[发明专利]一种适用于3D打印混凝土剪切力墙的材料及其制备方法

说明书

本发明以硅酸盐水泥、硫铝酸盐水泥、硅灰、生石灰、20‑40目石英砂、50‑80目石英砂、减水剂、缓凝剂、可分散性乳胶粉、聚丙烯短纤维和水作为原材料，通过调节胶凝材料、掺合料、骨料和外加剂的品种，制备得到具有力学强度高、初始流动性好、打印施工便利，并达到高层建筑物对混凝土强度与耐久性能的要求，同时还要保证打印构件的抗坍塌性及美观性，适用于现浇施工作业3D打印混凝土材料。

技术领域

本发明涉及水泥基建筑材料技术领域，具体涉及一种适用于3D大于混凝土剪切力墙的材料及其制备方法。

背景技术

随着科技进步和技术发展，3D打印技术突飞猛进，进入制造行业的各个领域。3D打印技术是指通过可以“打印”出真实三维物体的打印机，采用分层加工、叠加成型的方式逐层加材料来最终制造出立体实物。由于具体堆叠的形式有很多种，因此产生了多种3D打印工艺，每种工艺能够打印的材料类型也不相同，但是基本原理一样，那就是“分层制造，逐层叠加”，也称为“增材制造”。

建筑3D打印技术是3D打印技术的有益拓展，是建筑发展史上的重大转折，更是绿色建筑领域的重大革新。其原理是在3D打印技术的基础上发展起来的应用于水泥或混凝土施工的新技术，采用逐层堆叠加工技术生成建筑的方式，就能直接快速打印水泥异形构件、建筑墙体、整体房屋。支撑建筑3D打印技术的关键核心技术为3D打印材料，尤其是水泥基3D打印材料，也称打印油墨材料，该材料的本质为一种具有快硬、早强、高强特性的建筑材料。据调研表明，目前，美国人采用树脂砂浆类、粘土类、混凝土类材料进行了3D打印，荷兰的专家已采用了树脂和塑料类的材料，我国诸多科研院所和企事业单位对3D打印基水泥材料进行了研究，例如山东大学、中国建筑等，部分科研人员提出利用建筑物废弃材料作为建筑3D打印材料的原料，与水泥、纤维和有机粘合剂等进行混合，制成牙膏状的“油墨”进行打印。

就目前3D打印技术在建筑领域的发展和使用而言，在我国，建筑3D打印由于缺乏相应的实施标准以及建筑3D打印安全性还有待商讨，目前建筑3D打印所采用的材料还不成熟。现在各国试验的3D打印建筑多为1～2层。这样的建筑材料抗压强度可在1.5～3.5MPa就能使建筑物矗立。但要是打印材料能满足多层甚至小高层建筑在7度地震烈度地区的安全要求，则适于建筑3D打印材料的最低抗压强度要达到20.0MPa，要满足高层、超高层建筑在相同地震烈度地区的安全要求，抗压强度应达到35.0MPa以上，关于建筑3D打印材料的标准一直处于空白状态，国外关于建筑3D打印的相关研究大部分是采用硅酸盐水泥，然后添加外加剂进行改进，打印效果可以完全没有任何问题，但是打印材料的制作成本却很高，全面的普及这样的技术不现实。

现有的一般硅酸盐水泥材料凝结时间长，通常凝结时间6～10小时，终凝时间24小时左右，通常不能满足3D打印过程中材料在短时间内快速凝结的性能要求；且水泥浆体一般呈流动性，无法满足3D打印过程中的竖直堆积性能。要想使水泥浆满足打印要求，则需要添加大量地外加剂，这样又会导致其成本大大增加，所以并不是建筑3D打印材料的最佳选择。硫铝酸盐胶凝材料有一巨大优势就是速凝、快硬、早强。不同于其他水泥，硫铝酸盐水泥可以大大降低建筑3D打印材料制备的成本。如何利用硫铝酸盐与普通硅酸盐水泥相结合胶凝材料，通过合适的外加剂改进、骨料、制造低成本而高性能的建筑3D打印材料，是目前亟待解决的问题。

发明内容

本发明旨在克服现有技术的难点，特提供一种适用于3D打印混凝土剪切力墙的材料，并提供其制备方法，具体的，通过调节胶凝材料、掺合料、骨料和外加剂的品种，制备得到具有力学强度高、初始流动性好、打印施工便利，并达到高层建筑物对混凝土强度与耐久性能的要求，同时还要保证打印构件的抗坍塌性及美观性，适用于现浇施工作业3D打印混凝土材料。

为实现上述目的，本发明适用于3D打印混凝土剪切力墙的材料，由以下重量份原料制备而成：硅酸盐水泥600-700份；硫铝酸盐水泥40-100份；硅灰60-120份；生石灰15-30份；20-40目石英砂490-750份；50-80目石英砂490-750份；减水剂8-10份；缓凝剂4-6份；可分散乳胶粉4-5份；聚丙烯短纤维3-5份；水300-330份。