基于3D打印的固废资源化轻质高延性混凝土制造技术

本发明专利技术为基于3D打印的固废资源化轻质高延性混凝土，该混凝土由以下质量份数的原料制备而成：水泥1份；粉煤灰：0.50～1.33份；硅灰：0.1～0.2份；石英砂：0.7～0.8份；尾矿：0.1～0.3份；水：0.6～0.7份；改性聚乙烯醇长纤维：0.0100～0.0175份；空心玻璃微珠：1.00～1.33份；减水剂0.01～0.02份；所述改性聚乙烯醇长纤维的具体处理过程是：将20

Solid waste recycling lightweight high ductility concrete based on 3D printing

【技术实现步骤摘要】
基于3D打印的固废资源化轻质高延性混凝土


[0001]本专利技术涉及固废3D打印混凝土
，尤其涉及一种基于3D打印的固废资源化轻质高延性混凝土。

技术介绍

[0002]尾矿是指在当前的采选技术条件下，矿业开发中对矿石进行采选后排放且含有一定有价值组分的矿业废料。依据生态环境部《2019年全国大、中城市固体废物污染环境防治年报》可知，2018年，经调查我国重点工业企业尾矿综合利用率为27.1％，相比国外的一些尾矿综合利用水平较高的国家还有很大差距。由于大多数尾矿中硅含量相对较高，且主要以惰性矿物石英晶体的形态存在，不是传统胶凝材料的主要原料，相对粉煤灰和矿渣粉而言，其活性较低，难以激发。
[0003]高延性混凝土是一种具有良好力学高韧性的水泥基复合材料，目前高延性混凝土虽然具备优异的力学韧性，并且与建筑3D打印技术在智能建造理念方面高度兼容互补，结构的设计和建造更具灵活化、精细化和可持续化，但是高延性混凝土造价昂贵，难以适应规模化生产应用。
[0004]如何将尾矿应用于3D打印混凝土中，实现高延性混凝土的3D打印，增加尾矿的利用率，实现固废资源化，是亟待解决的技术问题。

