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基于3D打印的混凝土及其制备方法、3D打印柱模板 0 0

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申请进展

基本信息

申请人信息

代理人信息

摘要

法律状态

权利要求

说明书

专利申请流程有哪些步骤？

申请

申请号：指国家知识产权局受理一件专利申请时给予该专利申请的一个标示号码。唯一性原则。

申请日：提出专利申请之日。

2021-07-02

申请公布

申请公布指发明专利申请经初步审查合格后，自申请日（或优先权日）起18个月期满时的公布或根据申请人的请求提前进行的公布。

申请公布号：专利申请过程中，在尚未取得专利授权之前，国家专利局《专利公报》公开专利时的编号。

申请公布日：申请公开的日期，即在专利公报上予以公开的日期。

2021-09-28

授权

授权指对发明专利申请经实质审查没有发现驳回理由，授予发明专利权；或对实用新型或外观设计专利申请经初步审查没有发现驳回理由，授予实用新型专利权或外观设计专利权。

2022-12-16

预估到期

发明专利权的期限为二十年，实用新型专利权期限为十年，外观设计专利权期限为十五年，均自申请日起计算。专利届满后法律终止保护。

2041-07-02

基本信息

有效性	有效专利	专利类型	发明专利
申请号	CN202110751016.6	申请日	2021-07-02
公开/公告号	CN113372075B	公开/公告日	2022-12-16
授权日	2022-12-16	预估到期日	2041-07-02
申请年	2021年	公开/公告年	2022年
缴费截止日
分类号	C04B28/06 、B33Y70/10	主分类号	C04B28/06
是否联合申请	独立申请	文献类型号	B
独权数量	1	从权数量	6
权利要求数量	7	非专利引证数量	0
引用专利数量	9	被引证专利数量	0
非专利引证
引用专利	CN109384437A、CN109384437A、CN105926935A、CN110866079A、CN105948668A、CN108298923A、CN110317027A、CN109371971A、US2015336297A1	被引证专利
专利权维持	1	专利申请国编码	CN
专利事件		事务标签	公开、实质审查、授权

申请人信息

申请人	桂林理工大学	第一申请人	桂林理工大学
专利权人	桂林理工大学	当前专利权人	桂林理工大学
发明人	李治、钱凯、邓小芳、刘兵、黄伟灼、耿松源、王联刚	第一发明人	李治
地址	广西壮族自治区桂林市建干路12号	邮编	541004
申请人数量	1	发明人数量	7
申请人所在省	广西壮族自治区	申请人所在市	广西壮族自治区桂林市

代理人信息

代理机构

专利代理机构是经省专利管理局审核，国家知识产权局批准设立，可以接受委托人的委托，在委托权限范围内以委托人的名义办理专利申请或其他专利事务的服务机构。

柳州市荣久专利商标事务所

代理人

专利代理师是代理他人进行专利申请和办理其他专利事务，取得一定资格的人。

周小芹

摘要

一种基于3D打印的混凝土及其制备方法、3D打印柱模板，涉及建筑工程领域，混凝土由以下质量份数的原料制成：普通硅酸盐水泥80～120份；硅灰10～15份；快凝快硬硫铝酸盐水泥4～7份；石英砂60～85份；水30～50份；减水剂1～2份；膨胀剂1～2份；消泡剂0.4～0.6份；引气剂0.02～0.04份；纤维素0.04～0.06份等。方法包括：称取各原料；将聚乙烯醇纤维与普通硅酸盐水泥等原料混合均匀得干粉混合物；将水和减水剂混合均匀后加入至干粉混合物中，搅拌均匀后出料。柱模板采用上述混凝土打印而成。本发明的打印效果好，打印出来的构件具备良好的抗压和抗弯性能，而且开裂率低，易于推广应用。

摘要附图
说明书附图：图1
说明书附图：图2
说明书附图：图3

法律状态

序号	法律状态公告日	法律状态	法律状态信息
1	2022-12-16	授权
2	2021-09-28	实质审查的生效	IPC(主分类): C04B 28/06 专利申请号: 202110751016.6 申请日: 2021.07.02
3	2021-09-10	公开

