一种含粗骨料的3D打印混凝土材料及其制作方法技术

本发明专利技术公开一种含粗骨料的3D打印混凝土材料及其制备方法，按照重量百分比计，该混凝土材料包含35

【技术实现步骤摘要】
一种含粗骨料的3D打印混凝土材料及其制作方法


[0001]本专利技术属于3D打印
，具体涉及一种含粗骨料的3D打印混凝土材料及其制作方法。

技术介绍

[0002]近年来，混凝土3D打印技术在土木建筑等领域取得了快速的发展和应用。3D 建筑打印技术是“快速成型技术”（rapidprototy
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ping，简称 RP）的一种，是以数字模型为基础，以胶凝材料、掺合料、添加剂、特种纤维、骨料为主制成的特殊“油墨”，运用计算机制图将建筑模型转化为三维设计图后，通过分层加工、叠加成型的方式逐层增加材料来将建筑物打印建造出来的技术。与传统的模筑工艺不同，该技术在建造过程中无需脚手架和模板支撑，通过计算机自动控制混凝土材料自由堆积建造，具有无模化、灵活化和快速化的特点，混凝土3D打印技术可以打印出各种曲线异形结构，适合建造个性化定制结构。
[0003]不过需要注意的是，虽然混凝土3D打印技术展现出了明显的建造优势，但该技术仍处于起步阶段，依旧存在许多问题，制约了其进一步发展。例如3D打印采用无模建造工艺，该技术对混凝土材料的流变性提出了一定要求，层层堆积的建造过程会使结构出现层间薄弱面及各向异性；打印过程难以置入钢筋，难以保证结构的安全性，混凝土材料能否保持连续、均匀的可挤出性，保持足够的层间黏结性以及拥有足够的强度去支撑后打印层的可塑造性，是实现混凝土3D 打印的关键。
[0004]骨料在混凝土当中主要起到类似骨架的支撑作用，水泥石将骨料连为一体，可以想见如果提高骨料粒径，即可减小骨料的相对表面积，减少包裹骨料的浆体用量，提高每方混凝土中骨料的相对体积，可以提高强度、降低成本，同时增加富余浆体的量，进而可改善混凝土拌合物的工作性。但是粗骨料的加入也不是没有弊端，由于打印建筑物没有模板，所以打印成品表面容易突出粗骨料，且粗骨料的加入还会提高混凝土的容重，且可堆积性就会相应的降低，混凝土的整体性和可建造性都会有所降低，如何提高含粗骨料的3D打印混凝土的整体性至关重要。
[0005]中国专利CN 112408918 A公开一种添加碎石粗骨料的3D打印混凝土材料，按照重量百分比计，该混凝土材料包含：粗骨料14.6％~29.5％、细骨料28.3％~41.7％、水泥11 .9％~28 .9％、粉煤灰或矿渣粉0~11 .7％、硅灰5 .3％~11 .9％、微米级纤维0~0 .65％、毫米级纤维0~2 .10％、减水剂0 .30％~0 .53％、速凝剂0~1 .86％、水7 .7％~11 .9％。粗骨料的添加可降低材料成本，相对提高打印强度，其也考虑到粗骨料添加会产生表面裂缝的问题从而限制了两种纤维类型，分别是微米级纤维和毫米级纤维，并限定了微米级纤维长度为9~20 mm，毫米级纤维选用长度为12~25 mm，但是所限定的纤维参数依旧是比较粗放的，纤维长度没有经过合理级配规划，在该条件下附加的纤维能起到一定的加强作用，但不一定能形成一个完整的纤维网络，混凝土的整体性依旧是有待提高的，存在部分区域强度不够、甚至会在覆盖空白区域出现后期开裂的问题。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的在于提供一种含粗骨料的3D打印混凝土材料及其制作方法，通过限定复配纤维的具体尺寸构建了一个完整覆盖的纤维网络，且通过添加纳米粘土形成网状纳米系统，有利于叠层打印的顺利进行。
[0007]本专利技术的具体技术方案为：一种含粗骨料的3D打印混凝土材料，按照重量百分比计，该混凝土材料的组分如下：胶凝材料
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48%复配纤维
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5~7%矿物掺和料
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6~12%纳米粘土
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1~2%复配细骨料
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15~28%粗骨料
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12~24%减水剂
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0.5~1%纤维素醚
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1~2%水
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10~12%。
