【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及3d打印混凝土材料，尤其涉及一种流变性可调的高强度3d打印混凝土材料的制备工艺。
技术介绍
1、传统建筑行业具有高能耗、高碳排放的特点，创新的建筑技术和绿色水泥基材料的发展是促进节能和减少碳排放的有效方法。3d打印方法（又称增材制造）提供了显著的环境效益并在建筑行业有广泛应用的潜力。3d打印技术在建筑行业的推广应用依赖于高性能水泥基复合材料的研发。一方面，混凝土3d打印技术要求打印浆体在挤出前具备较好的流动性来保证可泵送、挤出性和连续性，即需要较低的动屈服应力（维持流动所需的应力），以保证泵送和挤压的正常进行。另一方面，3d打印混凝土材料需要较高的静态屈服应力（启动流动所需的应力），来保持打印后的各层在自身和上层材料重量作用下的尺寸稳定性（堆叠性）。
2、然而，混凝土3d打印技术要求混凝土浆体挤出前 具备良好的流动性和挤出后要求混凝土浆体具备优异的堆叠性是一种矛盾的关系。另外，由于3d打印技术是将三维结构切片转换为二维结构进行，这种降维打印导致的结果是：由于打印材料和模型匹配性差会严重影响打印浆体的堆积性能，从而产生打印层间弱面，使打印制品产生力学性能的各向异性，影响打印制品的结构稳定性和尺寸精准性。因此，解决好上述的问题是确保混凝土3d打印技术实际应用的关键。
技术实现思路
1、本专利技术公开一种流变性可调的高强度3d打印混凝土材料的制备工艺，其不仅能够快速改变混凝土浆体在挤出前后的流变性，而且能够增强堆叠层之间的界面结合力，提高打印制品的结构稳定性。为
2、一种流变性可调的高强度3d打印混凝土材料的制备工艺，包括如下步骤：
3、（1）将硬脂酸固体加热融化成液体状态，然后加入磷酸镁水泥粉、无机填料混合后搅拌均匀，待冷却后将得到的固化产物进行粉磨，即得前驱体粉末。
4、（2）在所述前驱体粉末喷洒溶解有硅烷偶联剂的无水乙醇液，混合均匀干燥，即得流变性调节剂粉体。
5、（3）以水泥基胶凝材料、所述流变性调节剂、细骨料、纤维素纳米晶、减水剂为原料，将上述各原料混合后加水搅拌均匀，即得3d打印混凝土材料。
6、进一步地，步骤（1）中，所述加热温度为75~110℃。在该温度下保温直至将所述硬脂酸固体（即十八烷酸， ch3(ch2)16cooh）全部融化为液态。
7、进一步地，步骤（1）中，所述硬脂酸固体、磷酸镁水泥粉、无机填料的比例为重量份2.5~3.5：7~10重量份：1~2重量份。
8、进一步地，步骤（1）中，所述无机填料包括玻璃粉、二氧化硅粉、钢渣粉、碳酸钙粉等中的至少一种。可选地，所述无机填料的细度为100~150目。优选地，所述玻璃粉采用废弃玻璃制成，有助于降低成本和废弃物资源化利用。
9、进一步地，步骤（1）中，所述前驱体粉末的粒径可在0.3~0.5mm之间。
10、进一步地，步骤（2）中，所述无水乙醇液中硅烷偶联剂的质量分数为1~1.5%。可选地，所述硅烷偶联剂包括kh550（γ-氨基丙基三乙氧基硅烷）、kh560（γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷）、kh570（γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷）等中的任意一种。
11、进一步地，步骤（2）中，所述前驱体粉末与溶解有硅烷偶联剂的无水乙醇液的比例为1g：0.2~0.3ml。
12、进一步地，步骤（2）中，所述干燥温度低于硬脂酸的熔化温度。可选地，所述干燥温度为40~45℃，时间为15~25min，且在干燥过程中不断进行搅拌，以加速溶剂乙醇的挥发。
13、进一步地，步骤（3）中，各原料的比例为：水泥基胶凝材料340~380重量份、流变性调节剂60~75重量份、细骨料1400~1530重量份。所述纤维素纳米晶的掺量为水泥基胶凝材料质量的0.5~2%、减水剂的掺量为水泥基胶凝材料质量的1.5~2.5%。所述纤维素纳米晶有助于增加混凝土结构的结构致密性，并通过纤维和细骨料的互锁在打印制品层间产生额外的机械粘合作用。
14、进一步地，步骤（3）中，所述水的添加量以水灰比0.55~0.60为准。所述“灰”指水泥基胶凝材料。
15、进一步地，步骤（3）中，所述原料中还包括7~10重量份短切纤维。可选地，所述短切纤维的长度为1~5mm。所述短切纤维包括聚乙烯醇纤维、聚丙烯纤维、聚丙烯腈纤维、玻璃纤维等中的至少一种。掺入短切纤维有助于增强3d打印混凝土结构的抗压、抗折强度。