权利要求

权利要求书是申请文件最核心的部分，是申请人向国家申请保护他的发明创造及划定保护范围的文件。

1.一种3D打印柱模板，其特征在于：该3D打印柱模板采用基于3D打印的混凝土打印而成，且3D打印柱模板在受拉一侧配置有计算纵向钢丝，在受压一侧配置有纵向构造钢丝；所述计算纵向钢丝的面积通过以下公式确定：
fyAs=0.1N(h‑b/2)，
fy为钢丝的抗拉强度，单位为MPa，
2
As为钢丝的截面面积，单位为mm，
N为柱子承担的实际荷载，单位为N，
h为3D打印柱模板的空心部分高度，单位为mm，
b为3D打印柱模板的实际厚度，单位为mm；
所述基于3D打印的混凝土由以下质量份数的原料制备而成：
普通硅酸盐水泥80～120份；
硅灰10～15份；
快凝快硬硫铝酸盐水泥4～7份；
石英砂60～85份，最大粒径为0.21mm；
水30～50份；
减水剂1～2份；
膨胀剂1～2份；
消泡剂0.4～0.6份；
引气剂0.02～0.04份；
纤维素0.04～0.06份；
聚乙烯醇纤维0.1～0.5份；
碳纤维0.05～0.15份。

2.根据权利要求1所述的3D打印柱模板，其特征在于：所述减水剂采用减水率大于25%的聚羧酸系高性能减水剂。

3.根据权利要求1或2所述的3D打印柱模板，其特征在于：所述的纤维素采用羧甲基纤维素钠。

4.根据权利要求1所述的3D打印柱模板，其特征在于：所述基于3D打印的混凝土的制备方法包括以下步骤：
A、按质量份数称取各原料；
B、将聚乙烯醇纤维、碳纤维与普通硅酸盐水泥、硅灰、快凝快硬硫铝酸盐水泥、石英砂、膨胀剂、纤维素以及消泡剂倒入搅拌机中混合5～10 min，得到均匀的干粉混合物；
C、将全部水和减水剂混合并搅拌均匀，制得水和减水剂的混合物；
D、将水和减水剂的混合物加入至干粉混合物中搅拌20～40s后，立刻加入引气剂，再接着搅拌3～8min，待全部原料均搅拌均匀后出料；
E、将出料后的混合物进行浇筑或运输到泵送车中，并由泵料管道将其泵送到打印喷头处挤出，即可进行打印样品制备。

5.根据权利要求4所述的3D打印柱模板，其特征在于：在步骤D中，所述的全部原料均搅拌的具体过程如下：在搅拌过程中用工具不断地将附着的水泥沿着搅拌机内壁刮下，搅拌停止后，将搅拌转子上未搅拌均匀的水泥迅速刮下，最后再搅拌2～4min。

6.根据权利要求1所述的3D打印柱模板，其特征在于：所述3D打印柱模板的模腔内表面为经喷砂或凿毛后的粗糙表面。

7.根据权利要求6所述的3D打印柱模板，其特征在于：所述3D打印柱模板的外表面涂抹有工程水泥基复合材料涂层。

说明书

技术领域

[0001] 本发明涉及建筑工程领域，特别是一种基于3D打印的混凝土及其制备方法、3D打印柱模板。

背景技术

[0002] 近年来，3D打印技术在建筑领域以其快制造流程、无模板成本、低劳动力输出以及高自由度释放等优点取得了巨大突破。例如，3D打印混凝土建筑、桥梁以及构件的出现。然而，3D打印混凝土技术作为一种创新性非常规技术实际生产中因现有标准和规程的阻碍较难以转向实践。

[0003] 对于3D打印来说，材料的配合比问题不仅是重点，更是难点。既要满足可挤出性来保证材料可以顺利通过打印管道和喷嘴，又要满足可建造性来避免材料挤出后由于流动性过大导致产生塌陷的问题。此外，应用于建筑行业的工程材料，也应当具有良好的力学性能，能够满足抗弯性能要求来抵抗裂纹形成，避免脆性破坏。

