摘要
近年来，3D打印混凝土技术因其无支撑、高智能化、节约成本、建造速度快、降低劳动力需求及提高固体废弃利用等优势，在建筑行业的发展及其之快。但因受其特殊的打印工艺所限，无法实现水泥基材料与钢筋的同步打印，进而影响打印构件的力学性能,从而阻碍了3D打印混凝土技术在实际工程中的应用进程。 为解决上述问题，本文采用能实现长纤维丝与物料混合挤出功能一体化的混凝土3D打印机，成功实现了嵌入式长丝纤维的混凝土打印。在此基础上，研究不同种类嵌入式长丝纤维对3D打印砂浆力学性能增强效果，以获得最佳长丝纤维种类;通过分析长丝纤维数量的变化、与短切玄武岩纤维复掺增强效果及不同层间增强材料对3D打印水泥基材料力学性能的影响规律及作用机理，最终获得具有优良力学性能的3D打印长丝纤维水泥基材料。这种通过在水泥基材料中加入长丝纤维的打印方法，可以显著改善其力学性能，减少3D打印混凝土对钢筋的依赖，可为混凝土3D打印技术在工程的应用提供一种新方法与新思路。 本文主要研究内容如下: （1）短切玄武岩纤维对3D打印砂浆力学性能的影响研究。通过在3D打印砂浆中添加不同体积掺量的短切玄武岩纤维，研究纤维体积分数对3D打印砂浆力学性能影响。试验结果表明:与对照组相比，玄武岩纤维体积掺量在2％内，3D打印水泥砂浆力学性能随其掺量的增加而增大，且抗压强度比抗折强度增强效果明显，同时构件的力学各向异性性能增加。当玄武岩纤维体积掺量为1.5％时，纤维增强水泥砂浆3D打印构件整体力学性能最优。 （2）嵌入式长丝纤维种类对3D打印砂浆力学性能的影响研究。选择了直径相同的三种不同种类长丝纤维:玄武岩长丝纤维（BF）、玻璃长丝纤维（GF）及聚乙烯长丝纤维（PE）,通过水泥砂浆包裹长丝纤维同步打印的方式，实现了嵌入式长丝纤维对3D打印砂浆力学性能的提升效果。研究结果说明:嵌入式长纤维丝对3DPC力学性能增强效果显著，其中，对抗折强度的提升效果优于其抗压强度;三种嵌入式纤维中，以PE纤维对3D打印砂浆构件力学性能增强效果最优，抗折强度、抗压强度与层间粘结强度的提升率分别为36.4％、29.9％与36.1％,BF纤维与GF纤维提升效果相当。 （3）长丝纤维数量对3D打印砂浆力学性能的影响研究。选取对3D打印砂浆构件力学性能提升效果最优的PE纤维，通过增加长丝纤维的数量、及与体积掺量为0.5％短切玄武岩纤维进行复掺等方式，研究其对3D打印砂浆力学性能的影响规律。结果表明:3D打印砂浆的力学性能随着长丝纤维数量的增加总体呈增强趋势，且当数量增加幅度较大时，强度增强效果显著，对抗压强度提升效果最优;长短纤维复掺对3D打印砂浆力学性能增强效果优于单一纤维。 （4）不同层间增强材料改善3D打印砂浆力学性能研究。选择SAC水泥净浆、掺6％粉煤灰水泥浆与掺6％膨胀剂水泥浆三种不同的层间增强材料，在打印过程中，将层间涂层添加至打印构件的层间薄弱环节，通过力学性能测试，分析不同层间涂料对打印构件整体强度的提升效果。试验结果表明:三种无机层间涂料对3D打印构件抗折、抗压与层间粘结强度均有明显增强效果，增强次序为粉煤灰涂层＞膨胀剂涂层＞纯水泥涂层,且对抗折强度提升效果优于抗压强度。其中，掺6％粉煤灰水泥浆对3D打印砂浆的力学性能提升最优，抗折强度、抗压强度提升率分别达到42％、30％。
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