圧縮下における3D印刷された螺旋状セメント系構造材の機械的特性と破壊現象

要旨 2つの設計された3D印刷された硬化セメントペースト（hcp）要素、‘層状’および‘ブーリガンド’の機械的応答と破壊挙動を、単軸圧縮下で調査した。ラボベースのX線顕微鏡を用いて、破壊後のひび割れパターンを特定した。機械的特性とひび割れパターンを分析し、鋳造されたhcpと比較した。材料のアーキテクチャと3D印刷によって生じた弱い界面が機械的特性と破壊挙動に与える役割についても論じた。固体設計材に偶然形成される細孔のアーキテクチャが、3D印刷された両方の設計材料における全体的な機械的応答と破壊挙動を決定した。鋳造要素では特定のひび割れパターンやマイクロクラックは観察されなかったが、層状アーキテクチャは弱い垂直界面に沿ったひび割れパターンを示した。一方、ブーリガンドアーキテクチャは、フィラメントの螺旋方向に整列した分布した界面マイクロクラックを伴う螺旋状のひび割れパターンを示した。その結果、ブーリガンド設計要素は、鋳造された対照物に比べて破壊の作業量が40％増加した。強度を犠牲にすることなく強化されたエネルギー吸収が得られ、いずれも弱い螺旋状の界面に従う高い破損面積とマイクロクラックに起因する。