CN117846211A - 一种3d打印低碳优化变形混凝土板及其制备工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明属于建筑材料技术领域，具体涉及一种3D打印低碳优化变形混凝土板及其制备工艺。该混凝土板自上而下包括受压层、过渡层、受拉层。所述受压层由碱激发混凝土打印而成；所述过渡层由低碳绿色混凝土打印而成；所述受拉层是以ECC(高延性水泥基复合材料)为基体，FRP格栅为增强体组成的高延性混凝土打印而成。本发明结合3D打印混凝土技术，使板材料组成成分在空间上发生改变，充分发挥各类材料的性能优点，提高了3D打印混凝土板的承载能力与延性，提高了3D打印混凝土的实用性；同时引入绿色胶凝材料，减少水泥用量，降低碳排放；实现低碳排放、高延性、高承载力的有效统一，具有良好的工程实践意义。
Description
技术领域
本发明属于建筑材料技术领域，具体涉及一种3D打印低碳优化变形混凝土板及其制备工艺。
背景技术
传统设计规范和制造方法中，混凝土结构通常使用单一、均匀的混合物进行浇筑，但是结构大多数位置上的材料性能未得到充分利用。为了优化混凝土结构的使用，可以通过改变结构不同空间位置的材料组成，满足不同位置上的性能要求，即制备梯度混凝土结构。
近十几年以来，3D打印混凝土迅速发展，与传统的浇筑和成型工艺相比，3D打印混凝土提供了多种技术优势，最大程度上减少建造时间、减少材料浪费以及降低成本。3D打印混凝土技术的成层堆积的特性可以合理的与梯度混凝土结构相结合。专利CN 115057720A、CN 107555895A虽然采用3D打印技术进行梯度混凝土的制备，但是主要是进行功能材料的制备。由于3D打印混凝土成条挤出、成层堆积的特点使其在打印过程中很难同时布置钢筋进行加固，使其承载力和延性往往不能满足作为承重构件的要求。另一方面，由于3D打印混凝土缺乏振动，导致孔隙率大于同种配比下的现浇混凝土，即便使用钢筋进行加固，也会增加钢筋的腐蚀。上述问题严重限制了3D打印混凝土结构的应用。因此，需要一种合适的加固材料对3D打印混凝土进行加固并增强使用寿命。
此外，3D打印混凝土对于流变性具有严格的要求，为满足流变性要求，现有技术常见的处理方法是在避免使用粗骨料的同时，增加浆体中的水泥含量。这导致3D打印混凝土中的水泥含量高于传统浇筑混凝土。
发明内容
为了克服现有技术存在的不足，本发明的目的是提供一种3D打印低碳优化变形混凝土板及其制备工艺。
本发明的目的在于提供一种3D打印低碳优化变形混凝土板及其制备方法，本发明通过3D打印混凝土技术，按照构件不同区域的受力要求，将碱激发混凝土、低碳绿色混凝土、高延性混凝土制备成梯度混凝土板，特别注意的是在受拉层使用ECC与FRP格栅同时打印的加固技术，使构件具有良好的承载力和延性，可以作为承重构件进行使用；同时引入绿色胶凝材料，减少水泥用量，降低碳排放；实现了低碳排放、高承载力、高延性的有效统一，具有良好的工程实践意义。
本发明的目的至少通过如下技术方案之一实现。
本发明提供的3D打印低碳优化变形混凝土板，其自上而下包括受压层、过渡层及受拉层；所述受压层、过渡层及受拉层的厚度比为35-45：10-30：35-45；所述受压层为碱激发混凝土，所述过渡层为低碳绿色混凝土，受拉层为高延性混凝土。
进一步地，所述高延性混凝土的基体为ECC，高延性混凝土的增强体为FRP格栅。
进一步地，所述碱激发混凝土、低碳绿色混凝土、ECC基体具有相似静态屈服应力，差值小于10％。
进一步地，所述碱激发混凝土、低碳绿色混凝土、ECC基体的静态屈服应力均位于1000-2600Pa，满足可挤出性与可建造性。
进一步地，所述碱激发混凝土，按照质量份数计，包括：
