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石墨烯作为一种新型的二维碳基纳米材料，具有优异的力、电、热等性能，将其引入水泥基复合材料中，改善其水化作用和粘结效应具有显著的影响，可改善水泥基复合材料的宏观性能以促进建筑的可持续性发展。但存在分散性差等关键问题，并存在掺合型导电阈值，限制了其在水泥基材料中的应用。
3D打印技术又称增材制造工艺，是以一种数字模型文件为基础，基于精确物理物质和快速成型的工艺。通过逐层打印的方式来构造宏观物体的技术，且兼具规模化制备、形状可控、结构化可精确剪裁设计等优势，已有大量的研究者开始将其应用于石墨烯功能材料研究领域。因此，本论文基于3D打印“增材”技术构筑的三维石墨烯碳基导电相，具有丰富的孔隙结构、超高的导电率、应变可恢复(>90%)、轻质和稳定的导电网络结构，提高了水泥基材料的导电能力并使其获得自感知能力和良好的机敏性，实现了三维石墨烯导电功能相在水泥基材料中的结构、功能一体化可控构筑，为水泥基复合材料的多功能和智能化构建研究提供科学依据和技术支撑。研究的主要内容如下：
(1)采用超声辅助和添加聚羧酸类高效减水剂等方式实现对水泥净浆的流变特性调控，结合3D打印技术实现了导电功能相-三维石墨烯材料的可控构筑，采用自延流制备工艺，获得了3D打印石墨烯-水泥复合材料的可灌性流变特征参数。实验研究表明，当水灰比设定为0.45，水泥浆料在3DGA设计孔径为2~2.5mm之间有一个可灌入阈值，为3DGACC可控制备提供参数依据。
(2)利用3D打印技术优势，可以有效降低石墨烯纳米碳基材料在水泥复合材料中的掺量(0.01%~0.18wt%)，实现了3DGACC的高电导率(6.49~43.47S/m)并通过SEM和EDS表征手段观察三维石墨烯与水泥水化产物的微观形貌和内部结构中元素的分布情况。结果表明，三维石墨烯网络骨架为水泥的水化产物晶体生长提供一定的模板作用，并使其分布生长。
(3)系统的开展了3DGA掺量、水化过程、含水率、温度和应力应变对3DGACC电学性能影响的研究，实验结果表明三维石墨烯导电网络在水泥净浆中具有良好的结构稳定性和适应性，不参与水化过程，且随含水率的增大，3DGACC的电阻率增大，并对于含水率的电阻机敏性有良好的稳定性；3DGACC在0~120℃范围内表现出良好的负温阻效应，负温效应系数约为8.8%/℃；3DGACC在加载变形破坏过程中，随应变的增加，3DGACC的电阻值先减小后突然增大，在小应变范围内(0.3%～1.2%)具有很好的力-电分段触发式响应机制，应变越大，响应效果越好，加载速率不影响其压敏特性，但随着疲劳次数的增加，3DGACC的电导率会发生不可逆的微小降低。
(4)基于3DGACC良好的导电性能和稳定的导电网络结构，研究了其电热和热电效应。电热效应中，3DGACC在0～120℃范围内，具有良好的焦耳热效应和自发热抗疲劳特性。3DGACC在建筑物常温范围内，温差与产生的电动势满足线性依赖关系，塞贝克值达到19.64μV/k，具有良好的热-电机敏性和抗疲劳特性，80℃水浴和高温热还原制备过程均会降低3DGACC的塞贝克系数值，高温热还原的影响较大。
3D打印技术又称增材制造工艺，是以一种数字模型文件为基础，基于精确物理物质和快速成型的工艺。通过逐层打印的方式来构造宏观物体的技术，且兼具规模化制备、形状可控、结构化可精确剪裁设计等优势，已有大量的研究者开始将其应用于石墨烯功能材料研究领域。因此，本论文基于3D打印“增材”技术构筑的三维石墨烯碳基导电相，具有丰富的孔隙结构、超高的导电率、应变可恢复(>90%)、轻质和稳定的导电网络结构，提高了水泥基材料的导电能力并使其获得自感知能力和良好的机敏性，实现了三维石墨烯导电功能相在水泥基材料中的结构、功能一体化可控构筑，为水泥基复合材料的多功能和智能化构建研究提供科学依据和技术支撑。研究的主要内容如下：
(1)采用超声辅助和添加聚羧酸类高效减水剂等方式实现对水泥净浆的流变特性调控，结合3D打印技术实现了导电功能相-三维石墨烯材料的可控构筑，采用自延流制备工艺，获得了3D打印石墨烯-水泥复合材料的可灌性流变特征参数。实验研究表明，当水灰比设定为0.45，水泥浆料在3DGA设计孔径为2~2.5mm之间有一个可灌入阈值，为3DGACC可控制备提供参数依据。
(2)利用3D打印技术优势，可以有效降低石墨烯纳米碳基材料在水泥复合材料中的掺量(0.01%~0.18wt%)，实现了3DGACC的高电导率(6.49~43.47S/m)并通过SEM和EDS表征手段观察三维石墨烯与水泥水化产物的微观形貌和内部结构中元素的分布情况。结果表明，三维石墨烯网络骨架为水泥的水化产物晶体生长提供一定的模板作用，并使其分布生长。
(3)系统的开展了3DGA掺量、水化过程、含水率、温度和应力应变对3DGACC电学性能影响的研究，实验结果表明三维石墨烯导电网络在水泥净浆中具有良好的结构稳定性和适应性，不参与水化过程，且随含水率的增大，3DGACC的电阻率增大，并对于含水率的电阻机敏性有良好的稳定性；3DGACC在0~120℃范围内表现出良好的负温阻效应，负温效应系数约为8.8%/℃；3DGACC在加载变形破坏过程中，随应变的增加，3DGACC的电阻值先减小后突然增大，在小应变范围内(0.3%～1.2%)具有很好的力-电分段触发式响应机制，应变越大，响应效果越好，加载速率不影响其压敏特性，但随着疲劳次数的增加，3DGACC的电导率会发生不可逆的微小降低。
(4)基于3DGACC良好的导电性能和稳定的导电网络结构，研究了其电热和热电效应。电热效应中，3DGACC在0～120℃范围内，具有良好的焦耳热效应和自发热抗疲劳特性。3DGACC在建筑物常温范围内，温差与产生的电动势满足线性依赖关系，塞贝克值达到19.64μV/k，具有良好的热-电机敏性和抗疲劳特性，80℃水浴和高温热还原制备过程均会降低3DGACC的塞贝克系数值，高温热还原的影响较大。