一种新型的水下3D打印混凝土材料及其打印方法技术

本发明专利技术涉及建筑材料和土建施工技术技术领域，尤其涉及一种新型的水下3D打印混凝土材料及其打印方法。本发明专利技术所述混凝土由于不掺加絮凝剂或者增粘剂，易于从打印喷嘴中挤出，打印放置后层间粘结性能佳，不会形成界面缝隙。本发明专利技术提供的水下3D打印混凝土由于不受抗分散剂的影响，其配合比设计更加灵活且适用范围更广，成型后强度更高，在水中养护能达到C40以上的强度。上的强度。上的强度。

【技术实现步骤摘要】
一种新型的水下3D打印混凝土材料及其打印方法


[0001]本专利技术涉及建筑材料和土建施工技术
，尤其涉及一种新型的水下3D打印混凝土材料及其打印方法。

技术介绍

[0002]如今，针对发展可再生海洋能源和由于全球变暖问题引发的海岸保护问题，快速发展的混凝土3D打印等数字化施工方法被认为是解决上述问题有效方法。海洋能源的开发和以3DCP技术为基础的新型生产方式必将对近海施工方式产生深远的影响。水下增材制造技术具有巨大优势和广泛应用前景，因为在水的作用下，3D打印混凝土可以减少自身重力的影响，使打印形状更加自由，同时其兼具3D打印技术所拥有的优化材料分布的能力、自由形状结构打印能力和减少材料浪费等优势。
[0003]常规的水下3D打印混凝土设计策略是在水泥基材料中添加絮凝剂或者增粘剂，虽然可以保证混凝土工作性损失不大且满足水下施工的要求，但是也增加了材料配制过程的繁琐程度以及相应的成本。此外，在水泥基材料中掺加絮凝剂或者增粘剂会导致材料各种工作性能之间的交叉影响和性能之间矛盾性问题，这种效果反映到水下3D打印混凝土中更加明显。根据传统的水下3D打印混凝土的性能分析，混凝土的抗分散性与流动性、可挤压性以及打印材料的弹性模量等存在相互矛盾的关系，这不利于3D打印混凝土打印阶段材料在水中放置以及后期成型时材料的力学性能。这也是进行水下成功打印和放置混凝土需要解决的关键问题。
[0004]针对这一系列问题，需要开发一种配制简便、成本低廉、性能优异的水下3D打印水泥基材料。

