[发明专利]一种3D打印格栅增强水泥基复合材料及制备方法

说明书

一种3D打印格栅增强水泥基复合材料及制备方法，所述复合材料包括RO格栅结构和以标准砂、水、水泥拌制而成的水泥基材料，其特征在于，所述RO格栅结构以PA6为原材料，格栅以骨架或增强体的形式分布在水泥基材料中，所述RO格栅结构的单胞格栅由菱形八面体单元构建的，所述单胞格栅的中心线尺寸在x、y、z方向上相等，并且在其中心点相交的三个垂直面周围呈几何对称。该方法实施步骤简单，可操作性高，并具备良好的增强延性/韧性效果。

技术领域

本发明属于3D打印格栅增强水泥基复合材料的工艺制备，具体为一种利用3D打印PA6格栅为增强材料的水泥基复合材料改性方法，属于复合材料科学技术领域。

背景技术

混凝土是一种广泛使用的建筑材料，具有抗压强度高、刚性大的优势。但具有抗拉压强度远小于抗压强度，柔性小的劣势，且随着抗压强度的增大，混凝土将变脆。因而，温度应力、收缩和外力作用等因素都可能使混凝土内部应力超过极限抗拉强度而产生裂缝，裂缝的形成会对混凝土结构的耐久性产生巨大挑战。

水泥基复合材料在抗拉强度、抗弯强度、抗裂性、抗疲劳性、延性、抗冲击韧性等方面具有显著优势，目前在建筑结构工程中广泛应用。例如利用纤维增强水泥基复合材料，制造建筑用内、外墙板、天花板等构件。

改善混凝土的延性是近年来的水泥基复合材料的研究热点。在混凝土中掺入纤维制成纤维增强混凝土是改善混凝土的脆性，增强延性的主要方式。然而，纤维在浇筑混凝土时容易团聚，浆体难以充分包裹与充填致使其分布不易控制，导致裂缝的形成和发展难以控制，与预期的性能存在差异。

织物增强混凝土相对于一维短纤维形成的二维或三维乱向增强具有更高的增强效率。但其也仅在两个维度上进行了增强，往往会发生粘结破坏，整体性能不足，主要用于结构加固和轻质夹层板。

格栅增强混凝土能够进行三维空间定向，进一步提高了增强比，对于复合材料增强混凝土有革命性的推动作用。

发明内容

针对上述所指出的现有的基站布设优化方法的缺陷，提出一种3D打印格栅增强水泥基复合材料及制备方法，该方法实施步骤简单，成本较低，可操作性高，可进行大规模的工业化推广；格栅的加入对混凝土主要力学性能指标——抗压强度的影响较小，在水泥基基复合材料改性、增加延性/韧性领域，具有广阔的应用前景。

本发明提供一种3D打印格栅增强水泥基复合材料，包括RO格栅结构和以标准砂、水、水泥拌制而成的水泥基材料，所述RO格栅结构以PA6为原材料，格栅以骨架或增强体的形式分布在水泥基材料中，所述RO格栅结构的单胞格栅由菱形八面体单元构建的，所述单胞格栅的中心线尺寸在x、y、 z方向上相等，并且在其中心点相交的三个垂直面周围呈几何对称。

作为本发明复合材料进一步改进，所述RO格栅结构由16×3×4个单胞格栅构成。

作为本发明复合材料进一步改进，所述单胞格栅的支柱截面为圆形横截面，所述圆形横截面的直径d为1.134mm，所述单胞格栅的多边形等边构件的长度l为4.14mm。

本发明提供3D打印格栅增强水泥基复合材料的制备方法，具体步骤如下：

步骤一：格栅单胞的设计；

单胞格栅由菱形八面体单元构建的，变形机制以拉伸为主，单胞的中心线尺寸在x、y、z方向上相等，并且在其中心点相交的三个垂直面周围呈几何对称，所述单胞格栅通过计算机辅助设计建立模型；

步骤二：格栅的设计；

格栅结构由若干个相同的单胞在x、y、z方向上复制而组成，将模型通过3D打印。

步骤三：格栅的制备；

格栅结构的制备采用3D打印技术制备；

步骤四：格栅增强水泥基材料结构制备