一种多源废渣基混凝土3D打印材料及制备方法技术

本发明专利技术公开一种多源废渣基混凝土3D打印材料及制备方法，属于混凝土建筑材料领域，各原料以重量份计：硅酸盐水泥10

【技术实现步骤摘要】
一种多源废渣基混凝土3D打印材料及制备方法


[0001]本专利技术属于混凝土建筑材料
，具体涉及一种多源废渣基混凝土3D 打印材料及制备方法。

技术介绍

[0002]随着计算机技术的兴起，3D打印技术在医疗、航空航天、建筑、电子、服 装、智能制造等领域蓬勃发展。在建筑行业，3D打印技术具有无模、精细化、 可编辑等优点，具有广阔的应用前景，推动建筑业向更高的维度发展。冶金、 煤电行业在生产过程中产生大量的钢渣、矿渣、粉煤灰等大宗固体废渣。上述 固体废渣目前处置相对困难，主要通过露天堆放的方式进行处理。该处置方式 一方面消耗大量的耕地资源，另一方面废渣堆积也极易造成空气、水体以及土 壤污染，对环境造成负面影响。钢渣、矿渣、粉煤灰中富含氧化钙、氧化硅、 氧化铝等潜在胶凝成分，具有成为建筑材料的潜质。
[0003]通常情况下，3D打印混凝土材料通常需要引入大量的细骨料成分，但是刚 性细骨料颗粒粒径较大，与混凝土材料中其他组分相容性不足。与此同时，细 骨料刚性较强，细骨料颗粒之间缺乏有效的缓冲连接，使得制备的3D打印混凝 土材料韧性不足，上述不足使得制备的3D打印混凝土材料经常发生脆性断裂。
[0004]为了满足3D打印要求，混凝土材料应均有较高的早期强度，较短的凝结时 间，合适的骨料粒径。同时，3D打印混凝土通常不允许添加钢筋，故需要混凝 土材料具有较强的韧性与变形能力。此外，在打印过程中，常规3D打印混凝土 粘聚性较差，使得制品的力学性能和耐候性受到影响。

