رفتار صفحات HPC چاپ سه بعدی با تقویت شبکه FRP تحت خمش

در سال‌های اخیر، تولید افزودنی (AM) در صنایع مختلف به دلیل مزایایی مانند شکل‌گیری دیجیتالی یک تولید پیچیده با استفاده از طراحی سفارشی و رویکرد لایه به لایه، رواج یافته است. با توسعه دیجیتالی شدن، AM به طور گسترده در صنعت ساخت و ساز پذیرفته شده است. چاپ سه بعدی بتن (3DCP) یکی از فناوری های نوظهور تحت AM است [1]، [2]، [3]، [4]، [5]، [6]، [7]، [8]، [9. ]. 3DCP با به ارمغان آوردن مزایای بی شماری از جمله تعمیر و نگهداری ساخت و ساز مقرون به صرفه و بهره برداری، نیازهای کم نیروی کار، زمان ساخت کم، عاری از قالب های پرهزینه و کاهش ضایعات ساختمانی، ساختار بتن را به طور اساسی اصلاح کرده است [7]، [8]، [9] ]، [10]، [11]، [12]، [13]، [14]، [15]، [16]، [17]. 3DCP مبتنی بر اکستروژن بیشترین دیدگاه برای ساخت و ساز است [3]، [15]، [17]، [18]، [19]. الزامات چاپ بتن شامل سفتی و ویسکوپلاستی مناسب می باشد به طوری که کارایی، اکسترودپذیری و ساخت پذیری همگی مناسب باشد. بتن چاپی معمولاً از طریق یک نازل تحت فشار و فشرده قرار می گیرد که به صورت دیجیتالی توسط یک کد سفارشی تجویز شده کنترل می شود. اشیاء چاپ شده لایه به لایه ساخته می شوند. بتن پرینت سه بعدی در تعدادی از کاربردهای ساختمانی، به ویژه در سازه های ساختمانی با اشکال نامنظم استفاده شده است [20]، [21]، [22]، [23]، [24]، [25]. اشیاء چاپ شده لایه به لایه ساخته می شوند. بتن پرینت سه بعدی در تعدادی از کاربردهای ساختمانی، به ویژه در سازه های ساختمانی با اشکال نامنظم استفاده شده است [20]، [21]، [22]، [23]، [24]، [25]. اشیاء چاپ شده لایه به لایه ساخته می شوند. بتن پرینت سه بعدی در تعدادی از کاربردهای ساختمانی، به ویژه در سازه های ساختمانی با اشکال نامنظم استفاده شده است [20]، [21]، [22]، [23]، [24]، [25].

فرآیند 3DCP همچنین اشکالات اجتناب ناپذیری را به همراه دارد: 1) اجرای تقویت در سازه های پرینت سه بعدی بر اساس فناوری فعلی دشوار است. ii) ساختار لایه به لایه ممکن است منجر به ایجاد منافذ در سطح مشترک بین لایه ها و نوارهای چاپ شود. ضعف سطحی در بتن پرینت سه بعدی ممکن است منجر به اثرات مضر بر دوام سازه های چاپ شده شود و سازه های بتنی چاپ شده ممکن است از مقاومت خوردگی ناراضی رنج ببرند. به ویژه، ضعف سطحی همچنین منجر به استحکام باند و ظرفیت کششی ناقص متعاقب آن می شود. این بدان معناست که سازه ای بر اساس بتن پرینت سه بعدی بهتر است به عنوان ساختاری که اساساً حاوی اعضای فشاری است طراحی شود. علاوه بر این، مواد سیمانی با استحکام بالا و استحکام فوق العاده بالا برای 3DCP ترجیح داده می شوند.

اگرچه یک طراحی مناسب می تواند از ظرفیت کششی ضعیف بتن پرینت سه بعدی جلوگیری کند، تعدادی از رویکردهای تقویتی برای بتن پرینت سه بعدی پیشنهاد و گنجانده شده است. این روش ها شامل روش تقویت الیاف کوتاه، روش تقویت پس از نصب، جهت در لایه و روش های تقویت از پیش نصب شده [3] است. الیاف کوتاه می توانند استحکام کششی مواد سیمانی [3] را افزایش دهند، در حالی که به سختی نقشی در افزایش استحکام سطحی بین لایه های مجاور دارند. آرماتور پس از نصب با قرار دادن یا تزریق آرماتور به سازه های چاپ شده اجرا می شود. تقویت جهت لایه در افزایش استحکام سازه های چاپ سه بعدی موثر است، اما فقط در جهت لایه در لایه اکسترود شده تقویت می کند. روش تقویت از پیش نصب شده معمولاً از دو نازل در دو طرف تقویت کننده از پیش نصب شده استفاده می کند. به طور خلاصه، رویکردهای تقویتی جدید با طراحی آسان و مقرون به صرفه برای بتن پرینت سه بعدی برای به دست آوردن کاربرد بیشتر 3DCP ضروری است.

