一种可泵送3D打印混凝土及其制备方法
文献发布时间：2023-06-19 18:37:28
技术领域
本发明涉及化工建筑材料技术领域，特别涉及一种可泵送3D打印混凝土及其制备方法。
背景技术
3D打印混凝土是一种将建筑材料应用在增材制造技术上的技术。为了实现混凝土的逐层打印，拌合物需要拥有包括刚度、黏度、连续性在内的良好可塑性。
一般的3D打印混凝土拥有工作时间短、泵管压力大、难以修补表观的性质，难以泵送、线条难以修补。
一般3D打印混凝土会具有以下特征：(1)较普通混凝土拌合物更干燥的表面；(2)较快的凝结时间；(3)更加黏稠。基于这几方面的材料设计思路一定程度上解决了3D打印混凝土在堆叠时下层被压扁的情况。
利用传统的配合比调整解决工作时间短的问题时，会出现凝结时间跟不上打印时间，下层打印完尚未凝固就要打印上层，无法支撑的问题；
利用传统的配合比调整解决泵管压力大的问题时，材料流动度会存在提升，经振动后打印线条会扩散，失去外观及功能上的精确度，同时也无法支撑上层。
利用传统的配合比调整解决线条修补问题时，需要在成型的构件表面通过刷水并手工修补，但加水行为本身会影响构件的强度以及表面色差。
现有的3D打印混凝土无法同时达到成型与泵管泵送效果的问题以及外观修补能力差的问题，是本技术领域人员难以解决的。
发明内容
为解决上述背景技术中提到的问题，本发明提供一种可泵送3D打印混凝土，按照重量份计算，包括：水泥90-120份；硫铝酸盐水泥5-10份；硅灰5-10份；复合细骨料130-150份；减水剂5-8份；胶粉2-6份；纤维素醚1-3份；纤维2-6份；
其中，所述复合细骨料为通过35-55目筛网，细度模数为1.2-1.6的过筛砂和35-55目的珍珠岩颗粒或粉末，按堆积密度换算以体积计以3.5:-4.5:1的比例混合而成。
在上述技术方案的基础上，进一步的，所述水泥为复合硅酸盐水泥P.C32.5、P.C42.5、普通硅酸盐水泥P.O32.5、P.O42.5、硅酸盐水泥P.II42.5、P.II52.5中的一种或多种。
在上述技术方案的基础上，进一步的，硅灰为半加密硅灰或未加密硅灰中的一种，活性指数≥105％。
在上述技术方案的基础上，进一步的，减水剂为包含聚羧酸减水剂、萘系减水剂在内的高效或高性能减水剂，要求减水率≥15％。
在上述技术方案的基础上，进一步的，纤维为聚丙烯纤维、玄武岩纤维、玻璃纤维、木质纤维中的一种或多种，纤维长度≥5mm。
在上述技术方案的基础上，进一步的，所述过筛砂为目数不低于40目的石英砂。
在上述技术方案的基础上，进一步的，所述胶粉为可再分散性乳胶粉、塑化树脂粘合胶粉、醋酸乙烯酯胶粉中的一种。
在上述技术方案的基础上，进一步的，所述硫铝酸盐水泥占胶凝材料的重量比少于10％；
所述胶凝材料为水泥、硫铝酸盐水泥、硅灰的总和。
本发明还提供一种如上任意所述的可泵送3D打印混凝土的制备方法，其特征在于，包括以下制备步骤：
按照原料的比例，将将水泥、硫铝酸盐水泥、硅灰、复合细骨料、胶粉、纤维素醚、纤维混合，得到混合物A，然后将混合物A置于搅拌机内搅拌均匀；
将水、聚羧酸减水剂混合并搅拌均匀、得到混合物B；
将混合物B加入混合物A中搅拌均匀，得到所述可泵送3D打印混凝土。
本发明提供的可泵送3D打印混凝土具有以下技术效果：
本发明借助掺入特定的复合细骨料，搭配特殊设计的配合比使用，呢个够降低3D打印混凝土的容重，使打印的下层线条承受的压力变小，不容易被压扁；降低3D打印混凝土的流动性，材料使用时不再需要压低用水量，导致材料稠度变大，从而得到能通过泵管的拌合物；由于从原材料上降低了流动性，配比中能加入更多的水使材料变软、降低速凝组分让材料能接受后期修补的时间更长。
本发明的其它特征和有益效果将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他有益效果可通过在说明书、权利要求书中所特别指出的结构来实现和获得。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例；下面所描述的本发明不同实施方式中所设计的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合；基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
在本发明的描述中，需要说明的是，本发明所使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)具有与本发明所属领域的普通技术人员通常所理解的含义相同的含义，不能理解为对本发明的限制；应进一步理解，本发明所使用的术语应被理解为具有与这些术语在本说明书的上下文和相关领域中的含义一致的含义，并且不应以理想化或过于正式的意义来理解，除本发明中明确如此定义之外。
