CN110078459A - 一种新型3d打印破碎陶粒混凝土材料及其制备和使用方法 - Google Patents

一种新型3d打印破碎陶粒混凝土材料及其制备和使用方法 Download PDF

Info

Publication number
CN110078459A
CN110078459A CN201910330138.0A CN201910330138A CN110078459A CN 110078459 A CN110078459 A CN 110078459A CN 201910330138 A CN201910330138 A CN 201910330138A CN 110078459 A CN110078459 A CN 110078459A
Authority
CN
China
Prior art keywords
printing
haydite
parts
crushed
concrete material
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN201910330138.0A
Other languages
English (en)
Inventor
陈惠明
翟德勤
徐浩
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Electric Environment Control Technology Co Ltd Jianshui
Original Assignee
Electric Environment Control Technology Co Ltd Jianshui
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Electric Environment Control Technology Co Ltd Jianshui filed Critical Electric Environment Control Technology Co Ltd Jianshui
Priority to CN201910330138.0A priority Critical patent/CN110078459A/zh
Publication of CN110078459A publication Critical patent/CN110078459A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B28—WORKING CEMENT, CLAY, OR STONE
    • B28B—SHAPING CLAY OR OTHER CERAMIC COMPOSITIONS; SHAPING SLAG; SHAPING MIXTURES CONTAINING CEMENTITIOUS MATERIAL, e.g. PLASTER
    • B28B1/00—Producing shaped prefabricated articles from the material
    • B28B1/001—Rapid manufacturing of 3D objects by additive depositing, agglomerating or laminating of material
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B33—ADDITIVE MANUFACTURING TECHNOLOGY
    • B33Y—ADDITIVE MANUFACTURING, i.e. MANUFACTURING OF THREE-DIMENSIONAL [3-D] OBJECTS BY ADDITIVE DEPOSITION, ADDITIVE AGGLOMERATION OR ADDITIVE LAYERING, e.g. BY 3-D PRINTING, STEREOLITHOGRAPHY OR SELECTIVE LASER SINTERING
    • B33Y10/00—Processes of additive manufacturing
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B33—ADDITIVE MANUFACTURING TECHNOLOGY
    • B33Y—ADDITIVE MANUFACTURING, i.e. MANUFACTURING OF THREE-DIMENSIONAL [3-D] OBJECTS BY ADDITIVE DEPOSITION, ADDITIVE AGGLOMERATION OR ADDITIVE LAYERING, e.g. BY 3-D PRINTING, STEREOLITHOGRAPHY OR SELECTIVE LASER SINTERING
    • B33Y70/00—Materials specially adapted for additive manufacturing
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B28/00—Compositions of mortars, concrete or artificial stone, containing inorganic binders or the reaction product of an inorganic and an organic binder, e.g. polycarboxylate cements
    • C04B28/02—Compositions of mortars, concrete or artificial stone, containing inorganic binders or the reaction product of an inorganic and an organic binder, e.g. polycarboxylate cements containing hydraulic cements other than calcium sulfates
    • C04B28/06—Aluminous cements
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2111/00—Mortars, concrete or artificial stone or mixtures to prepare them, characterised by specific function, property or use
    • C04B2111/00034—Physico-chemical characteristics of the mixtures
    • C04B2111/00181—Mixtures specially adapted for three-dimensional printing (3DP), stereo-lithography or prototyping
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2201/00—Mortars, concrete or artificial stone characterised by specific physical values
    • C04B2201/50—Mortars, concrete or artificial stone characterised by specific physical values for the mechanical strength

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Ceramic Engineering (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Structural Engineering (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Curing Cements, Concrete, And Artificial Stone (AREA)

Abstract

本发明涉及一种新型3D打印破碎陶粒混凝土材料的制备及使用方法。该材料按重量份数计，破碎陶粒混凝土的组成和含量分别为：快硬性硫铝酸盐水泥3.0～4.6份、粉煤灰0.75～1.15份、硅灰0.20～0.40份、石灰石粉0.08～0.12份、陶粒2.4～3.2份、砂子5.0～6.0份、NaOH颗粒试剂0.002～0.005份、水2.3～2.8份、减水剂0.040～0.052份、长度为7～10mm的PVA纤维0.005‑0.007份、长度为10～15mm的玄武岩纤维0.005～0.007份、粘度为2万～7万的羟丙基甲基纤维素0.04～0.06份。所述陶粒是经过固废淤泥干化、预烧、焙烧和冷却等过程得到的，陶粒经破碎、碾散到颗粒粒径控制在0.25～5mm范围。本发明利用破碎碾散后的陶粒做为部分砂料配制3D打印破碎陶粒混凝土材料，陶粒掺量大、可打印性能高、强度高、成本低，有利于推动3D打印混凝土材料的实际工程应用。