进一步地，所述低碳绿色混凝土，按照质量份数计，包括：
进一步地，所述ECC混凝土，按照质量份数计，包括：
进一步地，所述水泥为强度等级不低于42.5的普通硅酸盐水泥；
进一步地，所述硅灰的比表面积为20-30m2/g，所含SiO2的质量分数≥95％；
进一步地，所述粉煤灰为F级低钙粉煤灰；
进一步地，所述矿粉为S105级矿粉；
进一步地，所述细砂的粒径小于1.18mm，优选石英砂或河砂；
进一步地，所述减水剂为聚羧酸高效减水剂(江苏苏博特新材料股份有限公司生产的聚羧酸型高性能减水剂)，减水效率为25-30％；
进一步地，所述碱激发剂为固体状态的偏硅酸钠；
进一步地，所述黏度调节剂为羟丙基甲基纤维素，黏度为200000Pa.s；
进一步地，所述纤维为PE纤维，长度为10-15mm，直径为15-20μm，拉伸强度不小于2.9Gpa；
进一步地，所述碱激发全固废混凝土是一种利于3D打印，只需加水的单组分地聚物混凝土。
进一步地，所述超高延性混凝土为ECC基体与FRP格栅同时打印而成。
进一步地，所述FRP格栅的条宽4-8mm，FRP格栅的厚度为0.3-1mm，相邻条带的中心间距为10-30mm；所述FRP格栅的平均弹性模量不小于217.0GPa，FRP格栅的极限拉伸强度不小于2746.4MPa，FRP格栅的极限拉伸应变不小于0.0128MPa。
优选地，所述FRP格栅的条宽为4mm，FRP格栅的厚度为0.3mm，相邻条带的中心间距为20mm。
本发明提供一种制备上述的3D打印低碳优化变形混凝土板的制备工艺，包括如下步骤：
(1)受拉层的制备：根据ECC的要求称取材料，对材料进行干燥处理，干燥后将水泥、硅灰、粉煤灰和细砂放入搅拌机中混合，进行第一次搅拌处理，然后加入水和聚羧酸减水剂，进行第二次搅拌处理，得到浆体(具有均匀分布的浆体)，往浆体内加入纤维(纤维逐渐加入)，进行第三次搅拌处理，得到ECC浆料，利用流变仪测量浆料的屈服应力；分别将ECC的浆料和FRP格栅的材料置于3D打印机中不同的给料罐中，然后进行3D打印(FRP格栅与ECC同时进行打印)，得到受拉层；
(2)过渡层的制备：根据低碳绿色混凝土配比要求称取材料，对材料进行干燥处理，干燥后将水泥、粉煤灰、矿粉、硅灰放入搅拌机中混合，进行第一次搅拌处理，获得均匀分布的粉体混合物，然后加入细砂，进行第二次搅拌处理，然后缓慢加入聚羧酸减水剂与水(优选地，聚羧酸减水剂与水可以事先混合均匀配制成溶液)，进行第三次搅拌处理，得到低碳绿色混凝土的浆料，利用流变仪测量浆体的屈服应力；将所述低碳绿色混凝土的浆料置于3D打印机的给料罐中，在步骤(1)所述受拉层的表面上进行3D打印，得到过渡层；
(3)受压层的制备：根据碱激发混凝土配比要求称取材料，对材料进行干燥处理，干燥后将粉煤灰、矿粉、硅灰、细砂和偏硅酸钠混合，进行第一次搅拌处理，然后加入水，进行第二次搅拌处理，得到碱激发混凝土的浆料；将所述碱激发混凝土置于3D打印机的给料罐中，在步骤(2)所述过渡层的表面上进行3D打印，得到受压层，然后覆盖塑料膜进行养护处理(在常温下进行自然养护)，得到所述3D打印低碳优化变形混凝土板。
进一步地，步骤(1)所述第一次搅拌处理的时间为1-3分钟；所述第二次搅拌处理的时间为4-6分钟，所述第三次搅拌处理的时间为2-8分钟。
进一步地，步骤(2)所述第一次搅拌处理的时间为1-3分钟；所述第二次搅拌处理的时间为2-4分钟，所述第三次搅拌处理的时间为2-4分钟。
进一步地，步骤(3)所述第一次搅拌处理的时间为2-6分钟；所述第二次搅拌处理的时间为2-4分钟，所述养护处理的时间不小于28天。
与现有技术相比，本发明具有如下优点和有益效果：
