[发明专利]一种利用3D打印智能设计三维网状骨架制备的混凝土及其制备方法

说明书

本发明公开了一种利用3D打印智能设计三维网状骨架制备的混凝土及其制备方法，该混凝土主要由水泥砂浆与3D打印智能设计三维网状骨架组成，其中水泥砂浆由以下重量份比例的原料制成：普通硅酸盐水泥337‑375份、粉煤灰93‑107份、细骨料710‑886份、聚羧酸减水剂0.5‑0.6份、水170‑194份。3D打印智能设计三维网状骨架可由设计者按照实际需求确定。相对于现有技术，本发明设计的三维网状骨架结构能提高混凝土的受压峰值应变，是玄武岩混凝土2倍。这种方法制备的混凝土可以有效的提高混凝土的延性，具有良好的能量耗散作用。此外，本发明方法还可以大大提高材料的均匀性，相对于普通的纤维掺入方式，不存在分布不均和结团的问题，可以大大提高最终产品的性能。

技术领域

本发明涉及一种利用3D打印智能设计三维网状骨架制备的混凝土及其制备方法，属于智能设计增强混凝土技术领域。

背景技术

混凝土的新型结构设计与功能化设计可以作为进一步研究的方向。新的结构设计与功能化设计会对制备方法与材料提出更高的要求，3D打印技术即增材制造技术(Additive Manufacturing,AM)可以满足这些要求。3D打印技术是利用计算机的图形计算能力，基于按照特定顺序，将经过设计的计算机模型按层沉积成物理实体的技术。由于借助了计算机的强大计算能力，3D打印技术对计算机模型的实体化过程的精度很高，可以得到极为准确的物理模型。另外，3D打印技术的打印速度较快，在较短的时间内即可获得打印成品，这与铸造技术相比是一个巨大的优势。3D打印技术具有可设计、高精度、快速成型等优势。经过近三十年的发展，3D打印机制造技术日趋成熟，3D打印制件的成本逐渐降低，使得其在混凝土设计与制备领域得到应用成为可能。

混凝土的力学特征是抗压强度高而抗拉强度低，高强度混凝土在材料使用方面与普通混凝土并没有明显差异，也同样具有很低的抗拉强度。混凝土的脆性使得其在建筑中的应用产生了安全隐患，因为建筑物在地震等自然灾害中没有征兆地突然失效破坏是非常危险的。为了提高混凝土材料的延性，科研人员在水泥基材料制备过程中添加纤维材料，发明了纤维增强水泥基复合材料。Li V等提出的工程水泥基复合材料(EngineeredCementitious Composite，ECC)也属于纤维增强水泥基复合材料。ECC的设计方法中，以纤维-水泥基体的微观力学与断裂力学为设计指导，粗骨料完全被短切纤维替代，由此将脆性的混凝土材料转变为具有韧性破坏特征的高延性材料。ECC常用的增强纤维主要有钢纤维、聚乙烯(PE)纤维、碳纤维、聚乙烯醇(PVA)纤维、聚丙烯(PP)等。但是也存在一些问题，ECC的成本较高并且随着纤维掺量的增大存在纤维分布不均和结团的问题，影响工作性和强化效果。

发明内容

发明目的：为了解决上述技术问题，本发明提供了一种利用3D打印智能设计三维网状骨架制备混凝土及其制备方法。本发明中以数字光处理(DLP型光固化)3D打印为技术手段，以重构混凝土骨架结构为目标，设计长程有序的骨架结构，提高混凝土的最大压应变和增强混凝土的延性。

技术方案：为了实现上述目的，本发明公开了一种利用3D打印智能设计三维网状骨架制备的混凝土，该混凝土主要由水泥砂浆与光固化3D打印树脂骨架组成，其中水泥砂浆由以下重量份比例的原料制成：普通硅酸盐水泥337-375份、粉煤灰93-107份、细骨料710-886份、聚羧酸减水剂0.5-0.6份、水170-194份。3D打印智能设计三维网状骨架可由设计者按照实际需求设计定制。

作为优选方案：

所述的普通硅酸盐水泥为PII·52.5级普通硅酸盐水泥。

所述的粉煤灰为I级类粉煤灰。

所述的细骨料为河砂，细度模数为2.3-2.8的Ⅱ区中砂。含泥量小于等于0.5％。