[發(fā)明專利]一種超重力離心3D打印的月壤混凝土及其制備方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202110213619.0
• 申請(qǐng)日: 2021-02-25
• 公開（公告）號(hào): CN112939520B
• 公開（公告）日: 2022-04-29
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 孫曉燕;王海龍;王冠楠;葉柏興
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 浙江大學(xué)
• 主分類號(hào): C04B28/00
• 分類號(hào): C04B28/00;B33Y70/10
• 代理公司: 杭州天勤知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 33224
• 代理人: 白靜蘭;胡紅娟

本發(fā)明公開了一種超重力離心3D打印的月壤混凝土，以重量份數(shù)計(jì)，月壤混凝土的原材料包括非晶態(tài)火山土30?100、高地土砂100?450、平原土砂15?120和JSC?1土50?100，原材料通過激發(fā)劑加工或煅燒后水化后得到月壤混凝土。本發(fā)明還公開了月壤混凝土的制備方法：將月壤土投入月壤進(jìn)口裝置經(jīng)過提煉篩分裝置得到原材料；將原材料在配料混合裝置進(jìn)行激發(fā)劑加工或煅燒后水化后形成流塑態(tài)月壤混凝土后送入到打印裝置進(jìn)行打印擠出成型；擠出成型的月壤混凝土在離心裝置內(nèi)堆疊成型；筋材在堆疊成型過程中定位置入，在離心裝置的作用下裝配組合成增強(qiáng)結(jié)構(gòu)構(gòu)件；結(jié)合打印、配筋工序分階段多次離心。該月壤混凝土及其制備方法解決了現(xiàn)實(shí)建造環(huán)境中真空和失重環(huán)境對(duì)月壤混凝土的影響。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于航天、航空、太空基站建筑等技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種超重力離心3D打印的月壤混凝土及其制備方法。

背景技術(shù)

月球蘊(yùn)含著豐富的資源，月壤中蘊(yùn)含有100-500萬噸的氦-3，可供人類作為清潔能源長(zhǎng)期使用，月球富含鐵鈦礦，還有超過70萬億噸的TiO₂儲(chǔ)備，蘊(yùn)含豐富的鉀、鈾、磷和稀土元素，合理利用月球資源，將對(duì)地球人類社會(huì)與文明的發(fā)展與進(jìn)步產(chǎn)生極大促進(jìn)。為了實(shí)現(xiàn)月球資料的研究、開發(fā)和利用，在完成登月計(jì)劃之后，建立穩(wěn)固安全適用的月球基地采集利用豐富的礦產(chǎn)資源成為人類的下一個(gè)進(jìn)取的科研目標(biāo)。

由于環(huán)境限制，3D打印技術(shù)將成為月球基地建造中必不可少的要素，如何在現(xiàn)有的材料和工藝上，根據(jù)月壤成分和力學(xué)性能，考慮月球環(huán)境下結(jié)構(gòu)建造的技術(shù)難點(diǎn)和功能需求，整合當(dāng)前建造設(shè)備、建筑材料和施工工藝上的最新技術(shù)并予以技術(shù)改進(jìn)和探索，是現(xiàn)階段探月工程技術(shù)核心問題。月球結(jié)構(gòu)由表層、月殼、月幔、月核組成，表層是3-20m覆蓋月表的廣義月壤層。月壤的力學(xué)特性由其物理特性決定，包括顆粒形態(tài)、粒徑分布、顆粒比重、相對(duì)密度等，其中粒徑對(duì)混凝土原材料的水化和硬化影響較為顯著，月壤根據(jù)顆粒形態(tài)和粒徑等參數(shù)分為月巖(直徑≥1cm)、狹義月壤(直徑1cm)和月塵(直徑20μm)。根據(jù)其物理成分和細(xì)度分布，可以看出月壤中含有天然高比例的類地球水泥原材料，月表豐富的含鐵月玄武巖，即保障了粗骨料和剛性增強(qiáng)材料的來源，并且月球冰儲(chǔ)備量達(dá)到0.1億-3億噸，這使就地取材用于建造月球混凝土結(jié)構(gòu)作為空間研究基地成為可行技術(shù)。

月球表面的溫差在-190℃到+137℃之間，以晝(14d)夜(14d)溫變循環(huán)。月球每年發(fā)生月震約300次，其震級(jí)較小(最大為4級(jí))，且重力加速度只有地球表面的1/6，對(duì)建筑物的力學(xué)性能可不特殊考慮。月球沒有大氣層和足夠的磁場(chǎng)以阻止各類隕石和帶電粒子對(duì)月球表面的撞擊，各類隕石墜落速度高達(dá) 20-40m/s。月球表面存在各類放射線。因此，月球空間環(huán)境下對(duì)混凝土提出如下技術(shù)要求：(1)生產(chǎn)能耗應(yīng)低于鋼材、鋁材；(2)性能可適應(yīng)-150～+120℃溫度變化的真空環(huán)境；(3)能夠吸收伽瑪射線。