CN110563401A - 抗串联战斗部的3d打印功能梯度混凝土材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种抗串联战斗部的3D打印功能梯度混凝土材料及其制备方法。所述混凝土材料采用相同配比的超高性能砂浆，在掺入不同纤维后通过3D打印梯度打印成型，包括钢纤维混凝土层、陶瓷球层、混杂纤维混凝土层；陶瓷球层是将陶瓷球均匀排列在两层钢纤维混凝土层间并嵌入其中，钢纤维混凝土层及混杂纤维混凝土层打印方向在相互垂直的两个方向交替打印完成，通过双喷头相互转换打印完成。本发明通过在抗侵彻抗爆炸混凝土建造中引入双喷头3D打印工艺，同时在混凝土中掺入不同纤维以及陶瓷球，实现混凝土结构功能梯度打印。本发明的混凝土材料具有良好的抗射流、抗侵彻、抗爆炸性能，并大幅提高了建造的自动化程度，提高效率并节约建造成本。

Description

抗串联战斗部的3D打印功能梯度混凝土材料及其制备方法
技术领域
本发明属于混凝土材料技术领域，涉及一种抗串联战斗部的3D打印功能梯度混凝土材料及其制备方法。
背景技术
提高混凝土材料抵抗炮航弹侵彻和爆炸破坏的防护能力，一直是军事及民防上追求的目标。近年来，炮弹类的武器发展越来越快，破坏能力也越来越强，如何有效抵抗弹丸的攻击，已经成为防护工程领域中一个重要的课题。研究弹丸对混凝土的侵彻能力以及侵彻过程中混凝土的损伤机理，对于研究防护结构和材料以及对提高建筑物的防护能力都具有重大的意义。
串联战斗部是近年来国际军工行业为提高武器的精确打击及毁伤能力而研发的一种具有高侵彻效能的武器系统。串联战斗部通常具有多级结构，能对目标进行多级毁伤打击。串联战斗部在撞击混凝土时，前级聚能装药在引信作用下起爆，药型罩在高温高压下形成聚能射流侵彻体，对混凝土进行有效侵彻，形成一定形状的侵彻孔道。随后前级子弹随进到孔道中一定深度时，在精确延时点火装置或编程引信作用下使次级装药形成第二道聚能侵彻体，沿前级侵彻孔道继续对混凝土接力侵彻。最后弹体产生爆炸，对攻击目标进行大范围毁伤。以此原理形成的多级串联战斗部对混凝土抗侵彻爆炸能力提出了更高的要求。
普通混凝土脆性大，破坏时呈爆炸状，抗侵彻抗爆炸能力较差。国内外研究表明，纤维混凝土的抗拉、抗压、抗弯、抗剪、抗裂等性能明显优于普通混凝土，特别是抗冲击强度提高了几倍、几十倍甚至更高，显示了在防护工程上良好的应用前景。目前，用于3D打印的混凝土材料均是用于商业用途，强度低，早强性较差，在强度上无法满足军事防护工程的要求。
发明内容
本发明的目的在于提供一种具有良好的抗射流、抗侵彻、抗爆炸性能的抗串联战斗部的3D打印功能梯度混凝土材料及其制备方法。本发明在抗串联战斗部功能梯度混凝土建造中引入双喷头3D打印工艺，实现混凝土结构梯度打印，相邻打印层打印方向相互垂直，使材料在二维方向上抗打击强度一致。顶层混杂纤维混凝土层增强结构韧性及抗裂性以减弱串联战斗部初级射流的冲击，中间陶瓷球层利用高硬度抵抗侵彻体的侵彻行为同时使侵彻体发生方向偏转，大大降低侵彻深度，底层钢纤维层通过高体积率钢纤维增强结构，提高结构抗爆性能，使其同时具有良好的抗射流、抗侵彻、抗爆炸性能。
实现本发明目的的技术方案如下：
抗串联战斗部的3D打印功能梯度混凝土材料，包括顶层混杂纤维混凝土层、中间层陶瓷球层和底层钢纤维混凝土层；所述的钢纤维混凝土层为掺杂钢纤维的超高性能3D打印混凝土砂浆的多层打印结构，相邻打印层打印方向相互垂直；所述的混杂纤维混凝土层为掺杂混杂纤维的超高性能3D打印混凝土砂浆的多层打印结构，相邻打印层打印方向相互垂直，所述的混杂纤维选自钢纤维、聚乙烯醇纤维、玻璃纤维、玄武岩纤维和碳纤维中的两种以上；所述的陶瓷球层由陶瓷球均匀排列在两层3D打印钢纤维混凝土层间并无孔隙嵌入其中并与钢纤维混凝土层形成交替结构；所述的超高性能3D打印混凝土砂浆按重量百分比，包括如下组分：
