基于国内外现有研究成果,阐述了3D打印混凝土的增强技术、材料性能以及硬化性能三部分内容,指出了3D打印技术在当前应用中存在的关键问题,并提出了今后的重点研究方向。

针对高寒地区混凝土抗冻耐久性问题,在混凝土中加入不同掺量的粉煤灰研究其抗冻性能,通过非金属声波检测仪进行冻融循环过程中混凝土强度无损测试,研究了冻融循环作用下混凝土强度损伤和动弹性力学参数的演化特征,分析了冻融循环过程中混凝土声波波速与力学性能变化规律。研究结果表明:掺入引气剂能够提高混凝土的抗冻性,相同引气剂掺量下,粉煤灰掺量为10%的混凝土抗冻性较好;冻融循环过程中,超声波纵波波速、横波波速与动弹性模量、动剪切模量均随着冻融循环次数的增加呈相似性衰减,且存在较高相关性。

利用含红砖的再生细骨料100%替代天然砂,制备生态干混砂浆,研究了用水量、再生粉料掺量和外加剂掺量对干混砂浆力学性能的影响。结果表明:当再生粉料和外加剂掺量不变时,砂浆强度随着用水量的增大而降低,但56 d强度增长率反而增大;当再生粉料掺量和用水量不变时,外加剂掺量的增加对砂浆各龄期的强度均有负面影响;当外加剂掺量和用水量不变时,再生粉料掺量为20%时,对应的砂浆强度最大,低于或高于此掺量均会使砂浆强度降低;含红砖再生细骨料干混砂浆的后期强度(56 d)仍有较大提升空间。

为了制备具有高流动性的高强灌浆料,进行了四因素三水平的正交试验L9(34),研究了硅粉掺量、纳米二氧化硅(NS)掺量、砂胶比、水胶比对硅粉-NS灌浆料的流动度、抗折强度、抗压强度的影响。结合极差分析法,分析了各材料掺量变化对灌浆料流动度、抗折强度、抗压强度的影响程度。结果表明:与NS相比,硅粉对灌浆料早期强度的影响较大;通过优化砂胶比和水胶比,可以配制出流动度好、强度高的硅粉-NS灌浆料。

利用铁尾矿粉合成骨料取代天然骨料制备了新型透水混凝土,通过正交试验研究了合成骨料取代率对透水混凝土抗压强度和透水性能的影响。结果表明:随着合成骨料取代率的增加,混合骨料的表观密度增大、堆积密度降低、吸水率提高、空隙率增大;当水胶比为0.28~0.32时,透水混凝土的28 d抗压强度为20.0~33.6 MPa,透水系数为1.8~6.0 mm/s,符合路面面层和基层铺装的要求。

通过快速冻融试验,对不同强度等级的掺硅藻土混凝土的抗冻性进行了分析。在损伤理论的基础上构建了多次冻融后混凝土劣化失效的数学模型,使用Matlab程序模拟了混凝土内部各单元点的损伤失效与时间的函数关系,并生成了混凝土的截面损伤概率图。在冻融循环时间相同的条件下对不同硅藻土掺量的混凝土进行了对比分析。结果表明:硅藻土的加入使混凝土的抗冻性能得到了提高;模型模拟的混凝土损伤过程符合冻融破坏的变化规律。

基于计算机图像处理技术,从掺锂渣再生混凝土的CT图像中提取出孔隙结构,利用IPP和FractalFox软件对不同再生粗骨料取代率和不同锂渣掺量立方体试件的孔隙率、分形维数、形状因子进行了计算与统计,并对孔隙特征与立方体抗压强度进行了关联性研究。结果表明:掺锂渣再生混凝土的孔隙率与立方体抗压强度满足三次方程关系;一定范围内,孔隙形状因子与抗压强度之间的关联性良好。

为了探究改善超高性能混凝土(UHPC)高温性能的措施,从力学性能、质量损失、超声检测等方面研究了纤维(不掺纤维、单掺钢纤维、混掺钢纤维与合成纤维)对UHPC高温性能的影响。结果表明:当纤维掺量增加时,UHPC的工作性与抗压强度均随之下降,抗折强度则先升后降;随着目标温度的升高,UHPC的残余抗压强度先升后降,损伤逐步加重;纤维的加入可以延缓裂缝的发展,混掺钢纤维与合成纤维可以有效改善UHPC高温爆裂行为。

为研究冻融作用对完全碳化混凝土轴拉性能的影响,制作了C30、C40、C45三个强度等级的混凝土试件,经完全碳化后进行冻融循环试验和轴心受拉试验。结果表明:完全碳化使C30、C40和C45混凝土的峰值应力分别上升8.7%、9.7%和12.1%,峰值应变分别上升1.9%、7.2%和9.6%;随冻融循环次数的增加,混凝土受拉峰值应力和峰值应变不断下降,且混凝土强度等级越低,下降速度越快。根据碳化后不同冻融循环次数时混凝土的峰值应力和峰值应变数据变化情况,提出了相应的拟合公式。根据试验结果拟合了受拉应力-应变上升段曲线,结果表明:拟合效果良好。

综述了人工鱼礁用混凝土的研究与应用现状,介绍了人工鱼礁用混凝土目前所采用的主要原材料,分析了人工鱼礁用混凝土的力学性能、抗氯离子渗透性能、抗硫酸盐侵蚀性能、生物附着性能、环境安全性能、抗生物硫酸腐蚀性能和工作性及其测试方法,并对人工鱼礁用混凝土的发展方向提出了建议。