3D打印功能梯度超高性能纤维泡沫混凝土材料及制备方法技术

本发明专利技术公开了一种3D打印功能梯度超高性能纤维泡沫混凝土材料及制备方法，涉及建筑材料领域。复合材料包括泡沫0.3

【技术实现步骤摘要】
3D打印功能梯度超高性能纤维泡沫混凝土材料及制备方法


[0001]本专利技术涉及建筑材料领域，属于一种新型绿色节能建筑功能材料，特别涉及一种3D打印功能梯度超高性能纤维泡沫混凝土材料及制备方法。

技术介绍

[0002]传统的泡沫混凝土是在普通混凝土中引入发泡剂或者轻骨料形成的一种多相、多组分的水泥基复合材料。传统的普通泡沫混凝土虽有轻质、隔声、保温的优点，但由于原基体强度较低以及泡沫的加入使得泡沫混凝土的力学性能较弱，抗压强度普遍达不到结构承载的要求，此类材料往往仅限于在非承重结构构件
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保温隔墙中的使用，使用功能单一，虽有添加粗骨料提升力学性能的研究与应用，但在增加密实度的同时，削减了保温、隔音等性能，而且增加了结构自重与材料成本。除此之外，普通泡沫混凝土的砌块厚度较大，相应的侵占了建筑使用空间。基于材料配合比的改进，超高性能混凝土或超高性能纤维虽具有极佳的力学性能，但由于材料造价方面的限制，制造成本是普通混凝土的8至10倍，工程应用范围有限，且超高的力学性能在使用过程中得不到充分的发挥。
[0003]3D打印功能梯度纤维增强超高性能泡沫混凝土复合材料，是在基于功能梯度材料的概念通过调整配合比以适应打印的挤出性与成型性所提出的新型绿色环保类复合材料，此类复合材料即可在减少材料用量的前提下充分发挥超高性能混凝土基体的优越力学性能，又可结合3D打印技术实现附加材料的功能梯度分布，使材料在宏观与细观尺度具有近似定向异性的属性。相比于普通泡沫混凝土与超高性能纤维混凝土，该复合材料及其制备方式可提供相应的定向保温、隔声物理性能以及相应的功能梯度了力学性能。3D打印功能梯度纤维增强超高性能泡沫混凝土复合材料可有效减小构件的截面面积，增加空间利用率，提供高韧性与抗冲击性能，可结合装配式构件设计与建造替换当前外墙外保温的多工序建造工艺，实现具有保温、隔声、抗震、结构承载四效合一的外墙墙体安装。综上，此专利技术中的3D打印功能梯度纤维增强超高性能泡沫混凝土复合材料是一种在建筑以及防护工程领域都可以使用的新型多功能绿色建材。
[0004]公开号为CN112679185A、CN112624795A和CN102561532的专利，虽表述了泡沫混凝土及功能梯度材料的制备与应用，但未能达到材料的高强度标准，未能实现内部多种材料的功能梯度分布。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于克服现有技术中的缺陷，并提供一种3D打印功能梯度超高性能纤维泡沫混凝土材料及制备方法。本专利技术旨在基于3D打印设备实现多种材料的功能梯度分布，基于超高性能纤维混凝土的配合比，在减轻自重、优化内含材料相分布，降低造价的前提下，赋予试样或构件定向异性的力学和物理性能，可结合装配式构件的建设应用到外墙铺设工程。
[0006]本专利技术所采用的具体技术方案如下：
[0007]第一方面，本专利技术提供了一种3D打印功能梯度超高性能纤维泡沫混凝土材料，包括泡沫0.3
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1.5质量份、水泥800
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900质量份、硅灰90
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100质量份、细砂 400
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440质量份、水150
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250质量份、石英粉200
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240质量份、减水剂3
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6质量份和纤维60
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180质量份。
[0008]作为优选，所述泡沫为发泡剂结合稳泡剂进行发泡所得，发泡剂可以采用物理发泡剂、化学发泡剂或者两者的混合。
[0009]进一步的，发泡过程中，所述发泡剂为0.5
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10质量份，稳泡剂为0.01
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0.12 质量份。
[0010]进一步的，所述物理发泡剂为十二烷基硫酸钠或蛋白质类发泡剂，所述蛋白质类发泡剂为动物或人体毛发辅以十二烷基苯磺酸钠、正丁醇、α
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烯经磺酸钠、脂肪酸聚氧乙烯醚硫酸钠、十二烷基聚氧乙烯醚中的一种；所述化学发泡剂为铝粉、双氧水、固体过氧碳酸钠中的一种；所述稳泡剂为聚乙烯醇、改性硅树脂聚醚乳液、十二醇、氯化钠、聚丙烯酰胺、羟丙基甲基纤维素、聚丙烯酸钠、羧甲基纤维素钠、羟乙基纤维素中的一种。
[0011]作为优选，所述泡沫中填充有以同样体积掺量为基础计算质量换算的轻质多孔颗粒。优选的，所述轻质多孔颗粒为膨胀珍珠岩、聚苯乙烯颗粒、多孔陶瓷中的一种或多种。
[0012]作为优选，所述水泥为具有早强特性的水泥，优选为复合硅酸盐水泥或普通硅酸盐水泥。