优选的，所述的细集料为普通黄砂，最大粒径为1.25mm，细度模数是2.26，连续级配。
优选的，所述的水泥为标号P·II52.5或以上的硅酸盐水泥。
优选的，所述的硅灰和矿渣粉为微米级圆球状颗粒，作为活性微粉掺合料，混凝土中掺加硅灰可以大幅度提高混凝土的抗压和抗折强度、抗冲击性、耐磨性等，同时具有防止泌水、离析和保水作用。硅灰的添加会发生火山灰反应并且具有物理填充作用。混凝土中添加矿渣粉可以提高混凝土强度、可以抑制混凝土碱骨料反应、可以提高混凝土抗腐蚀性能、可以提高密实性减小泌水量。
优选的，所述的高效减水剂为聚羧酸系减水剂，高效减水剂的加入可以释放水泥浆体中絮凝状结构所包裹的拌合水，起到吸附分散作用，同时高效减水剂由于电性作用会起到润滑效果，大大减少水的用量。
优选的，所述的缓凝剂为葡萄糖酸钠，含量不小于98.0％，通过其分子中的官能团与水化产生的游离Ca生成难溶性的盐，这些盐存在于矿物表面，阻止水泥的进一步水化，起到缓凝效果。
优选的，所述的纤维素醚为羟丙基甲基纤维素醚(HPMC)，粘度范围为85000-130000mPa·s。纤维素醚在混凝土浆体中主要有增稠作用，防止施工过程中砂浆及被粘结物滑移现象的出现，提高砂浆的可塑性，改善施工的作业性。
优选的，所述的淀粉醚是建筑业使用的高度改良的马铃薯淀粉醚，含水量小于6％，体积密度约为600kg/m3，B氏粘度约为250mPa·s。与纤维素衍生物结合使用能起到增稠作用，促进内部结构，具有更好的抗裂性、抗流挂性及提高和易性。羟丙基甲基纤维素醚添加的比例越高，砂浆、粘结剂、抹灰和界面剂等复合材料的粘性越大，通过添加淀粉醚可以明显减少纤维素醚的添加量。
优选的，所述的触变润滑剂是具有活性的片层状硅酸盐材料，堆积密度400-500g/L，含水量小于10％。在水性介质中，触变润滑剂在微观上形成卡屋式结构，该结构使得体系获得一屈服值，外力超过这一值体系才会流动。高剪切低粘度，低剪切高粘度，触变指数达6以上，可极佳改善体系的触变性、施工润滑性，减少砂浆泵送时的摩擦力的作用。
优选的，所述的钢纤维长度为6-20mm，直径为0.17-0.2mm，弹性模量为210GPa，抗拉强度不小于1800MPa。
优选的，所述的聚乙烯醇纤维长度为6-20mm，直径为26-40μm，抗拉强度不小于1600MPa。
优选的，所述的玻璃纤维长度为6-20mm，直径为5-13μm，抗拉强度不小于2000MPa。
优选的，所述的玄武岩纤维长度为15-20mm，直径为9-17μm，抗拉强度不小于3000MPa。
优选的，所述的碳纤维长度6-20mm，直径10-20μm，抗拉强度不小于3000MPa。
优选的，所述的陶瓷球为同种类高强陶瓷球，直径为5-7mm，莫氏硬度不小于7，可选自氧化铝陶瓷球、氧化锆陶瓷球、氮化硅陶瓷球或碳化硅陶瓷球。
本发明还提供上述抗串联战斗部3D打印功能梯度混凝土材料的制备方法，具体步骤如下：
步骤1，超高性能3D打印混凝土砂浆的制备：
首先将细集料、水泥、矿渣粉、硅灰、淀粉醚和纤维素醚按比例混合均匀，然后加入溶有高效减水剂、缓凝剂和触变润滑剂的水溶液，使干粉原料从分散状态变为粘性浆体状态，制备超高性能3D打印混凝土砂浆；
步骤2，钢纤维超高性能3D打印混凝土层的制备：
