第一作者簡介：董恩來，東南大學 材料學院23級博士生

研 究 方 向：3D打印超高性能混凝土

論 文 doi:

https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2025.139983

研究背景

3D打印混凝土（3DPC)作為一種新興的建筑結構智能建造技術，它有望有效解決建筑業中的勞動力短缺、勞動強度大、智能化水平低、施工效率低等一系列問題，展現出巨大的應用潛力和價值。盡管3DPC具備上述優勢，但目前面臨的最大挑戰之一仍是配筋問題，特別是豎向配筋的設計與實現。超高性能混凝土（UHPC）以其卓越的強度、韌性和耐久性而聞名，UHPC與3D打印的結合有望有效解決傳統3D打印混凝土結構在抗彎強度和抗剪強度方面的不足，減少結構設計厚度、重量以及鋼筋用量。

研究亮點

1. 基于纖維定向設計原理，開發了一種性能優異的3D打印UHPC，并將其應用到防火抗爆的充電站。

2. 通過有限元模擬與“原位逐級荷載”實驗，驗證了3D打印UHPC應用于大尺寸無筋結構的可行性。

3. 對比分析了3D打印UHPC結構與3D打印鋼筋混凝土結構，為3D打印UHPC應用提供參考。

主要研究內容

1.理論支撐

通過調控流變參數、打印工藝參數、鋼纖維參數，UHPC中鋼纖維取向優化，提高了鋼纖維的利用效率，沿打印方向的力學性能顯著提升。

1 3D打印UHPC中纖維定向排列原理

2.工廠打印與結構承載力評估

優化后的UHPC配合比可實現連續打印，單個打印結構的高度為2.38米，底板長度為2.8米，寬度為1米，整個打印過程為201min。采用有限元仿真軟件和“原位逐級荷載”，驗證了所設計的3DP-UHPC構件能夠承受中國標準GB 50009-2012規定的極端天氣條件下的荷載。即使上部結構在4kN /m2的荷載下，其撓度也僅為懸臂長度的1/250。

2 有限元模擬仿真與承載力測試

3.3DP-UHPC結構與3D打印鋼筋混凝土結構對比分析

通過將3D打印UHPC單個構件與3D打印鋼筋混凝土單個構件相比，使用3DP-UHPC，減輕了結構的重量，加快了施工速度，并增強了環境友好性。具體來說，它實現了重量減少約40%，截面積減少83%，人工減少50%，施工時間縮短90%，同時固體廢棄物消耗量增加了七倍。

3 3DP-UHPC結構與3D打印鋼筋混凝土結構對比分析

總結

基于纖維定向調控技術的3DP-UHPC具有優異的力學性能，設計的無筋3DP-UHPC構件能夠承受極端氣候條件下的荷載，不僅減輕了重量、縮短了施工時間，還提高了環保性，為3D打印混凝土中減少配筋提供了思路。

4 實際安裝使用效果圖

來源：東南大學-張亞梅團隊

編輯：陳麗媛

審核：徐潔

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