《3D打印混凝土材料性能试验方法》

Q/LB.□XXXXX-XXXXD打印混凝土材料性能试验方法范围本标准规定了3D打印混凝土拌合物流动性、挤出性、开放时间、建造性、湿坯强度和弹性模量、凝结时间的试验方法。本标准适用于建设工程中3D打印混凝土拌合物的打印性能试验。规范性引用文件下列文件中的内容通过文中的规范性引用而构成本文件必不可少的条款。其中，注日期的引用文件，仅该日期对应的版本适用于本文件；不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本文件。GB/T50080普通混凝土拌合物性能试验方法标准GB/T2419水泥胶砂流动度测定方法JGJ/T70—2009建筑砂浆基本性能试验方法标准术语、定义和符号下列术语与定义适用于本文件。术语和定义

混凝土3D打印3Dconcreteprinting应用机电一体化技术通过挤出成型的方式将混凝土拌合物建造成三维结构的增材建造技术。

3D打印混凝土3Dprintedconcrete以水泥、骨料和水为主要原材料，根据需要加入矿物掺合料和外加剂等材料，按一定配合比拌合后，可通过3D打印挤出工艺均匀、稳定成型，且经养护硬化后具有强度的工程材料。

可打印性printability混凝土拌合物能够被打印头连续、均匀挤出，能够保持被挤出时形状，且在逐层堆叠的过程中保持结构稳定的能力。

流动性followability混凝土拌合物容易被泵送、输送以及从打印头出料口挤出的性能。

挤出性extrudability3D打印混凝土拌合物能够通过打印头均匀、连续挤出的性能。

建造性buildability3D打印混凝土打印条带在逐层堆叠的过程中，在堆叠方向上不发生或仅发生允许的压缩变形、在打印条带宽度方向上不发生或仅发生允许的扩展变形，堆叠形成的3D打印制品不发生屈曲、倒塌、整体尺寸不随时间推移发生改变的性能。