(1)本发明实施例提供的3D打印低碳优化变形混凝土板，针对板在荷载作用下的受力区分布，自上至下划分为受压层、过渡层、受拉层，借助3D打印混凝土天然分层的特性、进行梯度混凝土板的制备，保证整个构件稳定性，充分发挥了各个应变区的材料特性，在降低材料浪费的同时，提升了构件的承载力与延性，提高了3D打印混凝土的实用性；
(2)本发明实施例提供的3D打印低碳优化变形混凝土板，在结构的受压层采用抗压力学性能极佳的碱激发混凝土，利用偏硅酸钠作为碱激发剂，合理的调整了碱激发混凝土的流变性，使得碱激发混凝土适应于3D打印技术，显著提升了受压区的抗压能力；
(3)本发明实施例提供的3D打印低碳优化变形混凝土板，结构的受拉层采用ECC基体与FRP格栅为增强体组成的高延性混凝土，克服了传统3D打印混凝土结构由于成条挤出、成层堆积无法加固的缺点，使得3D打印混凝土结构由非承重结构向承重结构的转变，扩大了3D打印混凝土结构的使用范围。
(4)本发明实施例提供的3D打印低碳优化变形混凝土板，设置了受压层以及过渡层，在原材料的使用基础上引入粉煤灰、矿粉等绿色材料，满足不同空间位置性能要求，降低材料成本的同时降低了二氧化碳的排放，具有可持续发展，保护环境的作用。
(5)本发明实施例提供的3D打印低碳优化变形混凝土板，制备方法快速简洁，操作过程简单，极大的提升了结构承受荷载以及变形的能力，具有实际工程应用的意义。
附图说明
图1为受拉层示意图。
图2为按照实施例1制备的不同板荷载-挠度曲线。
图3为按照实施例2制备不同板荷载-挠度曲线。
具体实施方式
以下结合实例对本发明的具体实施作进一步说明，但本发明的实施和保护不限于此。需指出的是，以下若有未特别详细说明之过程，均是本领域技术人员可参照现有技术实现或理解的。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，视为可以通过市售购买得到的常规产品。
以下实施例所用到的重量(质量)份数，作为举例，重量单位可以为克、千克等，也可以是本领域常用的任意其他用量。
以下实施例中水泥为强度等级不低于42.5的普通硅酸盐水泥；所述硅灰的比表面积为20-30m2/g，所含SiO2的质量分数≥95％；所述粉煤灰为F级低钙粉煤灰；所述矿粉为S105级矿粉；所述细砂的粒径小于1.18mm，优选石英砂或河砂；所述减水剂为聚羧酸高效减水剂(实施例选用了江苏苏博特新材料股份有限公司生产的聚羧酸型高性能减水剂)，减水效率为25-30％；所述碱激发剂为固体状态的偏硅酸钠；所述黏度调节剂为羟丙基甲基纤维素，黏度为200000Pa.s；所述纤维为PE纤维，长度为10-15mm，直径为15-20μm，拉伸强度不小于2.9Gpa；
实施例1
首先，制作长度为400mm，宽度为100mm，高度为50mm的混凝土板3组，第一组为按照本发明提出的方法制备的梯度混凝土板，记为A1组，第二组为3D打印全ECC板，其配合比与A1组ECC基体的配合比一致，记为B1组，第三组为3D打印无FRP格栅梯度混凝土板，其他配合比与A1配合比一致，记为C1组。
A1组板制备(即3D打印低碳优化变形混凝土板的制备工艺)，包括如下步骤：
1)受拉层ECC的制备：选取普通硅酸盐水泥30质量份、细砂30质量份、粉煤灰8质量份、硅灰15质量份、PE纤维2质量份、聚羧酸高效减水剂1质量份、水10质量份；对选取后的材料进行干燥处理(原料中的聚羧酸高效减水剂和水无须经过干燥处理)，将干燥处理后的普通硅酸盐水泥、硅灰、粉煤灰和细砂放入10L搅拌机进行混合搅拌1分钟，然后加入水和聚羧酸高效减水剂，搅拌5分钟，获得具有均匀分布的浆体；逐渐加入PE纤维，搅拌6分钟，完成混合过程，获得ECC浆料(静态屈服应力2103Pa)。
