一种混凝土及其制备方法和应用技术

本发明专利技术提供一种混凝土及其制备方法和应用，涉及建筑材料技术领域。本发明专利技术的混凝土，包括以下重量份的原料：油井水泥30～36份；硅酸盐水泥14～18份；坡缕石纳米粘土0.3～1.2份；砂44～58份；玻璃粉0.5～1.0份；端钩钢纤维0.9～1.2份；聚羧酸减水剂0.08～0.18份；羟丙基甲基纤维素0.15～0.3份。本发明专利技术的混凝土，流动性适中、凝固时间短且可控、早期强度高、层间粘结强度高、耐久性能好，适用于3D打印。

A kind of concrete and its preparation method and Application

The invention provides a concrete and its preparation method and application, which relates to the technical field of building materials. The concrete of the invention comprises the following raw materials: 30-36 portions of oil well cement; 14-18 Portland cement; 0.3-1.2 portions of palygorskite nanoclay; 44-58 portions of sand; 0.5-1.0 portions of glass powder; 0.9-1.2 portions of end hook steel fiber; 0.08-0.18 portions of polycarboxylic acid water reducer; 0.15-0.3 portions of hydroxypropyl methyl cellulose. The concrete of the invention has moderate fluidity, short and controllable solidification time, high early strength, high interlayer bonding strength and good durability, and is suitable for 3D printing.