[0004] 授权公告号为CN108129102B的发明专利公开了一种“可3D打印的PVA～玄武岩混杂纤维高韧性混凝土及使用方法”，但是为了满足可打印性，3D打印对纤维的长度、刚度等要求极高，而该专利采用了PVA～玄武岩混杂纤维，玄武岩纤维是一种硬纤维，容易造成打印过程中发生堵塞现象，可能会导致打印过程中需额外添加润滑剂，进而造成原料配比不定量，无法准确研究其性能。

[0005] 申请公布号为CN110540394A的发明专利申请公开了“一种适用于3D打印混凝土剪切力墙的材料及其制备方法”，该专利采用了聚丙烯短纤维，而采用短纤维若要达到适宜的抗拉强度需提高纤维量，一旦提高纤维量即会增加打印的堵塞率，不利于打印；且该专利掺有生石灰，生石灰具有遇水即放出大量热量的特性，可能会加大打印完成后试样的开裂率；同时，该专利采用20～40目石英砂、50～80目石英砂掺合搅拌，导致打印样品表面质量粗糙，所以不宜打印精细试样。

[0006] 另外，目前工程建筑柱子施工中，柱模板的主要结构形式是木模板、钢模板或铝模板，这种传统的方法需要投入大量人力成本以及材料浪费。

发明内容

[0007] 本发明要解决的技术问题是：提供一种基于3D打印的混凝土及其制备方法、3D打印柱模板，使其打印出来的构件具备良好的抗压性能和抗弯性能，同时还可解决现有技术存在的容易发生堵塞、试样的开裂率大、不宜打印精细试样、人力成本高、浪费材料的不足之处。

[0008] 解决上述技术问题的技术方案是：一种基于3D打印的混凝土，该混凝土由以下质量份数的原料制备而成：

[0009] 普通硅酸盐水泥80～120份；

[0010] 硅灰10～15份；

[0011] 快凝快硬硫铝酸盐水泥4～7份；

[0012] 石英砂60～85份，最大粒径为0.21mm；

[0013] 水30～50份；

[0014] 减水剂1～2份；

[0015] 膨胀剂1～2份；

[0016] 消泡剂0.4～0.6份；

[0017] 引气剂0.02～0.04份；

[0018] 纤维素0.04～0.06份；

[0019] 聚乙烯醇纤维0.1～0.5份；

[0020] 碳纤维0.05～0.15份。

[0021] 本发明的进一步技术方案是：所述减水剂采用减水率大于25%的聚羧酸系高性能减水剂。

[0022] 本发明的再进一步技术方案是：所述的纤维素采用羧甲基纤维素钠。

[0023] 本发明的另一技术方案是：一种基于3D打印的混凝土的制备方法，该方法包括以下步骤：

[0024] A、按质量份数称取各原料；

[0025] B、将聚乙烯醇纤维、碳纤维与普通硅酸盐水泥、硅灰、快凝快硬硫铝酸盐水泥、石英砂、膨胀剂、纤维素以及消泡剂倒入搅拌机中混合5～10 min，得到均匀的干粉混合物；

[0026] C、将全部水和减水剂混合并搅拌均匀，制得水和减水剂的混合物；

[0027] D、将水和减水剂的混合物加入至干粉混合物中搅拌约20～40s后，立刻加入引气剂，再接着搅拌3～8min，待全部原料均搅拌均匀后出料；

[0028] E、将出料后的混合物进行浇筑或运输到泵送车中，并由泵料管道将其泵送到打印喷头处挤出，即可进行打印样品制备。

[0029] 本发明的进一步技术方案是：在步骤A中，各原料的质量份数如下：

[0030] 普通硅酸盐水泥80～120份；

[0031] 硅灰10～15份；

[0032] 快凝快硬硫铝酸盐水泥4～7份；

[0033] 石英砂60～85份，最大粒径为0.21mm；

[0034] 水30～50份；

[0035] 减水剂1～2份；

[0036] 膨胀剂1～2份；

[0037] 消泡剂0.4～0.6份；

[0038] 引气剂0.02～0.04份；

[0039] 纤维素0.04～0.06份；

[0040] 聚乙烯醇纤维0～0.5份；

[0041] 碳纤维0～0.15份。

[0042] 本发明的再进一步技术方案是：在步骤D中，所述的全部原料均搅拌的具体过程如下：在搅拌过程中用工具不断地将附着的水泥沿着搅拌机内壁刮下，搅拌停止后，将搅拌转子上未搅拌均匀的水泥迅速刮下，最后再搅拌2～4min。