2)受拉层打印：将制备好的ECC浆料倒入3D打印机给料罐1中，将FRP格栅的材料置于3D打印机给料罐2中，同时启动FRP格栅打印喷头与ECC打印喷头，使得FRP格栅与ECC进行同时打印，得到受拉层(结构参照图1所示)，受拉层的厚度占板(即所述3D打印低碳优化变形混凝土板)厚度40％。
3)过渡层低碳绿色混凝土的制备：选取普通硅酸盐水泥45质量份、粉煤灰20质量份、硅灰10质量份、细砂100质量份、聚羧酸高效减水剂5质量份、羟丙基甲基纤维素1质量份、水30质量份；对选取后的材料进行干燥处理(聚羧酸高效减水剂无须经过干燥处理)，将干燥处理后的普通硅酸盐水泥、粉煤灰、矿粉、硅灰放入20L搅拌机中搅拌3分钟，获得均匀分布的粉体混合物；向粉体混合物中加入全部细砂，继续搅拌3分钟，将聚羧酸减水剂与水溶液配置成混合溶液倒入均匀分布的粉体混合物当中，继续搅拌3分钟，获得低碳绿色混凝土浆料(静态屈服应力为2065Pa)。
4)过渡层的打印：将制备好的低碳绿色混凝土倒入3D打印罐中，启动打印喷头，进行打印，得到过渡层，过渡层的厚度占板(即所述3D打印低碳优化变形混凝土板)厚度的20％。
5)受压层碱激发混凝土的制备：选取粉煤灰60质量份，矿粉10质量份，硅灰10质量份，细砂100质量份，偏硅酸钠0.5质量份，水20质量份；对选取的材料进行干燥处理，将干燥处理后的粉煤灰、矿粉、硅灰、细砂和偏硅酸钠放入20L搅拌机中搅拌5分钟，获得均匀分布的粉体混合物，向均匀分布的粉体混合料中加入全部质量的水，继续搅拌3分钟，获得碱激发混凝土(静态屈服应力为2000Pa)。
6)受压层的打印：将制备好的碱激发混凝土倒入3D打印罐中，启动打印喷头，进行打印，得到受压层，受压层的厚度占板(即所述3D打印低碳优化变形混凝土板)厚度的40％。
7)在受压层顶层上覆盖塑料膜，在常温下自然养护28天，得到A1组板，即所述3D打印低碳优化变形混凝土板。
B1组板(对照组1)制备：
选取普通硅酸盐水泥30质量份、细砂30质量份、粉煤灰8质量份、硅灰15质量份、PE纤维2质量份、聚羧酸高效减水剂1质量份、水10质量份；对选取后的材料进行干燥处理(原料中的聚羧酸高效减水剂和水无须经过干燥处理)，将干燥处理后的普通硅酸盐水泥、硅灰、粉煤灰和细砂放入10L搅拌机进行混合搅拌1分钟，然后加入水和聚羧酸高效减水剂，搅拌5分钟，获得具有均匀分布的浆体；逐渐加入纤维，搅拌6分钟，完成混合过程，获得ECC浆料(静态屈服应力2103Pa)。将制备好的ECC浆料倒入3D打印机给料罐1中，启动打印喷头，进行打印；打印完成后在板顶层上覆盖塑料膜，在常温下自然养护28天，得到B1组板，即3D打印全ECC板。
C1组板(对照组2)制备：
1)受拉层ECC的制备：选取普通硅酸盐水泥30质量份、细砂30质量份、粉煤灰8质量份、硅灰15质量份、PE纤维2质量份、聚羧酸高效减水剂1质量份、水10质量份；对选取后的材料进行干燥处理(原料中的聚羧酸高效减水剂和水无须经过干燥处理)，将干燥处理后的普通硅酸盐水泥、硅灰、粉煤灰和细砂放入10L搅拌机进行混合搅拌1分钟，然后加入水和聚羧酸高效减水剂，搅拌5分钟，获得具有均匀分布的浆体；逐渐加入纤维，搅拌6分钟，完成混合过程，获得ECC浆料(静态屈服应力2103Pa)。
2)受拉层打印：将制备好的ECC浆料倒入3D打印机给料罐中，启动打印，打印厚度占板厚度40％，得到受拉层。
3)过渡层低碳绿色混凝土的制备：选取普通硅酸盐水泥45质量份、粉煤灰20质量份、硅灰10质量份、细砂100质量份、聚羧酸高效减水剂5质量份、羟丙基甲基纤维素1质量份、水30质量份；对选取后的材料进行干燥处理，将干燥处理后的普通硅酸盐水泥、粉煤灰、矿粉、硅灰放入20L搅拌机中搅拌3分钟，获得均匀分布的粉体混合物；向粉体混合物中加入全部细砂，继续搅拌3分钟，将聚羧酸减水剂与水溶液配置成混合溶液倒入均匀分布的粉体混合物当中，继续搅拌3分钟，获得低碳绿色混凝土浆料(静态屈服应力为2065Pa)。