【技术实现步骤摘要】
一种混凝土及其制备方法和应用
本专利技术属于建筑材料
，特别是涉及一种混凝土及其制备方法。
技术介绍
3D打印技术能够有效解决建筑传统施工中存在的手工作业多、模板用量大、复杂造型难以实现等问题，并且在建筑个性化设计、智能化建造等方面具有显著优势。目前，广泛使用的3D打印建筑的技术是“轮廓工艺”。所需材料从喷嘴中挤出的，喷嘴会根据设计图的指示，在指定地点喷出材料，就像在桌子上挤出一圈牙膏一样。然后，喷嘴两侧附带的刮铲会自动伸出，规整打印材料的形状。实现3D打印建筑，需要克服两大问题：一、3D打印用材料需要有适宜的流动性。若流动性过大，则会导致在3D打印过程中材料无法堆叠，而流动性过小，则会导致3D打印喷头的堵塞。合适的流动性使得混凝土在从喷头中喷出后即快速凝结。二、打印材料需在喷嘴挤出后迅速提供一定的强度支撑后续堆积的打印材料，并且起强的时间必须足够短，以确保建筑速率。混凝土是3D打印建筑的一种重要的建筑材料，现有的3D打印的混凝土，初凝、终凝时间等难以满足3D打印的要求，因此需要研制一种凝结时间短与早期强度高的混凝土。
技术实现思路
基于此，有必要针对现有的3D打印用混凝土早期强度不够高的技术问题，提供一种混凝土。一种混凝土，包括以下重量份的原料：该混凝土，采用小粒径砂，引入超细低温油井水泥和玻璃粉，再加上超声波作用，使得3D打印混凝土过程可控、施工简单、精确，3D打印混凝土的均匀性和可挤出性良好，凝结时间短且可控，早期强度和最终强度高，耐久性能好。该混凝土适用于3D打印，喷出过程中，不会因为流动性过大而导致材料无法堆叠，也不会因为流动性过小而导致3D打印喷头的堵塞，喷出后可以在短时间内凝固，早期强度高，打印层间粘性好。在其中一个实施例中，所述油井水泥为G级和/或H级，其粒径小于10μm。该超细低温油井水泥的引入，使得混凝土在喷出过程中一直保持较好的流动性，喷出后在短时间内凝固，并具有较高的早期强度，另外硬化后的混凝土墨水具有更好的稳定性、抗渗性和抗蚀性。在其中一个实施例中，所述砂为天然砂和/或海砂。在其中一个实施例中，所述砂包括：830～425μm的砂6～10份、425～230μm的砂10～14份、230～44μm的砂16～20份、44μm以下的砂12～14份。采用高比例的小粒径级配砂有利于实现3D打印混凝土的均匀性和可挤出性，防止打印喷头的堵塞。在其中一个实施例中，所述硅酸盐水泥选自：52.5、52.5R、62.5和62.5R中的至少一种。在其中一个实施例中，所述玻璃粉的粒径为44～75μm。玻璃粉在硅酸盐水泥早期水化过程的预诱导期起惰性填料的作用，在水化过程的后期会溶解并释放一定量的碱，碱分解钙矾石晶体，进而引发硅酸盐水泥的进一步水化过程；玻璃粉还可用作火山灰质材料，改善混凝土中C-S-H基体，玻璃粉中的非晶态硅与氢氧钙石和石膏反应，形成不均匀的C-S-H基体，增强材料的抗冻性。在其中一个实施例中，所述端钩钢纤维的长度为5～15mm，直径0.2～0.3mm。在其中一个实施例中，所述聚羧酸减水剂的减水效率为31～33％。在其中一个实施例中，所述羟丙基甲基纤维素的25℃粘度为180000～200000mPa.s。本专利技术还包括，一种上述混凝土的制备方法，包括以下步骤：原料混合：取原料，进行混合，然后加水，混合均匀，加水的同时启用超声波进行超声，即得混凝土。该制备方法，混合过程中使用超声波，超声波活化可以使混凝土在预诱导期水化过程中，产生更多的钙矾石晶体，钙矾石晶体数量的增加，大大缩短了凝固时间，增加了早期强度；该制备方法得到的混凝土，流动性适中，适用于3D打印，喷出过程中，不会因为流动性过大而导致材料无法堆叠，也不会因为流动性过小而导致3D打印喷头的堵塞，喷出后可以在短时间内凝固，早期强度高，打印层间粘性好。在其中一个实施例中，原料混合步骤在搅拌锅中进行，具体为：将砂加入搅拌锅中搅拌2～3min，加入硅酸盐水泥、油井水泥、坡缕石纳米粘土、玻璃粉、端钩钢纤维、聚羧酸减水剂、羟丙基甲基纤维素后搅拌3～5min，加水，水胶比为0.32～0.35，其中胶为硅酸盐水泥和油井水泥的混合物，加水的同时启用50～1000kHz超声波，继续搅拌2～5min，搅拌速率为300～1000r/min。其中，水胶比为：混凝土用水量与胶用量的比值。在其中一个实施例中，所述原料混合步骤之前还包括前处理步骤，所述前处理步骤为制备饱和表面干燥砂：将砂置于压强≤2.5kPa的环境下，恒压10～20min，再注水，注水在5min内完成，直至砂被完全淹没，在上述压强下保持30～60min，使砂完全饱和，从水中取出砂，去除表面的水，即得饱和表面干燥砂。制备饱和表面干燥砂，使得在施工时容易控制加水量，获得稳定的出机混凝土坍落度和施工现场泵送混凝土坍落度，减少扬尘，有效改善环境污染，降低搅拌机电流峰值，节省生产电耗；搅拌电流降低，减轻搅拌片和衬板的生产磨损，延长电机、搅拌叶片和衬板的使用寿命，提高资源和能源利用率。本专利技术还包括，上述混凝土在3D打印混凝土中的应用。上述混凝土在用于3D打印时，按上述制备方法进行制备，然后用挤出机挤出。与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：本专利技术的混凝土，采用高比例小粒径的饱和面干级配砂，引入超细低温油井水泥和玻璃粉，再加上超声波作用，使其具有良好的均匀性和可挤出性，凝结时间可控，早期强度高，打印层间粘性好；本专利技术的制备方法，使得到的混凝土能够在短时间内凝结，早期强度高；该混凝土用于3D打印，不会因为流动性过大而导致材料无法堆叠，也不会因为流动性过小而导致3D打印喷头的堵塞，喷出后可以在短时间内凝固。具体实施方式为了便于理解本专利技术，下面将结合较佳的实施例对本专利技术进行更全面的描述。但是，本专利技术可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本专利技术的公开内容的理解更加透彻全面。除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本专利技术的
的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本专利技术的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本专利技术。实施例1一种混凝土，通过以下制备方法得到：(1)预处理：将830～425μm的砂8份，425～230μm的砂12份，230～44μm的砂16份，44μm以下的砂12份加入到容器中，抽真空至压强小于2.5kPa，保持恒压15min，然后在5min内缓慢地注入工业用水，直至砂完全淹没，在真空下保持50min，使砂完全饱和，从水中取出砂，用饱和水的毛巾迅速擦拭表面，即得饱和表面干燥砂；(2)制备混凝土：将步骤(1)得到的饱和表面干燥砂加入搅拌锅中搅拌，搅拌转速为600r/min，搅拌3min，加入硅酸盐水泥15份、油井水泥34份、坡缕石纳米粘土1份、玻璃粉0.8份、端钩钢纤维1份、聚羧酸减水剂0.12份和羟丙基甲基纤维素0.2份，搅拌5min，然后加水，加水的同时启用1000kHz超声波，继续搅拌3min，即得。其中，油井水泥为H级，粒径小于5μm；硅酸盐水泥为62.5；砂为天然砂；玻璃粉的粒径为60μm；端钩钢纤维的长度为10mm，直径0.3mm；聚羧酸减水剂的减水效率为32％；羟丙基甲基纤维素的25℃粘度为20本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种混凝土，其特征在于，包括以下重量份的原料：

【技术特征摘要】
1.一种混凝土，其特征在于，包括以下重量份的原料：2.根据权利要求1所述的混凝土，其特征在于，所述油井水泥为G级和/或H级，其粒径小于10μm。3.根据权利要求1或2所述的混凝土，其特征在于，所述砂为天然砂和/或海砂，所述砂包括：4.根据权利要求1所述的混凝土，其特征在于，所述硅酸盐水泥选自：52.5、52.5R、62.5和62.5R中的至少一种；所述玻璃粉的粒径为44～75μm。5.根据权利要求1所述的混凝土，其特征在于，所述端钩钢纤维的长度为5～15mm，直径0.2～0.3mm。6.根据权利要求1所述的混凝土，其特征在于，所述聚羧酸减水剂的减水效率为31～33％，所述羟丙基甲基纤维素的粘度为180000～200000mPa·s。7.一种权利要求1～6任一项所述的混凝土的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：原料混合：取原料，进行混合，然后加水，混合均匀，加水的同时启用超声波进行超声，即得混凝土。8....

【专利技术属性】
技术研发人员：吴才伍，黄柯柯，李荣，曾林荣，胡玉芬，张楠，张占峰，谢永超，
申请(专利权)人：广州建筑产业研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：广东,44