[发明专利]无筋自强水泥基打印混凝土及配制方法

权利要求书

1.一种无筋自强水泥基打印混凝土，其特征在于：包括如下单位体积质量的组分：

胶结混合材料：100份；

活性掺合材料：5-15份；

化学改性材料：0.3-2.0份；

集料：80-135份；

水：33-49份；

纤维：掺入量为1.5-2.3kg/m³。

2.根据权利要求1所述的无筋自强水泥基打印混凝土，其特征在于：

所述胶结混合材料包括：水泥：45%-72%；粉煤灰：20%-48%；铝钙水泥：0-8%；

所述活性掺合材料包括：复合矿物掺合料、硅灰。

3.所述化学改性材料包括：黏土粉、高效大幅塑化剂、矿物外加剂；

根据权利要求2所述的无筋自强水泥基打印混凝土，其特征在于：

所述胶结混合材料中的水泥为硅酸盐水泥，强度等级为52.5MPa；

粉煤灰为F类粉煤灰，细度（45μm筛）≤30%，需水量比≤105%，粉煤灰中（SiO₂ +Al₂ O₃ +Fe₂O₃）含量≥68.5%；

铝钙水泥，1d同条件下的强度不低于强度等级的65%。

4.根据权利要求2所述的无筋自强水泥基打印混凝土，其特征在于：

所述活性掺合材料中的硅灰为：微二氧化硅硅粉或磨细硅灰中的一种或两种组合，其中SiO₂含量≥95.5%，比表面积15000-25000 m² /kg。

5.根据权利要求1或2或4所述的无筋自强水泥基打印混凝土，其特征在于：

所述活性掺合材料配比为：复合矿物掺合料：40%；微二氧化硅硅粉：40%；磨细硅灰：20%。

6.根据权利要求2或4所述的无筋自强水泥基打印混凝土，其特征在于：

所述活性掺合材料中的复合矿物掺合料细度（45μm筛）≤45%，需水量比≤115%，复合矿物掺合料中（SiO₂ +Al₂ O₃ +Fe₂O₃）含量≥85.5%，28d活性指数≥110%，降低粘度不低于30%。

7.根据权利要求2所述的无筋自强水泥基打印混凝土，其特征在于：

所述化学改性材料中的黏土粉为凹凸棒状黏土粉，为层链状结构，具有分散、耐高温、抗盐碱和一定的可塑性及粘性能，成分中（SiO₂ +Al₂ O₃ +Fe₂O₃）含量≥71.5%，合理掺量有利于改善混凝土的韧性；

所述化学改性材料中的塑化剂采用β-萘磺酸亚甲基高级缩合物和其他高分子聚合物为主体的复合外加剂。

8.根据权利要求1所述的无筋自强水泥基打印混凝土，其特征在于：所述纤维为聚乙烯醇纤维PVA，其掺入量按体积掺入，拉伸强度≥1680MPa、断裂伸长率≥8%、纤维长度6-12mm，纤维直径14-26um，线密度2.0-7.0dtex。

9.根据权利要求1所述的无筋自强水泥基打印混凝土，其特征在于：所述集料采用河砂或机制砂，细度模数2.0-2.8，级配分区为Ⅱ区，0.6mm筛孔通过率 ≥ 85%。

10.根据权利要求1-9任一项所述的无筋自强水泥基打印混凝土的配制方法，其特征在于：

包括如下步骤：

（1）无筋自强水泥基打印混凝土的设计目标确定→挤出性能测试验证→自支撑性能测试验证→建造性能测试验证→工作时间测试验证→力学性能测试；

（2）所述设计目标包括材料配置参数、打印工艺参数和结构性能参数，具体需要满足无筋条件下的力学性能、工作性能、挤出性能、自支撑性能、建造性能和工作时间要求；

其中，无筋自强水泥基打印混凝土的的制备包括如下步骤：

无筋自强水泥基打印混凝土配比设计，确定组分材料及用量；

胶结混合材料按比例计量、拌和、搅拌，不少于2min；

加入50%的20-30℃水，搅拌1min；

按顺序依次加入化学改性材料的黏土粉（份数的50%）、高效大幅塑化剂（份数的50%）、矿物外加剂（份数的100%），搅拌2min；

依次加入活性掺合材料复合矿物掺合料、硅灰，搅拌1min；

加入50%的20-30℃水，化学改性材料的黏土粉（份数的50%）、集料，搅拌2min；

加入高效大幅塑化剂（份数的50%）、纤维，搅拌2min，形成无筋自强水泥基打印混凝土制品；

将优化后的的无筋自强水泥基打印混凝土成品进行工作性能、挤出性能、自支撑性能、建造性能和力学性能测试；

（3）所述挤出性能测试验证，挤出性是指通过料斗和泵送系统将新鲜混凝土输送到喷嘴的能力，在喷嘴处必须将其挤压成连续的长丝；采用10-15mm宽的带状条(从带凹口的喷嘴挤出)连续挤出成型300mm长，由1到5组带状条组成，对其挤出性能进行了评价，试验挤出的带状条总连续长度为4500毫米；试验形状的设计，以代表典型的方式建设自由的建设构件；当完整长度4500 mm的带状条成功挤出而没有堵塞或断裂时测试合格；配比设计中，颗粒粒径、级配、表面积、胶凝材料/集料体积等控制材料的屈服应力和粘度，这些都与管道或复杂形状通道内的流动特性有关，影响其挤出性能；

（4）所述自支撑性能测试验证，自支撑性能是打印混凝土保持自身形状的三维尺寸稳定性能，是增材制造，层层叠合续打的必要条件；自支撑性能测试主要是测试打印成型后截面尺寸前后的变化，要获得较高的自支撑性能，材料必须具有较高的屈服应力；

（5）所述建造性能测试验证，建造性能是通过平板堆载测试其竖向变形，变形量不超过5mm；

（6）所述工作时间测试验证，工作时间测试是测试无筋自强水泥基打印混凝土在满足工作性、挤出性、自支撑性、建造性的综合性能指标条件下，其满足3D数字模型建造、3D打印参数条件下的持续工作时间，设计工作时间不低于100min；

（7）所述力学性能测试，包括抗压强度、抗拉强度。