本发明提供如下3D打印混凝土的实施例和对比例：
实施例1
原料：
水泥100kg，硫铝酸盐水泥10kg，硅灰8kg，复合细骨料130kg，水60kg，聚羧酸减水剂7kg，胶粉4kg，纤维素醚2kg，纤维2kg。
所述水泥为早强普通硅酸盐水泥P.O.42.5R。
所述硅灰为半加密硅灰。
所述聚羧酸减水剂减水率为25％。
所述纤维为聚丙烯纤维、纤维长度为15mm。
所述胶粉具体为：可再分散性乳胶粉。
所述复合细骨料为将过筛砂(通过40目筛网，细度模数为1.2-1.6)、珍珠岩(50目颗粒或粉末)按堆积密度换算以体积计以4:1的比例混合而成。
所述可泵送3D打印混凝土的制备方法为：
(1)按照配比，将水泥、硫铝酸盐水泥、硅灰、复合细骨料、胶粉、纤维素醚、纤维混合，得到混合物A，然后将混合物A置于搅拌机内搅拌均匀；
(2)将水、减水剂混合并搅拌均匀、得到混合物B；
(3)将混合物B加入混合物A中搅拌均匀，得到所述可泵送3D打印混凝土。
实施例2
原料：
水泥90kg，硫铝酸盐水泥7kg，硅灰10kg，复合细骨料150kg，水65kg，聚羧酸减水剂6kg，胶粉3kg，纤维素醚2kg，纤维1.5kg。
所述水泥为早强普通硅酸盐水泥P.O.42.5R。
所述硅灰为全加密硅灰。
所述聚羧酸减水剂减水率为25％。
所述纤维为聚丙烯纤维、纤维长度为15mm。
所述胶粉具体为：塑化树脂粘合胶粉。
所述复合细骨料为将过筛砂(通过40目筛网，细度模数为1.2-1.6)、珍珠岩(50目颗粒或粉末)按堆积密度换算以体积计以4:1的比例混合而成。
所述可泵送3D打印混凝土的制备方法为：
(1)将水泥、硫铝酸盐水泥、硅灰、复合细骨料、胶粉、纤维素醚、纤维混合，得到混合物A，然后将混合物A置于搅拌机内搅拌均匀；
(2)将水、减水剂混合并搅拌均匀、得到混合物B；
(3)将混合物B加入混合物A中搅拌均匀，得到所述可泵送3D打印混凝土。
对比例1
配置普通3D打印混凝土
原料：
水泥120kg，硫铝酸盐水泥18kg，机制砂160kg，水45kg，聚羧酸减水剂7kg，胶粉4kg，纤维素醚2kg，纤维2kg。
所述水泥为早强普通硅酸盐水泥P.O.42.5R。
所述机制砂细度模数为2.7。
所述聚羧酸减水剂减水率为25％。
所述纤维为聚丙烯纤维、纤维长度为15mm。
所述3D打印混凝土的制备方法为：
(7)将水泥、硫铝酸盐水泥、机制砂、胶粉、纤维素醚、纤维混合，得到混合物A，然后将混合物A置于搅拌机内搅拌均匀；
(8)将水、减水剂混合并搅拌均匀、得到混合物B；
(9)将混合物B加入混合物A中搅拌均匀，得到所述3D打印混凝土。
将本发明实施例和对比例进行以下性能测试，测试的标准为3D打印混凝土按照标准：JGJ/T70-2009《建筑砂浆基本性能试验方法标准》、T_CECS 786-2020《混凝土3D打印技术规程》，结果如表1所示：
表1
从上表的测试结果来看，本发明制备的可泵送3D打印混凝土在稠度值上高于对比例的普通3D打印混凝土(即比普通3D打印混凝土更不粘稠)；凝结时间长于对比例3D打印混凝土，即后期修补的时间更长；表观密度比对比例3D打印混凝土低150-300，能满足所述的性能特征。
在本发明的设计方案中，水泥作为水泥基3D打印混凝土材料的基本原材料，提供抗压强度、部分稠度以及流动度；加入硫铝酸盐水泥仅为了提升早期强度，提早构件起吊；硅灰为填充料，由于硅灰比表面积大，容易吸水，所以很适合作为限制拌合物流动性的材料，加入使线条更容易定形；复合细骨料能达到降低容重、限制流动度、降低稠度、提升拌合物表面细腻程度的功效。减水剂为降低用水量加入，提升拌合物凝结后的强度。胶粉提升3D打印混凝土拌合物延展能力以及硬化后表面的耐磨能力。纤维素醚有增稠作用，提升打印线条的连续性。聚丙烯纤维为补强材料，提升3D打印混凝土硬化后的抗拉抗折能力。
其中，在本发明中：
“泵送”一词指利用泵车的长泵管转移施工部位的过程，而非混凝土3D打印过程中在机器中通过挤压等方式达到出料口的过程；
硫铝酸盐水泥仅占胶凝材料(水泥、硫铝酸盐水泥、硅灰)中不到10％，也与描述的特征“不利用凝结时间，通过选用原材料种类降低流动性能以及容重”的思路有关，本发明中加入硫铝酸盐水泥主要为了构件起吊所能达到的3～7天起吊强度，而非控制物料状态方便打印线条堆叠，与现有技术方案中目的不同。
本发明提供的可泵送3D打印混凝土，能够解决3D打印混凝土无法同时达到成型与泵管泵送效果的问题，同时提升外观的可修补能力，以期将3D打印混凝土应用于高层楼房的构造柱等构件的现场打印上。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。