[发明专利]一种适用于3D打印技术的全固废纤维增强地聚合物复合材料

说明书

本发明涉及固废资源化利用以及地聚合物混凝土制备技术领域，特别是指一种适用于3D打印技术的全固废纤维增强地聚合物复合材料；质量份数计，原料包括骨料20‑30份，胶凝材料70‑80份，碳纳米管，PVA纤维和碱激活剂；其中质量分数计，胶凝材料包括：粉煤灰15‑30％，矿渣55‑65％，硅灰10‑25％；所述骨料为再生机制砂。本发明提供的全固废超高性能地聚合物混凝土能在出料10～25分钟内达到初凝，符合3D打印要求；此外，粉煤灰、矿渣和再生机制砂均来源于工业建筑固体废料，可以有效减少固体废料的浪费，提高建筑的可持续性，对建筑拆除后的处理提出高效、环保、节能的解决途径。

技术领域

本发明涉及固废资源化利用以及地聚合物混凝土制备技术领域，特别是指一种适用于3D打印技术的全固废纤维增强地聚合物复合材料。

背景技术

随着计算机技术的兴起，3D打印技术迅猛发展，已逐渐广泛应用于医疗、航空航天、建筑、电子、服装、食品等多个领域。在建筑行业方面，由于3D打印技术的无模、精细化等优点，其应用水平也推动着整个行业的进步。另外，随着大量工业固体颗粒废弃物在生产过程中产出，使用矿渣、粉煤灰等替代物作为胶凝材料为行业可持续绿色发展提供了可能。近几十年，学术界和工业界对于地聚合物复合材料的不断深入了解也为其在3D打印技术上的应用提供了可能。

文献1(周宗辉，王金邦，程新，等；一种3D打印的碱矿渣水泥混凝土及其制备方法；公开号：CN108178567A)公布了一种3D打印的碱矿渣水泥混凝土及其制备方法。该方法制备简单，易于实施。但是，该发明中的骨料粒径为5～10mm，容易造成空洞空隙以及表面粗糙不均匀，限制了成品的力学性能和美观程度。

文献2(李治，钱凯，邓小芳，等；基于3D打印的混凝土及其制备方法、3D打印柱模板；公开号：CN113372075A)公布了一种基于3D打印的混凝土及其制备方法。该发明提出的配方通过引入碳纤维，在改善了3D打印混凝土力学性能的同时，又可以有效避免打印堵塞的发生。但是为了使发明具有更好的触变性和流动性，配方中加入了膨胀剂、消泡剂、引气剂和纤维素，制作过程较为繁琐，不适宜实际工程应用。

文献3(丁华明，黄明洋，聂稷珍，等；一种建筑3D打印用纳米石墨烯混凝土材料及其制备方法；公开号：CN113264744A)公布了一种可自由调控凝结时间的3D打印混凝土方案。纳米石墨烯水对泥水化产物及聚集状态具有调控作用，使得产品具有良好的流动性，并且打印过程中不会出现断料的现象。然而，纳米石墨烯造价较为昂贵，不利于工程中大量应用。

基于此，亟需一种原料来源广泛廉价且适用于3D打印技术的全固废纤维增强地聚合物复合材料。

发明内容

本发明的目的在于提供一种适用于3D打印技术的全固废纤维增强地聚合物复合材料。具有有效利用废弃资源、造价低廉、制备简单和性能卓越的优点，成品表面如陶瓷般光滑。

一种适用于3D打印技术的全固废纤维增强地聚合物复合材料，质量份数计，原料包括骨料20-30份，胶凝材料70-80份，碳纳米管，PVA纤维和碱激活剂；

其中质量分数计，胶凝材料包括：粉煤灰15-30％，矿渣55-65％，硅灰10-25％；

所述骨料为再生机制砂。

进一步地，所述碳纳米管的加入量为骨料和胶凝材料总质量的1-3％。

进一步地，PVA纤维的加入量为体积掺量的0.5-4％。

进一步地，所述骨料和胶凝材料总质量和碱激活剂的加入量的比例为1kg：600-700mL。

本发明通过使用粉煤灰、矿渣、硅灰混合物作为胶凝材料，配合添加适量的碳纳米管和PVA纤维使得本发明材料的凝结时间较短，可以获得早期强度，适用于3D打印；同时本发明材料的韧性较高，可以满足3D打印“免配筋”的需求，提高打印结构的耐久性。