一种基于3D打印性能的自保温承重混凝土及其制备方法技术

本发明专利技术提供了一种基于3D打印性能的自保温承重混凝土，由以下组分制备得到：快硬硫铝酸盐水泥600‑800份；钢渣粉90‑130份；粉煤灰40‑80份；硅灰130‑180份；石英砂2000‑3000份；速凝剂0‑5份；缓凝剂0‑8份；减水剂4‑7份；乳胶粉8‑13份；纤维素醚0.4‑0.8份；水玻璃2‑5份；水250‑300份；聚丙烯纤维6‑10份；玻化微珠。本发明专利技术提供的3D打印保温混凝土既具有良好的保温性能，又可以适应不同打印速度，流动性好，可塑性高，强度高，耐久性好，打印性能好，为建筑工程的保温处理提供了新的方法，极大地降低了人工和经济成本，有利于推动3D打印混凝土技术更进一步的发展。

Self insulation bearing concrete based on 3D printing performance and its preparation method

The invention provides a self-insulating load-bearing concrete based on 3D printing performance, which is prepared from the following components: fast-hardening sulphoaluminate cement 600 800; steel slag powder 90 130; fly ash 40 80; silica fume 130 180; quartz sand 2000 3000; accelerator 0 5; retarder 0 8; water reducer 4 7; emulsion. Eight thirteen parts of rubber powder; 0.4 to 0.8 parts of cellulose ether; 2 to 5 parts of sodium silicate; 250 to 300 parts of water; 6 to 10 parts of polypropylene fiber; vitrified beads. The 3D printing thermal insulation concrete provided by the invention not only has good thermal insulation performance, but also can adapt to different printing speed, good fluidity, high plasticity, high strength, good durability and good printing performance. It provides a new method for thermal insulation treatment of building engineering, greatly reduces the labor and economic costs, and is beneficial to promoting 3D printing. Further development of printing concrete technology.

