
粘土 - 水泥浆体属于一种多相流体哦。在剪切速率比较低(低于10秒的负1次方)的时候,剪应力会随着剪切速率升高而快速增加;接着呢,剪应力和剪切速率差不多是呈直线增加的。这说明往3D打印粘土浆体里加水泥粉末,能让它从剪切变稠慢慢变成剪切变稀。为啥会这样呢?是因为水泥浆体在发生水化作用的时候,会产生絮状结构,形成乱糟糟排列的网状结构,还互相缠在一起,在低剪切速率作用下,很难把这个结构破坏掉,所以剪应力就上升得很快。等到剪切速率增加到一定程度(高于10秒的负1次方)后,水泥水化产物组成的絮状网状结构就会被破坏掉,在鱼骨探针剪切力的作用下,水化产物之间互相钩挂的情况慢慢变少了,剪应力就会有一定程度的“释放”,所以上升就变慢了。而且对于粘土 - 水泥浆体体系来说,剪切稀化这个作用是可逆的哦。就是说当施加的剪切力慢慢减少或者消失的时候,粘土浆体的粘度能在比较短的时间内恢复过来。所以呢,哪怕在剪应力上升段已经把粘土浆体内部的絮凝网状结构破坏了,等剪切速率下降到10秒的负1次方后,粘土浆体的粘度也会恢复。这样一来,粘土浆体在低剪切速率的时候就符合假塑性流体的性质,在高剪切速率的时候就符合宾汉流体的性质了。

因为粘土浆体的流变曲线差不多是直线,浆体有一定的初始屈服应力,流变曲线的斜率是固定的,而且曲线不经过原点,剪切应力会随着剪切速率增加而变大,所以呀,粘土浆体的流变特性可以看成是符合粘塑性流体的流变特性,也就近似是宾汉姆流体,那就可以用宾汉姆模型来拟合,以此来表示它的流变特性。对于不同水泥掺量下花岗岩残积土的浆体呢,在不同水泥掺量的时候,对应的曲线变化趋势挺相似的,呈现出来的规律挺强的。当剪切速率大于40秒的负1次方时,浆体的粘度会趋向于一个稳定的值,并且随着水泥掺量增加,粘度会慢慢变大,这和表3 - 7的试验数据结果是一样的哦。当剪切速率降到40秒的负1次方以下时,粘度就开始变大了,在剪切速率低于10秒的负1次方的时候,粘度会迅速变大。剪切速率 - 粘度曲线是个“凹”形的曲线,不同掺量水泥粉末的粘土浆体整体上表现出来的是剪切变稀,随着剪切速率增加,粘度的衰减速度变慢了,粘土浆体的表观粘度会趋向稳定。总体来看,粘土浆体表现出来的就是粘塑性流体的性质,这个性质对3D打印过程是有好处的哦。在粘土浆体从料筒里挤出来的时候,受到挤出机的剪切力作用,这时候粘土浆体粘度比较低,方便通过管道把浆体输送到喷嘴那里,等粘土浆体从喷嘴处挤出来的时候,作用在浆体上的剪切力消失了,这时候粘土浆体的粘度会迅速变大,这样就有利于粘土浆体保持形状稳定,可堆积性能就比较好了。对于不同水泥掺量下花岗岩残积土的浆体,在剪切速率固定的时候,如果不掺水泥或者只掺少量(水泥掺量是10%)水泥,粘土 - 水泥浆体体系的粘度都比较低,而且二者差不多。随着水泥掺量继续增加,粘土 - 水泥浆体体系的粘度增大的趋势会从稍微增大变成明显增大。不过当水泥粉末的掺量大于30%的时候,因为塑性粘度过大了,就没办法连续均匀地从直径2毫米的打印喷头那里挤出来了。从这就能看出来,在水泥掺量大于10%之后,随着水泥掺量继续增加,花岗岩残积土浆体的粘度会有比较大幅度的提升,这主要是花岗岩残积土颗粒和水泥颗粒之间存在的化学作用以及物理吸附结合力导致的呀。