技术实现思路

[0005]1.本专利技术要解决的技术问题：
[0006]针对现有混凝土3D打印材料存在的水泥使用量大、强度低、韧性差、粘聚 性不足的问题，本专利技术的目的在于提供一种多源废渣基混凝土3D打印材料及制 备方法。将多种冶金、煤电废渣引入该多源废渣基混凝土3D打印材料有效降低 水泥使用量，通过对刚性细骨料进行功能化，通过废渣胶凝材料、表面激发剂、 络合剂的协效反应有效提高该多源废渣基混凝土3D打印材料优异的早期强度和 粘聚性；形成的金属离子络合物在与水泥中氢氧化钙以及界面激发剂形成胶凝 成分的同时，可以同步释放出络合剂，并通过络合剂
→
金属离子络合剂(金属 离子络合)
→
络合剂(金属离子释放，胶凝材料形成，络合剂重复使用)循环 对混凝土内部孔隙结构以及流道进行修复，赋予该多源废渣基混凝土3D打印材 料持续优异的晚期强度和耐候性；通过在细骨料表面引入聚多巴胺、聚氨酯、 三聚氰胺
‑
甲醛树脂等韧性有机成分，制备功能化细骨料，并将该功能性细骨料 与纤维引入该混凝土3D打印材料，通过两者的协效作用赋予该多源废渣基混凝 土3D打印材料优异的韧性和变形能力，该多源废渣基混凝土3D打印材料符合 高性能混凝土标准，能够满足3D打印对于快速凝固的要求；通过引入特定亲水
ꢀ‑
亲油比例的表面成膜剂，该表面成膜剂为乳液共聚体系，该表面
成膜剂在拌和 过程中可均匀分散在混凝土中，其在完成打印之后，可以通过亲油段低表面能 作用迁移到打印混凝土构件表面自行成膜，从而赋予该多源废渣基混凝土3D打 印材料光滑的特性，并增加材料表面的韧性，避免构件表面开裂脱落；该多源 废渣基混凝土3D打印材料制备方法简单，易于操作实施。
[0007]2.技术方案
[0008]为了实现上述目的，本专利技术采用的技术方案是：
[0009]本专利技术所述的一种多源废渣基混凝土3D打印材料及制备方法，各原料以重 量份计，由以下组分组成：
[0010][0011]优选地，所述硅酸盐水泥为P.O32.5水泥和P.O42.5水泥中的一种或多种 按任意比例混合。
[0012]优选地，所述固废凝胶材料为粉煤灰、钢渣和矿渣中的一种或多种按任意 比例混合，比表面积400
‑
1000m2/kg,45μm方孔孔筛余1.5％以下，
[0013]优选地，所述功能化细骨料为聚多巴胺改性天然河砂、聚氨酯改性天然河 砂、三聚氰胺
‑
甲醛树脂改性天然河砂、聚多巴胺改性再生机制砂、聚氨酯改性 再生机制砂、三聚氰胺
‑
甲醛树脂改性再生机制砂中的一种或多种按任意比例混 合；
[0014]聚多巴胺改性天然河砂或聚多巴胺改性再生机制砂的制备方法：
[0015]天然河砂或再生机制砂烘干，配置0.01
‑
10g/L多巴胺溶液，调节pH值至 7
‑
11，将天然河砂或再生机制砂粉末分散于多巴胺溶液中搅拌0.2
‑
20h,将样品 过滤干燥，即可得到聚多巴胺改性天然河砂或聚多巴胺改性再生机制砂；
[0016]聚氨酯改性天然河砂或聚氨酯改性再生机制砂的制备方法：
[0017]2‑
10份季戊四醇溶于3
‑‑
150份二甲亚砜，再加入5
‑
25份2,4
‑
甲苯
‑
二异 氰酸酯和
75
‑
375份1,4二氧六环，搅拌均匀后加入60
‑
300份天然河砂或再生 机制砂的细骨料，150
‑
7501,4二氧六环，0.6
‑
3份司盘
‑
80和0.25
‑
1.25份三乙 烯二胺，加热反应一定时间后(80℃2
‑
15小时)后过滤，得到聚氨酯改性天然 河砂或聚氨酯改性再生机制砂；
[0018]三聚氰胺
‑
甲醛树脂改性天然河砂或三聚氰胺
‑
甲醛树脂改性再生机制砂的 制备方法：
[0019]10
‑
50份三聚氰胺，3
‑
50份甲醛和50
‑
250份水，调节pH至碱性，35
‑
90℃ 搅拌3
‑
250min后即可得到三聚氰胺
‑
甲醛树脂预聚体；
[0020]将30
‑
300份天然河砂或再生机制砂分散在75
‑
750份醇溶液中，加入三聚 氰胺
‑
甲醛预聚体，条件pH至酸性(1
‑
6.9)，35
‑
95℃下加热搅拌15
‑
300min， 降低至室温，烘干即可获得三聚氰胺
‑
甲醛树脂改性天然河砂或三聚氰胺
‑
甲醛 树脂改性再生机制砂。
[0021]优选地，所述减水剂为萘系减水剂、木质素磺酸钠盐减水剂、聚羧酸减水 剂中的一种或多种按任意比例混合。
[0022]优选地，所述界面激发剂为硅酸钠(Na2SiO3)、硅酸钾(K2SiO3)、氢氧化钠 (NaOH)、氢氧化钾的一种或多种按任意比例混合。
[0023]优选地，所述络合剂为乙二胺四乙酸钠、三乙醇胺、乙二胺四甲叉磷酸钠、 聚羟基丙烯酸中的一种或多种按任意比例混合本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种多源废渣基混凝土3D打印材料，其特征在于，所述多源废渣基混凝土3D打印材料中各原料以重量份计：硅酸盐水泥10
‑
80份，铝酸盐水泥20
‑
70份、固废胶凝材料300
‑
500份、功能化细骨料200
‑
500份、减水剂0.2
‑
0.5份、保水剂0.1
‑
0.5份，界面激发剂0.1
‑
0.4份、络合剂0.4
‑
0.8份、表面成膜剂0.2
‑
3.0份、纤维0.2
‑
0.6份，乳胶粉2
‑
8份，水200份
‑
880份。2.如权利要求1所述的多源废渣基混凝土3D打印材料，其特征在于，所述硅酸盐水泥为P.O32.5水泥和P.O42.5水泥中的一种或多种按任意比例混合。3.如权利要求1所述的多源废渣基混凝土3D打印材料，其特征在于，所述固废凝胶材料为粉煤灰、钢渣和矿渣中的一种或多种按任意比例混合，比表面积400
‑
1000m2/kg,45μm方孔孔筛余1.5％以下。4.如权利要求1所述的多源废渣基混凝土3D打印材料，其特征在于，所述功能化细骨料为聚多巴胺改性天然河砂、聚氨酯改性天然河砂、三聚氰胺
‑
甲醛树脂改性天然河砂、聚多巴胺改性再生机制砂、聚氨酯改性再生机制砂、三聚氰胺
‑
甲醛树脂改性再生机制砂中的一种或多种按任意比例混合；聚多巴胺改性天然河砂或聚多巴胺改性再生机制砂的制备方法：天然河砂或再生机制砂烘干，配置0.01
‑
10g/L多巴胺溶液，调节pH值至7
‑
11，将天然河砂或再生机制砂粉末分散于多巴胺溶液中搅拌0.2
‑
20h,将样品过滤干燥，即可得到聚多巴胺改性天然河砂或聚多巴胺改性再生机制砂；聚氨酯改性天然河砂或聚氨酯改性再生机制砂的制备方法：2
‑
10份季戊四醇溶于3
‑‑
150份二甲亚砜，再加入5
‑
25份2,4
‑
甲苯
‑
二异氰酸酯和75
‑
375份1,4二氧六环，搅拌均匀后加入60
‑
300份天然河砂或再生机制砂的细骨料，150
‑
7501,4二氧六环，0.6
‑
3份司盘
‑
80和0.25
‑
1.25份三乙烯二胺，加热反应一定时间后(80℃2
‑
15小时)后过滤，得到聚氨酯改性天然河砂或聚氨酯改性再生机制砂；三聚氰胺
‑
甲醛树脂改性天然河砂或三聚氰胺
‑
甲醛树脂改性再生机制砂的制备方法：10
‑
50份三聚氰胺，3
‑
50份甲醛和50
‑
250份水，调节pH至碱性，35
‑
90℃搅拌3
‑
250min后即可...

【专利技术属性】
技术研发人员：钱元弟，金仁才，唐刚，方圆，何兆芳，王新成，
申请(专利权)人：中国十七冶集团有限公司，
类型：发明
国别省市：