【技术实现步骤摘要】
一种基于3D打印性能的自保温承重混凝土及其制备方法
本专利技术涉及混凝土工程以及建筑保温工程
，尤其涉及一种基于3D打印性能的自保温承重混凝土及其制备方法。
技术介绍
3D打印(3DP)，快速成型技术的一种，它是一种以数字模型文件为基础，运用粉末状金属或塑料等可粘合材料，通过逐层打印的方式来构造物体的技术。3D打印通常是采用数字技术材料打印机来实现的。常在模具制造、工业设计等领域被用于制造模型，后逐渐用于一些产品的直接制造，已经有使用这种技术打印而成的零部件。由于该技术具有绿色环保，经济高效等特点，在近些年，3D打印技术开始在建筑领域广泛应用，尤其是关于3D打印混凝土材料的相关研究，已经迈入了一个新阶段。但是，随着3D打印混凝土研究的不断深入，该技术在实际应用中的缺点逐渐暴露出来，用于3D打印的混凝土材料的配比影响着混凝土材料的各种性质，如流动性、凝结时间、硬化强度等，很难调试到与打印速度、打印结构尺寸、打印时间等相一致。如中文文献《水泥基建筑3D打印材料的制备及应用研究》(蔺喜强，混凝土，2016.6)公开了现有的一般混凝土材料凝结时间长，通常的初凝时间6-10h，终凝时间24小时左右，不能满足3D打印过程中材料在短时间内快速凝结的性能要求；且混凝土材料一般呈流动性，无法满足3D打印过程中的竖直堆积性能，所以无法作为3D打印材料使用。而建筑的保温工程虽已广泛应用于现代各种房屋建筑，但是由于外墙保温材料是通过预制保温材料后将其贴于墙面，不能最大程度上起到省时省材的建筑目标。此外，目前市场上的外墙保温板很难在单位质量、导热系数、可燃性能、粘结强度等方面达到平衡。因此，如能在墙体本身就做好保温措施，便会省去外覆盖保温层的预制粘贴步骤，克服外墙保温板制作的技术难关，起到省时省材的效果。虽然现有技术公开了能够用于3D打印的混凝土，比如申请号为201510375110.0的中国专利公开了一种用于3D打印的高性能粉末混凝土，然而，现有技术均未涉及用于3D打印混凝土的保温性能。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种基于3D打印性能的自保温承重混凝土，该混凝土保温性能良好，而且可以适应不同打印速度，可塑性高，强度高，耐久性好，打印性能好。为了实现上述专利技术目的，本专利技术提供以下技术方案：本专利技术提供了一种基于3D打印性能的自保温承重混凝土，由包括以下重量份数和体积份数的组分制备得到：快硬硫铝酸盐水泥600-800份；钢渣粉90-130份；粉煤灰40-80份；硅灰130-180份；石英砂2000-3000份；速凝剂0-5份；缓凝剂0-8份；减水剂4-7份；乳胶粉8-13份；纤维素醚0.4-0.8份；水玻璃2-5份；水250-300份；聚丙烯纤维6-10份；玻化微珠，所述玻化微珠的体积为胶凝材料体积的0.8-1.2倍，所述胶凝材料包括所述快硬硫铝酸盐水泥、钢渣粉、粉煤灰和硅灰。优选的，所述快硬硫铝酸盐水泥的比表面积为380-450m2/kg，强度等级为42.5。优选的，所述钢渣粉的比表面积为350-400g/cm2。优选的，所述粉煤灰为比表面积为280-330g/cm2的II级粉煤灰。优选的，所述硅灰的比表面积为18000-22000g/cm2。优选的，所述玻化微珠为容重为60-80kg/m3的II级玻化微珠。优选的，所述速凝剂为碳酸锂、氢氧化锂或硫酸钠；所述缓凝剂为葡萄糖酸钠、硼酸或四硼酸钠。优选的，所述减水剂为聚羧酸减水剂、氨基磺酸盐减水剂、奈系减水剂或三聚氰胺减水剂。优选的，所述聚丙烯纤维的长度为8-15mm。本专利技术提供了上述技术方案所述基于3D打印性能的自保温承重混凝土的制备方法，包括以下步骤：将快硬硫铝酸盐水泥、钢渣粉，粉煤灰、硅灰、玻化微珠和聚丙烯纤维混合，得到混合固体物料；将石英砂与所述混合固体物料混合，得到固体物料；将减水剂、乳胶粉、纤维素醚、水玻璃、速凝剂、缓凝剂和水混合，得到混合水溶液；将所述混合水溶液与所述固体物料混合，得到混凝土。本专利技术提供了一种基于3D打印性能的自保温承重混凝土，与传统3D打印混凝土技术和外墙保温工程相比：本专利技术在混凝土材料中加入保温材料(玻化微珠)，增加了混凝土的保温性能，可以省去二次保温工程预制保温板，粘贴保温板所消耗的人力、物力和财力，最大程度的起到经济省材的效果。本专利技术在混凝土材料中加入胶凝材料(快硬硫铝酸盐水泥、钢渣粉、粉煤灰和硅灰)，并通过控制保温材料和胶凝材料的合理配比，在起到保温效果的同时，强度达到了建筑强度的标准。经过测试，本专利技术打印出的成品2h强度可达到8.7Mpa，3天强度达到43.5Mpa，符合规范要求。本专利技术通过在原材料中添加速凝剂和缓凝剂以适应3D打印的速度，可以应用于不同的环境条件。如高温作业下(30℃以上)，混凝土材料初凝时间为18-30分钟，加入3份缓凝剂可以减缓其初凝时间至25-40分钟，为能较长时间贮存在搅拌器以及顺利打印留下充足时间。本专利技术在混凝土原材料中加入水玻璃(Na2SiO3溶液)，可以改善混凝土材料的和易性，很大程度上提高了3D打印混凝土的完整性和稳定性，尤其是增加了材料的粘结性能，相对于现有不添加水玻璃的混凝土材料，本专利技术的混凝土的28天粘结抗拉强度明显加强。本专利技术使用减水剂，不但可以增强混凝土的触变性，还可以减少30％-40％的用水量。另外，本专利技术使用的粉煤灰和钢渣粉均属于工业废弃料，本专利技术将其用于制备混凝土，实现了废物回收再利用。而且本专利技术的材料来源广，造价低，可以节约整个混凝土打印流程的综合成本。具体实施方式本专利技术提供了一种基于3D打印性能的自保温承重混凝土，由包括以下重量份数和体积份数的组分制备得到：快硬硫铝酸盐水泥600-800份；钢渣粉90-130份；粉煤灰40-80份；硅灰130-180份；石英砂2000-3000份；速凝剂0-5份；缓凝剂0-8份；减水剂4-7份；乳胶粉8-13份；纤维素醚0.4-0.8份；水玻璃2-5份；水250-300份；聚丙烯纤维6-10份；玻化微珠，所述玻化微珠的体积为胶凝材料体积的0.8-1.2倍，所述胶凝材料包括所述快硬硫铝酸盐水泥、钢渣粉、粉煤灰和硅灰。在本专利技术中，按重量份数计，制备所述基于3D打印性能的自保温承重混凝土的原料包括快硬硫铝酸盐水泥600-800份，优选为650-750份，更优选为680-720份。在本专利技术中，所述快硬硫铝酸盐水泥的比表面积优选为380-450m2/kg，更优选为400-412m2/kg；强度等级优选为42.5。在本专利技术的实施例中，所采用的快硬硫铝酸盐水泥的性能指标具体为：密度为2.77g/cm3，标准稠度用水量为28.3％，初凝时间为20min，终凝时间为31min，烧失量为5.33％，氧化镁含量为2.03％，二氧化硅含量为16.5％，1天抗折强度为7.78MPa，3天抗压强度为8.2MPa。在本专利技术中，以所述快硬硫铝酸盐水泥的重量份数为基准，制备所述基于3D打印性能的自保温承重混凝土的原料包括钢渣粉90-130份，优选为100-120份，更优选为105-115份。在本专利技术中，所述钢渣粉的比表面积优选为350-400g/cm2，更优选为360-380g/cm2。在本专利技术的实施例中，所采用的钢渣粉中各组分含量具体为：二氧化硅含量为15.39％，氧化本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于3D打印性能的自保温承重混凝土，由包括以下重量份数和体积份数的组分制备得到：快硬硫铝酸盐水泥600‑800份；钢渣粉90‑130份；粉煤灰40‑80份；硅灰130‑180份；石英砂2000‑3000份；速凝剂0‑5份；缓凝剂0‑8份；减水剂4‑7份；乳胶粉8‑13份；纤维素醚0.4‑0.8份；水玻璃2‑5份；水250‑300份；聚丙烯纤维6‑10份；玻化微珠，所述玻化微珠的体积为胶凝材料体积的0.8‑1.2倍，所述胶凝材料包括所述快硬硫铝酸盐水泥、钢渣粉、粉煤灰和硅灰。