4)过渡层的打印：将制备好的低碳绿色混凝土倒入3D打印罐中，启动打印喷头，在受拉层的表面上进行打印，得到过渡层，过渡层的厚度占板(即所述3D打印低碳优化变形混凝土板)厚度的20％。
5)受压层碱激发混凝土的制备：选取粉煤灰60质量份，矿粉10质量份，硅灰10质量份，细砂100质量份，偏硅酸钠0.5质量份，水20质量份；对选取的材料进行干燥处理，将处理后的粉煤灰、矿粉、硅灰、细砂和偏硅酸钠放入20L搅拌机中搅拌5分钟，获得均匀分布的粉体混合物，向均匀分布的粉体混合料中加入全部质量的水，继续搅拌3分钟，获得碱激发混凝土(静态屈服应力为2000Pa)。
6)受压层的打印：将制备好的碱激发混凝土倒入3D打印罐3中，启动打印喷头，进行打印，得到受压层，受压层的厚度占板(即所述3D打印低碳优化变形混凝土板)厚度的40％。
7)在受压层顶层上覆盖塑料膜，在常温下自然养护28天，得到C1组板，即3D打印无FRP格栅梯度混凝土板。
将A1组、B1组、C1组三组3D打印板在常温下自然养护28天后，进行3点弯曲实验，结果实验如图2所示：采用本发明实施例1A1组方法制备的3D打印混凝土板的抗弯承载力为18.8kN，最大变形为5.48mm，在降低水泥用量的同时，延性与承载力明显高于其他对照组的混凝土板。
实施例2
首先，制作长度为400mm，宽度为100mm，高度为50mm的混凝土板3组，第一组为按照本发明提出的方法制备的梯度混凝土板，记为A2，第二组为3D打印全ECC板，其配合比与A2组ECC基体的配合比一致，记为B2，第三组为无FRP格栅的梯度混凝土板，其他配合比与A2合比一致，记为C2。
A2组板制备(即3D打印低碳优化变形混凝土板的制备工艺)，包括如下步骤：
1)受拉层ECC基体的制备：选取普通硅酸盐水泥40质量份、细砂30质量份、粉煤灰10质量份、硅灰20质量份、PE纤维2质量份、聚羧酸高效减水剂0.8质量份、水10质量份；对选取后的材料进行干燥处理(原料中的聚羧酸高效减水剂和水无须经过干燥处理)，将干燥处理后的普通硅酸盐水泥、硅灰、粉煤灰和细砂放入10L搅拌机进行混合搅拌1分钟，然后加入水和聚羧酸高效减水剂，搅拌5分钟，获得具有均匀分布的浆体；逐渐加入纤维，搅拌6分钟，完成混合过程，获得ECC浆料(静态屈服应力2213Pa)。
2)受拉层打印：将制备好的ECC浆料倒入3D打印机给料罐1中，将FRP格栅的材料置于3D打印机给料罐2中，同时启动FRP格栅打印喷头与ECC打印喷头，使得FRP格栅与ECC进行同时打印，得到受拉层(结构参照图1所示)，受拉层的厚度占板(即所述3D打印低碳优化变形混凝土板)厚度45％。
3)过渡层低碳绿色混凝土的制备：选取普通硅酸盐水泥60质量份、粉煤灰20质量份、硅灰20质量份、细砂1200质量份、聚羧酸高效减水剂6质量份、羟丙基甲基纤维素1质量份、水20质量份；对选取后的材料进行干燥处理(聚羧酸高效减水剂无须经过干燥处理)，将干燥处理后的普通硅酸盐水泥、粉煤灰、矿粉、硅灰放入20L搅拌机中搅拌3分钟，获得均匀分布的粉体混合物；向粉体混合物中加入全部细砂，继续搅拌3分钟，将聚羧酸减水剂与水溶液配置成混合溶液缓慢倒入均匀分布的粉体混合物当中，继续搅拌3分钟，获得低碳绿色混凝土浆料(静态屈服应力为2188Pa)。
4)过渡层的打印：将制备好的低碳绿色混凝土浆料倒入3D打印罐2中，启动打印喷头，进行打印，得到过渡层，过渡层的厚度占板(即所述3D打印低碳优化变形混凝土板)厚度的10％。
