3D打印多功能型MPC水泥基复合材料的制备方法技术

本发明专利技术为3D打印多功能型MPC水泥基复合材料的制备方法，该制备方法利用纳米SiO2与硅藻土烧制成吸波集料并改性磷酸镁水泥，制成适用于3D打印的具有吸波与保温等多功能型磷酸盐水泥基复合材料。将该复合材料用于3D打印中，通过智能化、灵活化、无模化和精确化的3D打印技术将其打印成预设计结构，达到对混凝土结构电磁波吸收防护和增强保温的多重效果，工艺工序简便、易操作，混凝土结构的电磁防护效果和保温效果明显提高，稳定性好，拥有较好的应用前景。

Preparation of Multifunctional MPC Cement-based Composites with 3D Printing

The invention provides a preparation method of 3D printing multi-functional MPC cement-based composite material. The preparation method uses nano-SiO 2 and diatomite to prepare microwave-absorbing aggregate and modify magnesium phosphate cement to prepare multi-functional phosphate cement-based composite material with microwave absorption and thermal insulation for 3D printing. The composite material is used in 3D printing. By intelligent, flexible, modeless and accurate 3D printing technology, it can be printed into a pre-designed structure to achieve the multiple effects of electromagnetic wave absorption protection and thermal insulation enhancement of concrete structures. The process is simple and easy to operate. The electromagnetic protection effect and thermal insulation effect of concrete structures are obviously improved, and the stability is good. Use the future.

