一种3D打印高强水泥基材料及掺合料最佳配比的确定方法技术

本发明专利技术属于建筑材料技术领域，具体涉及一种3D打印高强水泥基材料及掺合料最佳配比的确定方法。本发明专利技术解决了目前确定水泥基复合材料配合比的方法存在主观性强、科学性欠佳的弊端，根据本申请的方法能够获得性能优越的3D打印高强水泥基材料，且该方法简单易操作，使用该方法确定的水泥基矿物掺合料最佳配比的方法更为科学客观，能有效提高水泥基复合材料的综合性能(抗压性能，流动性能等)，同时也能提高原料的使用率，利于水泥基材料的可持续发展。

【技术实现步骤摘要】
一种3D打印高强水泥基材料及掺合料最佳配比的确定方法
本专利技术属于建筑材料
，具体涉及一种3D打印高强水泥基材料及掺合料最佳配比的确定方法。
技术介绍
3D打印技术从产生以来就因其简便且快捷的特点引起了全社会的极大关注，同时也得到了迅猛的发展，所涉及的领域非常之广，其中就包括建筑领域。3D打印技术在建筑行业具有极大的应用前景，其中强度较低是阻碍3D打印技术不能广泛用在建筑业的一个主要原因。高强水泥基复合材料是一类强度高、耐久性能优异的新型水泥基材料，常用的原料为磷酸盐水泥，磷酸盐水泥具有凝结速度快、粘结强度和早期强度较高的特点，非常适合作为3D打印的基材。然而，磷酸盐水泥存在着后期强度倒缩的缺点，理论上认为，掺入活性掺合料不仅可以解决磷酸盐水泥后期强度倒缩问题，而且将几种掺合料复掺还能形成一定的颗粒级配，进而提高水泥基的性能。对原材料颗粒之间的堆积进行优化是获得活性掺合料最佳配比从而获得高强的主要措施之一。例如采用最小需水量法，但采用最小需水量法进行试配时是依据拌合物状态通过肉眼观察来判定试验终点，存在很强的主观性，使得试验方法缺乏一定的科学性，也不可避免地给试验带来较大的误差，由于按照最小基本需水量法所得到的配合比存在很多的主观因素，也就无法保证使用该配合比所制备的水泥基材料的性能是否为最佳。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术的目的在于提供一种3D打印高强水泥基材料及掺合料最佳配比的确定方法。本专利技术提供的确定方法解决了目前最小基本需水量确定水泥基复合材料配合比时主观性强、科学性欠佳的弊端，能够获得性能优越的3D打印高强水泥基材料。为了实现上述专利技术的目的，本专利技术提供以下技术方案：本专利技术提供了一种3D打印高强水泥基材料掺合料最佳配比的确定方法，所述掺合料包括粉煤灰和矿渣，包括以下步骤：将磷酸盐水泥与不同掺量的粉煤灰混合，得到二元体系，加入不同的水量，利用液塑限联合测定仪测定所述二元体系，当所述液塑限联合测定仪的锥尖下沉深度为6～20mm时，根据每个二元体系所对应的不同含水量，找到含水量最小的二元体系，从而间接获得最小需水量的相应的信息，从而得到粉煤灰的最佳掺量；固定所述粉煤灰和磷酸盐水泥的比例，与矿渣混合，得到三元体系，加入不同的水量，利用液塑限联合测定仪测定所述三元体系，当所述液塑限联合测定仪的锥尖下沉深度为6～20mm时，根据每个三元体系所对应的不同含水量，找到含水量最小的三元体系，从而间接获得最小需水量的相应的信息，从而得到矿渣的最佳掺量。优选地，所述锥尖下沉深度均为10mm。优选地，所述矿渣为铁矿。本专利技术提供了一种3D打印高强水泥基材料，粉煤灰和矿渣的用量由上述技术方案所述的确定方法得到，每1m3的3D打印高强水泥基材料包括以下质量份数的原料：磷酸盐水泥600～640份、粉煤灰30～40份、矿渣粉70～75份、胶粉48～53份、纤维素醚2～2.5份、速凝剂0.08～0.1份和减水剂4.5～4.8份。优选地，所述3D打印高强水泥基材料中还包括202～216份水。优选地，所述3D打印高强水泥基材料的水胶比为0.26～0.28。优选地，所述磷酸盐水泥、粉煤灰、矿渣粉、胶粉和纤维素醚的质量比为0.8～0.82:0.041～0.045:0.094～0.1:0.055～0.06:0.02～0.025。优选地，所述3D打印高强水泥基材料中胶粉、纤维素醚、减水剂、速凝剂的质量分数分别为6％、0.25％、0.6％和0.015％。优选地，所述减水剂为萘系减水剂。本专利技术提供了一种3D打印高强水泥基材料掺合料最佳配比的确定方法，本专利技术利用仪器代替肉眼观察来确定界限含水量，利用液塑限联合测定仪测定最小需水量所对应的平衡锥的下沉深度,由于最小基本需水量是水泥基材料由固体粉末状态转变成浆体状态时的所对应的含水量，此时它应该对应着液塑限联合测定仪某一下沉深度，由于此时的下沉深度较小，相应的含水量少，混合材料不容易搅拌均匀，所以此时可以不选择最小基本需水量所对应的下沉深度，水泥基材料的含水量不同只是代表着水泥基材料所处状态的不同，如果下沉深度5mm对应的配比含水量小，则下沉10mm时该配比的含水量也应该较小，因为两种状态为同一物理性质，具有很好地相关性，因此可以任选某一下沉深度为标准，例如10mm,在每种配比下利用液塑限联合测定仪让其下沉深度都为10mm，此时测出每种配比下的含水量，根据相关性，此时含水量小的配比对应的最小基本需水量也应该小，而最小基本需水量小意味着颗粒之间的空隙最小，密实度最大，从而确定出掺合料的最佳比例，解决了目前确定水泥基复合材料配合比主观性强、科学性欠佳的弊端，能够获得性能优越的3D打印高强水泥基材料，且该方法简单易操作，使用该方法确定的水泥基矿物掺合料最佳配比的方法更为科学客观，能有效提高水泥基复合材料的综合性能(抗压性能，流动性能等)，同时也能提高原料的使用率，利于水泥基材料的可持续发展。附图说明图1为粉煤灰掺量与含水量的关系；图2为矿渣掺量与含水量的关系。具体实施方式本专利技术提供了一种3D打印高强水泥基材料掺合料最佳配比的确定方法，所述掺合料包括粉煤灰和矿渣，包括以下步骤：将磷酸盐水泥与不同掺量的粉煤灰混合，得到二元体系，加入不同的水量，利用液塑限联合测定仪测定所述二元体系，当所述液塑限联合测定仪的锥尖下沉深度为6～20mm时，根据每个二元体系所对应的不同含水量，找到含水量最小的二元体系，从而间接获得最小需水量的相应的信息，从而得到粉煤灰的最佳掺量；固定所述粉煤灰和磷酸盐水泥的比例，与矿渣混合，得到三元体系，加入不同的水量，利用液塑限联合测定仪测定所述三元体系，当所述液塑限联合测定仪的锥尖下沉深度为6～20mm时，根据每个三元体系所对应的不同含水量，找到含水量最小的三元体系，从而间接获得最小需水量的相应的信息，从而得到矿渣的最佳掺量。若无特殊说明，本专利技术所用的原料均为市售商品。在本专利技术中，所述磷酸盐水泥优选为宇翔牌52.5、东阳牌52.5或鸭牌52.5。在本专利技术中，所述锥尖下沉深度独立地优选为10mm。在本专利技术中，所述液塑限联合测定仪优选为土力学测土用的数显液塑限联合测定仪。在本专利技术中，所述矿渣优选为铁矿。本专利技术提供了一种3D打印高强水泥基材料，磷酸盐水泥、粉煤灰和矿渣的用量由上述技术方案所述的确定方法得到，每1m3的3D打印高强水泥基材料包括以下质量份数的原料：磷酸盐水泥600～640份、粉煤灰30～40份、矿渣粉70～75份、胶粉48～53份、纤维素醚2～2.5份、速凝剂0.08～0.1份和减水剂4.5～4.8份。在本专利技术中，所述3D打印高强水泥基材料中优选还包括202～216份水。在本专利技术中，所述3D打印高强水泥基材料的水胶比优选为0.26～0.28，更优选为0.27。在本专利技术中，所述磷酸盐水泥、粉煤灰、矿渣粉、胶粉和纤维素醚的质量比优选为0.8～0.82:0.本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种3D打印高强水泥基材料掺合料最佳配比的确定方法，所述掺合料包括粉煤灰和矿渣，其特征在于，包括以下步骤：/n将磷酸盐水泥与不同掺量的粉煤灰混合，得到二元体系，加入不同的水量，利用液塑限联合测定仪测定所述二元体系，当所述液塑限联合测定仪的锥尖下沉深度为6～20mm时，根据每个二元体系所对应的不同含水量，找到含水量最小的二元体系，从而间接获得最小需水量相应的信息，从而得到粉煤灰的最佳掺量；/n固定所述粉煤灰和磷酸盐水泥的比例，与矿渣混合，得到三元体系，加入不同的水量，利用液塑限联合测定仪测定所述三元体系，当所述液塑限联合测定仪的锥尖下沉深度为6～20mm时，根据每个三元体系所对应的不同含水量，找到含水量最小的三元体系，从而间接获得最小需水量的相应的信息，从而得到矿渣的最佳掺量。/n

