一种3D打印用碳纳米管超高性能混凝土及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种3D打印用碳纳米管超高性能混凝土及其制备方法，该3D打印用碳纳米管超高性能混凝土，包括以下原料：水泥、磨细矿粉、硅粉、石膏粉、细骨料、钢纤维、减水剂、保水剂、碳纳米管、分散剂和水。本发明专利技术所得的3D打印用碳纳米管超高性能混凝土具有凝结时间短、粘聚性好，浆料不会发生坍落；同时具有较高的早期强度、晚期强度，韧性和变形能力强等优点，符合超高性能混凝土的标准要求，能够满足3D打印对于快速凝固的要求；其制备方法简单，易操作实施。

【技术实现步骤摘要】
一种3D打印用碳纳米管超高性能混凝土及其制备方法
本专利技术涉及工程材料领域，具体涉及一种3D打印用碳纳米管超高性能混凝土及其制备方法。
技术介绍
3D打印作为一种快速成型技术，它是以数字模型文件为基础，运用金属，塑料，水泥等各种打印材料，通过逐层打印的方式来构建物体的技术，被誉为“第三次工业革命”的核心技术。与传统的制造技术相比较，3D打印事先无需制造模具，无需复杂的制造工艺，极少量的劳动力参与就能够得到最终的产品，因此具有节约劳动力及原材料，制造工艺简洁，产品一体化程度好等一系列优点。3D打印材料是3D打印技术的发展的重要的物质条件，3D打印材料的发展决定了3D打印的应用前景。混凝土作为当代应用最为广泛的建筑材料，其强度，耐久性等性能指标与施工技术有着密切的关联，3D打印混凝土作为一种无须模板支撑的新型技术，既具有自密实混凝土无须振捣的优点，又具有喷射混凝土便于制造各种复杂构件的优点。为满足3D打印的要求，混凝土应具有较高的早期强度，较短的凝结时间，合适的骨料粒径，且由于3D打印混凝土一般不添加钢筋，故要求混凝土材料同时具有良好的韧性及变形能力，来抵御复杂外力的影响。因此急需开发一种凝结速度快，早期强度高，变形能力好，可塑性强的3D打印混凝土。
技术实现思路
针对现有技术中存在的问题，本专利技术的目的在于提供一种3D打印用碳纳米管超高性能混凝土及其制备方法，该3D打印用碳纳米管超高性能混凝土具有凝结时间短、粘聚性好，浆料不会发生坍落；同时具有较高的早期强度、晚期强度，韧性和变形能力强等优点，符合超高性能混凝土的标准要求，能够满足3D打印对于快速凝固的要求；其制备方法简单，易操作实施。为了达到上述目的，本专利技术采用以下技术方案予以实现。(一)一种3D打印用碳纳米管超高性能混凝土，包括以下原料：水泥、磨细矿粉、硅粉、石膏粉、细骨料、钢纤维、减水剂、保水剂、碳纳米管、分散剂和水。优选的，所述水泥包含快硬硅酸盐水泥和铝酸盐水泥。优选的，所述硅粉为原态微硅粉或增密微硅粉。优选的，所述石膏粉中，CaSO4·1/2H2O质量含量为75％-95％。优选的，所述细骨料为河砂。优选的，所述钢纤维的长度为3-15mm，直径为0.12-0.25mm，抗拉强度≥2850MPa。优选的，所述减水剂为聚羧酸减水剂、萘系高效减水剂或氨基磺酸盐高效减水剂。进一步优选的，所述聚羧酸减水剂为脂类聚羧酸减水剂或醚类聚羧酸减水剂。优选的，所述保水剂为羟甲基丙基纤维素醚或羟乙基丙基纤维素醚。优选的，所述碳纳米管是直径为10-20nm、20-40nm或40-60nm的多壁碳纳米管。优选的，所述分散剂为聚乙烯吡咯烷酮或阿拉伯胶。优选的，所述原料的用量为:快硬硅酸盐水泥20-30％、铝酸盐水泥0.8-1.8％、磨细矿粉3.2-4.0％、硅粉3.2-4.0％、石膏粉0.8-1.8％、细骨料45-52％、钢纤维4.5-7.0％、减水剂0.15-0.2％、保水剂0.004-0.007％、碳纳米管0.015-0.102％、分散剂0.03-0.102％，余量为水。(二)一种3D打印用碳纳米管超高性能混凝土的制备方法，包括以下步骤：步骤1，将碳纳米管、分散剂和水混合，搅拌，超声波分散，得碳纳米管水溶液；步骤2，将水泥、磨细矿粉、硅粉、石膏粉、细骨料和钢纤维混合，得混合料，备用；步骤3，将减水剂、保水剂和水混合，得助剂混合物，备用；步骤4，将所述碳纳米管水溶液、混合料、助剂混合物和水混合，搅拌，得3D打印用碳纳米管超高性能混凝土。优选的，步骤1中，所述搅拌的速度为800-1200rpm，搅拌的时间为10-15min。优选的，步骤1中，所述超声波分散的超声波功率为975-1125w，超声波分散的时间间隔为2-3s，超声波分散的时间为50-90min。优选的，所述步骤1中的水、步骤3中的水与步骤4中的水的质量比为5：3：2。优选的，步骤4中，所述搅拌采用水泥胶砂搅拌机搅拌。优选的，步骤4中，所述搅拌为先低速搅拌2min，再高速搅拌7min，最后低速搅拌2min；其中，所述低速为水泥胶砂搅拌机自转140±5r/min、公转62±5r/min；所述高速为水泥胶砂搅拌机自转285±10r/min、公转125±10r/min。与现有技术相比，本专利技术的有益效果为：本专利技术提供的3D打印用碳纳米管超高性能混凝土，可明显提高3D打印用碳纳米管超高性能混凝土的强度，韧性和变形能力，同时具有早期强度高，凝结时间短，可塑性好等优点，能够很好适应3D打印的需求。碳纳米管与钢纤维的结合使用，一方面提高了混凝土基体的抗压强度，内部结构的密实度，同时改善了结构延性。附图说明下面结合附图和具体实施例对本专利技术做进一步详细说明。图1为一天强度韧性试验曲线，其中，横坐标为位移，单位为mm；纵坐标为荷载，单位为N。具体实施方式下面将结合实施例对本专利技术的实施方案进行详细描述，但是本领域的技术人员将会理解，下列实施例仅用于说明本专利技术，而不应视为限制本专利技术的范围。实施例1一种3D打印用碳纳米管超高性能混凝土，包括以下原料：快硬硅酸盐水泥24.852％、磨细矿粉3.551％、增密微硅粉3.551％、铝酸盐水泥1.776％、石膏粉1.776％、河砂47.7737％、钢纤维6.697％、氨基磺酸盐高效减水剂0.266％、羟甲基丙基纤维素醚0.00461％、直径为10-20nm的多壁碳纳米管0.05323％、聚乙烯吡咯烷酮K30分散剂0.10646％，水9.593％。上述3D打印用碳纳米管超高性能混凝土的制备方法，包含以下步骤：步骤1，将直径为10-20nm的多壁碳纳米管、聚乙烯吡咯烷酮K30分散剂和水混合，以1200rpm转速搅拌13分钟，接着在功率为1050w条件下超声波分散50min，超声波分散的间隔时间为2.5s，得碳纳米管水溶液。步骤2，将快硬硅酸盐水泥、磨细矿粉、增密微硅粉、铝酸盐水泥、石膏粉、河砂和钢纤维混合，得混合料，备用。步骤3，将氨基磺酸盐高效减水剂、羟甲基丙基纤维素醚和水混合，得助剂混合物，备用。步骤4，将碳纳米管水溶液、混合料、助剂混合物和水混合，采用水泥胶砂搅拌机搅拌，先以水泥胶砂搅拌机自转140±5r/min、公转62±5r/min低速搅拌2min，再以自转285±10r/min、公转125±10r/min高速搅拌7min，得3D打印用碳纳米管超高性能混凝土；其中步骤1中的水、步骤3中的水与步骤4中的水的质量比为5：3：2。实施例2一种3D打印用碳纳米管超高性能混凝土，包括以下原料：快硬硅酸盐水泥23.976％、磨细矿粉3.551％、原态微硅粉3.551％、铝酸盐水泥2.219％、石膏粉2.219％、河砂47.76673％、钢纤维6.697％、脂类聚羧酸减水剂0.266％、羟甲基丙基纤维素醚0.00461％、直径为20-40nm的多壁碳纳米管0.05322％、阿拉伯胶分散剂0.10644％，水9.590％。上述3D打印用碳纳米管超高性能混凝土的制备方法，包含以下步骤：步骤1，将直径为20-40nm的多壁碳纳米管、阿拉伯胶分散剂和水混合，以1000rpm转速搅拌12分钟，接着在功率为1050w条件下超声波分散90min，超声波分散的间隔时间为3s，得碳纳米管水溶液。步骤2，将快硬硅酸盐水泥、本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种3D打印用碳纳米管超高性能混凝土，其特征在于，包括以下原料：水泥、磨细矿粉、硅粉、石膏粉、细骨料、钢纤维、减水剂、保水剂、碳纳米管、分散剂和水。