Description

一种新型3D打印破碎陶粒混凝土材料及其制备和使用方法
技术领域
本发明涉及水泥基复合材料技术领域，具体是一种新型3D打印破碎陶粒混凝土材料及其制备和使用方法。
背景技术
3D打印技术是一种三维增材建造技术，结合了数字建模、机电控制、计算机科学和信息技术以及材料与化学等诸多学科的前沿技术，具备建造自由灵活、工艺无模化、材料绿色环保、施工速度快等优点。混凝土材料是土木建筑工程领域最常用的增材建造材料，研发适应3D打印设备的混凝土材料是3D打印过程中关键环节。3D打印技术不仅要求混凝土具有流动性、可挤出性和可建造性等适宜性质来保证打印过程的连续性和可持续性，还需要保证打印混凝土材料具有足够粘聚力使得所形成结构满足强度、耐久性要求。在3D打印混凝土材料的性能优化和调整上，目前已经取得了一定的成果和进展。挤出型3D打印混凝土通常可以添加玄武岩纤维、碳纤维和玻璃等来提高其抗弯强度。然而，为实现3D打印材料的环保化和低碳化，将工业固废、建筑固废用于3D打印混凝土的制备具有重要意义。
目前虽然相关文献已经公开了利用轻质陶粒制备隧道降噪陶粒混凝土、抗冻陶粒混凝土和自保温陶粒混凝土功能性材料方面的研究成果。申请号为201810363638.X专利公开了一种陶粒水泥基材料的制备方法，材料具有优异的抗压强度、吸水性小的优点，在建筑材料行业中具有广阔的前景。但是用于3D打印的混凝土材料对自身的工作性能提出了更高的要求和挑战。但是目前相关成果并未提及适于3D打印技术的陶粒混凝土材料，也并未涉及将大颗粒陶粒进行破碎打散便于3D打印材料的输出(粗粒径的陶粒易造成打印设备的堵塞)，更未提及基于固废淤泥制备的陶粒在3D打印混凝土材料的大掺量问题。大掺量破碎陶粒的加入通常影响到打印材料的流动性、均质性、可泵性能等工作性能以及力学性能。3D打印用大掺量破碎陶粒混凝土材料制备可实现陶粒的大消耗，对固废资源化利用、环境保护具有重要的社会和环境效益；同时也为粗粒径尺寸的陶粒使用提供了再利用方向与方法。
发明内容
本发明的目的是，提出一种新型3D打印破碎陶粒混凝土材料及其制备和使用方法。该发明利用大掺量破碎陶粒做为部分砂料配制3D打印混凝土材料，陶粒掺量大、可打印性能高、强度高、成本低，有利于推动3D打印混凝土绿色化、低成本化和高性能化。该制备方法将原材料分两次加入，每次加入均包含有粉末类、细砂类和纤维类的原材料，这样保证了原材料的均匀拌合；其后，水与添加剂也分两次加入，减少了水泥基抱团、起球的现象，提高了混凝土的和易性，得到能在土建工程中使用的3D打印大掺量破碎陶粒混凝土材料。在3D打印设备限定的各项参数范围内(材料挤出速度、水平向打印速度、喷头截面积等)打印制备的大掺量破碎陶粒混凝土材料，可保证打印过程的顺利以及混凝土材料的结构稳定性。
本发明解决所述技术问题采用的技术方案是：
一种新型3D打印破碎陶粒混凝土材料，按重量份数计，混凝土的组成和含量分别为：
快硬性硫铝酸盐水泥3.0～4.9份；
粉煤灰0.75～1.15份；
硅灰0.20～0.40份；
石灰石粉0.08～0.12份；
陶粒2.4～3.2份；
砂子5.0～6.0份；
NaOH颗粒试剂0.002～0.005份；
水2.3～2.8份；
减水剂0.040～0.052份；
长度为7～10mm的PVA纤维0.005～0.007份；
长度为10～15mm的玄武岩纤维0.005～0.007份；
粘度为2万～7万的羟丙基甲基纤维素0.04～0.06份。
一种上述新型3D打印破碎陶粒混凝土材料的制备方法，该制备方法包括以下步骤：
(1)按重量份数计，将上述原料分成四组，快硬性硫铝酸盐水泥3.0～4.9份、粉煤灰0.75～1.15份、天然砂5.0～6.0份、NaOH颗粒0.002～0.005份、石灰石粉0.08～0.12份和PVA纤维0.005～0.007份；第二组为硅灰0.20～0.40份、陶粒2.4～3.2份、玄武岩纤维0.005～0.007份；第三组为水1.3～1.8份和减水剂0.040～0.052份；第四组为余量的水和0.04～0.06份的羟丙基甲基纤维素。
(2)将第一组或第二组的原料分别送入横卧式搅拌机进行混合搅拌，至完全混合均匀，然后再对应地将第二组和第一组的原料同时加入到上述已混合均匀的拌合物中，进行混合搅拌，至完全混合均匀。
(3)将第三组和第四组的原料先分别混合均匀，然后分别将混合后的物料加入到步骤(2)得到的拌合物中，分别搅拌90～180s，即得到所述的新型3D打印破碎陶粒混凝土材料。
