[发明专利]可3D打印的粉煤灰基地聚物及其制备、使用方法

说明书

本发明涉及可3D打印的粉煤灰基地聚物及其制备、使用方法，按重量份数计，地聚物的组成和含量分别为：粉煤灰0.4～0.6份；偏高岭土0.275～0.5份；石膏粉0.05～0.1份；高炉矿渣粉0.05～0.175份；机制砂1～1.5份，所述机制砂的平均粒径为125～430μm；粘度改性剂0.01～0.03份；复合碱激发剂0.4～0.6份；水0.05～0.125份；长度为6～18mm的玄武岩纤维0.0075～0.03份；钠基膨润土0.01～0.03份。该地聚物以粉煤灰为主要原料不仅可以有效减少水泥用量，还可以解决粉煤灰储存带来的占用土地、环境污染问题。

技术领域

本发明涉及混凝土材料技术领域，具体来说是涉及一种可3D打印的粉煤灰基地聚物及其制备、使用方法。

背景技术

3D打印技术近几年在土木建筑领域获得显著的发展，3D打印桥梁、3D打印房屋等实例常有报道，这些在很大程度上证实了将3D打印技术运用到土木建筑领域的可行性。3D打印混凝土技术也因其具有的设计自由化、建造灵活性、施工速度快、人工成本低、自动化程度高、环境污染小等诸多优点而得到广泛的关注和推广。

目前为止，3D打印混凝土技术主要采用水泥基材料，如申请号为201510225639.4的中国专利公开一种3D打印水泥基材料及其制备方法，申请号为201610681060.3的中国专利公开一种用于3D打印技术的碳纤维增强水泥基复合材料。然而每生产1吨水泥，排放二氧化碳约1吨，二氧化硫0.74千克，粉尘30千克，造成严重的大气环境污染和土壤植被破坏，直接影响生态环境。目前，人们正积极开展研究和开发各种节能、节材、综合利用资源且与生态环境和谐共存并有利于人类健康的性能优良的绿色新材料。3D打印技术的快速发展也离不开高性能建筑材料的革新，寻求一种具有较高力学强度且满足建造要求的水泥的替代材料来制备3D打印建筑结构具有十分重要的意义。

地聚物是一种以黏土、粉煤灰、工业废渣为主要原料，经适当工艺处理在碱激发(氢氧化钠、水玻璃等)条件下发生聚合反应形成的一种与水泥、陶瓷等机能相近的绿色胶凝材料。地聚物通常采用矿物废料作为原材料，不仅不会产生环境污染，还能解决粉煤灰等矿物废料的储存、处理问题，属于环境友好型材料。其还具有强度高、耐高温、耐酸碱和耐久性好的优点，是水泥的良好替代品。

粉煤灰是一种矿物废料，在我国产量大、储存困难、利用率低，粉煤灰的主要成分包括SiO₂、Al₂O₃、CaO等，可用于制备地聚物。申请号为201410856420.X的中国专利公开了一种粉煤灰基地聚物混凝土材料及其制备方法，虽然选择以粉煤灰为主要原料，但该材料中仍然使用部分水泥，且材料不能进行3D打印。因此尚无以粉煤灰为主要原材料制备可3D打印的地聚物的相关报道。鉴于此，本发明公布了一种可3D打印的粉煤灰基地聚物及其制备、使用方法。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明拟解决的技术问题是，提供一种可3D打印的粉煤灰基地聚物及其制备、使用方法。该地聚物以粉煤灰为主要原料不仅可以有效减少水泥用量，还可以解决粉煤灰储存带来的占用土地、环境污染问题。该地聚物可打印性能高、硬化速度快、粘结性好、强度高，开放时间可调，具有良好的工程应用前景。该制备方法首先将钠基膨润土、其他粉料和玄武岩纤维分3次投入搅拌机，然后加入复合激发剂和粘度改性剂，这样可提高玄武岩纤维和钠基膨润土的分散性，利于所制备地聚物材料的顺利挤出。在使用方法限定的各项参数范围内打印所制备的地聚物，可保证打印过程的顺利以及3D打印地聚物结构的稳定性。

本发明解决所述技术问题采用的技术方案是：

一种可3D打印的粉煤灰基地聚物，按重量份数计，地聚物的组成和含量分别为：

粉煤灰0.4～0.6份；

偏高岭土0.275～0.5份；

石膏粉0.05～0.1份；

高炉矿渣粉0.05～0.175份；