[发明专利]用于3D打印的碳纳米管/纤维混凝土及其制备方法

说明书

本发明公开了一种用于3D打印的碳纳米管/纤维混凝土及其制备方法。所述碳纳米管/纤维混凝土的原料组成为：水泥6.8‑8.6份；矿粉3.0‑6.7份；硅灰1.3‑2.7份；石英砂4.7‑13.8份；水2.0‑4.1份；减水剂0.2‑0.5份；缓凝剂0‑0.03份；触变剂0‑0.004份；纤维0.05‑0.25份；碳纳米管0.0008‑0.008份；分散剂0.003‑0.16份。本发明提供的纤维混凝土材料具有合适的初凝时间和终凝时间、较高的抗压强度、抗折强度和韧性、良好的和易性和触变性，层与层之间能实现有效粘结，并且在堆积过程中不会发生变形和坍塌，可以做到针对工程需要而精准设计纤维混凝土材料的凝结和触变性能，可以满足不同的打印速度和结构施工的需求。

技术领域

本发明属于建筑材料领域，特别是涉及一种用于3D打印的碳纳米管/纤维混凝土及其制备方法。

背景技术

3D打印作为一种快速成型、增材制造技术，自发明以来，在各个行业得到迅速广泛的推广。3D打印建筑能够有效减少建筑垃圾，提升施工效率，缩短工期，减少人工，提升机械化水平，整体上做到节能减排，有助于环境改善；此外由于3D打印可由计算机控制实现空间任意造型设计，能够将结构受力与建筑美学相结合，体现出建筑的艺术性。2013年1月，荷兰采用3D打印混凝土建造了莫比乌斯环状房屋，同年1月欧洲航天局正在研发利用月球土壤和其他材料3D打印空间站的建设技术，2013年2月英国实现了纤维尼龙3D打印成结构快速组装建造技术；2013年1月，中国在上海利用高标号水泥、玻璃纤维和部分添加剂完成了临时设施的打印，并尝试通过3D打印构件拼装成多层结构；2015年，我国在苏州使用塑料，镁质粘结剂，石膏，玻璃纤维和水泥打印了一座小型多层建筑结构。由于现有打印材料的强度和耐久性一直亟待提升，当前3D打印技术也缺乏基体与传统增强材料，如钢筋的组合形式，导致打印结构型式受限于材料性能，多为小空间小跨度的小型民用建筑。

现有3D建筑材料非常丰富，公开号为CN107603162A的中国专利文献公开了一种建筑用高强度高韧性3D打印材料。公开号为CN107619230A的中国专利文献公开了一种用于3D打印的混凝土材料，公开号为CN107200536A的中国专利文献公布了一种用于建筑的快速成型3D打印浆料及其制备方法，公开号为CN107177155A的中国专利文献公开了一种建筑领域用高强度耐紫外线的3D打印材料及其制备方法，公开号为CN107141799A的中国专利文献公开了一种建筑工程用耐氧化高强度3D打印材料及其制备方法，公开号为CN107417180A的中国专利文献公布了一种石墨烯土聚水泥及其制备方法，公开号为CN107032669A的中国专利文献公布了一种3D打印建筑材料。目前打印材料的种类和强度均有了明显提升。

虽然现阶段研制出的3D打印材料工作性能上可以满足技术要求，但强度大多还处于普通混凝土的范围(60Mpa)。由于3D打印逐层堆积的性质和打印施工的自动化设置，对整个快速施工设计增加钢筋骨架设置了技术障碍，仅使用普通打印材料，韧性不足，能实现的结构型式十分有限。为了满足现代结构建造需求，亟待提升打印材料的流动度、工作性、强度和形塑能力，这也直接关系到该技术能否具有结构普适性和广泛实施性。

纳米碳管(CNT)，管状的纳米级石墨晶体，是单层或多层石墨片围绕中心轴按一定的螺旋角卷曲而成的无缝纳米级管。理论和实验研究表明，碳纳米管具有极高的强度，理论计算值为钢的100倍；同时碳纳米管具有极高的韧性，十分柔软，被认为是未来的超级纤维。

发明内容

本发明旨在提供一种用于3D打印的碳纳米管/纤维混凝土及其制备方法，提供的碳纳米管/纤维混凝土的强度高，延性好，空间成型和造型能力好，可以实现结构空间较大跨越，保障结构在多种工况之下的服役安全；并且制备方法简单易行。

本发明提供如下技术方案：

一种用于3D打印的碳纳米管/纤维混凝土，按重量份数计，所述碳纳米管/纤维混凝土的原料组成为：

水泥 6.8-8.6份；