基于3D打印的混凝土及其制备方法、3D打印柱模板技术

一种基于3D打印的混凝土及其制备方法、3D打印柱模板，涉及建筑工程领域，混凝土由以下质量份数的原料制成：普通硅酸盐水泥80～120份；硅灰10～15份；快凝快硬硫铝酸盐水泥4～7份；石英砂60～85份；水30～50份；减水剂1～2份；膨胀剂1～2份；消泡剂0.4～0.6份；引气剂0.02～0.04份；纤维素0.04～0.06份等。方法包括：称取各原料；将聚乙烯醇纤维与普通硅酸盐水泥等原料混合均匀得干粉混合物；将水和减水剂混合均匀后加入至干粉混合物中，搅拌均匀后出料。柱模板采用上述混凝土打印而成。本发明专利技术的打印效果好，打印出来的构件具备良好的抗压和抗弯性能，而且开裂率低，易于推广应用。易于推广应用。易于推广应用。

【技术实现步骤摘要】
基于3D打印的混凝土及其制备方法、3D打印柱模板


[0001]本专利技术涉及建筑工程领域，特别是一种基于3D打印的混凝土及其制备方法、3D打印柱模板。

技术介绍

[0002]近年来，3D打印技术在建筑领域以其快制造流程、无模板成本、低劳动力输出以及高自由度释放等优点取得了巨大突破。例如，3D打印混凝土建筑、桥梁以及构件的出现。然而，3D打印混凝土技术作为一种创新性非常规技术实际生产中因现有标准和规程的阻碍较难以转向实践。
[0003]对于3D打印来说，材料的配合比问题不仅是重点，更是难点。既要满足可挤出性来保证材料可以顺利通过打印管道和喷嘴，又要满足可建造性来避免材料挤出后由于流动性过大导致产生塌陷的问题。此外，应用于建筑行业的工程材料，也应当具有良好的力学性能，能够满足抗弯性能要求来抵抗裂纹形成，避免脆性破坏。
[0004]授权公告号为CN108129102B的专利技术专利公开了一种“可3D打印的PVA～玄武岩混杂纤维高韧性混凝土及使用方法”，但是为了满足可打印性，3D打印对纤维的长度、刚度等要求极高，而该专利采用了PVA～玄武岩混杂纤维，玄武岩纤维是一种硬纤维，容易造成打印过程中发生堵塞现象，可能会导致打印过程中需额外添加润滑剂，进而造成原料配比不定量，无法准确研究其性能。
[0005]申请公布号为CN110540394A的专利技术专利申请公开了“一种适用于3D打印混凝土剪切力墙的材料及其制备方法”，该专利采用了聚丙烯短纤维，而采用短纤维若要达到适宜的抗拉强度需提高纤维量，一旦提高纤维量即会增加打印的堵塞率，不利于打印；且该专利掺有生石灰，生石灰具有遇水即放出大量热量的特性，可能会加大打印完成后试样的开裂率；同时，该专利采用20～40目石英砂、50～80目石英砂掺合搅拌，导致打印样品表面质量粗糙，所以不宜打印精细试样。
[0006]另外，目前工程建筑柱子施工中，柱模板的主要结构形式是木模板、钢模板或铝模板，这种传统的方法需要投入大量人力成本以及材料浪费。