向超高性能3D打印混凝土砂浆中加入钢纤维，搅拌均匀得到掺杂钢纤维的超高性能3D打印混凝土砂浆；将制备好的钢纤维增强超高性能3D打印混凝土砂浆倒入双喷头3D打印机给料罐1，用以打印钢纤维混凝土层；每完成一层混凝土层的打印后，改变打印方向90度，继续下一层打印操作；
步骤3，陶瓷球层的制备：
完成钢纤维混凝土层打印后，通过排列机将陶瓷球均匀铺满在打印层上，然后在陶瓷球上继续下一层钢纤维混凝土层的打印，使陶瓷球层嵌入其中，重复以上操作若干次后完成陶瓷球层制备；
步骤4，混杂纤维超高纤维3D打印混凝土层的制备：
向超高性能3D打印混凝土砂浆中加入混杂纤维，搅拌均匀得到混杂纤维超高性能3D打印混凝土砂浆，将混杂纤维超高性能3D打印混凝土砂浆倒入双喷头3D打印机给料罐2，在完成陶瓷球层的制备后开始打印混杂纤维混凝土层；每完成一层混凝土层的打印后，改变打印方向90度，继续下一层打印操作直到打印完成；
步骤5，最后在顶层表面覆盖塑料膜，常温下自然养护，即得到抗串联战斗部3D打印功能梯度混凝土材料。
优选的，所述的自然养护时间不少于28天。
与现有技术相比，本发明的优点在于：
本发明采用掺杂钢纤维及混杂纤维的超高强度混凝土材料进行3D打印建造，极大的提高了材料的力学性能。在抗侵彻爆炸混凝土建造中引入双喷头3D打印工艺，大幅提高了建造的自动化程度，大大提高效率，节约建造成本。打印层方向垂直提高了材料的整体性能，集抗射流、抗侵彻、抗爆炸多种功能于一体，提高了混凝土材料的综合防护能力。
附图说明
图1为本发明采用的双喷头混凝土3D打印系统的示意图。
图2为本发明的抗串联战斗部3D打印功能梯度混凝土材料的垂直剖面结构示意图。
具体实施方式
图2为本发明的抗串联战斗部3D打印功能梯度混凝土材料的垂直剖面结构示意图。图中，抗串联战斗部3D打印功能梯度混凝土材料包括混杂纤维混凝土层、陶瓷球层、钢纤维混凝土层。所述的钢纤维混凝土层为掺杂一定量短直钢纤维的多层交叉3D打印结构，所述的混杂纤维层为同时掺杂一定量钢纤维和一种或以上其他纤维的多层交叉3D打印结构，所述的陶瓷球层为机器自动将陶瓷球层均匀排列镶嵌在混杂纤维混凝土层间。所述的钢纤维混凝土层和混杂纤维混凝土层通过双喷头3D打印装置的不同打印喷头互相转换进行打印完成，在钢纤维混凝土层打印完成及陶瓷球层排列镶嵌后替换打印材料并转换打印头，进行混杂纤维混凝土层的打印。所述的混杂纤维混凝土层以及钢纤维混凝土层，在打印完一层后改变打印方向继续打印下一层，使相邻打印层打印方向相垂直。
下面结合实施例和附图对本发明作进一步的描述。
实施例1
选取重量百分比黄砂45.0％，水泥22.5％，矿渣粉13.5％，硅灰9.0％，缓凝剂0.135％，淀粉醚0.0202％，纤维素醚0.0202％，触变润滑剂0.090％放入搅拌机中混合均匀，将0.81％高效减水剂和9.0％水的混合溶液加入搅拌机使固体原料从分散状态变为粘性浆体，得到超高性能混凝土砂浆。
往搅拌机中加入3.0％体积率钢纤维进行搅拌，将搅拌均匀的钢纤维混凝土浆体注入打印机送料罐1。
重复超高性能混凝土砂浆制备步骤，往搅拌机中加入2.5％体积率钢纤维和1％体积率玄武岩纤维的混杂纤维进行搅拌，并将搅拌均匀的混杂纤维混凝土浆体注入打印机送料罐2。
首先使用送料罐1中浆体打印钢纤维混凝土层，相邻打印层打印方向相互垂直。当钢纤维混凝土层打印完成后使用自动排列机将陶瓷球紧密铺设在钢纤维混凝土层上，之后继续下一层钢纤维混凝土打印直至陶瓷球层与钢纤维混凝土层交替组合4层。转换打印喷头，使用送料罐2中浆体进行混杂纤维混凝土打印操作，相邻打印层打印方向相互垂直，直至混杂纤维混凝土层打印完成。
