一种制造技术

本发明专利技术提供了一种

【技术实现步骤摘要】
一种3D打印耐火型地聚物混泥土材料及其制备方法


[0001]本专利技术涉及
3D
打印建筑材料
，更具体地，涉及一种
3D
打印耐火型地聚物混泥土材料及其制备方法
。

技术介绍

[0002]随着全球城市化进程加快和智能建造技术的快速发展，
3D
打印混凝土技术已经成为全球研究和应用的热点
。3D
打印混凝土技术具有数字成型
、
免模施工
、
省工省料
、
建筑效率高
、
造型多变等特点
。
对于
3D
打印建筑材料来说，低成本
、
低碳和优良的性能是关键
。
[0003]目前，
3D
打印建筑材料应用最为广泛的是水泥基材料，然而，水泥熟料生产工艺为“两磨一烧”，主要是来自石灰石的分解和化石燃料的燃烧
。
据统计，一吨水泥熟料的碳排放量估测在
840
‑
860kg
左右
。
此外，水泥基材料的耐高温性能较差，在火灾条件下，材料集体易开裂松散从而失去强度，严重影响建筑在火灾下的安全性
。
与水泥基材料相比，碱激发地聚物胶凝材料体系是由一种或多种富含铝硅钙的氧化物组成的矿物组分与一种或多种激发剂组成的无机胶凝材料
。
生产具有更低的
CO2
排放和更低的能量消耗，同时具有耐腐蚀性
、<br/>耐高温防火等特点
。
[0004]现阶段，采用碱激发地聚物胶凝材料体系制备
3D
打印混凝土的技术存在诸多缺陷，例如：
CN113105170A、CN114751768A、CN113277791A
胶凝材料体系中均含有矿渣，然而矿渣
‑
X
胶凝材料体系在高温下易爆裂导致强度丧失，且凝结时间过快，难以施工；再如
CN116023056A
采用纳米胶凝材料外加剂，纳米材料价格昂贵，难以大规模应用
。
此外，由于
3D
打印技术的工艺要求，需要混凝土材料的凝结时间适中以满足其施工要求
。
[0005]因此，能否利用工业固废，零成本材料，提供一种低成本
、
耐高温
、
强度稳定
、
可打印性能和凝结时间满足要求的
3D
打印地聚物建筑材料，是本领域亟待解决的问题
。

技术实现思路

[0006]基于现有技术中存在的上述技术问题，本专利技术提供了一种
3D
打印耐火型地聚物混泥土材料，通过特定的原料及其配比使该混泥土材料具有优异的耐高温性能，同时兼具优异的机械性能
。
[0007]为了实现上述目的，本专利技术的技术方案如下：一种
3D
打印耐火型地聚物混泥土材料，其原料组分按质量份数计，包括：胶凝材料
350
‑
650
份
、
粗集料
600
‑
1100
份
、 细集料
400
‑
600
份
、
泥土0‑
240
份
、
陶瓷粉
20
‑
60
份
、
碱性激发剂
180
‑
320
份
、
植物纤维5‑
15
份
、
木质素1‑5份和水0‑
80
份；其中，所述粗集料粒径为1‑
5mm
；细集料粒径为
0.25
‑
0.5mm。3D
打印混凝土骨料粒径应小于打印头出口内径的
1/3
，因此选用的粗骨料粒径为1‑
5mm
连续级配细石子
。
[0008]在一些实施方式中，所述胶凝材料包括粉煤灰和硅灰，所述粉煤灰
CaO
含量＞
10%
，烧矢量＜
3%
，需水量比
95%
；所述硅灰
SiO2
含量＞
85%
，烧矢量＜
3%
；按质量份数计，所述粉煤灰和硅灰配比为：
粉煤灰
350
‑
500
份
、
硅灰0‑
150
份
。
[0009]在一些实施方式中，所述粉煤灰粒径
10
‑
100
μ
m
；所述硅灰粒径
0.1
‑
0.5
μ
m。
[0010]在一些实施方式中，粉煤灰可以为一级或者二级粉煤灰
。
粉煤灰本身不具备水化硬性，但是在碱性条件下，粉煤灰颗粒中的
SiO2
和
Al2O3
与碱性溶液中的
OH
‑
发生溶解反应，使
Si
‑
O
和
Al
‑
O
等共价键断裂，断裂后的硅
、
铝组分与碱性溶液中的
Na+
和
OH
‑
作用形成大量
‑
Si
‑
O
‑
Na
‑
、Al(OH)4
‑
、Al(OH)52
‑
和
Al(OH)63
‑
等硅铝酸盐低聚体，随着反应的进行
,
这些低聚体由粉煤灰颗粒表面向颗粒间隙逐渐扩散，由于低聚体的结构不稳定，易发生聚合反应
,
形成新的以硅氧和铝氧四面体相互交联的胶结强度和聚合度较高的三维网状结构的
N
‑
A
‑
S
‑
H
凝胶，随着养护龄期的延长，凝胶物质逐渐脱水凝结硬化成块体
。
但是，该反应如果养护温度低于
60℃
，粉煤灰活性激发较慢，导致强度较低
。
而采用
CaO
含量
&gt;10%
的高钙粉煤灰时，硅酸盐阴离子团聚合度较低，活性更高，水化硅酸铝钠
N
‑
A
‑
S
‑
H
凝胶和硅酸钙
C
‑
S
‑
H
凝胶共存，而后者在碱性环境下，反应所需温度较低，强度更高，有效的提高了粉煤灰胶凝体系的强度
。
而细度更小的硅灰可以提高基体的火山灰特性，提高胶凝材料的活性，此外，更细小的颗粒可以填充作用，有效提本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种
3D
打印耐火型地聚物混泥土材料，其特征在于，其原料组分按质量份数计，包括：胶凝材料
350
‑
650
份
、
粗集料
600
‑
1100
份
、 细集料
400
‑
600
份
、
泥土0‑
240
份
、
陶瓷粉
20
‑
60
份
、
碱性激发剂
180
‑
320
份
、
植物纤维5‑
15
份
、
木质素1‑5份和水0‑
80
份；其中，所述粗集料粒径为1‑
5mm
；细集料粒径为
0.25
‑
0.5mm。2.
根据权利要求1所述的
3D
打印耐火型地聚物混泥土材料，其特征在于，所述胶凝材料包括粉煤灰和硅灰，所述粉煤灰
CaO
含量＞
10%
，烧矢量＜
3%
，需水量比
95%
；所述硅灰
SiO2含量＞
85%
，烧矢量＜
3%
；按质量份数计，所述粉煤灰和硅灰配比为：粉煤灰
350
‑
500
份
、
硅灰0‑
150
份
。3.
根据权利要求2所述的
3D
打印耐火型地聚物混泥土材料，其特征在于，所述粉煤灰粒径
10
‑
100
μ
m
；所述硅灰粒径
0.1
‑
0.5
μ
m。4.
根据权利要求1所述的
3D
打印耐火型地聚物混泥土材料，其特征在于，所述粗集料为天然鹅卵石和
/
或石英石，所述粗集料
SiO2含量＞
90%。5.
根据权利要求1所述的
3D
打印耐火型地聚...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨瑛，李水生，周泉，李新星，
申请(专利权)人：中国建筑第五工程局有限公司，
类型：发明
国别省市：