技术实现思路

[0007]本专利技术要解决的技术问题是：提供一种基于3D打印的混凝土及其制备方法、3D打印柱模板，使其打印出来的构件具备良好的抗压性能和抗弯性能，同时还可解决现有技术存在的容易发生堵塞、试样的开裂率大、不宜打印精细试样、人力成本高、浪费材料的不足之处。
[0008]解决上述技术问题的技术方案是：一种基于3D打印的混凝土，该混凝土由以下质量份数的原料制备而成：普通硅酸盐水泥80～120份；硅灰10～15份；
快凝快硬硫铝酸盐水泥4～7份；石英砂60～85份，最大粒径为0.21mm；水30～50份；减水剂1～2份；膨胀剂1～2份；消泡剂0.4～0.6份；引气剂0.02～0.04份；纤维素0.04～0.06份；聚乙烯醇纤维0.1～0.5份；碳纤维0.05～0.15份。
[0009]本专利技术的进一步技术方案是：所述减水剂采用减水率大于25%的聚羧酸系高性能减水剂。
[0010]本专利技术的再进一步技术方案是：所述的纤维素采用羧甲基纤维素钠。
[0011]本专利技术的另一技术方案是：一种基于3D打印的混凝土的制备方法，该方法包括以下步骤：A、按质量份数称取各原料；B、将聚乙烯醇纤维、碳纤维与普通硅酸盐水泥、硅灰、快凝快硬硫铝酸盐水泥、石英砂、膨胀剂、纤维素以及消泡剂倒入搅拌机中混合5～10 min，得到均匀的干粉混合物；C、将全部水和减水剂混合并搅拌均匀，制得水和减水剂的混合物；D、将水和减水剂的混合物加入至干粉混合物中搅拌约20～40s后，立刻加入引气剂，再接着搅拌3～8min，待全部原料均搅拌均匀后出料；E、将出料后的混合物进行浇筑或运输到泵送车中，并由泵料管道将其泵送到打印喷头处挤出，即可进行打印样品制备。
[0012]本专利技术的进一步技术方案是：在步骤A中，各原料的质量份数如下：普通硅酸盐水泥80～120份；硅灰10～15份；快凝快硬硫铝酸盐水泥4～7份；石英砂60～85份，最大粒径为0.21mm；水30～50份；减水剂1～2份；膨胀剂1～2份；消泡剂0.4～0.6份；引气剂0.02～0.04份；纤维素0.04～0.06份；聚乙烯醇纤维0～0.5份；碳纤维0～0.15份。
[0013]本专利技术的再进一步技术方案是：在步骤D中，所述的全部原料均搅拌的具体过程如下：在搅拌过程中用工具不断地将附着的水泥沿着搅拌机内壁刮下，搅拌停止后，将搅拌转子上未搅拌均匀的水泥迅速刮下，最后再搅拌2～4min。
[0014]本专利技术的又一技术方案是：一种3D打印柱模板，该3D打印柱模板采用所述的基于3D打印的混凝土打印而成，且3D打印柱模板在受拉一侧配置有计算纵向钢丝，在受压一侧配置有纵向构造钢丝。
[0015]本专利技术的进一步技术方案是：所述计算纵向钢丝的面积通过以下公式确定：f
y
A
s
=0.1N(h
‑
b/2)，f
y
为钢丝的抗拉强度，单位为MPa，A
s
为钢丝的截面面积，单位为mm2，N为柱子承担的实际荷载，单位为N，h为3D打印柱模板的空心部分高度，单位为mm，b为3D打印柱模板的实际厚度，单位为mm。
[0016]本专利技术的再进一步技术方案是：该3D打印柱模板的模腔内表面为经喷砂或凿毛后的粗糙表面。
[0017]本专利技术的再进一步技术方案是：该3D打印柱模板的外表面涂抹有工程水泥基复合材料涂层。
[0018]由于采用上述结构，本专利技术之基于3D打印的混凝土及其制备方法、3D打印柱模板与现有技术相比，具有以下有益效果：1. 打印出来的构件具备良好的抗压性能本专利技术的混凝土由以下质量份数的原料制备而成：普通硅酸盐水泥80～120份；硅灰10～15份；快凝快硬硫铝酸盐水泥4～7份；石英砂60～85份，最大粒径为0.21mm；水30～50份；减水剂1～2份；膨胀剂1～2份；消泡剂0.4～0.6份；引气剂0.02～0.04份；纤维素0.04～0.06份；聚乙烯醇纤维0.1～0.5份；碳纤维0.05～0.15份。其中，本专利技术采用石英砂和硅灰作为掺和料，而且石英砂的粒径小于0.21mm，具有良好的级配，用其作为细骨料，能起到良好的骨架作用，同时提高对凝胶材料（普通硅酸盐水泥、快凝快硬硫铝酸盐水泥、硅灰）的吸附作用。而硅灰能够填充水泥颗粒间的孔隙，同时与水化产物生成凝胶体，可显著提高抗压、抗折、抗渗、防腐、抗冲击及耐磨性能。本专利技术运用所述石英砂和硅灰后，在《普通混凝土力学性能试验方法标准》(GB/T50081～2002)规范下进行抗压实验，测得标准试块平均抗压强度达75MPa以上， 相对于掺入一般级配的石英砂与硅灰而言，抗压强度能提升6.25%。
[0019]2. 打印出来的构件具备良好的抗弯性能本专利技术混凝土配方中同时掺入聚乙烯醇纤维（PVA）与碳纤维（CF），可以显著提高混凝土材料的韧性、抗弯性能、抗冲击性能等，本专利技术所用聚乙烯醇纤维的主要特点是强度高、模量高、伸度低、耐磨、抗酸碱、耐候性好，在《水泥混凝土本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于3D打印的混凝土，其特征在于：该混凝土由以下质量份数的原料制备而成：普通硅酸盐水泥80～120份；硅灰10～15份；快凝快硬硫铝酸盐水泥4～7份；石英砂60～85份，最大粒径为0.21mm；水30～50份；减水剂1～2份；膨胀剂1～2份；消泡剂0.4～0.6份；引气剂0.02～0.04份；纤维素0.04～0.06份；聚乙烯醇纤维0.1～0.5份；碳纤维0.05～0.15份。2.根据权利要求1所述的基于3D打印的混凝土，其特征在于：所述减水剂采用减水率大于25%的聚羧酸系高性能减水剂。3.根据权利要求1或2所述的基于3D打印的混凝土，其特征在于：所述的纤维素采用羧甲基纤维素钠。4.一种基于3D打印的混凝土的制备方法，其特征在于：该方法包括以下步骤：A、按质量份数称取各原料；B、将聚乙烯醇纤维、碳纤维与普通硅酸盐水泥、硅灰、快凝快硬硫铝酸盐水泥、石英砂、膨胀剂、纤维素以及消泡剂倒入搅拌机中混合5～10 min，得到均匀的干粉混合物；C、将全部水和减水剂混合并搅拌均匀，制得水和减水剂的混合物；D、将水和减水剂的混合物加入至干粉混合物中搅拌约20～40s后，立刻加入引气剂，再接着搅拌3～8min，待全部原料均搅拌均匀后出料；E、将出料后的混合物进行浇筑或运输到泵送车中，并由泵料管道将其泵送到打印喷头处挤出，即可进行打印样品制备。5.根据权利要求4所述的基于3D打印的混凝土的制备方法，其特征在于：在步骤A中，各原料的质量份数如下：普通硅酸盐水泥80～120份；硅灰10～15份；快凝快硬硫铝酸盐水泥4～7份；石英砂6...

【专利技术属性】
技术研发人员：李治，钱凯，邓小芳，刘兵，黄伟灼，耿松源，王联刚，
申请(专利权)人：桂林理工大学，
类型：发明
国别省市：