[0043] 本发明的又一技术方案是：一种3D打印柱模板，该3D打印柱模板采用所述的基于3D打印的混凝土打印而成，且3D打印柱模板在受拉一侧配置有计算纵向钢丝，在受压一侧配置有纵向构造钢丝。

[0044] 本发明的进一步技术方案是：所述计算纵向钢丝的面积通过以下公式确定：

[0045] fyAs=0.1N(h‑b/2)，

[0046] fy为钢丝的抗拉强度，单位为MPa，

[0047] As为钢丝的截面面积，单位为mm2，

[0048] N为柱子承担的实际荷载，单位为N，

[0049] h为3D打印柱模板的空心部分高度，单位为mm，

[0050] b为3D打印柱模板的实际厚度，单位为mm。

[0051] 本发明的再进一步技术方案是：该3D打印柱模板的模腔内表面为经喷砂或凿毛后的粗糙表面。

[0052] 本发明的再进一步技术方案是：该3D打印柱模板的外表面涂抹有工程水泥基复合材料涂层。

[0053] 由于采用上述结构，本发明之基于3D打印的混凝土及其制备方法、3D打印柱模板与现有技术相比，具有以下有益效果：

[0054] 1. 打印出来的构件具备良好的抗压性能

[0055] 本发明的混凝土由以下质量份数的原料制备而成：普通硅酸盐水泥80～120份；硅灰10～15份；快凝快硬硫铝酸盐水泥4～7份；石英砂60～85份，最大粒径为0.21mm；水30～50份；减水剂1～2份；膨胀剂1～2份；消泡剂0.4～0.6份；引气剂0.02～0.04份；纤维素0.04～0.06份；聚乙烯醇纤维0.1～0.5份；碳纤维0.05～0.15份。其中，本发明采用石英砂和硅灰作为掺和料，而且石英砂的粒径小于0.21mm，具有良好的级配，用其作为细骨料，能起到良好的骨架作用，同时提高对凝胶材料（普通硅酸盐水泥、快凝快硬硫铝酸盐水泥、硅灰）的吸附作用。而硅灰能够填充水泥颗粒间的孔隙，同时与水化产物生成凝胶体，可显著提高抗压、抗折、抗渗、防腐、抗冲击及耐磨性能。本发明运用所述石英砂和硅灰后，在《普通混凝土力学性能试验方法标准》(GB/T50081～2002)规范下进行抗压实验，测得标准试块平均抗压强度达75MPa以上，相对于掺入一般级配的石英砂与硅灰而言，抗压强度能提升6.25%。

[0056] 2. 打印出来的构件具备良好的抗弯性能

[0057] 本发明混凝土配方中同时掺入聚乙烯醇纤维（PVA）与碳纤维（CF），可以显著提高混凝土材料的韧性、抗弯性能、抗冲击性能等，本发明所用聚乙烯醇纤维的主要特点是强度高、模量高、伸度低、耐磨、抗酸碱、耐候性好，在《水泥混凝土和砂浆用合成纤维》（GB/T21120～2007）规范下实测段裂伸长率达6%～7%，抗拉强度高达1800MPa，初始弹性模量高达40GPa，与水泥、石膏等基材有良好的亲和力和结合性，而单独使用聚乙烯醇纤维时，由于其掺量低，导致混凝土相对抗拉面积小，抗弯效果不明显。而碳纤维具备碳材料强抗拉力的特征，是一种力学性能优异的新材料，其拉伸强度约为2～7GPa，拉伸模量约为200～700GPa，具有强度大、模量高、密度低、线膨胀系数小等特点，而单独使用碳纤维，又不利于混凝土的经济性。将PVA纤维与碳纤维结合，能显著提高混凝土的抗弯强度，性价比高。

