本发明涉及建筑材料，特别是涉及高储水和高强度的3d打印复合混凝土吸水垫层及制备方法。
背景技术：
1、近年来，随着城市化进程的加速，城市热岛效应问题愈发明显。同时，由于气候变化的影响，中国近98%的主要城市在雨季都遭受了不同程度的洪水灾害，这对社会的可持续发展和生态系统的稳定构成了严重威胁。为了有效应对这些挑战，人们开始尝试最大限度地吸收、储存和利用城市中的雨水资源，从而提出了建设海绵城市的创新概念。
2、在海绵城市的建设中，水泥基材料扮演了至关重要的角色，尤其是透水混凝土。这种材料不仅可以有效地吸收和渗透地面水，减少雨水径流，从而缓解城市内涝问题，还可以广泛应用于道路、广场、公园、人行道和停车场等多种公共空间。通过这样的措施，海绵城市模拟自然环境的水循环过程，极大地增强了城市的绿色基础设施。然而，尽管透水混凝土在吸收和渗透地面水方面表现出色，其雨水储存能力却相对有限，这限制了其在雨水资源管理方面的应用。
3、为解决这一问题，人们迫切的需要一种具备吸水和储水功效的新型混凝土材料，以满足海绵城市的全面需求。
技术实现思路
1、本发明的目的是提供高储水和高强度的3d打印复合混凝土吸水垫层及制备方法，以解决上述透水混凝土吸水和储水功效不足的问题。
2、为实现上述目的，本发明第一方面提供了高储水和高强度的3d打印复合混凝土吸水垫层，3d打印复合混凝土吸水垫层包括两层透水层和设置于两层透水层之间的储水层；
3、透水层由透水混凝土经模具固化成型，储水层由多孔道混凝土经3d打印成型；
4、透水混凝土，按照质量份数计，包括：
5、水泥 40-50份
6、石子 220-275份
7、细砂 60-89份
8、粉煤灰 10-15份
9、硅灰 10-15份
10、纤维 1-2份
11、减水剂 0.1-0.5份
12、改性剂 0.01-0.1份
13、疏水剂 0.2-0.5 份
14、水 30-40份；
15、多孔道混凝土，按照质量份数计，包括：
16、水泥 40-50份
17、粉煤灰 10-15份
18、硅灰 10-15份
19、吸水树脂 1-2份
20、减水剂 0.1-0.5份
21、水 25-35份。
22、优选的，水泥为强度等级为42.5的普通硅酸盐水泥；石子为玄武岩，粒径为2.5-5mm；煤灰为f级低钙粉煤灰；硅灰的sio2含量大于等于90%，比表面积大于等于15m2/g；减水剂为聚羧酸减水剂，减水率大于等于30%；细砂采用石英砂或河砂，细度模数是2.8。
23、优选的，纤维为镀铜短切钢纤维，长径比为60-70，长度为10-15mm。
24、优选的，改性剂由聚乙烯-乙烯乙酸酯和丙烯酸乳液制备而成，ph为5.02，饱和点掺量为1.0%。
25、改性剂制备时，将预先称量好的40-60份聚乙烯-乙烯乙酸酯倒入去离子水中，在50-70℃的温度范围内搅拌加热使其完全溶解，再加入预先称量好的30-50份丙烯酸乳液，继续搅拌使两者充分混合均匀，通过滴加适量的氢氧化钠溶液或盐酸溶液，调节混合物的ph值至5.02，使用时，将改性剂按1.0%的饱和点掺量添加到混凝土配料中。
26、优选的，疏水剂为由正硅酸乙酯作为反应前驱体，聚二甲基硅氧烷作为低表面能物质和粘结剂，无水乙醇和水为反应溶剂制备而成的。
27、疏水剂制备时，首先加入无水乙醇和水搅拌均匀作为反应溶剂，无水乙醇和水的体积比为60:40，在搅拌状态下，缓慢加入正硅酸乙酯到混合溶剂中，使其水解生成硅醇，完全水解后加入聚二甲基硅氧烷，正硅酸乙酯和聚二甲基硅氧烷的摩尔比为1：（0.3~0.5），继续搅拌，使聚二甲基硅氧烷均匀地分散在溶液中，并与硅醇发生进一步的缩合反应，形成具有疏水性的硅氧烷网络结构，最后通过滤纸去除不溶物和杂，使用时将疏水剂按所需比例添加到混凝土配料中。
28、优选的，吸水树脂为非离子型吸水树脂，粒径为59μm-75μm。
29、本发明第二方面提供了高储水和高强度的3d打印复合混凝土吸水垫层的制备方法，包括以下步骤：
30、（1）透水层的制备
31、将石子、细砂清洗并干燥，将减水剂、改性剂在50-60℃的部分水中搅拌放置0.5~2h，得到第一混合液；
32、预湿混凝土搅拌机，并将疏水剂、水泥、石子、细砂、粉煤灰、硅灰和纤维放入搅拌机中混合，搅拌60~120s，得到第一混合料；
33、将第一混合料搅拌均匀后，加入第一混合液和剩下的水，搅拌60~180s，得到透水混凝土浆料；
34、将所述透水混凝土浆料装入模具中，固化得到透水层；
35、（2）储水层的制备
36、将减水剂和吸水树脂在50-60℃的部分水中搅拌放置0.5~2h，得到第二混合液；
37、将水泥、粉煤灰、硅灰放入搅拌机中混合，搅拌60~120s，得到第二混合料；
