用于3D打印的轻质高强再生骨料地聚物砂浆及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种用于3D打印的轻质高强再生骨料地聚物砂浆，包括以下组分：粉煤灰、矿渣、硅灰、纤维素醚、偏高岭土、空心玻璃微珠、再生砂、再生粉、碱激发剂、强碱粉末、短切纤维和水。本发明专利技术提供的一种用于3D打印的轻质高强再生骨料地聚物砂浆，通过掺入短切纤维可以明显提高油墨材料的抗压和抗弯强度。通过掺入再生砂和再生粉作为再生骨料，可进一步改善纤维与基体、骨料与胶凝材料之间的界面粘结性能，增强了地聚物网格结构的致密性；同时在碱环境中，再生粉的火山灰效应进一步激发，提升3D打印地聚物层间界面黏结强度和力学性能。印地聚物层间界面黏结强度和力学性能。

Lightweight high-strength recycled aggregate geopolymer mortar for 3D printing and its preparation method

【技术实现步骤摘要】
用于3D打印的轻质高强再生骨料地聚物砂浆及其制备方法


[0001]本专利技术属于建筑3D打印及固体废弃物资源化的
，具体涉及一种用于3D打印的轻质高强再生骨料地聚物砂浆及制备方法。

技术介绍

[0002]建筑业被认为是世界经济发展的支柱，对全球国内生产总值的贡献率接近6％。如河砂、碎石等不可再生自然资源因在建筑中的较高消耗而变得稀缺，水泥的大量使用也增加了其加工过程中的温室气体排放。将粉煤灰和矿渣等工业副产品用作原料，通过碱性溶液活化形成地质聚合物已成为应对该问题一种可行的方法。尽管地质聚合物是环境友好型材料，但因地质聚合物的力学性能较普通混凝土相比还存在一定差距，所以仅限于小规模的产品应用。为充分发挥地质聚合物显著的绿色经济性，应认真考虑在建筑行业的大规模应用。
[0003]3D打印建造技术作为第四次工业革命的一部分，数字技术已经渗透到建筑行业。3D打印技术因其较短的生产时间、较低的劳动力配置、强大的复杂结构设计能力，被认为是一种可推进建筑行业转型升级的技术。同时，在过去的几十年里，人们对建筑环境的可持续性给予了很多关注，如何将可持续发展理念融入到3D打印的概念中，在保护环境和生态安全条件下进行建筑废弃物再利用正成为十分重要的研究内容。
[0004]将3D打印建造技术和环境友好型地聚物相结合，并辅以建筑固废再利用，不仅可以提升建筑固废利用率，解决天然砂石资源匮乏，建筑固废产量逐年增多等难题，还能减少水泥使用量，降低水泥生产过程中的碳排放，发展绿色循环经济。专利申请CN112028551A公开了一种粉末粘结3D打印地聚物方法，该方法利用粉末铺设逐层打印，然而该方法制备的结构体力学性能不高，对于建筑大规模应用还存在一定差距。

