纤维增强3D打印高性能轻质混凝土及其制备和使用方法技术

本发明专利技术涉及一种纤维增强3D打印高性能轻质混凝土及其制备和使用方法。该混凝土按重量份数计，混凝土的组成和含量分别为：快硬早强硫铝酸盐水泥3.5‑5.9份；粉煤灰0.57‑1.28份；硅灰0.23‑0.0.59份；石英砂2.8‑3.7份，所述石英砂的平均粒径为40目‑80目；水1.7‑2.1份；减水剂0.025‑0.035份；长度为7‑10mm的PVA纤维0.005‑0.007份；粘度为2万‑7万的羟丙基甲基纤维素0.02‑0.05份，发泡剂0.09‑0.2份。本发明专利技术将轻质混凝土和3D打印结合配制可3D打印高性能轻质混凝土，可打印性能高、强度高，容重小，有利于推动3D打印混凝土的实际工程应用。

Fiber Reinforced 3D Printing of High Performance Lightweight Concrete and Its Preparation and Application

【技术实现步骤摘要】
纤维增强3D打印高性能轻质混凝土及其制备和使用方法
本专利技术涉及3D打印材料
，具体是一种纤维增强3D打印高性能轻质混凝土及其制备和使用方法。
技术介绍
3D打印使一种先进的数字化制造方式，近几年建筑级3D打印技术获得显著的发展，3D打印桥梁、3D打印房屋等实例常有报道，这些在很大程度上证实了将3D打印技术运用到土木建筑领域的可行性。3D打印混凝土技术也因其节约了人力，无模板化，提高了生产效率得到广泛的关注和推广。然而，目前针对可3D打印的混凝土材料种类的报道尚少，而且3D打印混凝土材料的使用需要与3D打印机的工作参数相协调一致。混凝土拌合物的可打印性能(如流动性、挤出性、建造性、早期刚度等)与打印机的打印参数(如挤出速度、打印速度、打印高度、打印头设计尺寸等)相互制约也相辅相成。在合理优化设计混凝土材料的可打印性能与打印机的打印参数的前提下，方可保证打印过程的顺利完成。轻质混凝土又名泡沫混凝土，是通过发泡机的发泡系统将发泡剂用机械方式充分发泡，并将泡沫与水泥浆均匀混合，然后经过发泡机的泵送系统进行现浇施工或模具成型。突出特点是在混凝土内部形成封闭的泡沫孔，使混凝土轻质化和保温隔热化。如申请号为201810446941的中国专利公开一种憎水性聚苯乙烯发泡混凝土及其制备方法。但目前还没有将泡沫混凝土与3D打印技术相结合的材料。
技术实现思路
本专利技术的目的是，提供一种纤维增强3D打印高性能轻质混凝土及其制备和使用方法。该混凝土材料利用快硬早强硫铝酸盐水泥配制混凝土，可打印性能高、强度高，有利于推动3D打印混凝土的实际工程应用。该制备方法首先将发泡剂用水稀释，减少了发泡剂的使用效果，原材料分三次加入，这样保证了原材料的均匀拌合，拌合后性能好。最后得到能用在土木建筑工程中纤维增强3D打印高性能轻质混凝土。在使用方法限定的各项参数范围内打印所制备的混凝土，可保证打印过程的顺利以及3D打印混凝土的结构稳定性。本专利技术解决所述技术问题采用的技术方案是：一种纤维增强3D打印高性能轻质混凝土，按重量份数计，混凝土的组成和含量分别为：快硬早强硫铝酸盐水泥3.5-5.9份；粉煤灰0.57-1.28份；硅灰0.23-0.0.59份；石英砂2.8-3.7份，所述石英砂的平均粒径为40目-80目；水1.7-2.1份；减水剂0.025-0.035份；长度为7-10mm的PVA纤维0.005-0.007份；发泡剂0.09-0.2份；粘度为2万-7万的羟丙基甲基纤维素0.02-0.05份。一种上述的纤维增强3D打印高性能轻质混凝土的制备方法，该制备方法包括以下步骤：(1)按重量份数计，将上述原料分成四组，第一组为发泡剂0.09-0.2份和水0.05-0.3份，第二组为快硬早强硫铝酸盐水泥3.5-5.9份、粉煤灰0.57-1.28份、石英砂2.8-3.7份、硅灰0.23-0.0.59份和PVA纤维0.005-0.007份，第三组为水1.3-1.9份和减水剂0.04-0.06份，第四组为余量的水和0.02-0.05份的羟丙基甲基纤维素；(2)将第一组的发泡剂和水混合，搅拌均匀后，通过发泡剂发泡待用(3)将第二组和第三组的原料同时送入行星式搅拌机进行混合搅拌，至完全混合均匀，然后再将第一组稀释的发泡剂加入到上述已混合均匀的拌合物中，进行混合搅拌，至完全混合均匀；(4)将第四组的材料加入步骤(3)中得到的浆液混合均匀，搅拌90-180s，即得到所述的纤维增强3D打印高性能轻质混凝土。