16、与现有技术相比，本专利技术具有以下方面的有益技术效果：如前文所述，混凝土3d打印技术要求混凝土浆体挤出前具备良好的流动性，而挤出后要具备良好的堆叠性。为此，本专利技术在混凝土浆体中加入了本专利技术制备的所述流变性调节剂，该流变性调节剂是利用硬脂酸粘接固定在一起的磷酸镁水泥粉、无机填料形成，且所述流变性调节剂表面经过了硅烷偶联剂的疏水改性处理。当将上述的流变性调节剂掺加到混凝土浆体中的初期，在表面硅烷偶联剂的疏水保护作用下防止吸收消耗所述拌和水降低混凝土浆体的流动性，保证混凝土浆体良好的可泵送、挤出性和连续性。当混凝土浆体挤出后，随着混凝土浆体中水泥胶凝材料的水化，其产生的水化产物氢氧化钙与所述流变性调节剂中的硬脂酸发生酸碱中和反应，从而启动所述流变性调节剂发挥作用。第一方面，所述酸碱中和反应可快速破坏所述流变性调节剂的表层结构，使外部的拌和水进入流变性调节剂中与所述磷酸镁水泥接触，磷酸镁水泥遇水后可在短时间内完成水化反应实现硬化，使所述流变性调节剂转变为主要由磷酸镁水泥的水化产物形成的高强度硬化体。此过程中可快速消耗混凝土浆体中的拌和水，降低混凝土浆体的流动性。第二方面，所述硬化体还起到了骨架支撑作用，可快速提升混凝土浆体的静态屈服应力，使打印后的混凝土结构具有更好的堆叠性/结构稳定性，减小结构变形，提高打印后混凝土结构尺寸精准性。第三方面，所述磷酸镁水泥水化后形成的水化产物具有很强的胶凝粘结能力，一者，可使所述硬化体与基体之间很好地结合，提高混凝土结构的力学强度。二者，打印后的混凝土材料层与层之间可利用界面处的所述硬化体的带来的良好的粘接作用更好地结合，增加打印层之间的结合力，克服打印层间弱面问题，有助于提高混凝土结构的整体力学性能。
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1.一种流变性可调的高强度3D打印混凝土材料的制备工艺，其特征在于，包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的流变性可调的高强度3D打印混凝土材料的制备工艺，其特征在于，步骤（1）中，所述加热温度为75~110℃。
3.根据权利要求1所述的流变性可调的高强度3D打印混凝土材料的制备工艺，其特征在于，步骤（1）中，所述硬脂酸固体、磷酸镁水泥粉、无机填料的比例为重量份2.5~3.5：7~10重量份：1~2重量份。
4.根据权利要求1所述的流变性可调的高强度3D打印混凝土材料的制备工艺，其特征在于，步骤（1）中，所述无机填料包括玻璃粉、二氧化硅粉、钢渣粉、碳酸钙粉中的至少一种；
5.根据权利要求1所述的流变性可调的高强度3D打印混凝土材料的制备工艺，其特征在于，步骤（1）中，所述前驱体粉末的粒径可在0.3~0.5mm之间。
6.根据权利要求1所述的流变性可调的高强度3D打印混凝土材料的制备工艺，其特征在于，步骤（2）中，所述无水乙醇液中硅烷偶联剂的质量分数为1~1.5%；可选地，所述硅烷偶联剂包括KH550、KH560、KH57
7.根据权利要求1所述的流变性可调的高强度3D打印混凝土材料的制备工艺，其特征在于，步骤（2）中，所述前驱体粉末与溶解有硅烷偶联剂的无水乙醇液的比例为1g：0.2~0.3ml。
8.根据权利要求1所述的流变性可调的高强度3D打印混凝土材料的制备工艺，其特征在于，步骤（2）中，所述干燥温度低于硬脂酸的熔化温度；可选地，所述干燥温度为40~45℃，时间为15~25min，且在干燥过程中不断进行搅拌。
9.根据权利要求1所述的流变性可调的高强度3D打印混凝土材料的制备工艺，其特征在于，步骤（3）中，各原料的比例为：水泥基胶凝材料340~380重量份、流变性调节剂60~75重量份、细骨料1400~1530重量份；所述纤维素纳米晶的掺量为水泥基胶凝材料质量的0.5~2%、减水剂的掺量为水泥基胶凝材料质量的1.5~2.5%；可选地，步骤（3）中，水灰比为0.55~0.60。
10.根据权利要求1-9任一项所述的流变性可调的高强度3D打印混凝土材料的制备工艺，其特征在于，步骤（3）中，所述原料中还包括7~10重量份短切纤维；
...【技术特征摘要】
1.一种流变性可调的高强度3d打印混凝土材料的制备工艺，其特征在于，包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的流变性可调的高强度3d打印混凝土材料的制备工艺，其特征在于，步骤（1）中，所述加热温度为75~110℃。
3.根据权利要求1所述的流变性可调的高强度3d打印混凝土材料的制备工艺，其特征在于，步骤（1）中，所述硬脂酸固体、磷酸镁水泥粉、无机填料的比例为重量份2.5~3.5：7~10重量份：1~2重量份。
4.根据权利要求1所述的流变性可调的高强度3d打印混凝土材料的制备工艺，其特征在于，步骤（1）中，所述无机填料包括玻璃粉、二氧化硅粉、钢渣粉、碳酸钙粉中的至少一种；
5.根据权利要求1所述的流变性可调的高强度3d打印混凝土材料的制备工艺，其特征在于，步骤（1）中，所述前驱体粉末的粒径可在0.3~0.5mm之间。
6.根据权利要求1所述的流变性可调的高强度3d打印混凝土材料的制备工艺，其特征在于，步骤（2）中，所述无水乙醇液中硅烷偶联剂的质量分数为1~1.5%；可选地，所述硅烷偶联剂包括kh550、kh560、kh5...
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