[0058] 3.打印效果好

[0059] 本发明运用羧甲基纤维素钠（CMC～Na），利用其优异的保水性能，使得混凝土具备良好的触变性，使得混凝土在打印时，黏度变小，在完成打印后，黏度增大，大大改善了打印混凝土的均匀性以及混凝土间的粘结度；本发明运用膨胀剂，能起到补偿收缩以及充分填充水泥间隙的作用，有效提高混凝土的流动性；本发明选取减水率大于25%的聚羧酸系高效减水剂（SP）来降低水胶比，既能使混凝土达到所需流动性，又能避免其在打印挤出过程中发生离析现象，进而提高强度；本发明运用消泡剂和引气剂，利用消泡剂可降低混合液的表面张力的特点，利用引气剂在搅拌过程中能产生大量微小气泡的特点，有效改善了混凝土的表面质量，使得混凝土更加光滑易塑。因此，由于本发明的流动性好、表面质量好、触变性好，其打印效果非常好。

[0060] 4. 能避免发生堵塞现象

[0061] 本发明提出的混凝土配方中采用了碳纤维，碳纤维同时具备碳材料强抗拉力和纤维柔软可加工性两大特征，在极大改善混凝土的抗弯强度的同时，又能有限避免由于纤维过硬导致打印堵塞的现象，从而也避免了需要添加润滑剂而造成的原料配比不定量，无法准确研究其性能的现象。

[0062] 此外，本发明的混凝土配方中还掺入了特定的膨胀剂、消泡剂、引气剂以及纤维素，打印具备更好的触变性、流动性，使得打印材料沉积时具有更好的可建造性，减少底层混凝土成型的时间，打印成品具备更好的表面质量。

[0063] 5. 开裂率低、适宜打印精细试样

[0064] 本发明运用的纤维均为柔软长纤维，打印堵塞率低；而且混凝土间黏聚力大，打印完成后试样的开裂率低，并且采用的膨胀剂（EA）能有效提高混凝土的抗裂防水性；同时打印出来的试样表面质量好，适宜打印精细试样。

[0065] 6.性能优

[0066] 由于纤维掺入胶凝材料中，可以限制外力作用下裂缝的扩展。若纤维的掺量合适，则复合材料可承受较大的荷载并产生较大的变形，大幅度提高抗弯强度和弯曲韧性。而且在3D打印胶凝复合材料中加入适量的纤维也能够改善材料的触变性能，提高静态屈服扭矩并且降低动态屈服扭矩和塑性粘度，这对材料打印性能的优化做出了显著的贡献。

[0067] 7. 降低人力成本、节省材料、提高效率

[0068] 本发明的3D打印柱模板采用基于3D打印的混凝土打印而成，且柱模板在受拉一侧配置有计算纵向钢丝，在受压一侧配置有纵向构造钢丝，这种方法能彻底改变传统的建筑和施工工艺，在低成本、高效率的自动化施工、建筑设计自由度、减少施工过程中的劳动力需求和风险等方面具有明显的优势。实践证明，建筑3D打印可以节约60%的建筑垃圾、70%的生产时间和80%的人工成本。

[0069] 8. 能防止柱模在运输、施工过程中损坏等问题

[0070] 本发明的3D打印柱模板按用途在受拉一侧配置有计算纵向钢丝，受压一侧配置纵向构造钢丝，能有效提高柱模的韧性，提高抗弯、抗裂、抗扭能力，有效防止柱模在运输、施工过程中损坏等问题。

[0071] 9. 可降低偏心荷载下发生开裂的概率

[0072] 由于柱子工作过程中往往处于偏向荷载作用，本发明的3D打印柱模板中，钢丝的设置能给柱子在服役过程中增加开裂安全储备，进一步降低偏心荷载下发生开裂的概率。

[0073] 10. 能提高模板与后浇混凝土的结合能力

[0074] 本发明的3D打印柱模板在浇筑完成后对柱模板内表面进行喷砂或凿毛处理，能提高模板与后浇混凝土的结合能力。

[0075] 11．可弥补打印过程存在的细小打印缝

[0076] 本发明的3D打印柱模板在打印完成后，在柱模板外表面涂抹一层工程水泥基复合材料涂层，能使得柱模板外表面光滑、平整，弥补了由于打印过程存在的细小打印缝，同时也进一步增强柱模板的韧性，降低柱模板在运输、施工过程中损坏的风险，并有效提高柱模板的防腐能力。