[0008]其中，复配纤维由以下组分组成：玄武岩纤维35~50%，钢纤维50~65%；钢纤维是现有技术中常见的用于有效抑制混凝土裂缝形成、提高混凝土的抗拉和抗弯强度以及增加混凝土韧性的纤维材料，但是钢纤维的用量大、价格高以及功能相对来说没有更好地突破是抑制其被广泛应用在混凝土制备中的主要因素。所以本申请中加入了一定量的玄武岩纤维，玄武岩纤维是一种新兴的无机纤维材料，具有高强度、高模量耐高温、绝热隔音、适应于各种环境下使用的优异性能，本申请中优选纤维掺杂量为35
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50%，在该掺量条件下，混凝土的抗压强度和抗折强度均有明显的提升，因为当掺量低于35%时，不足以充分发挥纤维的增强作用，但是当掺量高于50%后，又会出现纤维成团分布不均的现象，反而不利于混凝土强度的提高。
[0009]优选地，本申请所选钢纤维的长度为6~12 mm，直径为0.1~0.2 mm，所述玄武岩纤维的长度为5~11 mm，直径为0.05～0.08 mm。
[0010]为了形成良好的纤维网络，进一步提升混凝土材料的整体性，所述钢纤维由长度分别为6 mm、8 mm、10 mm和12 mm这四种长度的钢纤维均匀搭配构成，即每种长度的钢纤维各占钢纤维总量的25%；所述玄武岩纤维由长度分别为5 mm、7 mm、9 mm和11 mm这四种长度的玄武岩纤维均匀搭配构成，即每种长度的玄武岩纤维各占玄武岩纤维总量的25%。这样选择，可避免所用纤维长度过于单一，可有效构建长度梯度，使不同长度的纤维长短搭接，合理科学的纤维长度级配可使得在打印时形成的纤维网更加完整，避免出现覆盖空白，保证混凝土的整体性和可建造性。
[0011]进一步地，所述粗骨料为粒径在4~8 mm的碎石，且其中的针、片状颗粒含量不得高于2.5%。
[0012]进一步地，所述胶凝材料为硅酸盐水泥和硫铝酸盐水泥混合复配构成，按重量百分比计，硅酸盐水泥占胶凝材料的50~70%，硫铝酸盐水泥占胶凝材料的30~50%，硅酸盐水泥的强度等级不低于42.5级，硅酸盐水泥的比表面积为300~400 m2/kg。硫铝酸盐水泥为快硬硫铝酸盐水泥。
[0013]进一步地，所述复配细骨料由以下组分组成：天然砂55~70%，再生细骨料30~45%；再生细骨料为建筑垃圾或废弃混凝土块经颚式破碎机破碎后，经过清理筛分得到的，再生细骨料和天然砂的粒径均小于4.2 mm，与细度模数相同的天然砂相比，在再生细骨料中，粒径小于0.5 mm的细颗粒占比会更多，这是因为再生混凝土的老砂浆、粗骨料在破坏后会产生微粉，细颗粒占比多会有利于材料的泵送，但是细颗粒过多又会增加用水量，影响浆体建造性。
[0014]经过前期试验研究发现，当材料的流动度/坍落度为6
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8 cm时，材料的泵送性能表现良好，且建造性也较为优越，打印效果好，打印本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1. 一种含粗骨料的3D打印混凝土材料，其特征在于，按照重量百分比计，该混凝土材料的组分如下：胶凝材料
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48%复配纤维
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5~7%矿物掺和料
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6~12%纳米粘土
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1~2%复配细骨料
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15~28%粗骨料
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12~24%减水剂
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0.5~1%纤维素醚
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1~2%水
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10~12%其中，复配纤维由以下组分组成：玄武岩纤维35~50%，钢纤维50~65%；所述钢纤维由长度分别为6 mm、8 mm、10 mm和12 mm这四种长度的钢纤维均匀搭配构成；所述玄武岩纤维由长度分别为5 mm、7 mm、9 mm和11 mm这四种长度的玄武岩纤维均匀搭配构成。2. 如权利要求1所述的一种含粗骨料的3D打印混凝土材料，其特征在于，所述粗骨料为粒径在4~8 mm的碎石，且其中的针、片状颗粒含量不得高于2.5%。3.如权利要求1所述的一种含粗骨料的3D打印混凝土材料，其特征在于，所述胶凝材料为硅酸盐水泥和硫铝酸盐水泥混合复配构成，按重量百分比计，硅酸盐水泥占胶凝材料的50~70%，硫铝酸盐水泥占胶凝材料的30~50%。4. 如权利要求1所述的一种含粗骨料的3D打印混凝土材...

【专利技术属性】
技术研发人员：贾鲁涛，张亚梅，李进，王香港，
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：