基于多尺度纤维与纳米材料改进的3D打印混凝土材料力学性能研究

来源：中国血液净化杂志2025年第4期北京时间：

作者：李福海, 丁溢骏, 李洲, 肖赛, 刘耕园, 田杨, 周益云, 周玥丞

单位：1. 西南交通大学　土木工程学院，四川　成都　610031","2. 中铁工程设计咨询集团有限公司，北京　100055","3. 中国华西工程设计建设有限公司，四川　成都　610031

摘要：<p>针对3D打印混凝土打印过程中存在的易出现有害孔隙及在承载过程中有较为显著的各向异性的问题，探究不同尺度下的外掺材料（纳米二氧化硅、碳酸钙晶须与聚丙烯纤维）对3D打印混凝土内部孔隙及成型物各向异性的改善作用。将3种材料以不同的混合比例进行试验，通过抗压、抗折、层间黏结强度试验来表征不同材料与不同混掺比例对3D打印混凝土各向异性的影响。通过EDS与SEM微观试验方法探究3种材料在微观层面下的协同作用机理。试验结果表明：3种材料均对改善3D打印混凝土的工作性能和各向异性有一定作用，且三者的作用效应存在互补关系。从水化初期到持荷破坏，3种材料均能发挥互补作用，使成型物的各向异性减弱，力学性能提升至与现浇试件相近。3种材料较优的掺量为1%掺量的纳米二氧化硅配合0.2%掺量的聚丙烯纤维与1%掺量的碳酸钙晶须。在该比例下，3种不同尺度的外掺材料将混凝土基体内部的纳米到微米级缺陷孔隙逐级填充，增强纤维与基体之间的黏结性能使得尺度不同的2种纤维在受力过程中的不同阶段更好地发挥作用，大幅提高了3D打印混凝土的密实度和力学性能。</p>

关键词：桥梁工程,3D打印混凝土,试验研究,力学性能,PP纤维,纳米二氧化硅,碳酸钙晶须