[发明专利]一种用于3D打印的钢纤维混凝土及其制备方法

权利要求书

1.一种用于3D打印的钢纤维混凝土，其特征在于：按重量份数计，包括以下组分：

普通硅酸盐水泥12份；

调凝剂0.6份；

砂12份；

减水剂0.024～0.048份；

增稠剂0.010～0.018份；

消泡剂0.012份；

水3.6份；

钢纤维；

其中：

所述的钢纤维的体积占所述混凝土的0.5％～5％。

2.根据权利要求1所述的一种用于3D打印的钢纤维混凝土，其特征在于：所述的普通硅酸盐水泥的型号为P.O.42.5R，所述的砂为中国ISO标准砂，最大粒径为2mm。

3.根据权利要求1所述的一种用于3D打印的钢纤维混凝土，其特征在于：所述的调凝剂为快硬硫铝酸盐水泥，成分包括赤泥、铝灰、电石渣和脱硫石膏，所述的减水剂为粉末状保坍型聚羧酸减水剂，减水率大于30％，所述的增稠剂为10万粘度的羟丙基甲基纤维素醚，所述的消泡剂为水泥砂浆专用的粉状消泡剂，成分包括由硅聚醚、羟基硅油、白炭黑，PH值为7–8。

4.根据权利要求1所述的一种用于3D打印的钢纤维混凝土，其特征在于：所述的钢纤维的长度为3～5mm，直径为0.05-0.125mm，长径比为40-60，抗拉强度为1GPa，弹性模量为200GPa。

5.一种权利要求1、2、3或4所述的用于3D打印的钢纤维混凝土的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：

(1)按重量份数计，将原料分成三组：第一组为普通硅酸盐水泥12份、调凝剂0.6份、砂12份和50％钢纤维；第二组为水2.0份、50％减水剂、50％增稠剂、消泡剂0.012份和30％钢纤维；第三组为为水1.6份、50％减水剂、50％增稠剂和20％钢纤维；

(2)将第一组的原料加入混凝土电动式搅拌机内，将搅拌机转速设定为60r/min后进行混合搅拌4min，至完全混合均匀；

(3)将第二组、第三组中的水和外加剂分别在干净容器内混合搅拌至均匀；

(4)将搅拌均匀的第二组溶液，缓缓加入到工作状态下的搅拌机内，然后再将第二组的钢纤维均匀撒入工作状态下的搅拌机，搅拌2min；

(5)将搅拌均匀的第三组溶液，缓缓加入到工作状态下的搅拌机内，然后再将第三组的钢纤维均匀撒入工作状态下的搅拌机，搅拌4min后，即得到所述的用于3D的钢纤维混凝土。

6.根据权利要求5所述的用于3D打印的钢纤维混凝土的制备方法，其特征在于：所述钢纤维采用直线型钢纤维，其长度和直径按照以下方式确定：

(1)设打印机泵送管道直径为d₁、打印喷嘴直径为d₂，定义打印名义直径为d，则d＝min(d₁,d₂)；

(2)设钢纤维的长度为L_f、钢纤维的体积含量为V_f，其满足以下条件：若体积含量5.0％≥V_f≥2.0％，则d/L_f≥6；若体积含量2.0％≥V_f，则d/L_f≥4；

(3)设钢纤维的直径为d_f，其满足以下条件：若体积含量5.0％≥V_f≥2.0％，则L_f/d_f≥50；若体积含量2.0％≥V_f，则L_f/d_f≥30。

7.根据权利要求6所述的用于3D打印的钢纤维混凝土的制备方法，其特征在于：所述的砂最大粒径d_s，应满足d/d_s≥8。

8.根据权利要求5所述的用于3D打印的钢纤维混凝土的制备方法，其特征在于：所述的制备方法的可打印性根据初凝时间、流动度进行判定，初凝时间试验按照我国标准《建筑砂浆基本性能试验方法》(JGJ/T 70-2009)实施，流动度试验按照我国标准《水泥胶砂流动度测定方法》(GB/T 2419-2005)实施；二者具体按以下标准判定其可打印性：

(1)若钢纤维体积含量为5.0％≥V_f≥3.0％，当初凝时间满足40-60min，流动度满足175-185mm时，满足材料可打印性的要求；

(2)若钢纤维体积含量为3.0％≥V_f≥2.0％，当初凝时间满足40-60min，流动度满足170–185mm时，满足材料可打印性的要求；

(3)若钢纤维体积含量为2.0％≥V_f≥1.0％，当初凝时间满足40-60min，流动度满足160–175mm时，满足材料可打印性的要求；

(4)若钢纤维体积含量为1.0％≥V_f，当初凝时间满足40-60min，流动度满足155–170mm时，满足材料可打印性的要求。