【技术特征摘要】
1.一种基于3D打印性能的自保温承重混凝土，由包括以下重量份数和体积份数的组分制备得到：快硬硫铝酸盐水泥600-800份；钢渣粉90-130份；粉煤灰40-80份；硅灰130-180份；石英砂2000-3000份；速凝剂0-5份；缓凝剂0-8份；减水剂4-7份；乳胶粉8-13份；纤维素醚0.4-0.8份；水玻璃2-5份；水250-300份；聚丙烯纤维6-10份；玻化微珠，所述玻化微珠的体积为胶凝材料体积的0.8-1.2倍，所述胶凝材料包括所述快硬硫铝酸盐水泥、钢渣粉、粉煤灰和硅灰。2.根据权利要求1所述的基于3D打印性能的自保温承重混凝土，其特征在于，所述快硬硫铝酸盐水泥的比表面积为380-450m2/kg，强度等级为42.5。3.根据权利要求1所述的基于3D打印性能的自保温承重混凝土，其特征在于，所述钢渣粉的比表面积为350-400g/cm2。4.根据权利要求1所述的基于3D打印性能的自保温承重混凝土，其特征在于，所述粉煤灰为比表面积为280-330g/cm2的II级粉煤灰。5.根据权利要求1所述的基于3D打印性能的自保温承重混凝...

【专利技术属性】
技术研发人员：张洪萍，董彦莉，刘亚玲，殷超凡，王元龙，王万月，张晓双，靳小俊，
申请(专利权)人：中北大学，
类型：发明
国别省市：山西,14