38、将第二混合料搅拌均匀后，加入第二混合液和剩余的水，搅拌得到多孔道混凝土浆料；
39、将多孔道混凝土浆料置于3d打印机的给料罐中，并将固化完成的一层透水层放置于打印路线下方，调整高度，打印储水层，打印完成后，待储水层初凝后放置另一层透水层；
40、（3）待储水层完全凝固，得到3d打印复合混凝土吸水垫层。
41、优选的，储水层的多孔道结构根据建立的模型进行打印，建立的模型根据需要的吸水率调整多孔道结构的孔隙数量和大小。
42、用cad软件创建三维模型建模使，设计孔道的几何形状和分布，并通过拓扑优化和有限元分析优化设计，确保力学性能和功能性。在3d打印技术应用阶段，精确校准打印机，选择合适的喷嘴。通过层层打印和环境控制，确保每层混凝土的均匀沉积和快速初步硬化，最终经过固化养护和表面处理，确保结构的质量和耐久性。
43、优选的，储水层采用0.2mm的3d打印喷头进行打印。
44、优选的，储水层中的孔道直径为0.5~2mm。更优选的，储水层中的孔道直径为1mm。
45、优选的，多孔道混凝土，具有200mm-400mm的流动度，以满足3d打印混凝土的流动性能要求。
46、优选的，多孔道混凝土，具有20min-80min的凝结时间，以满足3d打印混凝土的凝结速率要求。
47、因此，本发明采用上述结构的高储水和高强度的3d打印复合混凝土吸水垫层及制备方法，具有以下有益效果：
48、（1）本发明利用了3d打印混凝土分层打印的特性，划分为承受压力荷载的透水层和吸水并储存运输水分的储水层，充分发挥了各层材料的特性，兼顾了吸水性能和受力性能，降低了材料的损耗。
49、（2）本发明针对周围湿度具有主动调节功效，当外界湿度较低时，储水层蒸发并释放部分水分，通过上层透水层将水分重新传输至外部，优化城市地表水的循环和利用，当外界湿度较高时，储水层将多余水分通过下部透水层传输到土壤渗透至地下水，促进地下水补给，维持生态平衡。
50、（3）本发明可以根据实际条件，调节模型中的孔隙数量和大小，进而控制吸水垫层的储水率。
51、（4）本发明提供的原料配合比中采用了粉煤灰、硅灰等绿色材料，满足强度的同时降低了成本，并且具有保护环境、降低二氧化碳排放的绿色功效。
52、（5）本发明提供的多孔道混凝土吸水垫层，制备简单，操作简捷，可以直接应用于海绵城市的建设中，具有实际工程应用的意义。
53、下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
1.高储水和高强度的3d打印复合混凝土吸水垫层，其特征在于：3d打印复合混凝土吸水垫层包括两层透水层和设置于两层透水层之间的储水层；
2.根据权利要求1所述的高储水和高强度的3d打印复合混凝土吸水垫层，其特征在于：水泥为强度等级为42.5的普通硅酸盐水泥；石子为玄武岩，粒径为2.5-5mm；煤灰为f级低钙粉煤灰；硅灰的sio2含量大于等于90%，比表面积大于等于15m2/g；减水剂为聚羧酸减水剂，减水率大于等于30%；细砂采用石英砂或河砂，细度模数是2.8。
3.根据权利要求1所述的高储水和高强度的3d打印复合混凝土吸水垫层，其特征在于：纤维为镀铜短切钢纤维，长径比为60-70，长度为10-15mm。
4.根据权利要求1所述的高储水和高强度的3d打印复合混凝土吸水垫层，其特征在于：改性剂由聚乙烯-乙烯乙酸酷和丙烯酸乳液制备而成，ph为5.02，饱和点掺量为1.0%。
5.根据权利要求1所述的高储水和高强度的3d打印复合混凝土吸水垫层，其特征在于：疏水剂为由正硅酸乙酯作为反应前驱体，聚二甲基硅氧烷作为低表面能物质和粘结剂，无水乙醇和水为反应溶剂制备而成的。
6.根据权利要求1所述的高储水和高强度的3d打印复合混凝土吸水垫层，其特征在于：吸水树脂为非离子型吸水树脂，粒径为59μm-75μm。
7.根据权利要求1-6任一项所述的高储水和高强度的3d打印复合混凝土吸水垫层的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
8.根据权利要求7所述的高储水和高强度的3d打印复合混凝土吸水垫层的制备方法，其特征在于：储水层的多孔道结构根据建立的模型进行打印，建立的模型根据需要的吸水率调整多孔道结构的孔隙数量和大小。
9.根据权利要求7所述的高储水和高强度的3d打印复合混凝土吸水垫层的制备方法，其特征在于：储水层采用0.2mm的3d打印喷头进行打印。
10.根据权利要求8所述的高储水和高强度的3d打印复合混凝土吸水垫层的制备方法，其特征在于：储水层中的孔道直径为0.5~2mm。
