一种3D打印韧性混凝土材料及制备方法技术

本发明专利技术公开了一种3D打印韧性混凝土材料，其特征在于，按照重量百分比计，该混凝土材料包含以下组分且各组分含量为：水泥25～45％；矿物掺合料8～25％；纤维1.5～5.0％；细集料25～50％；超塑化剂0.8～1.5％。本发明专利技术的混凝土原料组成简单且来源丰富，能够降低3D打印混凝土材料用量，降低生产成本。本发明专利技术的3D打印混凝土材料具有优异的抗渗性，整个混凝土结构具有良好的整体性、延性以及抗震耗能性能。延性以及抗震耗能性能。

【技术实现步骤摘要】
一种3D打印韧性混凝土材料及制备方法


[0001]本专利技术属于新型建筑材料
，具体而言，涉及一种3D打印韧性混凝土材料及制备方法。

技术介绍

[0002]近年来，3D打印技术作为一种发展迅速的增材制造技术，在各行业中发展迅猛。涉及汽车制造、航空航天零部件、骨骼、食品、鞋子、房屋、桥梁等。
[0003]3D打印是由1860年多照相机实体雕塑技术和1892年的地貌成形技术衍生而来。20世纪末，多种实用的3D打印技术和3D打印设备相继专利技术并得以快速发展。预计到2022年全球将支出227亿美元用于3D打印技术。
[0004]在工程建设领域中，3D打印技术具有全自动化、造型自由度大、少人工免模板等诸多优势。随着全球3D打印技术的发展和3D打印设备升级换代，越来越多3D打印实体工程得到应用。在建设单层及多层建筑、人行桥梁、个性化雕塑、3D打印仿生部品已得到用。3D打印技术再工程中进一步发展，取决于打印精度、速度、稳定性以及安全性的提升。首先，3D打印机要有精准的控制和合理的机械构造，以满足尺寸、精度、稳定性的要求。其次，程序要能合理确定喷头路径和内部填充方式，从而使得构件的宏观力学性能满足涉及要求，同时可以优化构造、充分利用材料。最重要的是，材料需要适用于3D打印成型的过程，具有合适的“时间窗口”(存在某一合适的时间段，在该时间段内材料具有流动性和力学性能，以确保打印过程不堵管、可打印、具备可建造性)。
[0005]目前一般3D打印生产使用的基本上是砂浆或者混凝土，水泥基材料是一种多孔材料，存在收缩开裂的风险，脆性较大，裂缝宽度大，特别是开裂之后耐久性更差，抗震、抗冲击、耐疲劳性能差，不能满足现代新型建筑工程应用的发展需要。3D打印特殊工程，要有个性化，对于非曲线复杂造型的构筑体，特别是受冲击频率较高的部位，其抗震、抗冲击和耐疲劳性能要求较高，这就要求3D打印混凝土具备较高的韧性，关键部位还要求降低厚度和高度，减少荷载。未来3D打印混凝土增韧是一个重要的发展方向，因此开发3D打印韧性混凝土材料将具有重要理论意义和应用价值。