[0077] 下面，结合说明书附图和实施例对本发明之基于3D打印的混凝土及其制备方法、3D打印柱模板的技术特征作进一步的说明。

实施方案

[0081] 实施例一

[0082] 一种基于3D打印的混凝土，该混凝土由以下质量份数的原料制备而成：普通硅酸盐水泥80份；硅灰10份；快凝快硬硫铝酸盐水泥4份；石英砂60份，最大粒径为0.21mm；水30份；减水剂1份；膨胀剂1份；消泡剂0.4份；引气剂0.02份；纤维素0.04份；聚乙烯醇纤维0.1份；碳纤维0.05份。

[0083] 所述的普通硅酸盐水泥由硅酸盐水泥熟料、5%‑20%的混合材料及适量石膏磨细制成的水硬性胶凝材料；

[0084] 所述的减水剂采用减水率大于25%的聚羧酸系高性能减水剂；所述的纤维素采用羧甲基纤维素钠；

[0085] 所述的膨胀剂采用混凝土膨胀剂。

[0086] 所述的基于3D打印的混凝土的制备方法包括以下步骤：

[0087] A、按质量份数称取各原料：普通硅酸盐水泥80份；硅灰10份；快凝快硬硫铝酸盐水泥4份；石英砂60份，最大粒径为0.21mm；水30份；减水剂1份；膨胀剂1份；消泡剂0.4份；引气剂0.02份；纤维素0.04份；聚乙烯醇纤维0.1份；碳纤维0.05份；

[0088] B、将聚乙烯醇纤维、碳纤维与普通硅酸盐水泥、硅灰、快凝快硬硫铝酸盐水泥、石英砂、膨胀剂、纤维素以及消泡剂倒入搅拌机中混合5 min、得到均匀的干粉混合物；

[0089] C、将全部水和减水剂混合并搅拌均匀，制得水和减水剂的混合物；

[0090] D、将水和减水剂的混合物加入至干粉混合物中搅拌约20s后，立刻加入引气剂，再接着搅拌3min，在搅拌过程中用工具不断地将附着的水泥沿着搅拌机内壁刮下，搅拌停止后，将搅拌转子上未搅拌均匀的水泥迅速刮下，最后再搅拌2min；全部原料均搅拌均匀后出料；

[0091] E、将出料后的混合物进行浇筑或运输到泵送车中，并由泵料管道将其泵送到打印喷头处挤出，即可进行打印样品制备。

[0092] 实施例二

[0093] 一种基于3D打印的混凝土，该混凝土由以下质量份数的原料制备而成：普通硅酸盐水泥100份；硅灰12份；快凝快硬硫铝酸盐水泥5份；石英砂70份，最大粒径为0.21mm；水40份；减水剂1.3份；膨胀剂1.4份；消泡剂0.5份；引气剂0.03份；纤维素0.05份；聚乙烯醇纤维0.2份；碳纤维0.1份。

[0094] 所述的普通硅酸盐水泥由硅酸盐水泥熟料、5%‑20%的混合材料及适量石膏磨细制成的水硬性胶凝材料；

[0095] 所述的减水剂采用减水率大于25%的聚羧酸系高性能减水剂；所述的纤维素采用羧甲基纤维素钠；

[0096] 所述的膨胀剂采用混凝土膨胀剂。

[0097] 所述的基于3D打印的混凝土的制备方法包括以下步骤：

[0098] A、按质量份数称取各原料：普通硅酸盐水泥100份；硅灰12份；快凝快硬硫铝酸盐水泥5份；石英砂70份，最大粒径为0.21mm；水40份；减水剂1.3份；膨胀剂1.4份；消泡剂0.5份；引气剂0.03份；纤维素0.05份；聚乙烯醇纤维0.2份；碳纤维0.1份；

[0099] B、将聚乙烯醇纤维、碳纤维与普通硅酸盐水泥、硅灰、快凝快硬硫铝酸盐水泥、石英砂、膨胀剂、纤维素以及消泡剂倒入搅拌机中混合7min、得到均匀的干粉混合物；

