[发明专利]一种沙漠砂-铬铁渣3D打印混凝土材料及其施工方法

说明书

本发明公开了一种沙漠砂‑铬铁渣3D打印混凝土材料，以重量份数计，所述3D打印混凝土材料包括胶凝材料100～200、水50～150、沙漠砂20～90、铬铁渣60～300，激发剂1～5，外加剂2.8～4.5和纤维0.1～1。本发明还提供了上述沙漠砂‑铬铁渣3D打印混凝土材料的施工方法：室温下用改性剂溶液浸泡铬铁渣后干燥备用；将沙漠砂与激发剂混合后进行搅拌；将沙漠砂与激发剂的均匀混合物与胶凝材料、铬铁渣充分搅拌；加入水和外加剂；撒入纤维后搅拌，对拌和物进行层叠挤出，连续打印。本发明提供的混凝土材料充分利用了天然风化沙漠砂和工业固废，并具有较好的力学性能和打印性能，本发明提供的施工方法适用于增材自制的轮廓建造工艺。

技术领域

本发明属于建筑材料和土建施工技术领域，特别涉及一种沙漠砂-铬铁渣3D打印混凝土材料及其施工方法。

背景技术

3D打印技术因为免模施工，机械作业，和增材自制，数字建造的优势，凸显强大的技术优势，可以实现机械化自动化建造工程。现有的3D打印混凝土材料较多，如申请号为CN201910134165、CN201810913908、CN201910133642的中国专利提出了3D打印混凝土的配合比设计。然而，随着基础设施建设爆发式增长，建筑用砂资源紧张，价格涨幅近100％，部分地区已经开始“进口河砂”。我国西北地区荒漠化，有大量沙漠砂。沙漠砂平均粒径小、吸水率高，由于干燥环境下长期风化作用呈现中空粗糙的空间形态，具有表面包裹力差、硬度低的缺点，含有的有害成分也会对成型后混凝土力学性能及耐久性能产生一定的影响。由于沙漠砂含泥量低、细度偏小，直接作为细骨料成型后的混凝土水胶比、粘度等性能均与现有河砂混凝土呈现显著差异，一直无法被纳入建筑材料使用。铬铁渣为高碳铬铁炉渣，属于Ⅰ类一般工业固废，对生物体无毒、无害，可开发其资源属性作建筑材料使用。铬铁渣硬度大、弹性模量高，耐蚀好，其多孔结构及粒径分布与沙漠砂形成材料及性能互补。

基于沙漠砂和铬铁矿渣开发3D打印混凝土智能建造材料，不仅有利于土建工程建造技术的升级和建造效率的提升，还可解决天然骨料资源短缺和尾矿垃圾的再生利用难题，具有迫切的技术发展需求和广阔的市场应用前景，然而现阶段并无相关技术见诸报道。

发明内容

本发明的目的在于提供一种沙漠砂-铬铁渣3D打印混凝土材料及其施工方法，本发明提供的混凝土材料充分利用了天然风化沙漠砂和工业固废，并具有较好的力学性能和打印性能，本发明提供的施工方法适用于增材自制的轮廓建造工艺。

本发明提供如下技术方案：

一种沙漠砂-铬铁渣3D打印混凝土材料，以重量份数计，所述3D打印混凝土材料包括胶凝材料100～200、水50～150、沙漠砂20～90、铬铁渣60～300，激发剂1～5，外加剂2.8～4.5和纤维0.1～1。

优选的，所述铬铁渣为改性剂溶液处理后的铬铁渣，所述改性剂溶液包括硅酸盐、水泥、矿粉和水。进一步优选的，所述改性剂溶液为硅酸盐：水泥：矿粉：水按1：1：1.4：20混合后的溶液。改性后的铬铁渣与水泥基材料产生协作性良好的界面。

所述的胶凝材料包括水泥55～85％和超细粉15～45％，所述百分比为重量百分比，其中水泥选自硅酸盐水泥、铝酸盐水泥或硫铝酸盐水泥中的一种或至少两种的组合；所述的超细粉选自硅粉、超细粉煤灰、超细磷渣粉、超细矿渣粉或纳米级碳酸钙粉中的一种或至少两种的组合。

所述的激发剂为碱类，选自硅酸盐类或醇胺类微粉的一种或组合。采用激发剂有利于提高混凝土的力学性能，提升率为10-20％。

所述的外加剂包括高效减水剂2～3、缓凝剂0.8～1.5。

所述的纤维选自钢纤维、玻璃纤维、碳纤维或合成聚合纤维中的一种或至少两种的组合。

优选的，所述的沙漠砂的粒径为50～200μm，所述的铬铁渣的粒为2～5mm。