技术实现思路

[0006]本专利技术的主要目的在于，克服现有的3D打印混凝土中存在的脆性高、易开裂、强度低、延性差以及养护时间长的缺点缺陷，提供一种新的3D打印韧性混凝土材料及制备方法。本专利技术能够有效降低3D打印混凝土材料用量，提高抗渗性能且降低生产成本，从而更加适于实用，且具有产业上的利用价值。
[0007]本专利技术的目的及解决其技术问题是采用以下技术方案来实现的。
[0008]本专利技术提供了一种3D打印韧性混凝土材料，其特征在于，按照重量百分比计，该混凝土材料包含以下组分且各组分含量为：
[0009][0010]前述的3D打印韧性混凝土材料，其特征在于，所述水泥的型号为普通硅酸水泥PO 42.5或PO 52.5。
[0011]前述的3D打印韧性混凝土材料，其特征在于，所述矿物掺合料主要由以下重量百分比的原料组成：微硅粉15～25％，粉煤灰40～60％以及矿粉8～20％；其中，所述微硅粉中二氧化硅≥90％；所述粉煤灰为Ⅰ级灰；所述矿粉为S95级，其细度≥800目。
[0012]前述的3D打印韧性混凝土材料，其特征在于，所述纤维主要由以下重量百分比的原料组成：钢纤维60～80％，聚丙烯纤维20～40％；其中，所述钢纤维为镀铜微丝，具端钩，长度为12mm，直径为0.5mm；所述聚丙烯纤维的长度为12～19mm。
[0013]前述的3D打印韧性混凝土材料，其特征在于，所述细集料主要由以下重量百分比的原料组成：石英砂60～80％，金刚砂20～40％；其中，所述石英砂为二区中砂，细度模数为2.6～2.9，所述金刚砂的粒径≤4.75mm。
[0014]前述的3D打印韧性混凝土材料，其特征在于，所述超塑化剂主要由以下重量百分比的原料组成：聚羧酸减水剂65～80％，羟丙基甲基纤维素醚15～25％；其中，所述聚羧酸减水剂为聚醚类高减水型，所述羟丙基甲基纤维素醚的粘度为400Pa
·
s。
[0015]本专利技术的目的及解决其技术问题还通过采用以下技术方案来实现。
[0016]本专利技术还提供了一种3D打印韧性混凝土材料的制备方法，包括：
[0017](1)将水泥、微硅粉、粉煤灰、矿粉、石英砂、金刚砂以及聚丙烯纤维按照配比称重并混合，得到混合料；
[0018]将聚羧酸减水剂、羟丙基甲基纤维素醚与水按照配比称重并混合，得到混合浆料；
[0019](2)将混合物料进行预搅拌，然后加入混合浆料搅拌，最后加入钢纤维继续搅拌均匀，即得到3D打印韧性混凝土干混料材料。
[0020]前述的制备方法，其中，所述聚羧酸减水剂、羟丙基甲基纤维素醚与水的质量比为6：2：125。
[0021]借由上述技术方案，本专利技术至少具有下列优点：本专利技术的混凝土原料组成简单且来源丰富，能够降低3D打印混凝土材料用量，降低生产成本。本专利技术的3D打印混凝土材料具有优异的抗渗性，整个混凝土结构具有良好的整体性、延性以及抗震耗能性能。
[0022]综上所述，本专利技术特殊的3D打印韧性混凝土材料具有良好的韧性和抗渗性。其具有上述诸多的优点及实用价值，并在同类产品中未见有类似的设计公开发表或使用而确属创新，其不论在方法上或产品性能上皆有较大的改进，在技术上有较大的进步，并产生了好用及实用的效果，且较现有的混凝土具有增进的多项功效，从而更加适于实用，而具有产业
的广泛利用价值，诚为一新颖、进步、实用的新设计。
[0023]上述说明仅是本专利技术技术方案的概述，为了能够更清楚了解本专利技术的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本专利技术的较佳实施例详细说明如后。
具体实施方式
[0024]为了使本专利技术实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面将结合本专利技术实施例，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本专利技术保护的范围。
[0025]实施例1
[0026](1)按重量份数计，将强度等级为42.5的普通硅酸盐水泥400份、粒径为4～8μm的微硅粉40份、粒径为345～390μm的粉煤灰120份、粒径为800～1000μm的矿粉40份、粒径为0.08～0.20mm的石英砂246份、粒径为0.15～0.30m份的金刚砂106份、长度为17mm的聚丙烯纤维8份混合，得到混合物料；按重量分数计，将聚羧酸减水剂SUNBO PC1021型6份、羟丙基甲基纤维素醚HEDA HP400型2份与125份水混合(减水剂、纤维素醚与水的质量比是6：2：125)，得到混合浆料；
[0027](2)将得到的混合物料在搅拌锅中进行预拌180s；然后将得到的混合浆料在15s内匀速加入预搅拌的混合物料中搅拌300s；最后将直径为0.5mm、长度12mm本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种3D打印韧性混凝土材料，其特征在于，按照重量百分比计，该混凝土材料包含以下组分且各组分含量为：2.根据权利要求1所述的3D打印韧性混凝土材料，其特征在于，所述水泥的型号为普通硅酸水泥PO 42.5或PO 52.5。3.根据权利要求1所述的3D打印韧性混凝土材料，其特征在于，所述矿物掺合料主要由以下重量百分比的原料组成：微硅粉15～25％，粉煤灰40～60％以及矿粉8～20％；其中，所述微硅粉中二氧化硅≥90％；所述粉煤灰为Ⅰ级灰；所述矿粉为S95级，其细度≥800目。4.根据权利要求1所述的3D打印韧性混凝土材料，其特征在于，所述纤维主要由以下重量百分比的原料组成：钢纤维60～80％，聚丙烯纤维20～40％；其中，所述钢纤维为镀铜微丝，具端钩，长度为12mm，直径为0.5mm；所述聚丙烯纤维的长度为12～19mm。5.根据权利要求1所述的3D打印韧性混凝土材料，其特征在于，所述细集料主要由以下重量百分比的原料组成：石英砂6...

【专利技术属性】
技术研发人员：张亚梅，王香港，贾鲁涛，
申请(专利权)人：南京绿色增材智造研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：