技术实现思路

[0005]为了解决现有技术中存在的问题，本专利技术的目的在于提供一种用于3D打印的轻质高强再生骨料地聚物砂浆及制备方法，用于提高建筑固废的利用率并满足3D打印早期强度要求，推进3D打印地聚物建筑应用。
[0006]为了达到上述目的，本专利技术采用如下技术手段：
[0007]一种用于3D打印的轻质高强再生骨料地聚物砂浆，包括以下组分：
[0008]粉煤灰、矿渣、硅灰、纤维素醚、偏高岭土、空心玻璃微珠、再生砂、再生粉、碱激发剂、强碱粉末、短切纤维和水。
[0009]优选地，所述轻质高强再生骨料地聚物砂浆，按重量份数计如下：粉煤灰0.2
‑
0.5份；矿渣0.05
‑
0.1份；硅灰0.03
‑
0.07份；纤维素醚0.002
‑
0.005份；偏高岭土0.05
‑
0.1份；空心玻璃微珠0.005
‑
0.008份；再生砂0.3
‑
0.7份；再生粉0.002
‑
0.005份；碱激发剂0.15
‑
0.2份；强碱粉末0.005
‑
0.02份；短切纤维0.0005
‑
0.0025份；水0.08
‑
0.15份。
[0010]优选地，所述粉煤灰为Ⅰ级或Ⅱ级粉煤灰。
[0011]更为优选地，所述粉煤灰为Ⅰ级粉煤灰。
[0012]进一步优选地，所述粉煤灰为I级低钙粉煤灰。所述Ⅰ级低钙粉煤灰的CaO含量低于10％。
[0013]优选地，所述矿渣为碱性矿渣，矿渣粒径小于1mm，比表面积不低于600m2/kg，矿渣中CaO的含量高于SiO2的含量，Al2O3的含量不低于10％。
[0014]优选地，所述硅灰粒径小于1um，硅灰中SiO2含量不低于90％。
[0015]优选地，所述纤维素醚为水溶性纤维素。
[0016]进一步优选地，所述纤维素为羧丙基甲基纤维素，粘度不低于100000mPa
·
s。
[0017]优选地，所述偏高岭土中SiO2和Al2O3的总含量不低于96％。
[0018]优选地，所述空心玻璃微珠中SiO2含量不低于60％；成球率不低于95％，有效密度不低于0.25g/cm3。
[0019]优选地，所述再生砂和再生粉由混凝土建筑废弃物破碎获得，其中再生砂的粒径为0.075
‑
1.18mm，再生粉的粒径＜0.075mm。
[0020]优选地，所述再生砂和再生粉中杂质的质量百分比含量≤1％。
[0021]进一步优选地，上述再生砂和再生粉由同一批次建筑废弃物破碎而来，且破碎过程相同。
[0022]优选地，所述碱激发剂选自硅酸钠溶液和硅酸钾溶液的一种，溶液中二氧化硅与氧化钠或二氧化硅与氧化钾的摩尔比不低于2。
[0023]优选地，所述碱激发剂中不溶物含量低于0.2％。
[0024]优选地，所述强碱粉末为氢氧化钠粉末或氢氧化钾粉末。
[0025]进一步优选地，所述强碱粉末纯度不低于99.7％。
[0026]优选地，所述短切纤维为聚丙烯纤维或聚乙烯醇纤维；所述短切纤维长度为6
‑
12mm。
[0027]优选地，所述水为自来水。
[0028]本专利技术第二方面提供一种用于3D打印的轻质高强再生骨料地聚物油墨材料的制备方法，包括以下步骤：
[0029]S1.将粉煤灰、矿渣、硅灰、纤维素醚、偏高岭土、空心玻璃微珠、强碱粉末、再生砂及再生粉在混合器中以低速120r/min
‑
200r/min搅拌混合2
‑
4min，获得第一混合物；
[0030]S2.将水加入第一混合物，以250r/min
‑
300r/min的速度充分搅拌2
‑
4min，直到混合物达到可流动状态，获得第二混合物；
[0031]S3.将碱激发剂缓慢倒入第二混合物，以250r/min
‑
300r/min的速度充分搅拌3
‑
5min，获得第三混合物；
[0032]S4.在第三混合物中分批加入短切纤维，并保持250r/min
‑
300r/min的速度持续高速搅拌4
‑
6min，获得可用于3D打印的终混合物。
[0033]优选地，所述步骤S1中，所述搅拌混合的搅拌速度为140r/min，搅拌时间为3min。
[0034]进一步优选地，步骤S1的加料顺序如下：在搅拌过程中先加入粉煤灰、矿渣、硅灰、纤维素醚、偏高岭土、空心玻璃微珠、强碱粉末和再生粉，最后再加入再生砂，以保证搅拌均匀。
[0035]优选地，步骤S2中，所述搅拌混合的搅拌速度为280r/min，搅拌时间为3min。
[0036]优选地，步骤S3中，所述搅拌混合的搅拌速度为280r/min，搅拌时间为4min。
[0037]优选地，步骤S4中，所述短切纤维分为3
‑
4批等量加入第三混合物。
[0038]优选地，步骤S4中，所述搅拌的搅拌速度本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于3D打印的轻质高强再生骨料地聚物砂浆，其特征在于，包括以下组分：粉煤灰、矿渣、硅灰、纤维素醚、偏高岭土、空心玻璃微珠、再生砂、再生粉、碱激发剂、强碱粉末、短切纤维和水。2.根据权利要求1所述的一种用于3D打印的轻质高强再生骨料地聚物砂浆，其特征在于，按重量份数计，包括以下组分：粉煤灰0.2
‑
0.5份；矿渣0.05
‑
0.1份；硅灰0.03
‑
0.07份；纤维素醚0.002
‑
0.005份；偏高岭土0.05
‑
0.1份；空心玻璃微珠0.005
‑
0.008份；再生砂0.3
‑
0.7份；再生粉0.002
‑
0.005份；碱激发剂0.15
‑
0.2份；强碱粉末0.005
‑
0.02份；短切纤维0.0005
‑
0.0025份；水0.08
‑
0.15份。3.根据权利要求1所述的一种用于3D打印的轻质高强再生骨料地聚物砂浆，其特征在于，所述短切纤维为聚丙烯纤维或聚乙烯醇纤维；所述短切纤维长度为6
‑
12mm。4.根据权利要求1所述的一种用于3D打印的轻质高强再生骨料地聚物砂浆，其特征在于，所述粉煤灰为Ⅰ级或Ⅱ级粉煤灰；所述纤维素醚为水溶性纤维素；所述强碱粉末为氢氧化钠粉末或氢氧化钾粉末。5.根据权利要求1所述的一种用于3D打印的轻质高强再生骨料地聚物砂浆，其特征在于，所述空心玻璃微珠SiO2含量不低于60％，成球率不低于95％，有效密度不低于0.25g/cm3。6.根据权利要求1所述的一种用于3D打印的轻质高强再生骨料地聚物砂浆，其特征在于，所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：杜玮，肖建庄，聂海波，丁陶，方渌祥，
申请(专利权)人：浙江天造环保科技有限公司，
类型：发明
国别省市：