[发明专利]一种3D打印用微生物自修复混凝土、制备方法及打印工艺

说明书

本发明公开了一种3D打印用微生物自修复混凝土、制备方法及打印工艺，3D打印用微生物自修复混凝土，由以下原料按质量百分含量组成混凝土：水泥15％～25％；粗骨料25％～35；细骨料15％～25％；水9％～12％；矿物掺合料3％～5％；超级塑化剂0.1％～0.6％；触变剂0.1％～0.4％；早强剂2％～4％；纤维0.03％～0.08％；纤维素醚0.02％～0.05％；微生物菌液5％～7％。本发明针对3D打印粗骨料混凝土材料特性和打印工艺带来的初始孔隙和裂缝较多的现象，从混凝土配方的角度进行优化，加入芽孢杆菌微生物，利用其矿化反应生成的碳酸钙沉淀修复其初始孔隙和裂缝，有效地减小了3D打印粗骨料混凝土外表面裂缝宽度，显著提高了3D打印粗骨料混凝土的力学性能和耐久性。

技术领域

本发明属于特种建筑材料技术领域，特别涉及一种3D打印用微生物自修复混凝土、制备方法及打印工艺。

背景技术

近年来，3D打印技术迅猛发展，极大推动了各行各业的发展和变革，3D打印混凝土技术作为3D打印技术的重要发展方向之一，是未来建筑产业数字转型升级的重要技术方向。3D打印混凝土技术是一种采用水泥基材料基于预先设定的三维计算机模型逐层构建结构的增材制造技术，其快速建造、自由设计和节约成本等诸多优点推动建筑产业高质量发展。

但3D打印混凝土技术要在工程中进一步发展，还需要消除因泵送基础层叠成型的特殊打印工艺带来的内部和外表面的孔隙、裂缝等初始缺陷。因此，成型质量是决定3D打印混凝土技术能否广泛推广的首要标准。而成型质量受材料性能和工艺参数及其相互关系直接影响。掺加粗骨料减少浆体收缩成为改善成型质量的方法之一，然而即使添加粗骨料，又因考虑其可打印性和可建造性的严格要求，粗骨料的3D打印混凝土仍有不同程度的开裂。因此，将微生物掺进水泥基浆体修复成型后产生的孔隙和裂缝等初始缺陷的方法具备了可行性，其修复效应将大大提高试件的力学性能和耐久性，良好的性能也是未来3D打印推广过程中的必备条件。因此开发3D打印微生物自修复粗骨料混凝土将具有重要的理论意义和应用价值。

芽孢杆菌微生物在空气和腐蚀介质的激活下进行钙化反应，产生的碳酸钙和类碳酸钙无机化合物填塞或黏结孔隙和裂缝界面。其矿化过程是有氧环境下，芽孢杆菌微生物有氧呼吸产生代谢产物CO₂，与水泥基材料中的OH﹣反应生成HCO₃﹣，然后与Ca²⁺反应生成不溶性物质CaCO₃晶体修复孔隙和裂缝。因此芽孢杆菌在水泥基的碱性环境下有更好的修复效果。

发明内容

本发明的目的在于提供一种3D打印用微生物自修复混凝土、制备方法及打印工艺。本发明能有效消除3D打印混凝土内外初始缺陷、提高试件美观度、力学性能、耐久性，具有产业上的利用价值。

为实现上述发明目的，本发明采用以下技术解决方案：

一种3D打印用微生物自修复混凝土，由以下原料按质量百分含量组成混凝土：

水泥15％～25％；

粗骨料25％～35；

细骨料15％～25％；

水9％～12％；

矿物掺合料3％～5％；

超级塑化剂0.1％～0.6％；

触变剂0.1％～0.4％；

早强剂2％～4％；

纤维0.03％～0.08％；

纤维素醚0.02％～0.05％；

微生物菌液5％～7％。

可选的，所述的微生物菌液为巴氏芽孢杆菌菌液，巴氏芽孢杆菌菌液的OD值为0.9～1.4。