[发明专利]用于3D打印的碱激发胶凝材料及其打印方法

摘要

本发明公开了一种用于3D打印的碱激发胶凝材料及其打印方法。原材料由工业废渣、碱激发剂、细骨料、消泡剂、减水剂、水、粗骨料、高强纤维以及微纳米材料组成；所制备出的浆体混合物通过两个泵给料的3D打印方式打印成型。本发明针对3D打印混凝土早期强度低的问题，碱激发胶凝材料有效地改善了浆体性能；两个泵给料又避免了碱激发胶凝材料凝结速度快，不适合于3D打印的问题；掺入各种纤维之后，所打印出的混凝土最终抗压和抗弯也得到了大大的提高。

主权项

1.用于3D打印的碱激发胶凝材料，其特征在于，按重量百分比，包括如下组分：工业废渣微粉：          22.5%～27.5%硅酸盐水泥：            0%～6.5%碱激发剂：              2.24% ～5.52%细骨料：                26.4%～38.8%粗骨料：                20.6%～24.9%消泡剂：                0.01%～0.02%减水剂：                0.12%～0.31%水 ：                   3.7%～8.8%高强纤维：              0.59%～9.88%微纳米纤维：            0.08%～0.28%所述的碱激发剂是模数为不小于1.0液态水玻璃，其中，硅酸钠的质量浓度为20%～30%；所述高强纤维为钢纤维、玄武岩纤维、碳纤维、无碱玻璃纤维中的一种，其中，钢纤维为直径0.17mm～0.2mm,长度为6～20mm，抗拉强度大于1800Mpa；玄武岩纤维直径9μm～13μm,长度为6～20mm，抗拉强度大于3000MPa；碳纤维直径8μm～18μm,长度为6～20mm，抗拉强度大于3500MPa；无碱玻璃纤维直径5μm～10μm,长度为6～20mm，抗拉强度大于2500MPa；所述微纳米纤维为碳纳米纤维、碳化硅晶须、氧化锆纤维中的一种，其中，碳纳米纤维直径为90～100nm，长度为50～200μm，比表面不小于200㎡/g；碳化硅晶须直径为0.1～1.0μm，晶须长度为10～200μm，抗拉强度大于2.9GPa；氧化锆纤维直径为7～10μm，长度为2～12mm，抗拉强度大于1200MPa；由如下步骤制备：（a）将工业废渣微粉、硅酸盐水泥、细骨料和粗骨料按比例称量好，放入搅拌机中混合均匀；（b）将微纳米纤维加入溶有消泡剂、减水剂和水的混合溶液中，在超声仪中超声分散10分钟以上，然后加入搅拌机的固体混合物中，搅拌3~5min，使固体原料从分散状态变成粘性浆体状态；（c）将高强纤维均匀的加到粘性浆体状态的混合物中并继续搅拌5~10min；（e）按要求设计打印全过程参数，并控制打印臂运动轨迹；（f）将得到的碱激发剂溶液和混合物浆体分别用两个泵输送到3D打印搅拌机器臂上，控制泵的运行速率使碱激发剂溶液和混合物浆体的比例保持一致，并进行搅拌打印。