[0100] C、将全部水和减水剂混合并搅拌均匀，制得水和减水剂的混合物；

[0101] D、将水和减水剂的混合物加入至干粉混合物中搅拌约30s后，立刻加入引气剂，再接着搅拌5min，在搅拌过程中用工具不断地将附着的水泥沿着搅拌机内壁刮下，搅拌停止后，将搅拌转子上未搅拌均匀的水泥迅速刮下，最后再搅拌3min；全部原料均搅拌均匀后出料；

[0102] E、将出料后的混合物进行浇筑或运输到泵送车中，并由泵料管道将其泵送到打印喷头处挤出，即可进行打印样品制备。

[0103] 实施例三

[0104] 一种基于3D打印的混凝土，该混凝土由以下质量份数的原料制备而成：普通硅酸盐水泥110份；硅灰13份；快凝快硬硫铝酸盐水泥6份；石英砂80份，最大粒径为0.21mm；水45份；减水剂1.5份；膨胀剂1.8份；消泡剂0.55份；引气剂0.035份；纤维素0.055份；聚乙烯醇纤维0.3份；碳纤维0.12份。

[0105] 所述的普通硅酸盐水泥由硅酸盐水泥熟料、5%‑20%的混合材料及适量石膏磨细制成的水硬性胶凝材料；

[0106] 所述的减水剂采用减水率大于25%的聚羧酸系高性能减水剂；所述的纤维素采用羧甲基纤维素钠；

[0107] 所述的膨胀剂采用混凝土膨胀剂。

[0108] 所述的基于3D打印的混凝土的制备方法包括以下步骤：

[0109] A、按质量份数称取各原料：普通硅酸盐水泥110份；硅灰13份；快凝快硬硫铝酸盐水泥6份；石英砂80份，最大粒径为0.21mm；水45份；减水剂1.5份；膨胀剂1.8份；消泡剂0.55份；引气剂0.035份；纤维素0.055份；聚乙烯醇纤维0.3份；碳纤维0.12份；

[0110] B、将聚乙烯醇纤维、碳纤维与普通硅酸盐水泥、硅灰、快凝快硬硫铝酸盐水泥、石英砂、膨胀剂、纤维素以及消泡剂倒入搅拌机中混合8 min、得到均匀的干粉混合物；

[0111] C、将全部水和减水剂混合并搅拌均匀，制得水和减水剂的混合物；

[0112] D、将水和减水剂的混合物加入至干粉混合物中搅拌约35s后，立刻加入引气剂，再接着搅拌7min，在搅拌过程中用工具不断地将附着的水泥沿着搅拌机内壁刮下，搅拌停止后，将搅拌转子上未搅拌均匀的水泥迅速刮下，最后再搅拌4min；全部原料均搅拌均匀后出料；

[0113] E、将出料后的混合物进行浇筑或运输到泵送车中，并由泵料管道将其泵送到打印喷头处挤出，即可进行打印样品制备。

[0114] 实施例四

[0115] 一种基于3D打印的混凝土，该混凝土由以下质量份数的原料制备而成：普通硅酸盐水泥120份；硅灰15份；快凝快硬硫铝酸盐水泥7份；石英砂85份，最大粒径为0.21mm；水50份；减水剂2份；膨胀剂2份；消泡剂0.6份；引气剂0.04份；纤维素0.06份；聚乙烯醇纤维0.5份；碳纤维0.15份。

[0116] 所述的普通硅酸盐水泥由硅酸盐水泥熟料、5%‑20%的混合材料及适量石膏磨细制成的水硬性胶凝材料；

[0117] 所述的减水剂采用减水率大于25%的聚羧酸系高性能减水剂；所述的纤维素采用羧甲基纤维素钠；

[0118] 所述的膨胀剂采用混凝土膨胀剂。

[0119] 所述的基于3D打印的混凝土的制备方法包括以下步骤：

[0120] A、按质量份数称取各原料：普通硅酸盐水泥120份；硅灰15份；快凝快硬硫铝酸盐水泥7份；石英砂85份，最大粒径为0.21mm；水50份；减水剂2份；膨胀剂2份；消泡剂0.6份；引气剂0.04份；纤维素0.06份；聚乙烯醇纤维0.5份；碳纤维0.15份；