5)受压层碱激发混凝土得制备：选取粉煤灰90质量份，矿粉15质量份，硅灰15质量份，细砂120质量份，偏硅酸钠1质量份，水25质量份对选取的材料进行干燥处理，将干燥处理后的粉煤灰、矿粉、硅灰、细砂和偏硅酸钠放入20L搅拌机中搅拌5分钟，获得均匀分布的粉体混合物，向均匀分布的粉体混合料中加入全部质量的水，继续搅拌3分钟，获得碱激发混凝土(静态屈服应力为2100Pa)。
6)受压层的打印：将制备好的碱激发混凝土倒入3D打印罐3中，启动打印喷头，进行打印，得到受压层，受压层的厚度占板(即所述3D打印低碳优化变形混凝土板)厚度的45％。
7)在受压层顶层上覆盖塑料膜，在常温下自然养护28天，得到A2组板，即3D打印低碳优化应变混凝土板。
B2组板(对照组1)制备：
选取普通硅酸盐水泥40质量份、细砂30质量份、粉煤灰10质量份、硅灰20质量份、PE纤维2质量份、聚羧酸高效减水剂0.8质量份、水10质量份；对选取后的材料进行干燥处理(原料中的聚羧酸高效减水剂和水无须经过干燥处理)，将干燥处理后的普通硅酸盐水泥、硅灰、粉煤灰和细砂放入10L搅拌机进行混合搅拌1分钟，然后加入水和聚羧酸高效减水剂，搅拌5分钟，获得具有均匀分布的浆体；逐渐加入纤维，搅拌6分钟，完成混合过程，获得获得ECC浆料(静态屈服应力2213Pa)。将制备好的ECC浆料倒入3D打印罐1中，启动打印喷头，进行打印；打印完成后在板顶层上覆盖塑料膜，在常温下自然养护28天，得到B2组板，即3D打印全ECC板。
C2组板(对照组2)制备：
1)受拉层ECC的制备：选取普通硅酸盐水泥40质量份、细砂30质量份、粉煤灰10质量份、硅灰20质量份、PE纤维2质量份、聚羧酸高效减水剂0.8质量份、水10质量份；对选取后的材料进行干燥处理(原料中的聚羧酸高效减水剂和水无须经过干燥处理)，将干燥处理后的普通硅酸盐水泥、硅灰、粉煤灰和细砂放入10L搅拌机进行混合搅拌1分钟，然后加入水和聚羧酸高效减水剂，搅拌5分钟，获得具有均匀分布的浆体；逐渐加入纤维，搅拌6分钟，完成混合过程，获得ECC浆料(静态屈服应力2213Pa)。
2)受拉层打印：将制备好的ECC浆料倒入3D打印机给料罐1中，启动打印，打印厚度占板厚度45％，得到受拉层。
3)过渡层低碳绿色混凝土的制备：选取普通硅酸盐水泥60质量份、粉煤灰20质量份、硅灰20质量份、细砂1200质量份、聚羧酸高效减水剂6质量份、羟丙基甲基纤维素1质量份、水20质量份；对选取后的材料进行干燥处理，将处理后的普通硅酸盐水泥、粉煤灰、矿粉、硅灰放入20L搅拌机中搅拌3分钟，获得均匀分布的粉体混合物；向粉体混合物中加入全部细砂，继续搅拌3分钟，将聚羧酸减水剂与水溶液配置成混合溶液缓慢倒入均匀分布的粉体混合物当中，继续搅拌3分钟，获得低碳绿色混凝土浆料(静态屈服应力为2188Pa)。
4)过渡层的打印：将制备好的低碳绿色混凝土浆料倒入3D打印罐2中，启动打印喷头，在受拉层的表面上进行打印，得到过渡层，过渡层的厚度占板厚度的10％。
5)受压层碱激发混凝土得制备：选取粉煤灰90质量份，矿粉15质量份，硅灰15质量份，细砂120质量份，偏硅酸钠1质量份，水25质量份对选取的材料进行干燥处理，将处理后的粉煤灰、矿粉、硅灰、细砂和偏硅酸钠放入20L搅拌机中搅拌5分钟，获得均匀分布的粉体混合物，向均匀分布的粉体混合料中加入全部质量的水，继续搅拌3分钟，获得碱激发混凝土(静态屈服应力为2100Pa)。
6)受压层的打印：将制备好的碱激发混凝土倒入3D打印罐3中，启动打印喷头，进行打印，得到受压层，受压层的厚度占板厚度的45％。
7)在受压层顶层上覆盖塑料膜，在常温下自然养护28天，得到C2组板，即3D打印无FRP格栅梯度混凝土板。
