[发明专利]一种用于3D打印的地聚合物材料及其制备方法

说明书

本发明涉及一种用于3D打印的地聚合物材料及其制备方法，该地聚合物材料包括以下重量份的组成：高炉矿渣10～30份；粉煤灰70～90份；硅酸钠溶液15～20份；氢氧化钠溶液15～20份；钙盐溶液5～10份；混合纤维；其中，混合纤维的掺量占所述地聚合物材料体积的1％～2％，制备时，先将高炉矿渣、粉煤灰、硅酸钠溶液和氢氧化钠溶液混合，然后加入混合纤维，并在使用前加入钙盐溶液。与现有技术相比，本发明具有良好的力学性能，不仅具有较高的抗拉、抗剪强度，还具有较高的断裂韧性，是和3D打印建筑的建造。且该地聚合物材料制备方法简单，成本低。

技术领域

本发明涉土木工程领域及，具体涉及一种用于3D打印的地聚合物材料及其制备方法。

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。

近年来，众多学者尝试将3D打印技术应用于建筑领域中，并取得了一些成果。不久前，英国拉夫堡大学获得英国科学委员会的资助，开发了一台可添材制造的机器，这台机器可以利用建筑材料打印建筑实体；德国一名建筑师也利用一台大型的3D打印机成功建造了一栋住宅建筑；美国南加州大学和美国宇航局合作，研发了一种轮廓打印工艺，解决了3D打印建筑中表面存在明显层状纹理的问题；除此之外，荷兰、中国等的研究者们也进行了3D打印建筑的相关研究。

将3D打印技术用于结构建造有诸多优点。3D打印建筑技术具有不需要支模，结构可以立即成型和节省劳动力等优点，是建筑行业的一大创新。但是，现有的3D打印建筑存在着抗拉性能较差的缺陷，这与其使用的材料有关，因此发明一种更加匹配于3D打印技术的建筑材料对于后续发展意义重大。

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抗拉性能好的用于3D打印的地聚合物材料及其制备方法。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：一种用于3D打印的地聚合物材料，该地聚合物材料包括以下重量份的组成：

混合纤维；

其中，所述混合纤维的掺量占所述地聚合物材料体积的1％～2％。

硅酸钠溶液、氢氧化钠溶液作为碱激发剂与粉煤灰和高炉矿渣发生碱激发反应，钙盐溶液可以加速促进这一反应的进行。

优选的，所述的硅酸钠溶液为硅酸钠的水溶液，其摩尔浓度为3～5mol/L，采用所述摩尔浓度的硅酸钠的水溶液，可恰好与高炉矿渣和粉煤灰进行完全反应，并且达到目标强度。

优选的，所述的氢氧化钠溶液为氢氧化钠的水溶液，其摩尔浓度为3～5mol/L，采用所述摩尔浓度的氢氧化钠的水溶液，可恰好与高炉矿渣和粉煤灰进行完全反应，并且达到目标强度。

优选的，所述的钙盐溶液为CaCl₂或Ca(NO₃)₂的水溶液，其摩尔浓度为2～6mol/L，采用所述摩尔浓度的CaCl₂或Ca(NO₃)₂的水溶液，经相应的试验验证，可以使地聚合物在目标时间时间内迅速完成碱激发反应，满足3D打印的要求。