * | 2018-05-23 | 2018-11-02 | 广东工业大学 | 一种混凝土动态抗弯性能测定装置及方法 |
| CN108548732A (zh) * | 2018-05-28 | 2018-09-18 | 吉林大学 | 用于太赫兹原位冲击测试的仿生骨骼样品及制备方法 |
| CN109030209A (zh) * | 2018-08-02 | 2018-12-18 | 中国建筑材料科学研究总院有限公司 | 3d打印混凝土构件的层间拉伸强度测试装置及方法 |
| CN109164038A (zh) * | 2018-08-03 | 2019-01-08 | 中国矿业大学(北京) | 动态载荷作用下粗糙裂隙面剪切滑移动态应力场测试系统 |
| CN109253933A (zh) * | 2018-11-02 | 2019-01-22 | 吉林大学 | 一种全服役温度区间内粘接试件冲击测试装置及测试方法 |
| WO2020113907A1 (zh) * | 2018-12-07 | 2020-06-11 | 中国建筑材料科学研究总院有限公司 | 基于3d打印制备建筑结构的设备及方法 |
| CN109883819A (zh) * | 2019-03-05 | 2019-06-14 | 太原理工大学 | 纤维水泥基复合材料的粘结力动态拉拔方法及组合夹具 |
| CN210401173U (zh) * | 2019-03-26 | 2020-04-24 | 中国建筑股份有限公司 | 一种3d打印混凝土层间粘结强度试验模具组件 |
| KR102156753B1 (ko) * | 2019-05-08 | 2020-09-16 | 고려대학교 산학협력단 | 다양한 콘크리트 계면 부착 강도 측정 장치 |
| CN110823803A (zh) * | 2019-11-29 | 2020-02-21 | 南京绿色增材智造研究院有限公司 | 3d打印混凝土层间粘结强度的测试方法 |
| CN113125339A (zh) * | 2020-01-16 | 2021-07-16 | 香港理工大学深圳研究院 | 3d打印水泥制品层间粘结强度的测试方法、载具及装置 |
| CN111487148A (zh) * | 2020-03-31 | 2020-08-04 | 河海大学 | 测试法向振源对混凝土-围岩界面破坏效应的装置及方法 |
| CN111766200A (zh) * | 2020-06-29 | 2020-10-13 | 中国人民解放军陆军工程大学 | 一种测量爆破扰动下喷射混凝土动态粘结强度的试验装置及方法 |
| WO2022006560A1 (en) * | 2020-07-03 | 2022-01-06 | The Regents Of The University Of Michigan | Additive manufacturing of engineered cementitious composites |
| CN213779704U (zh) * | 2020-08-20 | 2021-07-23 | 广东工业大学 | 一种试件结合强度测试用的夹具 |
| CN112793156A (zh) * | 2021-01-20 | 2021-05-14 | 重庆交通大学绿色航空技术研究院 | 一种基于等离子体表面改性处理的3d打印方法 |
| CN113324856A (zh) * | 2021-07-13 | 2021-08-31 | 中南大学 | 混凝土材料冲击韧性测试装置及测试方法 |
| CN216013015U (zh) * | 2021-07-27 | 2022-03-11 | 福建鸿生材料科技股份有限公司 | 一种混凝土用落锤冲击试验装置 |
| CN114018806A (zh) * | 2021-10-14 | 2022-02-08 | 中山大学 | 一种bfrp筋与混凝土的动态粘结性能试验系统及测试方法 |
| CN113912374A (zh) * | 2021-10-25 | 2022-01-11 | 河北工业大学 | 粉末3d打印高强高韧性水泥基材料及其制备方法 |
| CN114062111A (zh) * | 2021-11-24 | 2022-02-18 | 福建省方正工程技术有限公司 | 一种用于建筑材料冲击检测试验装置及其工作方法 |
| CN113929429A (zh) * | 2021-11-25 | 2022-01-14 | 河北工业大学 | 喷射3d打印高延高韧磷酸镁水泥基复合材料及其制备方法 |
| CN114102797A (zh) * | 2021-12-27 | 2022-03-01 | 中交第一公路勘察设计研究院有限公司 | 一种3d打印建筑材料可打印性能的量化装置及其使用方法 |
Non-Patent Citations (3)
| Title |
|---|
| 3D打印水泥基材料层间结合性能研究;吴昊一 等;《新型建筑材料》;20191225;第46卷(第12期);第5-8页 * |
| Effect of printing parameters on interlayer bond strength of 3D printed limestone-calcined clay-based cementitious materials: An experimental and numerical study;Yu Chen 等;《Construction and Building Materials》;20201130;第262卷;第120094页 * |
| 混凝土3D打印质量影响因素及控制方法;杨敏 等;《混凝土与水泥制品》;20210331;第11-16页 * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN114563345A (zh) | 2022-05-31 |
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Legal Events
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|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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