开放时间opentime3D打印混凝土拌合物从加水拌合后保持打印性能的时间。

初凝时间initialsettingtime混凝土拌合物开始失去可塑性，但不具有机械强度的时间。

终凝时间finalsettingtime混凝土拌合物完全失去塑性并产生机械强度的时间。

湿坯强度greenstrength混凝土拌合物终凝前在无侧向压力条件下抵抗轴向压力的极限强度。

3D打印混凝土拌合物弹性模量elasticmodulusof3Dprintingconcrete3D打印混凝土拌合物在终凝前受压力时抵抗变形的能力。

打印体3Dprintedstructure混凝土拌合物从打印头连续均匀挤出并逐层堆叠形成的稳定结构。

打印体稳定性stabilityof3Dprintedstructure打印体在建造过程中不发生倾斜、大变形和坍塌，保持稳定的能力。

最多打印层数maximumprintedlayers打印体发生大变形或坍塌前所建造的层数。

坍落度slump混凝土拌合物在自重作用下坍落的高度。

扩展度slumpflow混凝土拌合物坍落后扩展的直径。

打印条带printingfilament从3D打印设备出料口挤出的均匀、连续的单条长条形3D打印混凝土。

打印头printingnozzle3D打印设备中用于挤出混凝土拌合物或者兼备材料存储功能的末端装置。

打印路径printingpath3D打印设备打印头根据预先优化设计的程序执行指令行进移动时，打印头的程序控制点所形成的行进路径。

挤出速率extrusionspeed3D打印混凝土拌合物在单位时间内从打印头出料口挤出的体积。

打印速率printingspeed3D打印混凝土拌合物在单位时间内沿打印路径均匀铺设的长度。打印头等效直径equivalentdiameterofprintnozzle3D打印设备出料口内侧截面为圆形时取直径，为矩形时取长边边长。符号Aa——承压面积；A0——试样初始面积；d——打印头内侧截面的等效直径，单位为毫米（mm）；F——峰值压力；fc——湿坯强度；h0——试样初始高度；Δh——轴向压缩变形；ε1——轴向应变。基本规定一般规定试验环境相对湿度不宜小于50%，温度应保持在20℃±5℃。试验仪器设备应具有有效期内的计量检定或校准证书。3D打印混凝土的制备配制3D打印混凝土的原材料性能指标应符合国家现行相关标准的规定。拌合物打印性能试验所使用原材料、制备工艺及试验时环境温湿度应与打印建造时一致。3D打印混凝土材料取样应从同一批次拌合物中取样。从取样完毕到开始进行各项性能试验不宜超过15min。3D打印混凝土制备所需的水泥、矿物掺合料等胶凝材料应防止受潮及污染，不使用结块的胶凝材料。试验报告委托单位宜记录下列内容并写入试验或检测试验报告：委托单位名称；试验材料名称；工程名称及施工部位；要说明的其他内容。试验单位宜记录下列内容并写入试验报告：试验日期；试验环境温湿度；打印材料参数，包括原材料的品种、规格、产地以及拌合物的配合比等；打印工艺参数，包括打印头出料口尺寸、泵送压力、挤出速度、打印速度、打印条带宽度、打印层高等；要说明的其他内容。试验或检测报告样表可采用附录A的形式。流动性试验3D打印砂浆拌合物的流动性按GB/T2419规定的流动度测定方法进行测试。3D打印混凝土拌合物的流动性按GB/T50080规定的坍落度试验进行测试。挤出性试验本方法适用于测定3D打印混凝土拌合物从打印头挤出时的连续性和均匀性。挤出性试验的设备及器具应符合下列规定：拌合物打印性试验所使用挤出系统装置宜与打印建造时一致；尺寸测量应使用钢尺进行，钢尺的量程不应小于300mm，分度值不应大于1mm。挤出性试验应按下列步骤进行：连续打印长度≥100d，层厚≥0.5d的打印条带；观测打印条带的表观质量，应无肉眼可见的撕扯断裂等现象；在条带宽度方面，测量5个间隔不小于10d的不同位置处的打印条带宽度，计算平均值和偏差，偏差宜控制在±5%以内；在条带厚度方面，测量5个间隔不小于10d的不同位置处的打印条厚度，计算平均值和偏差，偏差宜控制在±5%以内。开放时间试验开放时间用于测定混凝土拌合物保持连续可打印的时间。开放时间试验的试验设备及器具应与6.2一致。开放时间试验应按下列步骤进行：混凝土拌合物宜以5min~10min为间隔，通过挤出成型的方式打印长度不小于100d的条带；记录打印条带出现中断或者不连续时所对应的时间，记为开放时间。建造性试验圆柱筒坍落度试验本方法用于测定3D打印混凝土拌合物的形状保持能力。试验所用器具应符合下列规定：圆柱筒试模尺寸：内径80mm±0.5mm，高度80mm±0.5mm；钢尺：量程不小于300mm，分度值不大于0.5mm。