3D打印橡胶集料混凝土的制备与性能研究

作     者：邹孟同 

作者单位：西南科技大学 

学位级别：硕士

导师姓名：刘来宝;李兆朋

授予年度：2024年

学科分类：08[工学] 081304[工学-建筑技术科学] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 080502[工学-材料学] 0813[工学-建筑学] 

主      题：橡胶集料 3D打印 混凝土 流变性能 力学性能 耐久性 

摘      要：制备3D打印橡胶混凝土（3D-printed rubberized concrete,3DPRC）对于推动废旧轮胎的资源化利用和提高3D打印混凝土（3D-printed concrete,3DPC）的性能具有重要意义。本课题通过打印试验和流变性能测试,系统研究了不同掺量、粒径和表面改性方法的橡胶集料（Rubber aggregate,RA）对3DPC可打印性能和流变特性的影响和作用机制;进一步通过劈裂拉伸强度试验、X射线断层扫描（XCT）和扫描电镜（SEM）等一系列手段,测试表征了3DPRC的层间界面特性和微观结构,揭示层间界面的形成机制;最后探讨了RA对3DPC的力学性能和耐久性的影响规律和作用机理。得出主要结论如下:（1）RA掺入后,3DPC的挤出性降低,建造性提高,而且掺量越高、粒径越细时上述效果越明显。RA表面裂缝吸水增加了混凝土的静态和动态屈服应力,从而降低挤出性,提高建造性。而热处理表面改性可使RA表面的裂缝部分闭合,吸水率降低,从而在保证建造性能不受影响前提下大幅提高挤出性。采用胶砂流动度测试和湿坯强度测试可以很好评价3DPRC的可打印性能,合适的流动度范围为159～182 mm,湿坯强度范围为8.05～19.14 k Pa,动态屈服应力范围为637.53～899.81 Pa,静态屈服应力范围为1299.55～1935.50 Pa。（2）RA掺入会影响层间界面孔隙率与孔隙不规则度。随着橡胶集料掺量增大和粒径减小,浆体的初始屈服应力提高。上下两层接触面之间的屈服变形和水化进程的共同作用决定了界面的粘结强度。屈服应力高,打印条冷接触使层间界面粗糙形成微裂缝,橡胶集料释放吸附的自由水会促进生成水化产物填补微裂纹,使界面粘结性能得到优化。橡胶集料掺量越大,粒径越细,混凝土整体的孔隙率增大,孔隙形状更不规则,导致混凝土整体强度下降,层间劈裂强度也下降。（3）RA掺入会降低3DPRC的抗压和抗折强度,但减小了3D打印工艺给混凝土带来的各向异性影响。掺量越高,粒径越细,强度下降越明显。橡胶集料最合适的掺量在10v%以内,粒径为40～60目。同样,热处理的橡胶集料对3DPRC的力学性能提升最显著,相比未处理的3DPRC的抗压强度提高了112.27%,抗折强度提高了111.88%。（4）RA掺入会增强3DPRC的抗冻性和抗氯离子渗透性。掺量越高,粒径越细,混凝土的氯离子渗透深度越低,非稳态氯离子迁移系数D值越低,其抗氯离子渗透能力越强。但随着掺量增大和粒径减小,混凝土强度降低,更容易在冻融循环中受损。表面改性处理方式对3DPRC的抗冻性和抗氯离子渗透性影响不大。