【技术实现步骤摘要】
3D打印多功能型MPC水泥基复合材料的制备方法
本专利技术属于新型建筑材料
，具体涉及一种3D打印多功能型MPC(磷酸镁水泥)水泥基复合材料的制备方法。
技术介绍
目前关于混凝土结构电磁防护的技术和研究较多，电磁防护涂料因其成本低、工艺简便、适用性强、无需特殊设备等优点得到最广泛的应用，在建筑结构表层涂抹一层涂料即可达到电磁防护效果。3D打印技术因其无模化、智能化、灵活化和快速化等特点得到广泛的应用。将3D打印技术和电磁防护技术结合起来，可以有效的净化电磁污染环境，建立绿色电磁生态平衡。然而，传统电磁防护材料，包括：电磁吸波材料和电磁屏蔽材料(例如环氧基类的电磁防护涂料)和施工工艺：包括人工施工和和喷涂工艺，虽然能够达到一定的电磁防护要求，但从工艺和耐久性方面考虑，还存在一些问题，具体如下：1)电磁防护材料稳定性差：常用的电磁屏蔽材料多为涂抹式环氧基类电磁防护涂料，是将电磁防护材料涂抹于建筑结构的表层，使得电磁波在防护涂层表面达到反射无法进入到结构内部，从而达到电磁防护的效果。但其易受环境温度、湿度的变化和使用方式的不同造成使用寿命低、易脱落、易开裂、环境友好性差等问题，严重降低了其电磁防护性能。而对于常用的电磁吸波材料的研究，多集中于普通硅酸盐水泥基类电磁防护材料，其粘接性较差，无法粘接既有结构的表层，无法达到快速修补电磁防护的效果。2)电磁防护效果差：传统施工工艺为人工搅拌并涂抹电磁防护材料，无法保证所有材料组成和涂抹工艺的均匀性，因此无法保证电磁防护层的厚度和材质均匀性，容易造成局部电磁防护失效。而且传统人工涂抹和喷涂工艺制造电磁防护结构施工步骤繁琐，施工水平要求高，施工质量难以保证，也降低了电磁防护效果。此外，人工涂抹防护涂层表层无法做出纹理状(例如“S型”、“X型”和条状型等结构)的表层结构，这也大大降低了电磁波的吸收效率。3)强度和韧性低：常用水泥基电磁防护材料多为电阻型、电介质型吸波集料改性水泥基材料，功能性单一，强度和韧性低，外力作用下易造成防护层破坏。例如，石墨改性水泥基材料，因为石墨的添加降低了混凝土的工作性能以及强度指标，因此降低了其结构性能；铁氧体改性水泥基材料，其功能型单一，仅有电磁防护性能，无法保证材料的强度和韧性性能。
技术实现思路
本专利技术的目的是解决上述技术问题，提供一种3D打印多功能型MPC水泥基复合材料的制备方法及使用方法。该制备方法利用纳米SiO2与硅藻土烧制成吸波集料并改性磷酸镁水泥，制成适用于3D打印的具有吸波与保温等多功能型磷酸盐水泥基复合材料。该使用方法将该复合材料用于3D打印中，通过智能化、灵活化、无模化和精确化的3D打印技术将其打印成预设计结构，达到对混凝土结构电磁波吸收防护和增强保温的多重效果，工艺工序简便、易操作，混凝土结构的电磁防护效果和保温效果明显提高，稳定性好，拥有较好的应用前景。为实现上述目的，本专利技术的技术方案是：一种3D打印多功能型MPC(磷酸镁水泥)水泥基复合材料的制备方法，该方法包括下述步骤：第一步，原料准备：磷酸盐组分：MgO在1750℃煅烧45min，筛选粒径小于20μm；筛选高铁粉煤灰粒径在30-45μm之间，密度大于2.8g/cm3，掺量为MgO质量分数的20％-40％；磷酸二氢钾分析纯，掺量为MgO质量分数的75％；硼砂分析纯，掺量为MgO质量分数的5-8％；碳纤维直径7μm，长径比为5:1，掺量为MgO质量分数的10％；水：去离子水，掺量为MgO质量的30％；减水剂为聚羧酸减水剂，掺量为水质量的5-10％；吸波剂：1)纳米SiO2，粒径小于100nm，SiO2掺量为硅藻土质量的40％-70％；2)硅藻土：将硅藻土磨细至直径20μm以下，酸洗过滤后用去离子水清洗至中性，再将其在60℃烘干至绝干；第二步，MPC水泥基材料制备：1)陶粒烧制：将SiO2、硅藻土混合均匀；加入水混合，之后进行高温煅烧，制出粒径为40～80μm的SiO2和硅藻土均匀分布的陶粒；2)打印型磷酸镁水泥制备：对陶粒进行进行预湿，陶粒掺量为MgO的10％～30％；将水和减水剂混合均匀，形成水溶液；按照mMgO:m高铁粉煤灰:m磷酸二氢钾:m硼砂:m水溶液＝1:0.4:0.75:0.05:0.3比例配制出1/4陶粒体积磷酸镁水泥浆体，并迅速用配好的磷酸镁水泥浆体与所有陶粒搅拌不少于3min，后将搅拌均匀材料均匀铺至塑料板上并常温养护15min，制备成磷酸镁水泥均匀涂覆在陶粒表面的吸波颗粒；将剩余组分材料与吸波颗粒搅拌混合均匀，至此多功能型磷酸镁水泥浆体配制完成。一种3D打印多功能型MPC(磷酸镁水泥)水泥基复合材料的使用方法，将上述配制的多功能型磷酸镁水泥浆体通过3D打印技术打印在混凝土表层，按照每层5.0+0.5mm/层方式打印厚度为20+0.5mm，形成磷酸镁水泥表层；再在磷酸镁水泥表层打印出具有纹理的表层；磷酸镁水泥表层及具有纹理的表层在室外环境防水养护6h以上即可作为电磁防护层。与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：(1)电磁防护效果稳定：磷酸镁水泥是一种无机胶凝材料，具有快硬高强，良好的工作效能，耐高温性能，粘接性等优点，磷酸镁水泥与混凝土界面粘接强度＞2.5MPa，扩展度＞160mm，1h抗压强度达30MPa，而且本专利技术中吸波集料能均匀分布于磷酸镁水泥中，能够保证在混凝土表层形成一层高强度的保护层结构，消除了防护层剥离破坏的可能性，提高电磁防护的稳定性。陶粒具有多孔特性，提高了电磁防护层(吸波层)与自由空间的阻抗匹配，降低了电磁波在吸波层的反射，从而提高电磁波进入材料后的消耗，降低了电磁波的二次传播污染。(2)电磁防护效能高：3D打印具有智能化、高精确度化和快速化的优点，能够保证打印尺寸的准确性，可快速制造出多种复杂结构(如角锥结构、波纹结构和蜂窝结构等)，施工快速精准，保证电磁防护层达到电磁防护效能的设计标准。(3)采用硅藻土作为吸波剂，材料来源广泛，价格低廉，同时硅藻土具有轻质、保温、绿色等优点。综上，本专利技术很好地丰富了现有加固方法(使用环氧基类粘接钢材和纤维布材料加固方法)和电磁防护方法(环氧基类电磁防护涂层和水泥基类电磁屏蔽与吸波方法)，使用新型的3D打印技术来打印电磁防护材料，其可以智能化、无模化、精细化打印出预设结构形式，同时对MPC进行改性，使其具有电磁防护性能，并且兼具保温作用。本专利技术方法具有高强度、智能化、精确度高、高稳定性、高吸收、宽屏带、工序简单快速等优点，满足混凝土结构加固、保温和电磁防护的智能化市场要求，具有广阔的应用前景。附图说明图1为表1中6号试样(R10样品)的3D打印性评价效果图，该样品具有良好的可打印性。图2为表1中6号试样配比基础上降低到5％高铁粉煤灰试样(R40样品)的3D打印性评价效果图，该样品不具有可打印性。具体实施方式及实例下面结合实施例进一步解释本专利技术，但并不以此作为对本申请保护范围的限定。本专利技术3D打印多功能型MPC水泥基复合材料制备方法，1.各组分的品质指标要求如下：磷酸盐组分：MgO在1750℃煅烧45min，筛选粒径小于20μm；筛选高铁粉煤灰(含铁元素较高的矿物掺加料(铁含量以Fe2O3计，铁含量为30％-35％)，粒径在30-45μm之间，密度大于2.8g/cm3，掺量为MgO质本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种3D打印多功能型MPC水泥基复合材料的制备方法，该方法包括下述步骤：第一步，原料准备：磷酸盐组分：MgO在1750℃煅烧45min，筛选粒径小于20μm；筛选高铁粉煤灰粒径在30‑45μm之间，密度大于2.8g/cm3，掺量为MgO质量分数的20％‑40％；磷酸二氢钾分析纯，掺量为MgO质量分数的75％；硼砂分析纯，掺量为MgO质量分数的5‑8％；碳纤维直径7μm，长径比为5:1，掺量为MgO质量分数的10％；水：去离子水，掺量为MgO质量的30％；减水剂为聚羧酸减水剂，掺量为水质量的5‑10％；吸波剂：1)纳米SiO2，粒径小于100nm，SiO2掺量为硅藻土质量的40％‑70％；2)硅藻土：将硅藻土磨细至直径20μm以下，酸洗过滤后用去离子水清洗至中性，再将其在60℃烘干至绝干；第二步，MPC水泥基材料制备：1)陶粒烧制：将SiO2、硅藻土混合均匀；加入水混合，之后进行高温煅烧，制出粒径为40～80μm的SiO2和硅藻土均匀分布的陶粒；2)打印型磷酸镁水泥制备：对陶粒进行进行预湿，陶粒掺量为MgO的10％～30％；将水和减水剂混合均匀，形成水溶液；按照mMgO:m高铁粉煤灰:m磷酸二氢钾:m硼砂:m水溶液＝1:0.4:0.75:0.05:0.3比例配制出1/4陶粒体积磷酸镁水泥浆体，并迅速用配好的磷酸镁水泥浆体与所有陶粒搅拌不少于3min，后将搅拌均匀材料均匀铺至塑料板上并常温养护15min，制备成磷酸镁水泥均匀涂覆在陶粒表面的吸波颗粒；将剩余组分材料与吸波颗粒搅拌混合均匀，至此多功能型磷酸镁水泥浆体配制完成。...