技术实现思路

[0005]本专利技术提供一种新型的水下3D打印混凝土材料及其打印方法，用以解决现有技术中水下3D打印混凝土由于掺加絮凝剂或者增粘剂以提高抗分散性能，所制成的打印材料刚度大、流动性差、打印开放时间短，不易于从打印喷嘴中挤出，以及打印放置后层间粘结性能差，形成界面缝隙的问题。
[0006]本专利技术提供一种混凝土，其原料包括第一组份、第二组分、第三组份和水下防渗剂，以重量份数计；
[0007]所述第一组份包括360～400份水泥；
[0008]所述第二组份为0.4～0.6份缓凝剂、0.1～0.4份触变剂和0.4～2.0份纤维；
[0009]所述第三组为120～150水和4～8份减水剂；
[0010]所述水下防渗剂为聚乙烯亚胺，所述聚乙烯亚胺的分子量为5000
‑
20000。
[0011]优选的，所述水下防渗剂为水溶性高分子聚合物，具有良好的絮凝性。
[0012]本专利技术中，水下抗渗剂是一种由多种混合物组成溶液。
[0013]优选的，本专利技术所述水下防渗剂的制备方法包括以下步骤：将聚乙烯亚胺加入(优
选在搅拌条件下加入)到温度为60～80℃的水中，使其溶解，加入磷酸盐缓冲液，再调节至溶液pH值至6.0～8.0。向其中加入聚合氯化铝，溶解后即得水下防渗剂。
[0014]在本专利技术的一些实施例中，所述水下防渗剂的制备方法包括：
[0015](1)将去离子水加入容器中，然后开启磁力搅拌器，并将恒温水浴加热至适当的温度(通常为60～80℃)。按照特定比例将聚乙烯亚胺粉末逐渐加入水中，并用搅拌棒等工具充分搅拌，直到完全溶解。通常情况下，每次加入的聚乙烯亚胺不超过总溶液的5～10％(质量体积百分比)。继续搅拌聚乙烯亚胺溶液，直到达到理想的浓度。具体浓度可根据实际需求进行调整，通常在1.0％～2.0％(质量体积百分比)之间。
[0016](2)将磷酸盐缓冲液稀释至1.0％(质量体积百分比)的浓度，再将等体积的磷酸盐缓冲稀释液加入到聚乙烯亚胺溶液中。
[0017](3)根据聚乙烯亚胺类型选取合适的酸碱调节剂，盐酸或氢氧化钠可以分别用于降低或升高聚乙烯亚胺溶液的pH值，以逐滴加入的方式将pH值调在6.0～8.0范围之间。
[0018](5)按照特定比例将聚合氯化铝粉末逐渐加入到上述步骤制成的溶液中，使用比例通常为溶液质量的0.1％～0.5％(质量体积百分比)。
[0019](6)当溶液溶解彻底后，关闭磁力搅拌器和恒温水浴，让溶液自然冷却至室温即可制成水下防渗剂。最后用滤器或者离心机等工具将溶液进行过滤或离心处理，以去除其中的杂质和未溶解的颗粒物质。
[0020]在本专利技术的一些实施例中，制备水下防渗剂需要的原料包括聚乙烯亚胺、聚合氯化铝和磷酸盐缓冲液，优选还包括酸碱调节剂(盐酸或氢氧化钠)。
[0021]本专利技术中，强度等级主要由胶凝材料中水泥比例确定；打印混凝土的开放时间由减水剂、缓凝剂和纤维掺量确定；打印混凝土的形态由减水剂、纤维和触变剂确定；水下抗分散性由水下防渗剂确定。
[0022]本专利技术所述混凝土由于不掺加絮凝剂或者增粘剂，易于从打印喷嘴中挤出，打印放置后层间粘结性能佳，不会形成界面缝隙。本专利技术提供的水下3D打印混凝土由于不受抗分散剂的影响，其配合比设计更加灵活且适用范围更广，成型后强度更高，在水中养护能达到C40以上的强度。
[0023]本专利技术提供的水下3D打印混凝土在混凝土流动度、水下抗分散性、凝结时间，强度四个方面具备：流动度可保持在150
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215mm范围内，水下冲刷损失量小于10％，初凝时间宜大于60min，7d、28d抗压强度水陆强度比分别大于80％、90％，水陆层间粘结强度比大于80％。
[0024]优选的，所述混凝土，以重量份数计，所述混凝土的原料包括胶凝材料400～500份、水120～150份、细骨料380～520份、外加剂4.5～9.0份和纤维0.4～2.0份，所述胶凝材料包括水泥360～400份和辅助胶凝材料40～100份、水下防渗剂0.04～0.2份。
[0025]优选的，以重量份数计，所述外加剂包括高效减水剂4～8份、缓凝剂0.4～0.6份、触变剂0.1～0.4份。
[0026]优选的，所述减水剂为高效减水剂。
[0027]根据所述混凝土，所述第一组分还包括380～520份细骨料、40～100份辅助胶凝材料中的一种或两种。
[0028]所述辅助胶凝材料选自硅粉、粉煤灰、高炉矿渣粉、石灰石粉或天然火山灰中的一
种或至少两种的组合；
[0029]所述细骨料选自陶砂、河砂、石英砂、河砂、湖砂、山砂、沙漠砂中的一种或至少两种的组合。
[0030]优选的，所述细骨料的粒径小于4.75mm。
[0031]水下混凝土受自身重力作用影响导致一定程度的压缩变形，而细骨料可以填充这些变形后形成的空隙，与水下抗渗剂协同以防止水的渗透。辅助胶凝材料调整打印混凝土的和易性，优化水泥基体系中颗粒级配，提高抗渗性。
[0032]根据所述混凝土，所述水泥选自硫铝酸盐水泥、硅酸盐水泥或铝酸盐水泥中的一种或至少两种的组合。
[0033]根据所述混凝土，所述缓凝剂为硼砂、葡萄糖酸钠、酒石酸、柠檬酸、四硼酸钠、三聚磷酸钠中的一种或至少两种组合。
[0034]根据所述混凝土，所述触变剂为威兰胶、纤维素醚、羟乙本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种混凝土，其特征在于，其原料包括第一组份、第二组分、第三组份和水下防渗剂，以重量份数计；所述第一组份包括360～400份水泥；所述第二组份为0.4～0.6份缓凝剂、0.1～0.4份触变剂和0.4～2.0份纤维；所述第三组为120～150水和4～8份减水剂；所述水下防渗剂为聚乙烯亚胺，所述聚乙烯亚胺的分子量为5000
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20000。2.根据权利要求1所述混凝土，其特征在于，所述第一组分还包括380～520份细骨料、40～100份辅助胶凝材料中的一种或两种；所述辅助胶凝材料选自硅粉、粉煤灰、高炉矿渣粉、石灰石粉或天然火山灰中的一种或至少两种的组合；所述细骨料选自陶砂、河砂、石英砂、河砂、湖砂、山砂、沙漠砂中的一种或至少两种的组合；优选的，所述细骨料的粒径小于4.75mm。3.根据权利要求1或2所述混凝土，其特征在于，所述水泥选自硫铝酸盐水泥、硅酸盐水泥或铝酸盐水泥中的一种或至少两种的组合。4.根据权利要求1
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3任一项所述混凝土，其特征在于，所述缓凝剂为硼砂、葡萄糖酸钠、酒石酸、柠檬酸、四硼酸钠、三聚...

【专利技术属性】
技术研发人员：邱流潮，王洋，
申请(专利权)人：中国农业大学，
类型：发明
国别省市：