از سوی دیگر، بتن پرینت سه بعدی فاقد ارتعاش است. و بنابراین میزان منافذ بیشتری نسبت به بتن معمولی دارد. این مشکل خوردگی احتمالی آرماتورها را افزایش می دهد که در آرماتورهای فولادی جریان اصلی وجود دارد. برای این منظور، تقویت‌کننده پلیمری تقویت‌شده با الیاف (FRP)، که دارای مزایای مقاومت در برابر خوردگی عالی، نسبت استحکام به وزن بالا و خاصیت الکترومغناطیسی برتر است [26]، [27]، [28]، [29] ، [30]، [31]، [32]، اعتقاد بر این است که جایگزین امیدوارکننده ای برای تقویت فولادی برای سازه های بتنی پرینت سه بعدی است. کامپوزیت‌های FRP سبک و انعطاف‌پذیر هستند، که امکان پیاده‌سازی در بتن پرینت سه بعدی را در هنگام چاپ ممکن می‌سازد. کامپوزیت های FRP در تقویت سازه های بتن مسلح معمولی (RC) موثر هستند. کاربردهای رایج کامپوزیت های FRP شامل تعمیر سازه های موجود با ورق های FRP [31]، [32]، [33] و استفاده از FRP به عنوان تقویت کننده داخلی برای سازه های RC [34]، [35] است. فنگ و همکاران [36] و [37] پیشنهاد کرده اند از FRP به عنوان مواد تقویت کننده برای ستون ها و تیرهای بتنی پرینت سه بعدی استفاده شود. مشخص شد که استحکام و ظرفیت تغییر شکل ستون‌ها و تیرهای بتنی پرینت سه‌بعدی تقویت‌شده به طور قابل‌توجهی افزایش یافته است. سان و همکاران [38] مواد منعطف و صلب از جمله کابل فولادی ضد زنگ، کابل فولادی ضد زنگ با تیغه ها، شبکه کابل فولادی ضد زنگ و شبکه پلیمری تقویت شده با فیبر کربن را برای تقویت بتن چاپی اتخاذ کرد و مدل های پیش بینی را برای توصیف مقاومت برشی بتن چاپی پیشنهاد کرد. مطالعه ارائه شده توسط Sun و همکاران. [38] نشان داده است که مواد پیشنهادی در افزایش عملکرد مکانیکی بتن پرینت سه بعدی موثر هستند. همچنین، رفتار پیوند بتن پرینت سه بعدی و میله‌های FRP توسط Sun و همکارانش بررسی شده است. [39]. استحکام باند کمتری بین بتن پرینت سه بعدی و میله‌های FRP نسبت به بتن ریخته‌گری شده و میله‌های FRP یافت شد. اخیراً، شبکه‌های FRP به عنوان تقویت‌کننده داخلی برای بتن و بتن با عملکرد بالا (HPC) و صفحات بتن با عملکرد فوق‌العاده (UHPC) پیشنهاد شده‌اند [40]، [41]، [42]، [43]، 44]، [45]، [46]. این رفتار نرم شدن کرنش را حل می کند یا رفتار سخت شدن کششی UHPC [47]، [48]، [49]، [50]، [51]، [52] تحت کشش را افزایش می دهد. لازم به ذکر است که HPC به بتن با مقاومت فشاری 28 روزه بیش از 70 تا 80 مگاپاسکال اطلاق می شود. و UHPC به بتن با مقاومت فشاری 28 روزه بیش از 120 مگاپاسکال اطلاق می شود. مطالعات موجود پیوند خوبی بین شبکه UHPC و FRP به عنوان تقویت کننده اثبات کرده است [41]، [42]، [43]، [44]. از آنجایی که پیوند بین بتن پرینت سه بعدی و میله های FRP ضعیف است [39]، کمربند FRP را می توان برای اعضای خمشی بتنی چاپ شده سه بعدی استفاده کرد.

برای این منظور، صفحات HPC چاپ سه بعدی تقویت شده با شبکه FRP (صفحات FGPH) در این مطالعه توسعه داده شد. در عمل، می توان از روش تقویت پس از نصب با اتخاذ دو نازل استفاده کرد. تست کشش و خمش روی صفحات FGPH و صفحات HPC چاپ شده سه بعدی (3DPH) برای بررسی اثرات جهت نوار چاپ و رویکرد ریخته‌گری بر رفتار کششی و خمشی صفحات FGPH انجام شد. شش گروه از نمونه های دمبل و سه جفت نمونه صفحه مورد آزمایش قرار گرفتند. در مطالعه حاضر از الیاف پلی اتیلن با وزن مولکولی بسیار بالا با طول 6 میلی متر استفاده شد. ساختارهای داخلی در سطح کلان مشاهده و مورد بحث قرار گرفت.