最后在打印件外包裹塑料膜，常温下自然养护28天以上，得到抗串联战斗部3D打印混凝土材料。
上述组分按前述工艺制备得到的抗串联战斗部3D打印混凝土材料，测得相关力学性能为：钢纤维混凝土层正面抗压强度为116MPa，侧面抗压强度为125MPa，抗弯强度25MPa；混杂纤维混凝土层正面抗弯强度为105MPa，侧面抗压强度为108MPa，抗弯强度为21MPa；整体侵彻质量损失率0.3％，侵彻深度60mm。
实施例2
选取重量百分比黄砂47.3％，水泥21.5％，矿渣粉12.9％，硅灰8.6％，缓凝剂0.128％，淀粉醚0.0194％，纤维素醚0.0194％，触变润滑剂0.086％放入搅拌机中混合均匀，将0.77％高效减水剂和8.6％水的混合溶液加入搅拌机使固体原料从分散状态变为粘性浆体，得到超高性能混凝土砂浆。
往搅拌机中加入3.0％体积率钢纤维进行搅拌，将搅拌均匀的钢纤维混凝土浆体注入打印机送料罐1。
重复超高性能混凝土砂浆制备步骤，往搅拌机中加入2.5％体积率钢纤维和1％体积率玻璃纤维的混杂纤维进行搅拌，并将搅拌均匀的混杂纤维混凝土浆体注入打印机送料罐2。
首先使用送料罐1中浆体打印钢纤维混凝土层，相邻打印层打印方向相互垂直。当钢纤维混凝土层打印完成后使用自动排列机将陶瓷球紧密铺设在钢纤维混凝土层上，之后继续下一层钢纤维混凝土打印直至陶瓷球层与钢纤维混凝土层交替组合4层，转换打印喷头，使用送料罐2中浆体进行混杂纤维混凝土打印操作，相邻打印层打印方向相互垂直，直至混杂纤维混凝土层打印完成。
最后在打印件外包裹塑料膜，常温下自然养护28天以上，得到抗串联战斗部3D打印混凝土材料。
上述组分按前述工艺制备得到的抗串联战斗部3D打印混凝土材料，测得相关力学性能为：钢纤维混凝土层正面抗压强度为109MPa，侧面抗压强度为118MPa，抗弯强度23MPa；混杂纤维混凝土层正面抗弯强度为102MPa，侧面抗压强度为102MPa，抗弯强度为18MPa；整体侵彻质量损失率0.4％，侵彻深度78mm。
实施例3
选取重量百分比黄砂43.0％，水泥21.5％，矿渣粉17.2％，硅灰8.6％，缓凝剂0.128％，淀粉醚0.0194％，纤维素醚0.0194％，触变润滑剂0.086％放入搅拌机中混合均匀，将0.77％高效减水剂和8.6％水的混合溶液加入搅拌机使固体原料从分散状态变为粘性浆体，得到超高性能混凝土砂浆。
往搅拌机中加入3.0％体积率钢纤维进行搅拌，将搅拌均匀的钢纤维混凝土浆体注入打印机送料罐1。
重复超高性能混凝土砂浆制备步骤，往搅拌机中加入2.5％体积率钢纤维和1％体积率聚乙烯醇纤维的混杂纤维进行搅拌，并将搅拌均匀的混杂纤维混凝土浆体注入打印机送料罐2。
首先使用送料罐1中浆体打印钢纤维混凝土层，相邻打印层打印方向相互垂直。当钢纤维混凝土层打印完成后使用自动排列机将陶瓷球紧密铺设在钢纤维混凝土层上，之后继续下一层钢纤维混凝土打印直至陶瓷球层与钢纤维混凝土层交替组合4层，转换打印喷头，使用送料罐2中浆体进行混杂纤维混凝土层打印操作，相邻打印层打印方向相互垂直，直至混杂纤维混凝土层打印完成。
最后在打印件外包裹塑料膜，常温下自然养护28天以上，得到抗串联战斗部3D打印混凝土材料。
上述组分按前述工艺制备得到的抗串联战斗部3D打印混凝土材料，测得相关力学性能为：钢纤维混凝土层正面抗压强度为108MPa，侧面抗压强度为122MPa，抗弯强度18MPa；混杂纤维混凝土层正面抗弯强度为111MPa，侧面抗压强度为105MPa，抗弯强度为20MPa；整体侵彻质量损失率0.6％，侵彻深度86mm。