压力试验机：应具有足够的量程和精度，可有效测量压力值3位有效数字。圆柱筒坍落度试验的步骤和程序应符合下列规定：试验中所用圆柱筒内壁润湿无明水；混凝土拌合物试样应分三层均匀地装入圆柱筒内，每装一层混凝土拌合物宜用捣棒由边缘到中心按螺旋形均匀插捣10次~15次，捣实后每层混凝土拌合物试样高度约为筒高的1/3；插捣底层时，捣棒应贯穿整个深度，插捣第二层和顶层时，捣棒应插透本层至下一层的表面；顶层混凝土拌合物装料应高出筒口，插捣过程中，混凝土拌合物低于筒口时，应随时添加；顶层插捣完后，将多余混凝土拌合物刮去，并沿筒口抹平；垂直平稳地提起圆柱筒，并轻放于试样旁边；当试样不再继续坍落或坍落时间达30s时，用钢尺测量出筒高与坍落后混凝土试样最高点之间的高度差；坍落度筒的提离过程宜控制在3s~7s；从开始装料到提起圆柱筒的整个过程应连续进行，并应在150s内完成；混凝土拌合物坍落度值测量应精确至1mm。打印体稳定性试验本试验用于测定混凝土拌合物在垂直堆积过程中的稳定性。打印体稳定性试验的设备及器具应符合下列规定：3D打印机具有稳定的供料、挤出装置，泵送压力、挤出压力、运行速度等应均匀恒定；尺寸测量应试验钢尺进行，钢尺的量程不应小于300mm，分度值不应大于1mm。打印体稳定性试验应按下列步骤进行：连续打印长度≥100d，宽度方向宜并排打印且总宽度不宜超过10cm的非封闭式结构；打印过程中以及打印完成后短时间内发生了倒塌或大的变形，则认定为达到了打印体稳定性的极限状态，并记录末层打印时的时间；打印完成后，测量首层和末层的宽度，以底层宽度为基准，二者偏差宜控制在-5%以内；打印完成后，测量打印成型后的打印体高度。湿坯强度和弹性模量试验本方法适用于通过连续加载的方法测定3D打印混凝土拌合物的湿坯强度和弹性模量。湿坯强度和弹性模量试验所用仪器应符合下列规定：圆柱筒试模：内径50mm±0.5mm，高度100mm±0.5mm；压力试验机：应具有足够的量程和精度，可保证测量压力值精确至0.01MPa；位移计（百分表）：量程为10mm，分度值为0.01mm；表面光滑的塑料薄板，尺寸应大于圆柱筒试模截面，重量不超过圆柱状材料重量的0.5倍。湿坯强度和弹性模量试验应按下列步骤进行：放置表面光滑的塑料薄板于压力试验机的下部加载端，或可放置保鲜薄膜，以消除加载端对试样的接触摩擦力；将圆柱筒试模放置于塑料薄板或者保鲜薄膜上，后将混凝土拌合物灌入试模，使用捣棒将试模内的拌合物振捣密实后，将多余的拌合物抹平；缓慢将试模提起，此时混凝土拌合物应保持稳定；将面积大于圆柱状模型顶面的保鲜薄膜放置于模型顶面；如果使用的是塑料薄板，应慢慢地将其放在圆柱模型顶面，静置不少于30s观测变形情况；试验过程中应连续均匀加荷，加荷速度应取30mm/min，或加荷速率依据实际打印材料参数以及打印建造速率换算得出的压力增长速率；加荷至圆柱状湿坯、开裂破坏或压力值达到峰值，即可停止试验，记录此时试验机压力荷载。如最大轴向应力不明显，取轴向应变为20%时对应的压力荷载。湿坯强度计算应按下式计算： fc=FAa 式中：fc——湿坯强度，单位为兆帕（MPa)，精确至0.01MPa；F——峰值压力，单位为牛（N）；Aa——承压面积，单位为平方毫米（mm2）。承压面积Aa按下式计算： Aa=A01−0.01ε式中：A0——试样初始面积，单位为平方毫米（mm2）；ε1——轴向应变(%)。轴向应变ε1按照下式计算： ε1=∆ℎℎ0 式中：h0——试样初始高度，单位为毫米（mm）；Δh——轴向压缩变形，单位为毫米（mm）。3D打印混凝土拌合物弹性模量取轴向压缩应变为5%时，试验机压力值与应变值之比，精确至0.01MPa。凝结时间测试3D打印混凝土拌合物的凝结时间测试按GB/T50080规定的凝结时间试验测定。3D打印砂浆拌合物的凝结时间测试按JGJ/T70—2009规定的凝结时间试验测定。

（资料性）

试验报告样表A.1委托单位记录样表委托单位记录表可采用表A.1的格式。委托单位记录样表委托单位生产单位材料名称测试材料质量材料简介测试日期检验类别环境温度环境湿度使用工程名称及部位联系人及电话测试要求检验后材料处理要求□取回□单位处理备注委托单位委托人：联系电话：传真：通信地址：邮政编码：检测（试验）单位受理人：联系电话：传真：通信地址：邮政编码：委托单位和测试材料的有关信息由委托方填写并对其真实性负责；其他信息由双方商定。样品资料（如说明书、见证资料、抽样单等）委托方须在委托时即时提供。

A.23D打印混凝土拌合物打印性试验报告表3D打印混凝土拌合物性能试验报告可采用表A.2的格式3D打印混凝土拌合物