3D打印UHPC增强混凝土复合结构抗爆性能研究

Chemical and gas explosions will cause serious damage to the reinforced concrete structure, resulting in heavy economic loss and social impact. Traditional steel reinforced concrete concept is broken through in this project, and a novel blast-resistant UHPC reinforced concrete structure is proposed and prepared via concrete 3D printing processing instead of the traditional steel reinforced concrete. The problems such as the disharmony between the deformation of the steel and the concrete, the easy cracking, and the poor blast-resistant ability of traditional reinforced concrete structure are avoided. UHPC used for 3D printing is developed. A non-model, fast construction and low cost UHPC reinforced concrete composite structure is prepared through concrete 3D printing. Then, the coordinated deformation analysis theory of UHPC reinforced concrete composite structures is established. 3D printing path is designed according to the load condition, and the mechanical properties of composite structure are optimized. The blast tests of UHPC reinforced concrete composite structure are carried out by means of optical measurement mechanics and other intelligent testing methods. Meanwhile, failure characteristics and blast-resistant mechanism are investigated, thus to provide theoretical basis for the blast resistance design of 3D printed UHPC reinforced concrete composite structure.

化学、燃气爆炸等会造成钢筋混凝土结构严重破坏，产生重大经济损失和社会影响。本项目突破传统的钢筋增强混凝土理念，采用混凝土3D打印技术，制备无筋混凝土复合结构，提出超高性能混凝土（UHPC）增强混凝土新型抗爆结构形式，避免了传统钢筋混凝土结构钢筋与混凝土变形不协调、易崩裂和抗爆能力较差等问题。研发适用于3D打印的UHPC材料；优化UHPC增强混凝土复合结构形式，借助混凝土3D打印，实现UHPC增强混凝土复合结构的无模快速建造及低成本化，建立UHPC增强混凝土复合结构协调变形分析理论；根据荷载工况合理设计UHPC增强混凝土复合结构3D打印路径，优化复合结构力学性能；进行3D打印UHPC增强混凝土复合结构爆炸试验，借助光测力学等智能测试手段研究其在爆炸荷载作用下的破坏特征和抗爆机理，为3D打印UHPC增强混凝土复合结构抗爆设计提供理论基础。

化学、燃气爆炸等会造成钢筋混凝土结构严重破坏，产生重大经济损失和社会影响。本项目突破传统的钢筋增强混凝土理念，提出适用于3D打印混凝土的UHPC增强混凝土复合结构（CRC）框架体系，以及用于实现CRC的设计建造一体化的理论和方法，有效解决了建筑3D打印结构承载力低和3D打印结构设计及路径优化设计复杂，推进建筑3D打印面相结构工程应用等关键科学问题。CRC新型抗爆结构形式避免了传统钢筋混凝土结构中的钢筋与混凝土变形不协调、易崩裂和抗爆能力较差等问题。通过研究，主要得出以下研究结论：. （1）提出应用化学促凝和物理絮凝协调控制流体改性方法制备可3D打印UHPC材料，建议以流动度控制的3D打印UHPC材料最佳的可打印参数范围为180-200mm，制备的材料抗压强度为129.6MPa。. （2）提出3D打印UHPC增强混凝土复合结构（CRC）框架体系，并研发出同步增强CRC（I-CRC）、复合增强CRC（C-CRC）和叠合增强CRC（L-CRC）三种CRC增强增韧方法，以钢筋混凝土为对照，试验论证了CRC方法在推进建筑3D打印技术面向结构工程应用的可行性。. （3）提出以路径优化、结构拓扑优化为基础的建筑3D打印结构设计建造一体化理论与方法，为建筑3D打印结构化工程应用提供设计及理论指导。. （4）阐明3D打印UHPC增强混凝土复合板结构在爆荷载作用下的抗爆机理，为CRC结构抗爆设计提供理论基础。