实施例4
选取重量百分比黄砂47.1％，水泥18.8％，矿渣粉14.1％，硅灰9.4％，缓凝剂0.142％，淀粉醚0.0212％，纤维素醚0.0212％，触变润滑剂0.094％放入搅拌机中混合均匀，将0.85％高效减水剂和9.4％水的混合溶液加入搅拌机使固体原料从分散状态变为粘性浆体，得到超高性能混凝土砂浆。
往搅拌机中加入3.0％体积率钢纤维进行搅拌，将搅拌均匀的钢纤维混凝土浆体注入打印机送料罐1。
重复超高性能混凝土砂浆制备步骤，往搅拌机中加入2.5％体积率钢纤维和1％体积率玄武岩纤维及0.5％体积率碳纤维的混杂纤维进行搅拌，并将搅拌均匀的混杂纤维混凝土浆体注入打印机送料罐2。
首先使用送料罐1中浆体打印钢纤维混凝土层，相邻打印层打印方向相互垂直。当钢纤维混凝土层打印完成后使用自动排列机将陶瓷球紧密铺设在钢纤维混凝土层上，之后继续下一层钢纤维混凝土打印直至陶瓷球层与钢纤维混凝土层交替组合4层，转换打印喷头，使用送料罐2中浆体进行混杂纤维混凝土层打印操作，相邻打印层打印方向相互垂直，直至混杂纤维混凝土层打印完成。
最后在打印件外包裹塑料膜，常温下自然养护28天以上，得到抗串联战斗部3D打印混凝土材料。
上述组分按前述工艺制备得到的抗串联战斗部3D打印混凝土材料，测得相关力学性能为：钢纤维混凝土层正面抗压强度为111MPa，侧面抗压强度为117MPa，抗弯强度25MPa；混杂纤维混凝土层正面抗弯强度为104MPa，侧面抗压强度为109MPa，抗弯强度为18MPa；整体侵彻质量损失率0.3％，侵彻深度55mm。
对比例1
选取重量百分比黄砂48.4％，水泥17.8％，矿渣粉14.1％，硅灰9.0％，缓凝剂0.142％，淀粉醚0.0212％，纤维素醚0.0212％，触变润滑剂0.094％放入搅拌机中混合均匀，将0.85％高效减水剂和9.4％水的混合溶液加入搅拌机使固体原料从分散状态变为粘性浆体，得到超高性能混凝土砂浆。
往搅拌机中加入1.0％体积率钢纤维进行搅拌，将搅拌均匀的钢纤维混凝土浆体注入打印机送料罐1。
重复超高性能混凝土砂浆制备步骤，往搅拌机中加入1.5％体积率钢纤维和1％体积率玄武岩纤维及0.5％体积率碳纤维的混杂纤维进行搅拌，并将搅拌均匀的混杂纤维混凝土浆体注入打印机送料罐2。
首先使用送料罐1中浆体打印钢纤维混凝土层，相邻打印层打印方向相互垂直。当钢纤维混凝土层打印完成后使用自动排列机将陶瓷球紧密铺设在钢纤维混凝土层上，之后继续下一层钢纤维混凝土打印直至陶瓷球层与钢纤维混凝土层交替组合4层，转换打印喷头。使用送料罐2中浆体进行混杂纤维混凝土层打印操作，相邻打印层打印方向相互垂直，直至混杂纤维混凝土层打印完成。
最后在打印件外包裹塑料膜，常温下自然养护28天以上，得到抗串联战斗部3D打印混凝土材料。
上述组分按前述工艺制备得到的抗串联战斗部3D打印混凝土材料，测得相关力学性能为：钢纤维混凝土层正面抗压强度为86MPa，侧面抗压强度为92MPa，抗弯强度14MPa；混杂纤维混凝土层正面抗弯强度为78MPa，侧面抗压强度为89MPa，抗弯强度为16MPa；整体侵彻质量损失率1.2％，侵彻深度103mm。
对比例2
选取重量百分比黄砂46.6％，水泥19.2％，矿渣粉14.4％，硅灰8.4％，缓凝剂0.142％，淀粉醚0.0212％，纤维素醚0.0212％，触变润滑剂0.094％放入搅拌机中混合均匀，将0.85％高效减水剂和10.4％水的混合溶液加入搅拌机使固体原料从分散状态变为粘性浆体，得到超高性能混凝土砂浆。
