一种砂浆材料、制备方法及其应用技术

本发明专利技术提供了一种砂浆材料、制备方法及其应用，涉及建筑材料技术领域。按质量百分含量，所述砂浆材料由以下组分组成：城市垃圾焚烧飞灰15％

【技术实现步骤摘要】
一种砂浆材料、制备方法及其应用


[0001]本专利技术涉及建筑材料
，尤其涉及一种砂浆材料、制备方法及其应用。

技术介绍

[0002]3D打印建筑技术是一种快速成型的增材制造技术，近些年已被广泛应用到各种领域，如建筑、医疗、航空航天、艺术设计、制造领域等。增材制造是将所要制造的产品利用三维制图软件先构建出3D模型，之后再通过预先拟定的程序将模型与打印机相连，通过增加材料逐层打印的方式将所需产品打印完成。
[0003]3D打印建造技术具有自身独有的特点。首先，3D打印建造技术在成型工艺过程中无需模具，从而减少了模具费用的开销，并且可以完成特殊形状构件的成型。其次，3D打印建造技术可以提高建筑工程的质量，3D打印产品具有稳定性和连接强度。在打印过程中，打印设定的参数保证了数据的准确性。再次，3D打印建造技术施工速度快，施工方式可以提高施工效率，从而缩短施工周期。最终，3D打印建造技术可以实现环保施工，采用3D打印工艺不会有过多的建筑废弃物生成，进而减少噪音、建筑垃圾和粉尘的污染。
[0004]目前，通常会以硅酸盐水泥基材料为打印材料，应用于3D建筑打印中。然而，水泥基材料的凝结硬化时间普遍较长，在3D建筑打印过程中需要被动地等待水泥基材料凝结硬化，很难保证材料能够顺利在打印喷口挤出且堆积成型不发生塌落。降低3D建筑打印的打印效率且不能满足打印材料的流变性、可挤出性以及可建造性。
[0005]同时，水泥基材料已成为第三大污染源，因为水泥基材料在生产过程中需要消耗大量的燃料和电能，并释放出粉尘、二氧化硫、二氧化碳以及废气等污染物质，这些污染物对于人们的生活也会造成危害。因此，寻求一种既可以满足3D打印建造技术要求又可以替代水泥基材料的打印材料是亟需解决的问题。

