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煤矸石粗骨料在3D打印混凝土中的力学性能研究

目录

内容综述．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．2

1.1研究背景与意义．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．4

1.2国内外研究现状．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．7

1.3研究目标与内容．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．9

1.4研究方法与技术路线．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．10

实验材料与方法．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．11

2.1实验原材料与特性．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．14

2.1.1煤矸石粗骨料的来源与物理性能．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．15

2.1.2水泥的种类与质量指标．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．16

2.1.3掺合料的性能检测．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．18

2.1.4减水剂的特性分析．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．21

2.23D打印混凝土的配合比设计．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．24

2.3力学性能测试方法．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．26

2.3.1抗压强度测试．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．29

2.3.2抗拉强度测试．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．31

2.3.3弯曲韧性测试．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．34

结果与分析．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．35

3.1煤矸石粗骨料的力学特性．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．36

3.2不同配合比下3D打印混凝土的力学性能．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．39

3.2.1抗压强度发展规律．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．40

3.2.2抗拉强度与骨料粒径的关系．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．42

3.2.3弯曲韧性对比分析．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．43

3.3煤矸石掺量对力学性能的影响．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．45

3.3.1掺量效应的定量分析．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．48

3.3.2微观结构的影响机制．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．50

3.43D打印工艺参数的优化．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．52

3.4.1打印速度与层厚的影响．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．56

3.4.2加固剂用量的对比研究．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．57

1.内容综述

随着3D打印技术在建筑领域的兴起，新型建筑材料的研究与开发成为学术界关注的热点。其中3D打印混凝土以其独特的制造方式和对复杂结构的高效实现能力，展现出广阔的应用前景。然而传统3D打印混凝土常用的粗骨料（如碎石）存在成本高、资源消耗大等问题，如何寻求环境友好且性能优良的新型粗骨料替代品成为亟待解决的问题。煤矸石作为煤矿开采过程中产生的一种工业固废，产量巨大，传统处理方式难以满足环保要求，若能有效利用于混凝土骨料，不仅能够解决固废处理难题，还能降低建筑成本，实现可持续发展。因此探究煤矸石粗骨料对3D打印混凝土力学性能的影响，具有重要的理论意义和实际应用价值。该研究将围绕以下几个方面展开：首先，对煤矸石的种类、物理力学特性以及作为骨料的适用性进行系统分析；其次，将不同粒径和品质的煤矸石粗骨料与传统碎石粗骨料进行对比，研究其对3D打印混凝土抗压strength、抗折strength、弹性模量等力学指标的影响规律；再次，结合微观结构分析手段，探讨煤矸石粗骨料对3D打印混凝土内部孔隙结构、界面过渡区以及整体致密性的影响机制；最终，通过优化煤矸石粗骨料的掺量和配合比，构建性能不低于传统3D打印混凝土的新型绿色打印材料体系