往搅拌机中加入2.0％体积率钢纤维进行搅拌，将搅拌均匀的钢纤维混凝土浆体注入打印机送料罐1。
重复超高性能混凝土砂浆制备步骤，往搅拌机中加入1.5％体积率钢纤维和1％体积率玻璃纤维的混杂纤维进行搅拌，并将搅拌均匀的混杂纤维混凝土浆体注入打印机送料罐2。
首先使用送料罐1中浆体打印钢纤维混凝土层，相邻打印层打印方向相互垂直。当钢纤维混凝土层打印完成后使用自动排列机将陶瓷球紧密铺设在钢纤维混凝土层上，之后继续下一层钢纤维混凝土打印直至陶瓷球层与钢纤维混凝土层交替组合4层，转换打印喷头，使用送料罐2中浆体进行混杂纤维混凝土层打印操作，相邻打印层打印方向相互垂直，直至混杂纤维混凝土层打印完成。
最后在打印件外包裹塑料膜，常温下自然养护28天以上，得到抗串联战斗部3D打印混凝土材料。
上述组分按前述工艺制备得到的抗串联战斗部3D打印混凝土材料，测得相关力学性能为：钢纤维混凝土层正面抗压强度为97MPa，侧面抗压强度为99MPa，抗弯强度17MPa；混杂纤维混凝土层正面抗弯强度为73MPa，侧面抗压强度为83MPa，抗弯强度为17MPa；整体侵彻质量损失率0.7％，侵彻深度89mm。
对比例3
选取重量百分比黄砂52.5％，水泥15.1％，矿渣粉13.1％，硅灰8.6％，缓凝剂0.142％，淀粉醚0.0212％，纤维素醚0.0212％，触变润滑剂0.094％放入搅拌机中混合均匀，将0.85％高效减水剂和9.5％水的混合溶液加入搅拌机使固体原料从分散状态变为粘性浆体，得到超高性能混凝土砂浆。
往搅拌机中加入2.0％体积率钢纤维进行搅拌，将搅拌均匀的钢纤维混凝土浆体注入打印机送料罐1。
重复超高性能混凝土砂浆制备步骤，往搅拌机中加入1.5％体积率钢纤维和1％体积率玄武岩纤维的混杂纤维进行搅拌，并将搅拌均匀的混杂纤维混凝土浆体注入打印机送料罐2。
首先使用送料罐1中浆体打印钢纤维混凝土层，相邻打印层打印方向相互垂直。当钢纤维混凝土层打印完成后使用自动排列机将陶瓷球紧密铺设在钢纤维混凝土层上，之后继续下一层钢纤维混凝土打印直至陶瓷球层与钢纤维混凝土层交替组合4层，转换打印喷头，使用送料罐2中浆体进行混杂纤维混凝土层打印操作，相邻打印层打印方向相互垂直，直至混杂纤维混凝土层打印完成。
最后在打印件外包裹塑料膜，常温下自然养护28天以上，得到抗串联战斗部3D打印混凝土材料。
上述组分按前述工艺制备得到的抗串联战斗部3D打印混凝土材料，测得相关力学性能为：钢纤维混凝土层正面抗压强度为76MPa，侧面抗压强度为72MPa，抗弯强度13MPa；混杂纤维混凝土层正面抗弯强度为69MPa，侧面抗压强度为82MPa，抗弯强度为15MPa；整体侵彻质量损失率2.3％，侵彻深度120mm。

Claims (10)

1.抗串联战斗部的3D打印功能梯度混凝土材料，其特征在于，包括顶层混杂纤维混凝土层、中间层陶瓷球层和底层钢纤维混凝土层；所述的钢纤维混凝土层为掺杂钢纤维的超高性能3D打印混凝土砂浆的多层打印结构，相邻打印层打印方向相互垂直；所述的混杂纤维混凝土层为掺杂混杂纤维的超高性能3D打印混凝土砂浆的多层打印结构，相邻打印层打印方向相互垂直，所述的混杂纤维选自钢纤维、聚乙烯醇纤维、玻璃纤维、玄武岩纤维和碳纤维中的两种以上；所述的陶瓷球层由陶瓷球均匀排列在两层3D打印钢纤维混凝土层间并无孔隙嵌入其中并与钢纤维混凝土层形成交替结构；所述的超高性能3D打印混凝土砂浆按重量百分比，包括如下组分：