【技术特征摘要】
1.一种3D打印用碳纳米管超高性能混凝土，其特征在于，包括以下原料：水泥、磨细矿粉、硅粉、石膏粉、细骨料、钢纤维、减水剂、保水剂、碳纳米管、分散剂和水。2.根据权利要求1所述的3D打印用碳纳米管超高性能混凝土，其特征在于，所述水泥包含快硬硅酸盐水泥和铝酸盐水泥。3.根据权利要求1所述的3D打印用碳纳米管超高性能混凝土，其特征在于，所述碳纳米管是直径为10-20nm、20-40nm或40-60nm的多壁碳纳米管；所述分散剂为聚乙烯吡咯烷酮或阿拉伯胶。4.根据权利要求1所述的3D打印用碳纳米管超高性能混凝土，其特征在于，所述钢纤维的长度为3-15mm，直径为0.12-0.25mm，抗拉强度≥2850MPa。5.根据权利要求1所述的3D打印用碳纳米管超高性能混凝土，其特征在于，所述硅粉为原态微硅粉或增密微硅粉；所述细骨料为河砂。6.根据权利要求1所述的3D打印用碳纳米管超高性能混凝土，其特征在于，所述减水剂为聚羧酸减水剂、萘系高效减水剂或氨基磺酸盐高效减水剂；所述保水剂为羟甲基丙基纤维素醚或羟乙基丙基纤维素醚。7.根据权利要求2所述的3D打印用碳纳米管超高性能混凝土，其特征在于，所述原料的用量为:快硬硅酸盐水泥20-30％、铝酸盐水泥0.8-1....

【专利技术属性】
技术研发人员：刘云霄，张春苗，覃滢羽，郭亚林，韩江峰，李明轩，魏迎春，
申请(专利权)人：长安大学，
类型：发明
国别省市：陕西,61