[發明專利]一種適用于3D打印的分層仿生建筑構件及其制備方法

有效

• 申請號: 201810078828.7
• 申請日: 2018-01-26
• 公開（公告）號: CN108178582B
• 公開（公告）日: 2020-08-18
• 發明（設計）人: 余江滔;葉俊宏
• 申請（專利權）人: 同濟大學
• 主分類號: C04B28/04
• 分類號: C04B28/04;B28B1/00;B28C5/40;B33Y10/00;B33Y70/10
• 代理公司: 上海科盛知識產權代理有限公司 31225
• 代理人: 楊元焱

本發明涉及一種適用于3D打印的分層建筑構件及其制備方法，該建筑構件由混凝土分層澆筑而成，所述混凝土包括以下組分及重量份含量：水泥590?600份、石英砂470?480、粉煤灰710?720、減水劑3?5份、水320?330份、超高分子量聚乙烯纖維15?20份。制備時，將干粉加入攪拌機中攪拌混合均勻，再將水加入攪拌機進行漿體攪拌，然后加入聚乙烯纖維攪拌，然后分層澆筑成型。本發明采用分層澆筑，在層與層之間設置分隔層，從而實現層與層之間粘結?滑移的調節。與現有技術相比，本發明分層梁的抗彎強度高，彎曲變形能力明顯提高，可以實現分層結構變形中裂紋偏轉和分叉，具有良好的變形能力和耗能性能，可以適用于包括建筑3D打印在內的分層建造方式。

技術領域

本發明涉及建筑材料和3D打印技術領域，尤其是涉及一種適用于3D打印的分層仿生建筑構件及其制備方法。

背景技術

傳統鋼筋混凝土結構面臨著勞動力成本上升、復雜的建造要求等問題，結構形式和建造方式亟待新的解決方案。新型3D打印建筑因其快速成型、勞動力使用極低、造型多變和惡劣環境適應性強等優點，備受推崇，是最被看好的未來建筑形式之一。然而由于3D打印特殊的工藝操作流程，致使目前的3D打印建筑存在著材料和結構的雙重缺陷，使該種頗具前景的建筑技術仍然停留的在輪廓和模型打印，而不能創造出可以抵抗各種使用荷載的真正3D打印建筑。一方面，無機3D打印材料缺乏強度和變形能力。為了提高材料的力學性能，研究者用玻璃纖維、鋼纖維和聚乙烯醇(PVA)等纖維來增強3D打印的砂漿。從現有的文獻來看，最具變形能力的PVA纖維水泥基復合材料的抗拉強度約為3MPa～7MPa，對應的拉伸應變為2％～4％，仍然低于建筑鋼材的水平。由于力學性能的不足，普通的纖維混凝土仍然不能成為單獨受力的結構材料。其次，分層建造技術將導致結構弱化，無法正常承載。另一方面，由于其打印成型的分層結構，造成層間材料不連續，使層間界面成為結構承載的薄弱環節，在不同形式的荷載作用下，分層打印的梁、墻、柱構件會出現層間的脫離或滑移，從而降低了構件的承載力和剛度。材料分層造成結構力學性能弱化，這是現階段建筑3D打印仍然處于“輪廓打印”階段的另一個原因。

公開號CN101874004A的專利公開了一種超高性能混凝土，包括100份波特蘭水泥；50至200份具有D10至D90為0.063至5毫米的單粒度的砂子，或者砂子混合物，其中最細的砂子的D10至D90為0.063至1毫米且最粗的砂子的D10至D90為1至5毫米；0至70份平均粒子尺寸為15微米以下的粒狀火山灰或非火山灰材料或其混合物；0.1至10份減水超增塑劑；10至30份水；以及相對于硬化的組合物的體積為0.5至5體積％的長徑比為6至120的玻璃纖維。該專利采用玻璃纖維與聚乙烯醇纖維配制了一種高變形能力UHPC，其彎拉強度最大為20MPa，跨中撓度/跨度比達到僅為1/140，但該專利技術方案并未記載有單向拉伸試驗，現已有研究表明，傳統鋼纖維UHPC混凝土，單向拉伸的變形能力均未能超過0.6％，使得該類材料仍然無法滿足用于3D打印的特殊要求。

公開號CN107032669A的專利發明了一種打印建筑材料，由如下重量份的原料制備而成水渣超細粉5-10份、粉煤灰超細粉5-10份、水泥超細粉10-30份、尾礦微粉50-60份、尾礦渣50-60份、鋼渣5-20份、減水劑5-10份、玻璃纖維10-30份、外加劑溶液20-80份和水30-60份，按比例稱取或量取各個原料，加入混合泵攪拌混勻，即得打印建筑材料。其最大抗壓強度達到63.2MP，但該專利技術方案并未記載有單向拉伸試驗。其拉伸變形能力無從得知，且沒有任何構件彎曲試驗數據，說明該類材料也尚難以滿足3D打印的特殊要求。

發明內容

本發明的目的就是為了解決上述問題而提供一種適用于3D打印的分層仿生建筑構件及其制備方法。

本發明的目的通過以下技術方案實現：