最后将A2组、B2组、C2组三组进行3点弯曲实验，实验结果如图3所示：采用本发明实施例1A1组方法制备的3D打印混凝土板抗弯承载力为22.5kN，最大变形为5.03mm，在降低水泥用量的同时，延性与承载力明显高于其他混凝土板。
以上实施例仅为本发明较优的实施方式，仅用于解释本发明，而非限制本发明，本领域技术人员在未脱离本发明精神实质下所作的改变、替换、修饰等均应属于本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种3D打印低碳优化变形混凝土板，其特征在于，自上而下包括受压层、过渡层及受拉层；所述受压层、过渡层及受拉层的厚度比为35-45：10-30：35-45；所述受压层为碱激发混凝土，所述过渡层为低碳绿色混凝土，受拉层为高延性混凝土。
2.根据权利要求1所述的3D打印低碳优化变形混凝土板，其特征在于，所述高延性混凝土的基体为ECC，高延性混凝土的增强体为FRP格栅。
3.根据权利要求1所述的3D打印低碳优化变形混凝土板，其特征在于，所述碱激发混凝土，按照质量份数计，包括：
4.根据权利要求1所述的3D打印低碳优化变形混凝土板，其特征在于，所述低碳绿色混凝土，按照质量份数计，包括：
5.根据权利要求2所述的3D打印低碳优化变形混凝土板，其特征在于，所述ECC混凝土，按照质量份数计，包括：
6.根据权利要求2所述的3D打印低碳优化变形混凝土板，其特征在于，所述FRP格栅的条宽为4-8mm，FRP格栅的厚度为0.3-1mm，相邻条带中心间距为10-30mm；所述FRP格栅的平均弹性模量不小于217.0GPa，FRP格栅的极限拉伸强度不小于2746.4MPa，FRP格栅的极限拉伸应变不小于0.0128MPa。
7.一种制备权利要求1-6任一项所述的3D打印低碳优化变形混凝土板的制备工艺，其特征在于，包括如下步骤：
(1)将水泥、硅灰、粉煤灰和细砂混合，进行第一次搅拌处理，然后加入水和聚羧酸减水剂，进行第二次搅拌处理，得到浆体，往浆体内加入纤维，进行第三次搅拌处理，得到ECC的浆料；分别将ECC的浆料和FRP格栅的材料置于3D打印机中不同的给料罐中，然后进行3D打印，得到受拉层；
(2)将水泥、粉煤灰、矿粉、硅灰混合，进行第一次搅拌处理，然后加入细砂，进行第二次搅拌处理，然后加入聚羧酸减水剂与水，进行第三次搅拌处理，得到低碳绿色混凝土的浆料；将所述低碳绿色混凝土的浆料置于3D打印机的给料罐中，在步骤(1)所述受拉层的表面上进行3D打印，得到过渡层；
(3)将粉煤灰、矿粉、硅灰、细砂和偏硅酸钠混合，进行第一次搅拌处理，然后加入水，进行第二次搅拌处理，得到碱激发混凝土的浆料；将所述碱激发混凝土置于3D打印机的给料罐中，在步骤(2)所述过渡层的表面上进行3D打印，然后覆盖塑料膜进行养护处理，得到所述3D打印低碳优化变形混凝土板。
8.根据权利要求7所述的3D打印低碳优化变形混凝土板的制备工艺，其特征在于，步骤(1)所述第一次搅拌处理的时间为1-3分钟；所述第二次搅拌处理的时间为4-6分钟，所述第三次搅拌处理的时间为2-8分钟。
9.根据权利要求7所述的3D打印低碳优化变形混凝土板的制备工艺，其特征在于，步骤(2)所述第一次搅拌处理的时间为1-3分钟；所述第二次搅拌处理的时间为2-4分钟，所述第三次搅拌处理的时间为2-4分钟。
10.根据权利要求7所述的3D打印低碳优化变形混凝土板的制备工艺，其特征在于，步骤(3)所述第一次搅拌处理的时间为2-6分钟；所述第二次搅拌处理的时间为2-4分钟，所述养护处理的时间不小于28天。
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