一种3D打印用碱激发胶凝材料制造技术

本发明专利技术公开了一种3D打印用新型碱激发胶凝材料，该3D打印用新型碱激发胶凝材料的原材料按重量百分比的组成包括：20％‑46％的磨细粒化高炉矿渣，7％‑22％的镍铁渣，7％‑14％的锂渣，7％‑14％的红砖粉，2％‑3.5％的固体碱性激发剂，0.3％‑0.7％的凹凸棒土，0.3％‑0.7％的膨润土，0.07％‑0.14％的植物纤维，28％‑31％的水。该3D打印用新型碱激发胶凝材料具有良好的工作性，同时速凝、快硬、早强的特性使其粘结性好，稳定性强，完全满足3D打印技术对材料的性能要求。

【技术实现步骤摘要】
一种3D打印用碱激发胶凝材料
本专利技术属于建筑材料
、固体废弃物资源化利用方向，具体涉及一种3D打印用新型碱激发胶凝材料。
技术介绍
3D打印是80年代中期在全球快速发展的一门新兴科学技术，以数字模型文件为基础，运用树脂、金属、水泥或陶瓷等作为粘合材料，采用逐层堆叠累积构造物体的快速成型方式。与传统制造业相比，3D打印技术可摒弃工厂生产线，不需要机械切削加工或模具，可显著提高生产率，同时极大降低产品制造的时间、金钱和人工成本。近几年，3D打印技术发展迅速，并开始在建筑材料
尝试使用。由于用于3D打印的建筑材料除了具有优异的触变性能以保证能顺利挤出并迅速站立，还要有较快的凝结时间和较高的早期强度以保证实现连续堆叠打印作业。普通硅酸盐水泥凝结时间较长，初凝时间在1-3h左右，终凝时间在4-6h左右，远不能满足3D打印过程中材料需在短时间内快速凝结同时迅速站立的性能要求。因此开发研究和选择适用于3D打印用的新型胶凝材料对于3D打印技术在建筑材料领域中的应用发展具有十分重要的理论意义和工程应用价值。碱激发胶凝材料是一种公认的具有广阔应用前景的新型胶凝材料，主要以粉煤灰、偏高岭土、矿渣、钢渣等工业冶金废渣为原料，与传统水泥生产工艺相比，碱激发胶凝材料的制备可有效降低能耗、同时减少温室气体的排放，是一种环境友好型的绿色低碳胶凝材料。近些年来的研究表明，碱激发胶凝材料具有优异的力学性能，热稳定性等耐久性良好，其速凝、快硬、早强的特性使其具有得以应用在3D打印中的可能性。目前，以高炉矿渣为原料的碱激发胶凝材料，其凝结速度过快，流动性较差，远未达到3D打印工作性能的技术要求，严重制约了碱激发胶凝材料在3D行业的应用和发展。专利技术专利CN107298546A《用于3D打印的碱激发胶凝材料及其打印方法》公开了一种利用两个泵分开运输激发剂和凝胶组分至打印喷头处搅拌后打印的方法来改善碱激发胶凝材料的凝结过快、流动性较差的问题，但该方法操作过程繁琐且不能保证碱激发体系中激发剂与凝胶组分的充分均匀搅拌。因此，寻求另一种更广泛、更有效、更便捷的碱激发胶凝材料凝结时间和流动度的改善方法显得尤为重要。
技术实现思路
技术问题：针对碱激发胶凝材料在3D打印上应用技术的不足，本专利技术的目的是提供一种3D打印用碱激发胶凝材料，从原材料的处理、组成及配比上改善碱激发胶凝材料凝结时间过快、流动度较差问题，使其得以满足3D打印的技术要求。技术方案：为实现上述目的，本专利技术的一种用于3D打印的新型碱激发胶凝材料采用以下技术方案实现：该胶凝材料由以下原材料混合均匀后组成，按组成及其重量百分比为：磨细粒化高炉矿渣20％-46％，镍铁渣7％-22％，锂渣7％-14％，红砖粉7％-14％，固体碱性激发剂2％-3.5％，凹凸棒土0.3％-0.7％，膨润土0.3％-0.7％，植物纤维0.07％-0.14％，余量为水。所述的磨细粒化高炉矿渣是将原矿渣粉磨至比表面积为400-800m2/kg；所述的镍铁渣是将原镍铁渣粉磨至比表面积为300-600m2/kg；所述的锂渣是将原锂渣粉磨至比表面积为400-600m2/kg。所述的粘土红砖粉主要化学组成为30％-50％的Al2O3和50％-65％的SiO2，粉磨后其比表面积为600-800m2/kg。所述的镍铁渣和锂渣均采用微波加热处理以充分激发其火山灰活性，微波加热处理制度为：温度200-600℃，功率500-1000W，时间30-120min。所述的固体碱性激发剂包括氢氧化锂、氢氧化钠中的一种或两种。所述的膨润土和凹凸棒土，保证了胶凝材料的触变性、黏聚性和保水性，凹凸棒土表面已用乙烯基三乙氧基硅烷进行改性处理，细度为400-500目；膨润土为钠基膨润土，并用十六烷基三甲基溴化铵进行改性处理，细度为300-400目。所述的植物纤维包括剑麻纤维、椰子壳纤维中的一种或两种，其中剑麻纤维为平均直径0.10-0.15mm，平均长度8-10mm，抗拉强度大于500MPa；椰子壳纤维为平均直径0.14-0.18mm，平均长度8-10mm，抗拉强度大于375MPa。