2.根据权利要求1所述的3D打印功能梯度混凝土材料，其特征在于，所述的细集料为黄砂，最大粒径为1.25mm，细度模数是2.26，连续级配；所述的水泥为标号P·II52.5或以上的硅酸盐水泥；所述的硅灰和矿渣粉为微米级圆球状颗粒。
3.根据权利要求1所述的3D打印功能梯度混凝土材料，其特征在于，所述的高效减水剂为聚羧酸系减水剂；所述的缓凝剂为葡萄糖酸钠，含量不小于98.0％。
4.根据权利要求1所述的3D打印功能梯度混凝土材料，其特征在于，所述的纤维素醚为羟丙基甲基纤维素醚，粘度范围为85000-130000mPa·s；所述的淀粉醚是建筑业使用的高度改良的马铃薯淀粉醚，含水量小于6％，体积密度约为600kg/m3，B氏粘度约为250mPa·s。
5.根据权利要求1所述的3D打印功能梯度混凝土材料，其特征在于，所述的触变润滑剂是具有活性的片层状硅酸盐材料，堆积密度400-500g/L，含水量小于10％。
6.根据权利要求1所述的3D打印功能梯度混凝土材料，其特征在于，所述的钢纤维长度为6-20mm，直径为0.17-0.2mm，弹性模量为210GPa，抗拉强度不小于1800MPa。
7.根据权利要求1所述的3D打印功能梯度混凝土材料，其特征在于，所述的聚乙烯醇纤维长度为6-20mm，直径为26-40μm，抗拉强度不小于1600MPa；所述的玻璃纤维长度为6-20mm，直径为5-13μm，抗拉强度不小于2000MPa；所述的玄武岩纤维长度为15-20mm，直径为9-17μm，抗拉强度不小于3000MPa；所述的碳纤维长度6-20mm，直径10-20μm，抗拉强度不小于3000MPa。
8.根据权利要求1所述的3D打印功能梯度混凝土材料，其特征在于，所述的陶瓷球为同种类高强陶瓷球，直径为5-7mm，莫氏硬度不小于7，选自氧化铝陶瓷球、氧化锆陶瓷球、氮化硅陶瓷球或碳化硅陶瓷球。
9.根据权利要求1～8任一所述的抗串联战斗部3D打印功能梯度混凝土材料的制备方法，其特征在于，具体步骤如下：
步骤1，超高性能3D打印混凝土砂浆的制备：
首先将细集料、水泥、矿渣粉、硅灰、淀粉醚和纤维素醚按比例混合均匀，然后加入溶有高效减水剂、缓凝剂和触变润滑剂的水溶液，使干粉原料从分散状态变为粘性浆体状态，制备超高性能3D打印混凝土砂浆；
步骤2，钢纤维超高性能3D打印混凝土层的制备：
向超高性能3D打印混凝土砂浆中加入钢纤维，搅拌均匀得到掺杂钢纤维的超高性能3D打印混凝土砂浆；将制备好的钢纤维增强超高性能3D打印混凝土砂浆倒入双喷头3D打印机给料罐1，用以打印钢纤维混凝土层；每完成一层混凝土层的打印后，改变打印方向90度，继续下一层打印操作；
步骤3，陶瓷球层的制备：
完成钢纤维混凝土层打印后，通过排列机将陶瓷球均匀铺满在打印层上，然后在陶瓷球上继续下一层钢纤维混凝土层的打印，使陶瓷球层嵌入其中，重复以上操作若干次后完成陶瓷球层制备；
步骤4，混杂纤维超高纤维3D打印混凝土层的制备：
向超高性能3D打印混凝土砂浆中加入混杂纤维，搅拌均匀得到混杂纤维超高性能3D打印混凝土砂浆，将混杂纤维超高性能3D打印混凝土砂浆倒入双喷头3D打印机给料罐2，在完成陶瓷球层的制备后开始打印混杂纤维混凝土层；每完成一层混凝土层的打印后，改变打印方向90度，继续下一层打印操作直到打印完成；
步骤5，最后在顶层表面覆盖塑料膜，常温下自然养护，即得到抗串联战斗部3D打印功能梯度混凝土材料。
10.根据权利要求9所述的制备方法，其特征在于，所述的自然养护时间不少于28天。
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