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原文传递一种原位表征3D打印混凝土各向异性的测试方法

专利名称：	一种原位表征3D打印混凝土各向异性的测试方法
摘要：	本发明公开了一种通过测试贯入深度来定量表征3D打印混凝土各向异性的原位测试方法，建立了同条件试件标定方法，将贯入深度换算成抗压强度，实现了3D打印混凝土强度各向异性的原位定量表征。本发明特点在于以标定结果的可靠度以及区分度做为评价指标来调节动力源数值，在实现3D打印混凝土各向异性原位测试基础上，提高了测试方法的精度。本方法以贯入深度作为各向异性评价依据，不需要对3D打印混凝土进行切割，减少了各向异性评价过程中切割加工所带来的影响，并且能够实现对3D打印混凝土逐点、逐层、不同时间反复测试分析，获得3D打印混凝土强度在时间和空间上的分布结果，为相关材料研究和工程实体质量检测提供了一种切实可靠的科学方法。
专利类型：	发明专利
国家地区组织代码：	江苏;32
申请人：	东南大学
发明人：	陈春;傅琦;张亚梅;刘超;王香港
专利状态：	有效
申请日期：	2021-11-29T00:00:00+0800
发布日期：	2022-03-04T00:00:00+0800
申请号：	CN202111429974.8
公开号：	CN114136820A
代理机构：	南京苏高专利商标事务所(普通合伙)
代理人：	柏尚春
分类号：	G01N3/34;G01N3/02;G01N1/28;G;G01;G01N;G01N3;G01N1;G01N3/34;G01N3/02;G01N1/28
申请人地址：	211102 江苏省南京市江宁区东南大学路2号
主权项：	1.一种原位表征3D打印混凝土各向异性的测试方法，其特征在于，分为两个程序；定量表征强度各向异性和定量表征各向异性；定量表征强度各向异性的具体步骤如下：步骤一、预先打印一批混凝土试块，同一龄期、同一混凝土强度等级的试块数量为15-45块，采用与拟测试目标3D打印混凝土相同打印设备、相同原材料、相同打印参数进行成型，预先打印的混凝土试块称为同条件试块，养护条件和龄期同3D打印混凝土；步骤二、养护至规定龄期后，采用高精度加工机具将同条件试块加工成标准试块；步骤三、对同条件试块进行标定，标定按照如下步骤进行： (1)选择贯入式混凝土强度检测仪进行标定作业，作业前检查设备，特别是动力源和射钉，动力源选用弹簧或高压空气；使用弹簧作为动力时，其贯入力值控制在100-1500N；使用高压空气时，气压控制在0.05-2.5MPa； (2)标定作业应充分考虑打印方向，在沿试块的打印路径方向(X方向)、垂直于打印方向且与打印层间平行的方向(Y方向)和垂直于打印层平面的方向上(Z方向)各布置2个测区； (3)每个测区中设置9个测点； (4)将加工后的试块放在压力机压板上，施加荷载，对其侧面进行贯入试验，测区与射钉方向垂直； (5)将射钉贯入测点，用贯入深度测量尺直接测出贯入深度或用游标卡尺量出外露射钉长度，以射钉标准长度减去外露射钉长度记作贯入深度，精确至0.01mm； (6)去除本测区最大值和最小值，统计剩余测点的平均贯入深度，以平均贯入深度作为本测区贯入深度代表值；测试中保持动力源能量一致，射钉尺寸和材质统一，射击方向与测区保持角度一致；步骤四、贯入测试完毕后，立即对标准试块进行抗压强度测试；测区应作为承载面，注意射钉贯入深度代表值所对应的方向与承载面之间的关系；步骤五、通过作图法或者回归分析法，获得每个方向上贯入深度代表值与抗压强度之间的关系曲线，控制其置信区间在合理范围内，如果不满足置信要求，通过调整动力源数值，重复步骤一至步骤五直至满足预设置信区间要求；步骤六、在建立回归方程后，采用所建立的回归方程对3D打印混凝土的各向异性以及强度不均匀性进行定量评价；本方法可对同一材料或者工程实体进行不同龄期的反复测试，测试过程中需要避开原来的测试点；定量表征各向异性的具体步骤如下：采用本方法所用动力源和射钉对3D打印混凝土进行贯入测试，对贯入深度数值进行统计分析，建立3D打印混凝土各向异性的空间分布，在不同的时间进行测试，可建立3D打印混凝土各向异性的时空分布，如果区分度不足，可通过调整动力数值来增加区分度。 2.根据权利要求1所述的原位表征3D打印混凝土各向异性的测试方法，其特征在于，步骤一中，所述同条件试块的尺寸为(160-190)mm×(160-190)mm×(160-190)mm。 3.根据权利要求1所述的原位表征3D打印混凝土各向异性的测试方法，其特征在于，步骤一中，养护条件采用自然养护，并记录环境温湿度条件；养护龄期选择1天、3天、7天、14天、28天、56天、63天、70天或81天。 4.根据权利要求1所述的原位表征3D打印混凝土各向异性的测试方法，其特征在于，步骤二中，标准试块的尺寸为150mm×150mm×150mm。 5.根据权利要求1所述的原位表征3D打印混凝土各向异性的测试方法，其特征在于，步骤三(1)中，射钉尺寸为长度为20-40mm、直径为3.5±0.05mm、尖端锥度45°±0.5°，材质为镀锌的淬硬合金钢杆。 6.根据权利要求1所述的原位表征3D打印混凝土各向异性的测试方法，其特征在于，步骤三(4)中，施加60-80KN的荷载。 7.根据权利要求1所述的原位表征3D打印混凝土各向异性的测试方法，其特征在于，步骤五具体为：将所有试块的贯入深度代表值与其抗压强度为一组比对数据，应用回归分析原理，将试验数据汇总，剔除可疑数据，采用幂函数方程对实验数据进行回归分析比较和误差分析，建立3D打印混凝土试块强度回归公式及相关系数： fccu＝a×H-b 式中：fccu为一个方向上的打印混凝土强度的换算值(MPa)，精确至0.1MPa；a，b为常数；H为测针在打印混凝土表面的贯入深度，精确至0.01mm。
所属类别：	发明专利