[發(fā)明專(zhuān)利]基于3D打印技術(shù)計(jì)算納米混凝土斷裂能的方法

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• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201810227020.0
• 申請(qǐng)日: 2018-03-19
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN108383447A
• 公開(kāi)（公告）日: 2018-08-10
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 徐超;陳有亮;孫浩程;楊定韜;方媛
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 上海理工大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): C04B28/04
• 分類(lèi)號(hào): C04B28/04;B28B1/00;B28C5/00;B33Y10/00;B33Y30/00;B33Y50/00;B33Y70/00
• 代理公司: 上海申匯專(zhuān)利代理有限公司 31001
• 代理人: 吳寶根;王晶

本發(fā)明涉及一種基于3D打印技術(shù)計(jì)算納米混凝土斷裂能的方法，包括納米混凝土復(fù)合材料配制和基于3D打印測(cè)量納米混凝土斷裂能的方法，所述納米混凝土復(fù)合材料配制，其納米混凝土復(fù)合材料配合比，由水泥：353份；砂：653份；碎石：1234份；水：160份；減水劑：3.2份；納米：6.4份質(zhì)量份數(shù)的組份組成；基于3D打印測(cè)量納米混凝土斷裂能的方法，其步驟為：建模、裝載材料、打印、計(jì)算納米混凝土斷裂能。本發(fā)明將3D技術(shù)運(yùn)用于預(yù)制裂縫納米混凝土試件成型，從而能準(zhǔn)確計(jì)算出納米混凝土斷裂能。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種3D打印技術(shù)，具體是一種基于3D打印技術(shù)計(jì)算納米混凝土斷裂能的方法。

背景技術(shù)

納米材料指顆粒尺度在納米量級(jí)(1～100nm)的超細(xì)材料，由于其尺寸小，具有尺寸效應(yīng)、量子效應(yīng)、表面效應(yīng)和界面效應(yīng)。國(guó)內(nèi)外研究者針對(duì)摻納米粒子混凝土展開(kāi)了大量研究，結(jié)果表明，適量粒子的摻入可改善水泥漿體的微觀結(jié)構(gòu)，使混凝土的結(jié)構(gòu)更加均勻、密實(shí)，可顯著提高混凝土的斷裂能。斷裂能是描述材料對(duì)裂縫擴(kuò)展阻力大小的參數(shù)，它是指裂縫擴(kuò)展單位面積所需要消耗的能量，與斷裂過(guò)程密切相關(guān)，可以很好地描述材料的斷裂特性，它的大小標(biāo)志著材料裂紋擴(kuò)展的難易程度，斷裂能的測(cè)定對(duì)實(shí)際工程有著重要的意義。目前對(duì)測(cè)量納米混凝土斷裂能存在三個(gè)問(wèn)題：

1.由于納米材料昂貴，在混凝土中摻入量較少，少量納米很難在試件中均勻分布。

2.目前大量研究者通過(guò)預(yù)制裂縫來(lái)求試件斷裂能。制備的裂隙納米混凝土試件不易脫模、脫模時(shí)容易破壞裂隙內(nèi)部結(jié)構(gòu)、改變裂隙的形狀和大小、在裂隙周邊產(chǎn)生新生裂隙等問(wèn)題。

3.實(shí)驗(yàn)對(duì)裂縫在試件中的長(zhǎng)度、寬度、角度的精度要求高，制備中很難做到準(zhǔn)確無(wú)誤，即使同樣的手工操作流程也很難制備出兩個(gè)相似的試件，導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)結(jié)果誤差大。另一方面，由于預(yù)制裂縫試件精度要求高，導(dǎo)致手工制備效率低，難以跟上工程進(jìn)度。

因此，迫切需求一種高精度制備預(yù)制裂縫納米混凝土的方法。3D打印技術(shù)被稱(chēng)為“快速成型技術(shù)”，是一種以計(jì)算機(jī)圖形文件為基礎(chǔ)，對(duì)材料逐層累加堆積成型的三維結(jié)構(gòu)型加工方式。隨著3D技術(shù)的發(fā)展和改進(jìn)，目前已具有亞微米級(jí)的三軸移動(dòng)精度，微米級(jí)的激光噴頭，能夠打印層厚只有1～10μm的微型結(jié)構(gòu)。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明是要提供一種基于3D打印技術(shù)計(jì)算納米混凝土斷裂能的方法，其目的在于將3D技術(shù)運(yùn)用于預(yù)制裂縫納米混凝土試件成型，從而準(zhǔn)確計(jì)算出納米混凝土斷裂能。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案是：一種基于3D打印技術(shù)計(jì)算納米混凝土斷裂能的方法，包括納米混凝土復(fù)合材料配制和基于3D打印測(cè)量納米混凝土斷裂能的方法，其特點(diǎn)是：

所述納米混凝土復(fù)合材料配制，其納米混凝土復(fù)合材料配合比，由如下質(zhì)量份數(shù)的組份組成：

水泥：353份；砂：653份；碎石：1234份；水：160份；減水劑：3.2份；納米：6.4份；

所述基于3D打印測(cè)量納米混凝土斷裂能的方法，包括以下步驟：

步驟一：建模

使用UG軟件創(chuàng)建納米混凝土直三點(diǎn)彎曲模型，利用MakerBot分層軟件對(duì)三維的數(shù)字模型按照一定的厚度進(jìn)行分層切片，將建的模型導(dǎo)出到SD卡中；步驟二：裝載材料

加入按納米混凝土復(fù)合材料配合比的水泥、砂、碎石和減水劑到攪拌鍋中，在公轉(zhuǎn)62±5r/min，自轉(zhuǎn)140±5r/min的條件下干攪2～4分鐘至均勻，將水和減水劑按所述的比例加入攪拌鍋，在公轉(zhuǎn)125±10r/min，自轉(zhuǎn)285±10r/min的條件下攪拌3～5分鐘，使用導(dǎo)管將混凝土和納米按一定比例加入3D打印機(jī)的支撐架；

步驟三：打印

在打印機(jī)中選擇要打印的模型并打印。

步驟四：計(jì)算納米混凝土斷裂能