[發明專利]一種3D打印格柵增強水泥基復合材料及制備方法

在審

• 申請號: 202210043864.6
• 申請日: 2022-01-14
• 公開（公告）號: CN114507035A
• 公開（公告）日: 2022-05-17
• 發明（設計）人: 郝文峰;劉君威
• 申請（專利權）人: 揚州大學
• 主分類號: C04B28/00
• 分類號: C04B28/00;B29C64/118;B29C64/153;B22F10/28;B33Y10/00;B33Y50/02;B33Y80/00
• 代理公司: 南京眾聯專利代理有限公司 32206
• 代理人: 蔣昱

一種3D打印格柵增強水泥基復合材料及制備方法，所述復合材料包括RO格柵結構和以標準砂、水、水泥拌制而成的水泥基材料，其特征在于，所述RO格柵結構以PA6為原材料，格柵以骨架或增強體的形式分布在水泥基材料中，所述RO格柵結構的單胞格柵由菱形八面體單元構建的，所述單胞格柵的中心線尺寸在x、y、z方向上相等，并且在其中心點相交的三個垂直面周圍呈幾何對稱。該方法實施步驟簡單，可操作性高，并具備良好的增強延性/韌性效果。

技術領域

本發明屬于3D打印格柵增強水泥基復合材料的工藝制備，具體為一種利用3D打印PA6格柵為增強材料的水泥基復合材料改性方法，屬于復合材料科學技術領域。

背景技術

混凝土是一種廣泛使用的建筑材料，具有抗壓強度高、剛性大的優勢。但具有抗拉壓強度遠小于抗壓強度，柔性小的劣勢，且隨著抗壓強度的增大，混凝土將變脆。因而，溫度應力、收縮和外力作用等因素都可能使混凝土內部應力超過極限抗拉強度而產生裂縫，裂縫的形成會對混凝土結構的耐久性產生巨大挑戰。

水泥基復合材料在抗拉強度、抗彎強度、抗裂性、抗疲勞性、延性、抗沖擊韌性等方面具有顯著優勢，目前在建筑結構工程中廣泛應用。例如利用纖維增強水泥基復合材料，制造建筑用內、外墻板、天花板等構件。

改善混凝土的延性是近年來的水泥基復合材料的研究熱點。在混凝土中摻入纖維制成纖維增強混凝土是改善混凝土的脆性，增強延性的主要方式。然而，纖維在澆筑混凝土時容易團聚，漿體難以充分包裹與充填致使其分布不易控制，導致裂縫的形成和發展難以控制，與預期的性能存在差異。

織物增強混凝土相對于一維短纖維形成的二維或三維亂向增強具有更高的增強效率。但其也僅在兩個維度上進行了增強，往往會發生粘結破壞，整體性能不足，主要用于結構加固和輕質夾層板。

格柵增強混凝土能夠進行三維空間定向，進一步提高了增強比，對于復合材料增強混凝土有革命性的推動作用。

發明內容

針對上述所指出的現有的基站布設優化方法的缺陷，提出一種3D打印格柵增強水泥基復合材料及制備方法，該方法實施步驟簡單，成本較低，可操作性高，可進行大規模的工業化推廣；格柵的加入對混凝土主要力學性能指標——抗壓強度的影響較小，在水泥基基復合材料改性、增加延性/韌性領域，具有廣闊的應用前景。

本發明提供一種3D打印格柵增強水泥基復合材料，包括RO格柵結構和以標準砂、水、水泥拌制而成的水泥基材料，所述RO格柵結構以PA6為原材料，格柵以骨架或增強體的形式分布在水泥基材料中，所述RO格柵結構的單胞格柵由菱形八面體單元構建的，所述單胞格柵的中心線尺寸在x、y、 z方向上相等，并且在其中心點相交的三個垂直面周圍呈幾何對稱。

作為本發明復合材料進一步改進，所述RO格柵結構由16×3×4個單胞格柵構成。

作為本發明復合材料進一步改進，所述單胞格柵的支柱截面為圓形橫截面，所述圓形橫截面的直徑d為1.134mm，所述單胞格柵的多邊形等邊構件的長度l為4.14mm。

本發明提供3D打印格柵增強水泥基復合材料的制備方法，具體步驟如下：

步驟一：格柵單胞的設計；

單胞格柵由菱形八面體單元構建的，變形機制以拉伸為主，單胞的中心線尺寸在x、y、z方向上相等，并且在其中心點相交的三個垂直面周圍呈幾何對稱，所述單胞格柵通過計算機輔助設計建立模型；

步驟二：格柵的設計；

格柵結構由若干個相同的單胞在x、y、z方向上復制而組成，將模型通過3D打印。

步驟三：格柵的制備；

格柵結構的制備采用3D打印技術制備；

步驟四：格柵增強水泥基材料結構制備