一种上述的纤维增强3D打印高性能轻质混凝土的使用方法，该使用方法是：将上述混凝土泵送或机械输送至3D打印机的打印喷头内，静置时间30-40min，设置打印喷头出口截面积为180～200mm2，挤出速度为0.3-0.4m3/h，水平向打印速度为250-290m/h，然后进行打印。与现有的轻质混凝土材料相比，本专利技术的难点是：1)将3D打印技术与轻质混凝土材料结合，在混凝土材料的流动性已确定前提下，打印机的打印速度如若过慢，则打印出的结构容易出现堆积或者褶皱的现象，打印速度如若过快，则会造成混凝土材料的中断。本专利技术混凝土拌合物的可打印性能良好，在很大程度上减少了人力，无模板化，提高了生产效率。2)掺入PVA纤维一方面有效抑制了因表面水分蒸发而产生的收缩、开裂等现象，另一方面大大提高了混凝土材料的力学强度尤其是延性；3)粘度改性剂的使用降低了打印结构的分层效应，提高了打印结构的整体性。本专利技术采用将发泡剂稀释后发泡在与混凝土拌和，取得了良好的效果。附图说明图1为实施例1的混凝土进行坍落度评价测试的效果图。图2为实施例1的混凝土进行建造性评价测试的效果图。具体实施方式下面结合实施例及附图进一步解释本专利技术，但并不以此作为对本申请权利要求保护范围的限定。一种纤维增强3D打印高性能轻质混凝土，按重量份数计，混凝土的组成和含量分别为：快硬早强硫铝酸盐水泥3.5-5.9份；粉煤灰0.57-1.28份；硅灰0.23-0.0.59份；石英砂2.8-3.7份，所述石英砂的平均粒径为40目-80目；水1.7-2.1份；减水剂0.025-0.035份；长度为7-10mm的PVA纤维0.005-0.007份；发泡剂0.09-0.2份；粘度为2万-7万的羟丙基甲基纤维素0.02-0.05份。所述快硬早强硫铝酸盐水泥的比表面积为450m2/kg，密度为3.43g/cm3，标准稠度用水量为25.9％，初凝时间30min，终凝时间为60min，氧化钙含量为48.2％，硫铝比为3.5，碱度系数为0.9，3天抗折强度为7.2MPa，3天抗压强度为53MPa。快硬性水泥的使用是为了使混凝土获得较高的早起强度，有利于提高混凝土的建造性。所述粉煤灰的烧失量为7.1％，含水率为0.1％，氧化钙含量为3.7％，需水量比为104％，细度为45μm方孔筛筛余17.5％。所述硅灰的密度为2.3g/cm3，比表面积为25～29m2/g；所述石英砂的相对密度为2.65；所述减水剂为聚羧酸系减水剂，减水率大于30％，含固量为36.5％。硅灰提高了材料的保水性。所述PVA纤维的长度为9mm，直径为50μm，密度为0.9g/cm3，抗拉强度为4MPa，弹性模量为3-8GPa；纤维的加入一方面减少混凝土早期因水分蒸发而形成的开裂，同时能提高硬化后混凝土的断裂韧性。所述羟丙基甲基纤维素(HPMC)为一种粘度改性剂，优选粘度规格为5万粘度，粘度改性剂的使用能提高3D打印结构层与层之间的截面粘结力，从而提高3D打印结构的整体性。所述的纤维增强3D打印高性能轻质混凝土的制备方法，该制备方法包括以下步骤：(1)按重量份数计，将上述原料分成四组，第一组为发泡剂0.09-0.2份和水0.05-0.3份，第二组为快硬早强硫铝酸盐水泥3.5-5.9份、粉煤灰0.57-1.28份、石英砂2.8-3.7份、硅灰0.23-0.0.59份和PVA纤维0.005-0.007份，第三组为水1.3-1.9份和减水剂0.04-0.06份，第四组为余量的水和0.02-0.05份的羟丙基甲基纤维素；(2)将第一组的发泡剂和水混合，搅拌均匀后，通过发泡剂发泡待用(3)将第二组和第三组的原料同时送入行星式搅拌机进行混合搅拌，至完全混合均匀，然后再将第一组稀释的发泡剂本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种纤维增强3D打印高性能轻质混凝土，按重量份数计，混凝土的组成和含量分别为：快硬早强硫铝酸盐水泥3.5‑5.9份；粉煤灰0.57‑1.28份；硅灰0.23‑0.0.59份；石英砂2.8‑3.7份，所述石英砂的平均粒径为40目‑80目；水1.7‑2.1份；减水剂0.025‑0.035份；长度为7‑10mm的PVA纤维0.005‑0.007份；发泡剂0.09‑0.2份；粘度为2万‑7万的羟丙基甲基纤维素0.02‑0.05份。