有益效果：与现有技术相比，本专利技术制备的用于3D打印的新型碱激发胶凝材料的技术优势在于：1、本专利技术3D打印用的新型碱激发胶凝材料原材料中的锂渣和镍铁渣在前期预处理过程中利用微波加热处理，使废渣的活性能够得到很大程度的激发，碱性激发剂能迅速溶解废渣中的非晶态铝硅酸盐物质，持续的解聚缩聚反应形成C-S-H和C(N)-A-S-H凝胶，从而使得基体强度不断提到。优异的早期强度性能表现使其足以满足3D打印过程中连续层的打印流程要求。2、本专利技术3D打印用的新型碱激发胶凝材料的主要原材料中镍铁渣和锂渣取代了部分矿渣，镍铁渣和锂渣的掺入，有效的缓解了碱激发矿渣的凝结过快的问题，改善了浆体的流动性，在保证3D打印过程中所需强度要求的同时，能够有效缓解碱激发胶凝材料的收缩开裂，从而提高3D打印建筑材料的机械性能和耐久性能。3、本专利技术3D打印用的新型碱激发胶凝材料的固体碱性激发剂为氢氧化钠或氢氧化锂，与水玻璃激发剂相比，氢氧化钠或氢氧化锂碱激发胶凝材料的凝结时间较短，同时可改善浆体的流动性，保证了3D打印技术对材料的工作性能要求。4、本专利技术3D打印用的新型碱激发胶凝材料的主要原料来自于工业及建筑固体废弃物，以矿渣、锂渣、镍铁渣、红砖粉为主，原材料来源广泛，制备过程中消耗堆积废渣和建筑废弃物，可以减少固体废弃物的污染，实现废物利用，同时碱激发胶凝材料的制备过程中降低了温室气体二氧化碳的排放，具有绿色、节能、环保优势。具体实施方式下面对本专利技术做进一步的详细说明：本实施例在以本专利技术技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式，但本专利技术的保护范围不限于下述实施例。该胶凝材料由以下原材料按重量百分比组成：下面是本专利技术的具体实施例，实施例1一种用于3D打印的新型碱激发胶凝材料，其原料各组分质量百分含量为磨细粒化高炉矿渣46％，比表面积450m2/kg；镍铁渣7％，比表面积345m2/kg；锂渣7％，比表面积530m2/kg；红砖粉7％，比表面积650m2/kg；凹凸棒土0.45％，细度430目；钠基膨润土0.45％，细度320目；剑麻纤维0.1％，直径0.12mm,长度8mm；所述的碱激发剂氢氧化锂的添加量为2％，所述的水的添加量为30％。按质量百分含量分别称取46％的磨细粒化高炉矿渣、7％的镍铁渣、7％的锂渣和7％的红砖粉，此实施例中的镍铁渣、锂渣和红砖粉均未经过微波加热活性激发处理，同时掺加0.45％的凹凸棒土和0.45％的钠基膨润土，混合后并搅拌均匀；按质量百分比称取2％的固体碱性激发剂与30％的水混合并搅拌制得碱激发剂溶液，待溶液冷却至室温后使用；按粉体质量百分比称取0.1％的植物剑麻纤维均匀的加入碱激发机溶液中，并利用超声仪进行超声分散10min；最后将混合均匀的复合粉体与制备的含有植物纤维的碱激发剂溶液混合并搅拌均匀，低速和快速搅拌各5min，使固体原料从分散状态变成粘性浆体的状态，用于3D打印。实施例2一种用于3D打印的新型碱激发胶凝材料，其原料各组分质量百分含量为磨细粒化高炉矿渣46％，比表面积450m2/kg；镍铁渣7％，比表面积345m2/kg；锂渣7％，比表面积530m2本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种3D打印用碱激发胶凝材料，其特征在于，该胶凝材料由以下原材料按重量百分比组成：

【技术特征摘要】
1.一种3D打印用碱激发胶凝材料，其特征在于，该胶凝材料由以下原材料按重量百分比组成：2.根据权利要求1所述的一种3D打印用碱激发胶凝材料，其特征在于：所述磨细粒化高炉矿渣比表面积为400-800m2/kg；所述镍铁渣比表面积为300-600m2/kg；所述锂渣比表面积为400-600m2/kg。3.根据权利要求1所述的一种3D打印用碱激发胶凝材料，其特征在于：所述的粘土红砖粉主要化学组成为30％-50％的Al2O3和50％-65％的SiO2，比表面积为600-800m2/kg。4.根据权利要求1所述的一种3D打印用碱激发胶凝材料，其特征在于：所述镍铁渣和锂渣均采用微波加热处理以充分激发其火山灰活性，微波加热处理制度为：温度200-600℃，功率500-1000W，时间30-120min。5.根据权利要...

【专利技术属性】
技术研发人员：张亚梅，曹瑞林，张超，李保亮，
申请(专利权)人：东南大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32