一种利用商品混凝土现场调配为3D打印混凝土的方法技术

本发明专利技术涉及建筑3D打印及废弃物资源化领域，尤其涉及一种利用商品混凝土现场调配为3D打印混凝土的方法。首先公开了一种用于3D打印混凝土的专用外加剂，按重量份计，所述专用外加剂包括以下组分：纤维素醚0.5‑2份，消泡剂0‑2份，聚丙烯酰胺0.1‑2份，速凝剂0.1‑3份，早强剂0.1‑3份，凹凸棒土1‑5份。通过添加该专用外加剂可在现场对商品混凝土进行工作性能调控，使其满足可打印性的要求。此外，本发明专利技术中3D打印混凝土的制备工艺简单，易于工业化生产，有利于推动3D打印混凝土的大批量应用，具有实际工程意义。

A method of using commercial concrete to make 3D printing concrete

【技术实现步骤摘要】
一种利用商品混凝土现场调配为3D打印混凝土的方法
本专利技术涉及建筑3D打印及废弃物资源化领域，尤其涉及一种利用商品混凝土现场调配为3D打印混凝土的方法。
技术介绍
近年来，我国的工业化进程不断加快，“推动新型工业化、信息化、城镇化、农业现代化同步发展”已经成为基本国策。建筑工业化作为工业化进程的一部分，近年来也得到了快速的发展。3D打印技术作为“智能生产”的方式之一，将其用于建筑行业中会减少人工劳动力，加快生产速度，减少混凝土的废品量，从而大大加快建筑工业化的发展进程。目前国内外所开展的3D打印建筑中使用的材料多为3D打印砂浆，其骨料粒径较小。这一方面是由于当前所用的打印机挤出口尺寸较小，不能够打印粗骨料混凝土，另一方面是由于相对于混凝土来讲，砂浆具有更高的匀质性，其性质更好控制。然而，在实际工程中，混凝土才是使用量最大的建筑材料，相对砂浆具有更好的长期性能和更低的造价。因此，实现含粗骨料混凝土材料的打印是3D打印技术在建筑行业中应用的迫切要求。对于3D打印砂浆来说，目前在应用时用量较小，多采用干粉砂浆施工现场拌制的方法。然而，对于3D打印混凝土，当用量较大时，由于现场条件有限以及环评要求，不能像干粉砂浆一样在现场大批量拌合。因此，3D打印混凝土的主要配制和运输应该像商品混凝土一样。另一方面，3D打印混凝土技术对混凝土在新拌状态时的工作性要求与普通混凝土差异巨大，既要求混凝土在挤出之前具有一定的流动度，保证其可泵和可挤出，又要在挤出之后的较短时间内具有可建造性，即具有较快的硬化速度和强度增长，以保证已打印混凝土具有足够的强度来承受自身荷载和后续打印带来的上部荷载。因此，3D打印混凝土对挤出前和挤出后两个阶段的工作性要求有很大的差异，理论上讲对其不同阶段的工作性优化可通过添加外加剂实现，例如可通过添加减水剂满足挤出前3D打印混凝土要求的流动性，可通过添加增稠剂、速凝剂等控制挤出后3D打印混凝土的塌落度、凝结时间，保证其可建造性。然而，目前多种外加剂的添加无法精确控制挤出前后混凝土的工作性能，例如减水剂的增加会降低挤出后的可建造性，速凝剂的添加严重影响商品混凝土的运输、泵送。因此，对来源于商品混凝土的3D打印混凝土的应用提出了极大的挑战。
技术实现思路
鉴于以上所述现有技术的缺点，本专利技术的目的在于提供一种利用商品混凝土现场调配为3D打印混凝土的方法，使用该方法首先能够得到工作性能满足泵送要求的商品混凝土，将该商品混凝土运输到施工现场之后泵送至二次搅拌容器中，通过添加3D打印混凝土专用外加剂现场调配该商品混凝土为3D打印混凝土。与现有技术相比，本专利技术既能满足3D打印混凝土在挤出前和挤出后对工作性能的不同要求，解决3D打印混凝土的生产运输难题，又能避免3D打印混凝土大批量生产时带来的现场原料堆放和环保问题，且工艺简单，有利于推动3D打印混凝土的大批量应用，具有实际工程意义。具体的，本专利技术的技术方案如下：鉴于以上所述现有技术的缺点，本专利技术的目的在于提供一种利用商品混凝土现场调配为3D打印混凝土的方法，使用该方法首先能够得到工作性能满足泵送要求的商品混凝土，将该商品混凝土运输到施工现场之后泵送至二次搅拌容器中，通过添加3D打印混凝土专用外加剂现场调配该商品混凝土为3D打印混凝土。与现有技术相比，本专利技术既能满足3D打印混凝土在挤出前和挤出后对工作性能的不同要求，解决3D打印混凝土的生产运输难题，又能避免3D打印混凝土大批量生产时带来的现场原料堆放和环保问题，且工艺简单，有利于推动3D打印混凝土的大批量应用，具有实际工程意义。具体的，本专利技术的技术方案如下：本专利技术第一个方面公开了一种用于3D打印混凝土的专用外加剂，按重量份计，所述专用外加剂包括以下组分：纤维素醚0.5-2份，消泡剂0-2份，聚丙烯酰胺0.1-2份，速凝剂0.1-3份，早强剂0.1-3份，凹凸棒土1-5份。优选的，所述专用外加剂包括以下条件中1)，且包括2)-6)中的至少一种：1)所述纤维素醚为羧丙基甲基纤维素醚或木质纤维素醚；2)所述消泡剂为混凝土专用消泡剂；3)所述聚丙烯酰胺为混凝土用聚丙烯酰胺，分子量在300-1000万之间；4)所述速凝剂为无碱速凝剂；5)所述早强剂为混凝土用有机类或复合型早强剂；6)所述凹凸棒土为混凝土用纳米提纯凹凸棒黏土粉。本专利技术第二个方面公开了一种3D打印混凝土，所述3D打印混凝土包括上述的专用外加剂。优选的，所述3D打印混凝土还包括商品混凝土。更优选的，按重量份计，所述商品混凝土包括以下组分：天然碎石80-120份，河砂80-150份，再生粗骨料20-50份，水泥50-100份，活性掺合料10-40份，纤维0.5-2份，减水剂0.25-2份，水15-50份。较佳的，所述商品混凝土满足以下条件：1)所述天然碎石为连续级配，其粒径为5-15mm；2)所述河砂为连续级配中砂或细砂，细度模数为3.0-1.6，粒径为0.15-4.75mm；3)所述再生粗骨料来源于废弃混凝土，经破碎、筛分后得到，粒径为5-15mm；4)所述水泥选自硅酸盐水泥、矿渣水泥、火山灰水泥、粉煤灰水泥中的一种或几种；5)所述活性掺合料选自硅灰、粉煤灰、矿渣粉、偏高岭土中的一种或几种；6)所述纤维选自聚乙烯纤维、聚丙烯纤维、植物纤维中的一种或两种，纤维长度为5-20mm；7)所述减水剂为聚羧酸型减水剂。在本专利技术的一些具体实施例中，所述再生粗骨料的吸水率为3％-8％，远高于天然碎石。所述再生粗骨料的吸水率在利用商品混凝土现场调配为3D打印混凝土的制备过程中要特别考虑。若假定一种无再生粗骨料的商品混凝土配方中胶凝材料、天然碎石、水的用量分别为a、b、c，那么当以再生粗骨料替代m％天然碎石后，且假定这种再生粗骨料与天然碎石的吸水率差为n％，则该商品混凝土配方中的用水量将变为W＝c+b*m％*n％，与此同时，该配方中的水胶比将由c/a变为(c+b*m％*n％)/a。本专利技术第三个方面公开了制备上述的3D打印混凝土的方法，所述3D打印混凝土由商品混凝土和专用外加剂现场调配制得。优选的，首先由搅拌站配制工作性能满足泵送要求的商品混凝土，运输到施工现场之后泵送至二次搅拌容器中，通过添加专用外加剂现场调配得到满足打印要求的3D打印混凝土。在本专利技术的一些具体实施例中，所述外加剂的用法为将各原材料称重后混合在一起并搅拌至均匀，然后添加到已被泵送至二次搅拌容器中的商品混凝土中，开始搅拌，搅拌时间为5-10分钟，即可得到满足打印要求的3D打印混凝土。更优选的，所述二次搅拌容器的容量为100-1000L，功率为5-40kw，搅拌速度为20-150rpm，搅拌时间为5-10分钟。优选的，所述商品混凝土在搅拌站制备完成并运输到施工现场后，其塌落度达到120-200mm的要求，并本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于3D打印混凝土的专用外加剂，其特征在于，按重量份计，所述专用外加剂包括以下组分：/n消泡剂0-2份，/n纤维素醚0.5-2份，/n聚丙烯酰胺0.1-2份，/n速凝剂0.1-3份，/n早强剂0.1-3份，/n凹凸棒土1-5份。/n