【技术特征摘要】
1.一种3D打印高强水泥基材料掺合料最佳配比的确定方法，所述掺合料包括粉煤灰和矿渣，其特征在于，包括以下步骤：
将磷酸盐水泥与不同掺量的粉煤灰混合，得到二元体系，加入不同的水量，利用液塑限联合测定仪测定所述二元体系，当所述液塑限联合测定仪的锥尖下沉深度为6～20mm时，根据每个二元体系所对应的不同含水量，找到含水量最小的二元体系，从而间接获得最小需水量相应的信息，从而得到粉煤灰的最佳掺量；
固定所述粉煤灰和磷酸盐水泥的比例，与矿渣混合，得到三元体系，加入不同的水量，利用液塑限联合测定仪测定所述三元体系，当所述液塑限联合测定仪的锥尖下沉深度为6～20mm时，根据每个三元体系所对应的不同含水量，找到含水量最小的三元体系，从而间接获得最小需水量的相应的信息，从而得到矿渣的最佳掺量。


2.根据权利要求1所述的确定方法，其特征在于，所述锥尖下沉深度均为10mm。


3.根据权利要求1所述的确定方法，其特征在于，所述矿渣为铁矿。


4.一种3D打印高强水泥基材料，其特征在于，粉煤灰和矿渣的用量由权利要求1～3任一项所述的确定方法得到，每1m3的3D打印...

【专利技术属性】
技术研发人员：张洪萍，武国贵，刘亚玲，王万月，赵致艺，韩云山，董彦莉，张兆鹏，张晓双，孟繁敏，
申请(专利权)人：中北大学，
类型：发明
国别省市：山西;14