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纤维掺量的 “双刃剑” 效应

更新时间: 2024-11-26 17:35:15  查看次数: 60    
3D打印 PP 纤维增强混凝土 28 天后的抗压强度测试结果来看,随着 PP 纤维掺量不断增加,材料在 Y 和 Z 方向的抗压强度有很明显的提升,而 X 方向的抗压强度则是先升高然后又降低。也就是说,当 PP 纤维掺量在 0.1%到 0.5%之间时,能显著提高材料在 Y、Z 方向的抗压强度,可是一旦掺量达到 0.5%,材料抗压强度在不同方向上的差异就变大了。从工业 CT 测试结果知道,随着 PP 纤维掺量上升,试件层间结合部位的孔数量增多,孔径也逐渐变大,当纤维掺量达到 0.5%时,试件内部大孔集中在一起就形成了缺陷。因为测试方向特殊,X 方向抗压强度对试件层间结合位置的孔隙数量和孔径大小变化很敏感,所以当纤维掺量提高到 0.5%时,X 方向抗压强度由于层间结合位置出现明显缺陷就降低了。结合 3D 打印 PP 纤维增强混凝土的三向抗压强度测试结果和孔隙分布测试结果来分析,当 PP 纤维掺量在 0.1%到 0.3%时,3D 打印混凝土非层间结合位置的孔隙数量随着纤维掺量增加呈现出下降趋势,虽然试件内部孔径有所增大,还出现了沿打印方向分布的连续孔隙,但是 PP 纤维对材料力学性能的增强效果也非常明显。最终在纤维的增强作用下,材料的抗压强度随着纤维掺量增加而提高。不过当 PP 纤维掺量提高到 0.5%时,试件整体孔隙数量上升,还出现了比较明显的内部缺陷,层间结合部位的密实程度明显下降,由于测试方向不同,受层间结合位置摆放方式影响较大的 X 方向抗压强度就呈现出下降趋势,最终导致材料整体抗压强度在不同方向上的差异随着纤维掺量增加而上升。
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3D打印 PP 纤维增强混凝土 28 天后的抗折强度测试结果可知,随着 PP 纤维掺量提升,材料的抗折强度是下降的趋势,而且 Y 方向的强度降低趋势特别明显。CT 测试结果表明,PP 纤维加进去使得材料层间结合位置的孔隙数量和孔径都增大了。很明显,在受剪破坏这种形式下,材料强度受孔隙数量和孔径大小影响更突出,受 PP 纤维阻挡裂缝作用的影响比较小。所以,随着 PP 纤维掺量提高,材料孔径和孔隙数量不断增大,在抗折强度测试过程中,裂缝发展方向上又多又大的孔隙加快了裂缝的发展速度,最终导致试件的抗折强度随着纤维掺量提升而下降。和抗折、抗压强度测试不一样,劈拉强度测试的加载位置是 3D 打印混凝土层间结合部位。试验测试结果显示,把 PP 纤维长度固定为 6 毫米,在 0.1%到 0.5%范围内提高纤维体积掺量时,试件的层间结合强度却随着 PP 纤维掺量提升而增大。从 CT 测试结果知道,随着 PP 纤维掺量提升,材料的层间结合部位的孔隙数量上升,孔径逐渐增大。在这个研究选用的打印参数条件下,打印头逐层提升高度(10 毫米)比打印头直径(大概 20 毫米)小,在进行多层打印时,后面的层被打印头挤出然后“压入”前面层的材料中,试件的层与层结合位置结合效果比较好。当用 PP 纤维增强材料进行打印后,试件的层间结合位置有很多跨界面的柔性纤维。虽然 PP 纤维的掺入增大了材料的孔隙率和孔径,但是在 3D 打印混凝土内部杂乱分布的 PP 纤维作用于材料的层间结合部位,在劈拉强度测试过程中阻挡了裂缝发展,起到了关键作用。最终导致材料的层间结合强度随着纤维掺量提升而提高。 

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