【技术特征摘要】
1.一种用于3D打印混凝土的专用外加剂，其特征在于，按重量份计，所述专用外加剂包括以下组分：
消泡剂0-2份，
纤维素醚0.5-2份，
聚丙烯酰胺0.1-2份，
速凝剂0.1-3份，
早强剂0.1-3份，
凹凸棒土1-5份。


2.根据权利要求1所述的用于3D打印混凝土的专用外加剂，其特征在于，所述专用外加剂包括以下条件中的1)，且包括2)-6)中的至少一种：
1)所述消泡剂为混凝土专用消泡剂；
2)所述纤维素醚为羧丙基甲基纤维素醚或木质纤维素醚；
3)所述聚丙烯酰胺为混凝土用聚丙烯酰胺，分子量在300-1000万之间；
4)所述速凝剂为无碱速凝剂；
5)所述早强剂为混凝土用有机类或复合型早强剂；
6)所述凹凸棒土为混凝土用纳米提纯凹凸棒黏土粉。


3.一种3D打印混凝土，其特征在于，所述3D打印混凝土包括权利要求1-2任一项所述的专用外加剂。


4.根据权利要求3所述的3D打印混凝土，其特征在于，所述3D打印混凝土还包括商品混凝土。


5.根据权利要求4所述的3D打印混凝土，其特征在于，按重量份计，所述商品混凝土包括以下组分：
天然碎石80-120份，
河砂80-150份，
再生粗骨料20-50份，
水泥50-100份，
活性掺合料10-40份，
纤维0.5-2份，
减水剂0.25-2份，
水15-50份。


6.根据权利要求...

【专利技术属性】
技术研发人员：肖建庄，侯少丹，段珍华，
申请(专利权)人：同济大学，
类型：发明
国别省市：上海;31