Fiber orientation effects on ultra-high performance concrete formed by 3D printing

材料科学 复合材料 喷嘴 纤维 模具 体积分数 3D打印 挤压 方向(向量空间) 3d打印 机械工程 几何学 生物医学工程 医学 数学 工程类
作者
Arun R. Arunothayan,Behzad Nematollahi,Ravi Ranade,Shin Hau Bong,Jay Sanjayan,Kamal H. Khayat
出处
期刊:Cement and Concrete Research [Elsevier]
卷期号:143: 106384-106384 被引量:168
标识
DOI:10.1016/j.cemconres.2021.106384
摘要

Despite the growing interest in 3D concrete printing, its current progress is limited by reinforcing methods. Inclusion of steel fibers is a potential reinforcing solution; however, the effect of printing process on orientation of the fibers is still unknown. This study aims to quantitatively investigate the orientation distribution of steel fibers in 3D printed ultra-high performance concrete. The effects of extrusion nozzle size, Cartesian print speed, and fiber volume fraction on the orientation of fibers were evaluated using digital image analysis. The consequent effects of the fiber orientation on the mechanical properties of the 3D-printed specimens were also determined. The results were compared with those of the conventionally mold-cast specimens. The results revealed that the smaller nozzle size and higher fiber volume fraction significantly enhanced the fiber alignment parallel to the printing direction. This preferential fiber alignment led to superior mechanical performance of the printed specimens to the mold-cast specimens.

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