【技术特征摘要】
1.一种3D打印多功能型MPC水泥基复合材料的制备方法，该方法包括下述步骤：第一步，原料准备：磷酸盐组分：MgO在1750℃煅烧45min，筛选粒径小于20μm；筛选高铁粉煤灰粒径在30-45μm之间，密度大于2.8g/cm3，掺量为MgO质量分数的20％-40％；磷酸二氢钾分析纯，掺量为MgO质量分数的75％；硼砂分析纯，掺量为MgO质量分数的5-8％；碳纤维直径7μm，长径比为5:1，掺量为MgO质量分数的10％；水：去离子水，掺量为MgO质量的30％；减水剂为聚羧酸减水剂，掺量为水质量的5-10％；吸波剂：1)纳米SiO2，粒径小于100nm，SiO2掺量为硅藻土质量的40％-70％；2)硅藻土：将硅藻土磨细至直径20μm以下，酸洗过滤后用去离子水清洗至中性，再将其在60℃烘干至绝干；第二步，MPC水泥基材料制备：1)陶粒烧制：将SiO2、硅藻土混合均匀；加入水混合，之后进行高温煅烧，制出粒径为40～...

【专利技术属性】
技术研发人员：马国伟，赵亚楠，刘雄飞，张宇晓，王里，
申请(专利权)人：河北工业大学，
类型：发明
国别省市：天津,12