[发明专利]一种适用于3D打印的分层仿生建筑构件及其制备方法

说明书

本发明涉及一种适用于3D打印的分层建筑构件及其制备方法，该建筑构件由混凝土分层浇筑而成，所述混凝土包括以下组分及重量份含量：水泥590‑600份、石英砂470‑480、粉煤灰710‑720、减水剂3‑5份、水320‑330份、超高分子量聚乙烯纤维15‑20份。制备时，将干粉加入搅拌机中搅拌混合均匀，再将水加入搅拌机进行浆体搅拌，然后加入聚乙烯纤维搅拌，然后分层浇筑成型。本发明采用分层浇筑，在层与层之间设置分隔层，从而实现层与层之间粘结‑滑移的调节。与现有技术相比，本发明分层梁的抗弯强度高，弯曲变形能力明显提高，可以实现分层结构变形中裂纹偏转和分叉，具有良好的变形能力和耗能性能，可以适用于包括建筑3D打印在内的分层建造方式。

技术领域

本发明涉及建筑材料和3D打印技术领域，尤其是涉及一种适用于3D打印的分层仿生建筑构件及其制备方法。

背景技术

传统钢筋混凝土结构面临着劳动力成本上升、复杂的建造要求等问题，结构形式和建造方式亟待新的解决方案。新型3D打印建筑因其快速成型、劳动力使用极低、造型多变和恶劣环境适应性强等优点，备受推崇，是最被看好的未来建筑形式之一。然而由于3D打印特殊的工艺操作流程，致使目前的3D打印建筑存在着材料和结构的双重缺陷，使该种颇具前景的建筑技术仍然停留的在轮廓和模型打印，而不能创造出可以抵抗各种使用荷载的真正3D打印建筑。一方面，无机3D打印材料缺乏强度和变形能力。为了提高材料的力学性能，研究者用玻璃纤维、钢纤维和聚乙烯醇(PVA)等纤维来增强3D打印的砂浆。从现有的文献来看，最具变形能力的PVA纤维水泥基复合材料的抗拉强度约为3MPa～7MPa，对应的拉伸应变为2％～4％，仍然低于建筑钢材的水平。由于力学性能的不足，普通的纤维混凝土仍然不能成为单独受力的结构材料。其次，分层建造技术将导致结构弱化，无法正常承载。另一方面，由于其打印成型的分层结构，造成层间材料不连续，使层间界面成为结构承载的薄弱环节，在不同形式的荷载作用下，分层打印的梁、墙、柱构件会出现层间的脱离或滑移，从而降低了构件的承载力和刚度。材料分层造成结构力学性能弱化，这是现阶段建筑3D打印仍然处于“轮廓打印”阶段的另一个原因。

公开号CN101874004A的专利公开了一种超高性能混凝土，包括100份波特兰水泥；50至200份具有D10至D90为0.063至5毫米的单粒度的砂子，或者砂子混合物，其中最细的砂子的D10至D90为0.063至1毫米且最粗的砂子的D10至D90为1至5毫米；0至70份平均粒子尺寸为15微米以下的粒状火山灰或非火山灰材料或其混合物；0.1至10份减水超增塑剂；10至30份水；以及相对于硬化的组合物的体积为0.5至5体积％的长径比为6至120的玻璃纤维。该专利采用玻璃纤维与聚乙烯醇纤维配制了一种高变形能力UHPC，其弯拉强度最大为20MPa，跨中挠度/跨度比达到仅为1/140，但该专利技术方案并未记载有单向拉伸试验，现已有研究表明，传统钢纤维UHPC混凝土，单向拉伸的变形能力均未能超过0.6％，使得该类材料仍然无法满足用于3D打印的特殊要求。

公开号CN107032669A的专利发明了一种打印建筑材料，由如下重量份的原料制备而成水渣超细粉5-10份、粉煤灰超细粉5-10份、水泥超细粉10-30份、尾矿微粉50-60份、尾矿渣50-60份、钢渣5-20份、减水剂5-10份、玻璃纤维10-30份、外加剂溶液20-80份和水30-60份，按比例称取或量取各个原料，加入混合泵搅拌混匀，即得打印建筑材料。其最大抗压强度达到63.2MP，但该专利技术方案并未记载有单向拉伸试验。其拉伸变形能力无从得知，且没有任何构件弯曲试验数据，说明该类材料也尚难以满足3D打印的特殊要求。

发明内容

本发明的目的就是为了解决上述问题而提供一种适用于3D打印的分层仿生建筑构件及其制备方法。

本发明的目的通过以下技术方案实现：