[0121] B、将聚乙烯醇纤维、碳纤维与普通硅酸盐水泥、硅灰、快凝快硬硫铝酸盐水泥、石英砂、膨胀剂、纤维素以及消泡剂、引气剂、碳纤维倒入搅拌机中混合10 min、得到均匀的干粉混合物；

[0122] C、将全部水和减水剂混合并搅拌均匀，制得水和减水剂的混合物；

[0123] D、将水和减水剂的混合物加入至干粉混合物中，搅拌约40s后，立刻加入引气剂，再接着搅拌8min，在搅拌过程中用工具不断地将附着的水泥沿着搅拌机内壁刮下，搅拌停止后，将搅拌转子上未搅拌均匀的水泥迅速刮下，最后再搅拌4min；全部原料均搅拌均匀后出料；

[0124] E、将出料后的混合物进行浇筑或运输到泵送车中，并由泵料管道将其泵送到打印喷头处挤出，即可进行打印样品制备。现将实施例一至实施例四所述的基于3D打印的混凝土进行抗压强度和抗弯强度测试，结果如附表2、附表3所示。

[0125] 附表1—实施例一至实施例四所述基于3D打印的混凝土各原料按质量份数配比表[0126]

[0127] 附表2—实施例一至实施例四所述基于3D打印的混凝土的抗压强度一览表[0128]

[0129] 附表3—实施例一至实施例四所述基于3D打印的混凝土的抗弯强度一览表[0130]

[0131] 在附表2‑3中，Casting：铸模试件（标准浇筑试件）；FX：打印试件在X方向加载；FY：打印试件在Y方向加载；FZ：打试件在Y方向加载。

[0132] 实施例五

[0133] 图1‑图3中公开的是一种3D打印柱模板，该3D打印柱模板采用实施例一至实施例四所述的基于3D打印的混凝土1打印而成，且3D打印柱模板在受拉一侧配置有计算纵向钢丝2，在受压一侧配置有纵向构造钢丝3；在3D打印柱模板的模腔内表面为经喷砂或凿毛后的粗糙表面；3D打印柱模板的外表面涂抹有工程水泥基复合材料涂层4，其中在图2、图3中，3D打印柱模板的内孔中安装有钢筋笼5和浇注有普通混凝土6。

[0134] 所述计算纵向钢丝的面积通过以下公式确定：

[0135] fyAs=0.1N(h‑b/2)，

[0136] fy为钢丝的抗拉强度，单位为MPa，

[0137] As为钢丝的截面面积，单位为mm2，

[0138] N为柱子承担的实际荷载，单位为N，

[0139] h为3D打印柱模板的空心部分高度，单位为mm，

[0140] b为3D打印柱模板的实际厚度，单位为mm。

[0141] 所述纵向构造钢丝的面积按有关规范确定。

[0142] 本实施例五所述的3D打印柱模板的制备过程如下：

[0143] S1.根据工程环境计算柱模板需承担荷载，进而确定柱模板的截面尺寸及高度；

[0144] S2.开始3D建模，初步完成柱模板设计；

[0145] S3.计算受拉区计算纵向钢丝配置以及受压区纵向构造钢丝配置，确定选取钢丝面积及配置位置，完成柱模板建模；

[0146] S4.将3D模型导入分层切片程序中转化为层片格式并进行路径规划，确保打印顺利进行以及精度控制；

[0147] S5.开始配制柱模板原料，然后将建模数据导入打印机，开始打印；

[0148] S6.待打印完成后，对3D打印柱模板内表面进行喷砂或通过凿毛工具进行纵向凿毛处理；

[0149] S7.在3D打印柱模板表面涂抹一层工程水泥基复合材料并刮平；

[0150] S8.将3D打印柱模板养护完成后，运输至施工现场。

附图说明

[0078] 图1：实施例五所述3D打印柱模板的立体结构示意图，

[0079] 图2：实施例五所述3D打印柱模板的平面结构示意图（柱模板内孔有普通混凝土和钢盘笼），

[0080] 图3：图2的A‑A剖视图。