[0013]作为优选，所述硅灰的比表面积为18
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30m2/g，所含SiO2的质量分数≥90％。
[0014]作为优选，所述细砂的粒径为0.1
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0.25mm，优选为石英砂或河砂。
[0015]作为优选，所述石英粉的粒径为5
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50μm，所含SiO2的质量分数SiO2≥95％。
[0016]作为优选，所述减水剂为聚羧酸粉末减水剂，减水效率为15～20％。
[0017]作为优选，所述纤维为钢纤维、碳纤维、聚乙烯醇纤维、聚丙烯纤维、玄武岩纤维、耐碱玻璃纤维以及植物纤维中的一种或多种。可以采用商业途径直接购买得到的纤维材料。
[0018]进一步的，所述植物纤维包括椰子纤维、稻草纤维、秸秆纤维中的一种或多种。
[0019]进一步的，所述钢纤维为直线钢纤维、端勾钢纤维或螺旋钢纤维中的一种；所述直线钢纤维的直径为0.12mm，长度为13mm，长径比≥30，抗拉强度≥2000MPa；所述端勾钢纤维的等效直径为0.22mm，横截面为近似圆形，长度为14mm，抗拉强度≥2000MPa；所述螺旋钢纤维的等效直径为0.2
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0.6mm，扭转螺距为5
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15mm，抗拉强度≥2000Mpa，横截面为包括三角形、四边形在内的多边形形状。
[0020]作为优选，可加入无机矿物掺和料取代部分水泥，取代量不超过50％；所述的无机矿物掺和料包括但不限于粉煤灰、矿渣粉等材料。
[0021]第二方面，本专利技术提供了一种3D打印功能梯度超高性能纤维泡沫混凝土材料的制备方法，具体如下：
[0022]S1：将800
‑
900质量份的水泥、90
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100质量份的硅灰、400
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440质量份的细砂和200
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240质量份的石英粉干拌2
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3min以均匀混合，得到粉体混合料；
[0023]S2：将40
‑
80份质量的水和60
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180质量份的纤维加入所述粉体混合料中搅拌1
‑
2分钟，得到处于粉体向流固体过渡临界状态的预备混合料；
[0024]S3：将含有0.3
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1.5质量份泡沫相的水溶液作为第一混合溶液，第一混合溶液中含有100
‑
160质量份的水；
[0025]S4：向所述第一混本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种3D打印功能梯度超高性能纤维泡沫混凝土材料，其特征在于，包括泡沫0.3
‑
1.5质量份、水泥800
‑
900质量份、硅灰90
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100质量份、细砂400
‑
440质量份、水150
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250质量份、石英粉200
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240质量份、减水剂3
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6质量份和纤维60
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180质量份。2.根据权利要求1所述的3D打印功能梯度超高性能纤维泡沫混凝土材料，其特征在于，所述泡沫中填充有以同样体积掺量为基础计算质量换算的轻质多孔颗粒；优选的，所述轻质多孔颗粒为膨胀珍珠岩、聚苯乙烯颗粒、多孔陶瓷中的一种或多种。3.根据权利要求1所述的3D打印功能梯度超高性能纤维泡沫混凝土材料，其特征在于，所述水泥为具有早强特性的水泥，优选为复合硅酸盐水泥或普通硅酸盐水泥。4.根据权利要求1所述的3D打印功能梯度超高性能纤维泡沫混凝土材料，其特征在于，所述硅灰的比表面积为18
‑
30m2/g，所含SiO2的质量分数≥90％。5.根据权利要求1所述的3D打印功能梯度超高性能纤维泡沫混凝土材料，其特征在于，所述细砂的粒径为0.1
‑
0.25mm，优选为石英砂或河砂。6.根据权利要求1所述的3D打印功能梯度超高性能纤维泡沫混凝土材料，其特征在于，所述石英粉的粒径为5
‑
50μm，所含SiO2的质量分数SiO2≥95％。7.根据权利要求1所述的3D打印功能梯度超高性能纤维泡沫混凝土材料，其特征在于，所述减水剂为聚羧酸粉末减水剂，减水效率为15～20％。8.根据权利要求1所述的3D打印功能梯度超高性能纤维泡沫混凝土材料，其特征在于，所述纤维为钢纤维、碳纤维、聚乙烯醇纤维、聚丙烯纤维、...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨贞军，林墨，曾毅，
申请(专利权)人：武汉大学，
类型：发明
国别省市：