[发明专利]用于3D打印的轻质高强再生骨料地聚物砂浆及其制备方法

说明书

本发明公开了一种用于3D打印的轻质高强再生骨料地聚物砂浆，包括以下组分：粉煤灰、矿渣、硅灰、纤维素醚、偏高岭土、空心玻璃微珠、再生砂、再生粉、碱激发剂、强碱粉末、短切纤维和水。本发明提供的一种用于3D打印的轻质高强再生骨料地聚物砂浆，通过掺入短切纤维可以明显提高油墨材料的抗压和抗弯强度。通过掺入再生砂和再生粉作为再生骨料，可进一步改善纤维与基体、骨料与胶凝材料之间的界面粘结性能，增强了地聚物网格结构的致密性；同时在碱环境中，再生粉的火山灰效应进一步激发，提升3D打印地聚物层间界面黏结强度和力学性能。

技术领域

本发明属于建筑3D打印及固体废弃物资源化的技术领域，具体涉及一种用于3D打印的轻质高强再生骨料地聚物砂浆及制备方法。

背景技术

建筑业被认为是世界经济发展的支柱，对全球国内生产总值的贡献率接近6％。如河砂、碎石等不可再生自然资源因在建筑中的较高消耗而变得稀缺，水泥的大量使用也增加了其加工过程中的温室气体排放。将粉煤灰和矿渣等工业副产品用作原料，通过碱性溶液活化形成地质聚合物已成为应对该问题一种可行的方法。尽管地质聚合物是环境友好型材料，但因地质聚合物的力学性能较普通混凝土相比还存在一定差距，所以仅限于小规模的产品应用。为充分发挥地质聚合物显著的绿色经济性，应认真考虑在建筑行业的大规模应用。

3D打印建造技术作为第四次工业革命的一部分，数字技术已经渗透到建筑行业。3D打印技术因其较短的生产时间、较低的劳动力配置、强大的复杂结构设计能力，被认为是一种可推进建筑行业转型升级的技术。同时，在过去的几十年里，人们对建筑环境的可持续性给予了很多关注，如何将可持续发展理念融入到3D打印的概念中，在保护环境和生态安全条件下进行建筑废弃物再利用正成为十分重要的研究内容。

将3D打印建造技术和环境友好型地聚物相结合，并辅以建筑固废再利用，不仅可以提升建筑固废利用率，解决天然砂石资源匮乏，建筑固废产量逐年增多等难题，还能减少水泥使用量，降低水泥生产过程中的碳排放，发展绿色循环经济。专利申请CN112028551A公开了一种粉末粘结3D打印地聚物方法，该方法利用粉末铺设逐层打印，然而该方法制备的结构体力学性能不高，对于建筑大规模应用还存在一定差距。

发明内容

为了解决现有技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种用于3D打印的轻质高强再生骨料地聚物砂浆及制备方法，用于提高建筑固废的利用率并满足3D打印早期强度要求，推进3D打印地聚物建筑应用。

为了达到上述目的，本发明采用如下技术手段：

一种用于3D打印的轻质高强再生骨料地聚物砂浆，包括以下组分：

粉煤灰、矿渣、硅灰、纤维素醚、偏高岭土、空心玻璃微珠、再生砂、再生粉、碱激发剂、强碱粉末、短切纤维和水。

优选地，所述轻质高强再生骨料地聚物砂浆，按重量份数计如下：粉煤灰0.2-0.5份；矿渣0.05-0.1份；硅灰0.03-0.07份；纤维素醚0.002-0.005份；偏高岭土0.05-0.1份；空心玻璃微珠0.005-0.008份；再生砂0.3-0.7份；再生粉0.002-0.005份；碱激发剂0.15-0.2份；强碱粉末0.005-0.02份；短切纤维0.0005-0.0025份；水0.08-0.15份。

优选地，所述粉煤灰为Ⅰ级或Ⅱ级粉煤灰。

更为优选地，所述粉煤灰为Ⅰ级粉煤灰。

进一步优选地，所述粉煤灰为I级低钙粉煤灰。所述Ⅰ级低钙粉煤灰的CaO含量低于10％。

优选地，所述矿渣为碱性矿渣，矿渣粒径小于1mm，比表面积不低于600m²/kg，矿渣中CaO的含量高于SiO₂的含量，Al₂O₃的含量不低于10％。

优选地，所述硅灰粒径小于1um，硅灰中SiO₂含量不低于90％。