[发明专利]基于3D打印技术计算纳米混凝土断裂能的方法

说明书

本发明涉及一种基于3D打印技术计算纳米混凝土断裂能的方法，包括纳米混凝土复合材料配制和基于3D打印测量纳米混凝土断裂能的方法，所述纳米混凝土复合材料配制，其纳米混凝土复合材料配合比，由水泥：353份；砂：653份；碎石：1234份；水：160份；减水剂：3.2份；纳米：6.4份质量份数的组份组成；基于3D打印测量纳米混凝土断裂能的方法，其步骤为：建模、装载材料、打印、计算纳米混凝土断裂能。本发明将3D技术运用于预制裂缝纳米混凝土试件成型，从而能准确计算出纳米混凝土断裂能。

技术领域

本发明涉及一种3D打印技术，具体是一种基于3D打印技术计算纳米混凝土断裂能的方法。

背景技术

纳米材料指颗粒尺度在纳米量级(1～100nm)的超细材料，由于其尺寸小，具有尺寸效应、量子效应、表面效应和界面效应。国内外研究者针对掺纳米粒子混凝土展开了大量研究，结果表明，适量粒子的掺入可改善水泥浆体的微观结构，使混凝土的结构更加均匀、密实，可显著提高混凝土的断裂能。断裂能是描述材料对裂缝扩展阻力大小的参数，它是指裂缝扩展单位面积所需要消耗的能量，与断裂过程密切相关，可以很好地描述材料的断裂特性，它的大小标志着材料裂纹扩展的难易程度，断裂能的测定对实际工程有着重要的意义。目前对测量纳米混凝土断裂能存在三个问题：

1.由于纳米材料昂贵，在混凝土中掺入量较少，少量纳米很难在试件中均匀分布。

2.目前大量研究者通过预制裂缝来求试件断裂能。制备的裂隙纳米混凝土试件不易脱模、脱模时容易破坏裂隙内部结构、改变裂隙的形状和大小、在裂隙周边产生新生裂隙等问题。

3.实验对裂缝在试件中的长度、宽度、角度的精度要求高，制备中很难做到准确无误，即使同样的手工操作流程也很难制备出两个相似的试件，导致实验结果误差大。另一方面，由于预制裂缝试件精度要求高，导致手工制备效率低，难以跟上工程进度。

因此，迫切需求一种高精度制备预制裂缝纳米混凝土的方法。3D打印技术被称为“快速成型技术”，是一种以计算机图形文件为基础，对材料逐层累加堆积成型的三维结构型加工方式。随着3D技术的发展和改进，目前已具有亚微米级的三轴移动精度，微米级的激光喷头，能够打印层厚只有1～10μm的微型结构。

发明内容

本发明是要提供一种基于3D打印技术计算纳米混凝土断裂能的方法，其目的在于将3D技术运用于预制裂缝纳米混凝土试件成型，从而准确计算出纳米混凝土断裂能。

为实现上述目的，本发明的技术方案是：一种基于3D打印技术计算纳米混凝土断裂能的方法，包括纳米混凝土复合材料配制和基于3D打印测量纳米混凝土断裂能的方法，其特点是：

所述纳米混凝土复合材料配制，其纳米混凝土复合材料配合比，由如下质量份数的组份组成：

水泥：353份；砂：653份；碎石：1234份；水：160份；减水剂：3.2份；纳米：6.4份；

所述基于3D打印测量纳米混凝土断裂能的方法，包括以下步骤：

步骤一：建模

使用UG软件创建纳米混凝土直三点弯曲模型，利用MakerBot分层软件对三维的数字模型按照一定的厚度进行分层切片，将建的模型导出到SD卡中；步骤二：装载材料

加入按纳米混凝土复合材料配合比的水泥、砂、碎石和减水剂到搅拌锅中，在公转62±5r/min，自转140±5r/min的条件下干搅2～4分钟至均匀，将水和减水剂按所述的比例加入搅拌锅，在公转125±10r/min，自转285±10r/min的条件下搅拌3～5分钟，使用导管将混凝土和纳米按一定比例加入3D打印机的支撑架；

步骤三：打印

在打印机中选择要打印的模型并打印。

步骤四：计算纳米混凝土断裂能