[发明专利]一种用于3D打印的轻骨料混凝土及其制备方法与应用

说明书

本发明涉及一种用于3D打印的轻骨料混凝土及其制备与应用，该混凝土包括以下重量份的组分：硅酸盐水泥100份；粉煤灰30份；硅灰1～5份；水20～45份；速凝剂1～5份；早强剂1～5份；絮凝剂1～3份；轻骨料80～200份，制备时，先将陶粒混合得到轻骨料，然后将硅酸盐水泥、粉煤灰、硅灰、速凝剂和早强剂混合得到混合粉料，最后将轻骨料和混合粉料混合均匀加入水即可，制备得到的混凝与可用做3D打印机建造混凝土结构的原料。与现有技术相比，本发明自身重量轻，大大减小了打印过程中上层混凝土对下层混凝土的压力，减小了底层混凝土的塑性变形，同时减小了垮塌的可能性，且该混凝土能够使混凝土材料具有隔热和保温的功能。

技术领域

本发明涉及土木工程技术领域，具体涉及一种用于3D打印的轻骨料混凝土及其制备方法与应用。

背景技术

混凝土是当代建筑中使用量最大、范围最广的建筑材料，其发展有200年的历史，已成为当代社会使用量巨大的建筑工程材料，对建筑工程贡献巨大。但是，传统建筑技术中，混凝土的使用又会产生很高比例的建筑垃圾。中国每年会产生约6亿吨的建筑垃圾。加之人力成本的增加，作为混凝土使用量极高的建筑行业将迎来一次巨大的挑战。所以，需要在建筑行业中，开发一种新型的施工材料及施工技术替代传统的施工工艺，从而减少以混凝土为主的建筑垃圾的生成量。近年来，新兴的结合了3D打印技术的3D打印混凝土及其施工技术的出现，成为是建筑领域的一大创新，以增材建造为主要特点来减少混凝土类建筑垃圾的生成量，必将掀起未来建筑领域的技术革命。混凝土3D打印技术通过计算机进行三维建模，利用相应程序控制机械设备逐层打印成混凝土结构，在建造过程中取消了支模拆模的复杂过程，极大地提高了生产效率。

但是，打印结构在成型过程中无模具支撑，这就要求混凝土拌合物需要承受自重以及其他荷载的作用，在不变形的条件下迅速凝结，达到目标强度。传统混凝土材料已经不能满足3D打印技术的要求，混凝土材料的选择和配比亟待改进。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种堆叠性能好的用于3D打印的轻骨料混凝土及其制备方法与应用。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：一种用于3D打印的轻骨料混凝土，该混凝土包括以下重量份的组分：

硅酸盐水泥是工程最常用的水泥，掺加一定量的粉煤灰和硅灰可以在混凝土内形成更密实的结构，从而提高混凝土的力学性能，骨料是混凝土的骨架，本专利考虑到打印设备的管道尺寸和喷嘴尺寸，仅采用细骨料，同时，通过外加剂的调节使混凝土进一步满足打印的要求，其中，外加剂包括速凝剂、早强剂和絮凝剂。

优选的，所述的硅酸盐水泥的型号为42.5R，所述粉煤灰的等级为Ⅰ级，所述硅灰的等级为Ⅰ级。42.5R的硅酸盐水泥具有一定的早强效果，使得混凝土具有更短的初凝和终凝时间，打印出的混凝土能够更快地成型。I级的粉煤灰和硅灰具有更大的表面积，活性更强。掺加粉煤灰和硅灰可以填补水泥颗粒的空隙，使混凝土结构具有更优的性能。

优选的，所述的速凝剂为无碱液态的速凝剂，包括以硫酸铝为主要组分的速凝剂、以硫酸铝和铝酸钠为主要组分的速凝剂、以硫酸铝和氢氧化铝为主要组分的速凝剂、以硫酸铝和氟化钠为主要组分的速凝剂或以硫酸铝和硫酸镁为主要组分的速凝剂。速凝剂可以极大地缩短混凝土的初凝时间和终凝时间，使混凝土从打印喷头挤出后即可成型。

优选的，所述的早强剂为无机盐类早强剂、有机化合物早强剂或复合型早强剂和早强减水剂中的一种，其中，所述无机盐类早强剂为包含氯化物、硫酸盐、亚硝酸盐或碳酸盐的具有早强作用的外加剂；所述有机化合物早强剂为包含甲醇、乙醇、乙二醇、三乙醇胺、三异丙醇胺、二乙醇胺或尿素的具有早强作用的外加剂，所述复合型早强剂和早强减水剂为包含同时包含无机盐类早强剂及有机化合物早强剂的混合早强剂。早强剂可以提高混凝土的早期强度，使混凝土具有足够的强度形成自支撑。