【技术特征摘要】
1.一种纤维增强3D打印高性能轻质混凝土，按重量份数计，混凝土的组成和含量分别为：快硬早强硫铝酸盐水泥3.5-5.9份；粉煤灰0.57-1.28份；硅灰0.23-0.0.59份；石英砂2.8-3.7份，所述石英砂的平均粒径为40目-80目；水1.7-2.1份；减水剂0.025-0.035份；长度为7-10mm的PVA纤维0.005-0.007份；发泡剂0.09-0.2份；粘度为2万-7万的羟丙基甲基纤维素0.02-0.05份。2.根据权利要求1所述的纤维增强3D打印高性能轻质混凝土，其特征在于所述快硬早强硫铝酸盐水泥的比表面积为450m2/kg，密度为3.43g/cm3，标准稠度用水量为25.9％，初凝时间30min，终凝时间为60min，氧化钙含量为48.2％，硫铝比为3.5，碱度系数为0.9，3天抗折强度为7.2MPa，3天抗压强度为53MPa。3.根据权利要求1所述的纤维增强3D打印高性能轻质混凝土，其特征在于所述粉煤灰的烧失量为7.1％，含水率为0.1％，氧化钙含量为3.7％，需水量比为104％，细度为45μm方孔筛筛余17.5％。4.根据权利要求1所述的纤维增强3D打印高性能轻质混凝土，其特征在于所述硅灰的密度为2.3g/cm3，比表面积为25～29m2/g；所述石英砂的相对密度为2.65；所述减水剂为聚羧酸系减水剂，减水率大于30％，含固量为36.5％。5.根据权利要求1所述的纤维增强3D...

【专利技术属性】
技术研发人员：陶明，翟德勤，徐浩，
申请(专利权)人：中电建水环境治理技术有限公司，
类型：发明
国别省市：广东,44