技术实现思路

[0006]本专利技术提供一种砂浆材料、制备方法及其应用，用于解决打印材料凝结硬化时间较长，无法满足3D建筑打印的工作性能以及打印效率低的问题。
[0007]为达到上述目的，本专利技术采用如下技术方案：
[0008]本专利技术一方面提供了一种砂浆材料，按质量百分含量，砂浆材料由以下组分组成：
[0009]城市垃圾焚烧飞灰：15％
‑
25％；偏高岭土：3％
‑
15％；粉煤灰：3％
‑
15％；硅灰：1.3％
‑
6.7％；水：28％
‑
41.3％；碱激发剂：12.5％
‑
16.5％；触变剂：0.5％
‑
2.5％；细砂：0.5％
‑
20.8％；纤维：1％
‑
5％。
[0010]进一步地，所述砂浆材料的城市垃圾焚烧飞灰、偏高岭土、粉煤灰、硅灰、细砂以及触变剂中，CaO的摩尔百分比n(CaO)为20％≤n(CaO)≤50％。
[0011]进一步地，所述砂浆材料的城市垃圾焚烧飞灰、偏高岭土、粉煤灰、硅灰、细砂以及触变剂中，CaO、SiO2和Al2O3的摩尔比满足如下关系：0.93≤n(CaO)/(n(SiO2)+n(Al2O3))≤1.25。
[0012]进一步地，所述砂浆材料的城市垃圾焚烧飞灰、偏高岭土、粉煤灰、硅灰、细砂以及触变剂中，SiO2和Al2O3的摩尔比满足如下关系：1.7≤n(SiO2)/n(Al2O3)≤4.3。
[0013]进一步地，所述城市垃圾焚烧飞灰粒径小于或者等于100目。
[0014]进一步地，所述偏高岭土的密度为2.55g/cm3，含水率为0.7％
‑
0.9％。
[0015]进一步地，所述粉煤灰比表面积为330
‑
430m2/kg，粒径为8
‑
15μm。
[0016]进一步地，所述细砂的粒径为0.35
‑
0.5mm，细度模数为2.3
‑
3.0。
[0017]进一步地，触变剂包括聚酰胺蜡、脂肪酸酰胺和有机改性膨润土中的一种或多种。
[0018]进一步地，触变剂的平均粒径为4.4μm，酸值为2.5
‑
5。
[0019]进一步地，碱激发剂包括硅酸钠粉末和片碱；碱激发剂的模数为0.8
‑
1.4。
[0020]进一步地，固体硅酸钠粉末和片碱的质量比为4:1
‑
5:1，片碱的纯度为质量百分含量大于或者等于98％。
[0021]进一步地，所述纤维包括不锈钢纤维、玻璃纤维和聚丙烯纤维中的一种或多种。
[0022]进一步地，纤维直径为0.25
‑
1.20mm，长度为15
‑
30mm，抗拉强度大于1000MPa，弹性模量为2
×
105MPa。
[0023]进一步地，所述砂浆材料28天抗压强度为28.3
‑
40.6MPa，28天抗剪强度5.3
‑
13.7MPa；初凝时间为3.2
‑
6.5min。
[0024]本专利技术另一方面提供一种砂浆材料的制备方法，包括：
[0025]取砂浆材料所需的城市垃圾焚烧飞灰、偏高岭土、粉煤灰、硅灰、细砂以及触变剂混合，搅拌2
‑
3min得到第一混合干料；将第一混合干料中添加纤维，得到第二混合干料；将碱激发剂溶于水中，并冷却至室温，得到碱激发剂溶液；将第二混合干料与碱激发剂溶液在室温下混合，制得砂浆材料。
[0026]本专利技术另一方面提供上述砂浆材料或者上述制备方法制备的砂浆材料在建筑工程领域中的应用。
[0027]本专利技术另一方面提供另一方面提供上述砂浆材料或者上述制备方法制备的砂浆材料在3D建筑打印领域中的应用。
[0028]本专利技术提供的砂浆材料中包括城市垃圾焚烧飞灰、偏高岭土、粉煤灰、硅灰等工业废渣、水和碱激发剂。其中，处于介稳状态的偏高岭土为无定形硅铝化合物，在碱激发剂的作用下，硅铝质化合物由解聚到再聚合后，会形成类似于一些天然矿物的铝硅酸盐网络状结构。这种结构有利于材料在被打印过程中满足堆积性，不至于因上层打印材料的堆积而使下层结构发生塌落或破坏。同时，偏高岭土在其成型反应过程中由水作传质介质，最终产物不像相关技术中硅酸盐水泥材料以范德华键和氢键为主，而是以离子键和共价键为主。因此，本专利技术提供的砂浆材料具有更优越的体积稳定性和耐久性。以解决打印材料凝结硬化时间较长，无法满足3D建筑打印的工作性能以及打印效率低的问题。并且，与相关技术中硅酸盐水泥材料相比，本专利技术提供的砂浆材料具有其自身的优点，如凝结速度快，强度高，耐久性优良、节能环保以及可回收再利用等。同时，对于应用于3D建筑打印领域的打印材料而言，要求早期强度大，同时也要保证材料能够顺利在打印喷口挤出且能堆积成型、不发生塌落。打印出来的产品中层与层之间的融合性好。因此，本专利技术提供的砂浆材料由于掺入硅灰，因其活性大，会与Ca(OH)2在最短时间内发生反应，使得凝结硬化时间较短。另外，活性本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种砂浆材料，其特征在于，按质量百分含量，砂浆材料由以下组分组成：城市垃圾焚烧飞灰：15％
‑
25％；偏高岭土：3％
‑
15％；粉煤灰：3％
‑
15％；硅灰：1.3％
‑
6.7％；水：28％
‑
41.3％；碱激发剂：12.5％
‑
16.5％；触变剂：0.5％
‑
2.5％；细砂：0.5％
‑
20.8％；纤维：1％
‑
5％。2.根据权利要求1所述的一种砂浆材料，其特征在于，所述砂浆材料的城市垃圾焚烧飞灰、偏高岭土、粉煤灰、硅灰、细砂以及触变剂中，CaO的摩尔百分比n(CaO)为20％≤n(CaO)≤50％。3.根据权利要求1所述的一种砂浆材料，其特征在于，所述砂浆材料的城市垃圾焚烧飞灰、偏高岭土、粉煤灰、硅灰、细砂以及触变剂中，CaO、SiO2和Al2O3的摩尔比满足如下关系：0.93≤n(CaO)/(n(SiO2)+n(Al2O3))≤1.25。4.根据权利要求1所述的一种砂浆材料，其特征在于，所述砂浆材料的城市垃圾焚烧飞灰、偏高岭土、粉煤灰、硅灰、细砂以及触变剂中，CaO、SiO2和Al2O3的摩尔比满足如下关系：1.7≤n(SiO2)/n(Al2O3)≤4.3。5.根据权利要求1所述的一种砂浆材料，其特征在于，所述城市垃圾焚烧飞灰粒径小于或者等于100目；所述粉煤灰比表面积为330
‑
430m2/kg，粒径为8
‑
15μm；所述细砂的粒径为0.35
‑

【专利技术属性】
技术研发人员：王晴，王新锐，张强，杜雨容，马欣怡，陈广宇，
申请(专利权)人：沈阳建筑大学，
类型：发明
国别省市：