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稻草纤维的握裹与桥接魔法
更新时间: 2024-12-11 16:26:46 查看次数: 151
3D 打印粘土试件受到的轴向荷载达到峰值强度后,粘土试件虽然破坏断裂了,但是稻草纤维还能提供一些连接力,让有裂纹的 3D 打印粘土试件还有一定的力学强度,这样 3D 打印粘土试件就有比较高的残余强度,这就证明了稻草纤维能增强土样的临界断裂韧度哦。稻草纤维形成的网状结构不但能承担一部分拉应力,还能让3D打印粘土试件受力更均匀。而且,稻草纤维形成的网状结构就像给粘土试件加了个额外的围压,在让土体整体性更好的同时,也让试样抵抗侧向变形的能力变大了。

挤出堆积式3D打印工艺里,打印的时候,一层一层堆起来会有时间间隔,这样打印出来的粘土构件就是多层结构。那些相互平行的层间界面间距就是一个粘土条的厚度,这种有规则的层间界面可能会让 3D 打印粘土试件有各向异性性能哦。各个组试件在 3 天的时候各向异性指数都差不多是 0,还有负值呢,所以这时候各向异性不明显。到 7 天的时候,各个组试件的各向异性指数都大于 0 了,结果就是 z 向抗压强度比 y 向抗压强度大,3D 打印粘土试件开始有点各向异性了。到 14 天、28 天的时候,大部分试验组的各向异性指数更大了,结果还是 z 向抗压强度比 y 向抗压强度大,3D 打印粘土试件的各向异性就比较明显了。花岗岩残积土在不同水泥掺量下 14 天抗压强度的各向异性指数范围是 21%到 37%,28 天抗压强度的各向异性指数范围是 30%到 45%,这时候各向异性对打印结构的整体力学性能影响就很明显了。标准商用陶土在不同水泥掺量下 3D 打印粘土试件的各向异性指数比花岗岩残积土 3D 打印粘土的大,它 14 天抗压强度的各向异性指数范围是 24%到 38%,28 天抗压强度的各向异性指数范围是 38%到 41%,这说明用陶土做基材打印的时候,它的各向异性比花岗岩残积土试件更突出,这个试验结果和 Zareiyan 等人的试验结果是一样的。随着稻草纤维掺量慢慢增加,各向异性指数是先变小后变大。当稻草纤维掺量是 3%的时候,3D 打印粘土试件抗压强度各向异性指数最小,和素土比起来,两种土样的抗压强度各向异性指数降低了大概 60%。当稻草纤维掺量超过 3%的时候,3D 打印粘土试件的抗压强度各向异性指数就开始增加了,稻草纤维掺量到 5%的时候,抗压强度各向异性指数提升幅度大概是 10%。这是因为当稻草纤维掺量低的时候,纤维在粘土浆体里分散得比较好,那些乱乱的“无序”状态的稻草纤维在里面能形成一种均匀的随机支撑体系,连续的纤维弯来弯去、相互交叉、连在一起,最后形成差不多各向同性的网格约束,这样就减少了 3D 打印粘土试件内部结构的薄弱方向和薄弱面。随着稻草纤维含量增加,这种网格约束效果更明显。所以在受力的时候,3D 打印粘土试件受力更均匀,整体性更好,也能在一定程度上减弱挤出堆积式粘土基材料 3D 打印工艺造成的粘土试件各向异性。但是,当稻草纤维掺量大于 3%的时候,随着稻草纤维掺量增加,稻草纤维在粘土里形成的空间网状结构对 3D 打印粘土试件抗压强度各向同性的作用就变弱了,而且纤维在浆体里会缠在一起、结成团,分散不均匀,导致纤维在土体里定向分布很明显。当稻草纤维是有序的集中状态时,纤维相互连接的地方很密集,乱向分布很少,所以 3D 打印粘土试件的抗压强度各向异性指数就随着稻草纤维掺量增加而变大了。3D 打印粘土试件 z 方向的强度比 y 方向好,这是因为当 3D 打印粘土试件受到 y 方向外力的时候,层间界面方向和荷载施加方向是平行的,所以当试件横向膨胀变形的时候,产生的拉应力方向和层间界面方向平行,裂纹就更容易在层间界面的位置出现,还会顺着层间界面方向扩展。