技术实现思路

[0005]针对现有技术的不足，本专利技术要解决的技术问题是：提供一种基于3D打印的固废资源化轻质高延性混凝土，该混凝土加入机械活化处理后的尾矿，可增加混凝土的抗压强度和抗弯强度，加入表面改性的聚乙烯醇长纤维，实现纤维定向效果，显著提高混凝土的韧性与抗劈裂性，更大程度上激发了纤维受拉的潜能，极大提升抗折性能与延展性能。
[0006]本专利技术解决所述技术问题采用的技术方案是：
[0007]一种基于3D打印的固废资源化轻质高延性混凝土，该混凝土由以下质量份数的原料制备而成：
[0008]水泥1份；
[0009]粉煤灰：0.50～1.33份；
[0010]硅灰：0.1～0.2份；
[0011]石英砂：0.7～0.8份；
[0012]尾矿：0.1～0.3份；
[0013]水：0.6～0.7份；
[0014]改性聚乙烯醇长纤维：0.0100～0.0175份；
[0015]空心玻璃微珠：1.00～1.33份；
[0016]减水剂0.01～0.02份；
[0017]所述改性聚乙烯醇长纤维的具体处理过程是：将25mm长的PVA纤维首先进行表面
清洗烘干，再在外部温度15
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35℃范围将PVA纤维浸泡在浓度为70
‑
90g/l的、以质量比1:1:1:1混合的50微米石英砂、凡士林、聚二甲基硅氧烷和钛酸酯偶联剂的乳液中3
‑
5分钟，之后在不高于100℃温度下烘干，之后再进行最后清洗并105℃烘干，获得改性聚乙烯醇长纤维。
[0018]所述的改性聚乙烯醇长纤维为直径39μm、长度25mm、密度1300kg/m3、张力强度1600MPa，聚二甲基硅氧烷粘度100CST，粘度温度系数0.6。
[0019]优选的，所述的尾矿为锑尾矿或磁铁矿，优选，尾矿的中值粒径为50
‑
500μm5，优选地，锑尾矿的中值粒径125微米，磁铁矿的中值粒径为125微米。
[0020]优选的，所述的水泥为普通硅酸盐水泥，比重3.1t/m3,细度指数390m3/kg,初凝时间120min,终凝时间210min,抗压强度58.5MPa。
[0021]优选的，所述的空心玻璃微珠为密度460kg/m3,平均直径20μm,压力强度110.31MPa。
[0022]优选的，所述的石英砂中各物质的组成含量是：二氧化硅占99.86％,三氧化二铝占0.02％，三氧化二铁占0.01％。
[0023]优选的，所述的硅灰为有效二氧化硅99％,密度625kg/m3,相对密度2.21,含水量1.1％,火山灰活性111％,压力强度31.3MPa。
[0024]优选的，所述的粉煤灰中各物质的质量组成为：二氧化硅50.40％，三氧化二铝31.50％，三氧化二铁10.40％，氧化钙3.30％，氧化镁1.10％，氧化钠0.30％，二氧化钛1.90％，总碱0.60％。相对密度2.29,含水量0.10％，相对含水量93.0％。
[0025]上述基于3D打印的固废资源化轻质高延性混凝土的制备方法，该方法包括以下步骤：
[0026]A、按质量份数称取各原料；
[0027]B、用球磨机对尾矿碾磨进行机械活化处理，使尾矿的中值粒径达到50微米～500微米；
[0028]C、将水泥、粉煤灰、空心玻璃微珠、石英砂、尾矿倒入搅拌机中混合300s，得到均匀的干粉混合物；
[0029]D、将硅灰倒入步骤C混合后的搅拌机中再混合300s；
[0030]E、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；
[0031]F、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，获得浆料；
[0032]G、将改性聚乙烯醇长纤维少量多次手工揉散后均匀分散在浆料中，纤维分为五等份，撒入一份搅拌10s，直至将五份全部加入，以保证分布均匀，直至所有的改性聚乙烯醇长纤维均匀分散；
[0033]H、将步骤G的物料转移到泵料管中，并由泵料管道将其泵送到打印喷头处挤出，即可进行3D打印挤出样品，获得基于3D打印的固废资源化轻质高延性混凝土。打印速度：180cm/min，挤出流速：458cm3/min，喷头直径12mm。
[0034]与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：
[0035]1.本专利技术中使用特制加长表面改性的聚乙烯醇(PVA)纤维，用3D打印挤出工艺可实现喷头附近的向心挤压效应，使得纤维伴随混凝土在通过喷头时沿打印流变方向定向分布，加长纤维在挤出时纤维的分布方向与混凝土受拉方向一致，使得相同体积掺量下连续布筋效果更突出，减小了方向随机分布的范围，定向效果更佳；同时加长PVA纤维经过增韧
改性处理，韧性与抗劈裂性能得到重大提升，更大程度上激发了纤维受拉的潜能，极大提升抗折性能与延展性能。
[0036]2.锑尾矿必须经过一定的活化处理，才能有较好的资源化利用效果，未粉磨时，锑尾矿的比表面积为233.20m2/kg，28d活性指数仅为53.89％,当粉磨至5min，尾矿的比表面积达到495.10m2/kg，28d活性指数达到65.65％,粉磨至10min，尾矿的比表面积为849.40m2/kg,28d活性指数达到峰值为80.94％。尾矿经过球磨机碾磨进行了机械活化作用能较好地提升尾矿的地聚物反应活性。
[0037]3.打印出来的样品具备良好的抗压性能。锑尾矿具有潜在的火山灰活性通过机械活化处理激发了火山灰的活性也可提高混凝土的抗压性能。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。
[0038]4、打印出来的样品具备良好的抗弯性能。本专利技术混凝土配方中本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于3D打印的固废资源化轻质高延性混凝土，其特征在于，该混凝土由以下质量份数的原料制备而成：水泥1份；粉煤灰：0.50～1.33份；硅灰：0.1～0.2份；石英砂：0.7～0.8份；尾矿：0.1～0.3份；水：0.6～0.7份；改性聚乙烯醇长纤维：0.0100～0.0175份；空心玻璃微珠：1.00～1.33份；减水剂0.01～0.02份；所述改性聚乙烯醇长纤维的具体处理过程是：将20
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28mm长的PVA纤维首先进行表面清洗烘干，再在外部温度15
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35℃范围将PVA纤维浸泡在浓度为70
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90g/l的、以质量比1:1:1:1混合的50微米石英砂、凡士林、聚二甲基硅氧烷和钛酸酯偶联剂的乳液中3
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5分钟，之后在不高于100℃温度下烘干，之后再进行最后清洗并105℃烘干，获得改性聚乙烯醇长纤维。2.根据权利要求1所述的基于3D打印的固废资源化轻质高延性混凝土，其特征在于，所述的改性聚乙烯醇长纤维为直径39μm、长度25mm、密度1300kg/m3、张力强度1600MPa，聚二甲基硅氧烷粘度100CST，粘度温度系数0.6；所述的尾矿为锑尾矿或磁铁矿，尾矿的中值粒径为50
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500微米，优选地，尾矿的中值粒径为125微米；所述的水泥为普通硅酸盐水泥，比重3.1t/m3,细度指数390m3/kg,初凝时间120min,终凝时间210min,抗压强度58.5MPa；所述的空心玻璃微珠为密度460kg...

【专利技术属性】
技术研发人员：王翔宇，孙浚博，谭艳玲，王雨飞，赵宏宇，王迪，唐玮晨，孙元田，
申请(专利权)人：重庆大学溧阳智慧城市研究院，
类型：发明
国别省市：