挤出堆积式3D打印工艺里,打印的时候,一层一层堆起来会有时间间隔,这样打印出来的粘土构件就是多层结构。那些相互平行的层间界面间距就是一个粘土条的厚度,这种有规则的层间界面可能会让 3D 打印粘土试件有各向异性性能哦。各个组试件在 3 天的时候各向异性指数都差不多是 0,还有负值呢,所以这时候各向异性不明显。到 7 天的时候,各个组试件的各向异性指数都大于 0 了,结果就是 z 向抗压强度比 y 向抗压强度大,3D 打印粘土试件开始有点各向异性了。到 14 天、28 天的时候,大部分试验组的各向异性指数更大了,结果还是 z 向抗压强度比 y 向抗压强度大,3D 打印粘土试件的各向异性就比较明显了。花岗岩残积土在不同水泥掺量下 14 天抗压强度的各向异性指数范围是 21%到 37%,28 天抗压强度的各向异性指数范围是 30%到 45%,这时候各向异性对打印结构的整体力学性能影响就很明显了。标准商用陶土在不同水泥掺量下 3D 打印粘土试件的各向异性指数比花岗岩残积土 3D 打印粘土的大,它 14 天抗压强度的各向异性指数范围是 24%到 38%,28 天抗压强度的各向异性指数范围是 38%到 41%,这说明用陶土做基材打印的时候,它的各向异性比花岗岩残积土试件更突出,这个试验结果和 Zareiyan 等人的试验结果是一样的。随着稻草纤维掺量慢慢增加,各向异性指数是先变小后变大。当稻草纤维掺量是 3%的时候,3D 打印粘土试件抗压强度各向异性指数最小,和素土比起来,两种土样的抗压强度各向异性指数降低了大概 60%。当稻草纤维掺量超过 3%的时候,3D 打印粘土试件的抗压强度各向异性指数就开始增加了,稻草纤维掺量到 5%的时候,抗压强度各向异性指数提升幅度大概是 10%。这是因为当稻草纤维掺量低的时候,纤维在粘土浆体里分散得比较好,那些乱乱的“无序”状态的稻草纤维在里面能形成一种均匀的随机支撑体系,连续的纤维弯来弯去、相互交叉、连在一起,最后形成差不多各向同性的网格约束,这样就减少了 3D 打印粘土试件内部结构的薄弱方向和薄弱面。随着稻草纤维含量增加,这种网格约束效果更明显。所以在受力的时候,3D 打印粘土试件受力更均匀,整体性更好,也能在一定程度上减弱挤出堆积式粘土基材料 3D 打印工艺造成的粘土试件各向异性。但是,当稻草纤维掺量大于 3%的时候,随着稻草纤维掺量增加,稻草纤维在粘土里形成的空间网状结构对 3D 打印粘土试件抗压强度各向同性的作用就变弱了,而且纤维在浆体里会缠在一起、结成团,分散不均匀,导致纤维在土体里定向分布很明显。当稻草纤维是有序的集中状态时,纤维相互连接的地方很密集,乱向分布很少,所以 3D 打印粘土试件的抗压强度各向异性指数就随着稻草纤维掺量增加而变大了。3D 打印粘土试件 z 方向的强度比 y 方向好,这是因为当 3D 打印粘土试件受到 y 方向外力的时候,层间界面方向和荷载施加方向是平行的,所以当试件横向膨胀变形的时候,产生的拉应力方向和层间界面方向平行,裂纹就更容易在层间界面的位置出现,还会顺着层间界面方向扩展。
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