一种上述新型3D打印破碎陶粒混凝土材料的使用方法，该使用方法是：将上述混凝土材料泵送或机械输送至3D打印机的打印喷头内，静置时间30～40min；设置打印喷头出口截面积为200～220mm2，挤出速度为0.35～0.45m3/h，水平向打印速度为255～295m/h，垂直向打印速度为0.75～0.95m/h，喷头打印高度为22～35mm，然后进行逐条逐层打印。
与现有公开的陶粒混凝土材料相比，本发明的显著有益效果是：
1)本发明提供的新型3D打印大掺量破碎陶粒混凝土材料，将3D打印技术与陶粒混凝土相结合，混凝土材料的流动性、凝结性、挤出性和建造性很好，提升了生产效率，使用大掺量破碎陶粒在很大程度上减少了因使用天然砂石而产生对环境和生态的破坏，降低了3D打印混凝土材料的价格；
2)混合掺入PVA和玄武岩纤维一方面有效抑制了因表面水分蒸发而产生的收缩、开裂等现象，另一方面大大提高了3D打印陶粒混凝土材料的力学强度和延性；
3)NaOH改善了混凝土体系的固化速率和胶结强度，3D打印陶粒混凝土材料最终胶凝产物从C-A-S-H变为C,N-A-S-H凝胶；
4)粘度改性剂(羟丙基甲基纤维素)的使用降低了打印结构的分层效应，提高了打印结构的整体性。
5)本发明的破碎陶粒的颗粒粒径控制在0.25～5mm范围，陶粒质量掺比为15％～20％。
本发明的优点便是将大掺量破碎陶粒用于3D打印混凝土材料制备，用铜陶粒部分替代传统混凝土中的天然砂，可以取得良好的经济和环境效益，减少天然砂的使用，保护河床和降低水土流失。所述混凝土材料满足3D打印设备的技术要求，加快了结构和构件的建造速度和设计自由灵活性，实现了固废陶粒的资源化利用。同时制备的混凝土具有强度高、耐候性好、延性优越、保温隔热性能好等特点，能够满足建筑业对陶粒混凝土板材的性能指标要求，具有良好的前景。
附图说明
图1为实施例1的原始陶粒尺寸。
图2为实施例1的破碎打散的陶粒颗粒尺寸。
图3为实施例1的3D打印破碎陶粒混凝土进行挤出性评价测试的效果图。
图4为实施例1的3D打印破碎陶粒混凝土进行可建造性评价测试的效果图。
具体实施方式
下面结合实施例及附图进一步解释本发明，但并不以此作为对本申请权利要求保护范围的限定。
本发明一种新型3D打印破碎陶粒混凝土材料，按重量份数计，其组成和含量为：
快硬性硫铝酸盐水泥3.0～4.9份；
粉煤灰0.75～1.15份；
硅灰0.20～0.40份；
石灰石粉0.08～0.12份；
陶粒2.4～3.2份；
砂子5.0～6.0份；
NaOH颗粒试剂0.002～0.005份；
水2.3～2.8份；
减水剂0.040～0.052份；
长度为7～10mm的PVA纤维0.005～0.007份；
长度为10～15mm的玄武岩纤维0.005～0.007份；
粘度为2万～7万的羟丙基甲基纤维素0.04～0.06份。
所述快硬性硫铝酸盐水泥的比表面积为450m2/kg，密度为3.43g/cm3，标准稠度用水量为25.9％，初凝时间为40min，终凝时间为70min，氧化钙含量为48.2％，硫铝比为3.5，碱度系数为0.9，3天抗折强度为7.2MPa，3天抗压强度为53MPa。快硬性水泥的使用是为了使水泥基获得较高的早起强度，有利于提高水泥基材料的建造性。
所述粉煤灰的烧失量为7.1％，含水率为0.1％，氧化钙含量为3.7％，需水量比为104％，细度为45μm方孔筛筛余17.5％。
所述硅灰的密度为2.3g/cm3，比表面积为25～29m2/g；所述砂子为平均粒径387.5μm、比表面积0.101m2/g的天然砂；所述减水剂为聚羧酸系减水剂，减水率大于30％，含固量为36.5％；所述陶粒是经过固废淤泥干化、预烧、焙烧和冷却等过程得到的，陶粒经破碎、碾散到颗粒粒径控制在0.25～5mm范围，密度为0.86g/cm3，堆积密度为0.69g/cm3。
所述石灰石粉的粒径为0.2～25μm，密度为0.46g/cm3，堆积密度为0.29g/cm3，抗压强度为41.37MPa，漂浮率为96％，石灰石粉可发挥其润滑的作用，可提高水泥基材料的挤出性。
所述PVA纤维的长度为9mm，直径为50μm，密度为0.9g/cm3，抗拉强度为4MPa，弹性模量为3～8GPa；
所述玄武岩纤维的长度为12mm，拉伸强度为3300～4500MPa，弹性模量为95～115GPa，断裂伸长率为2.4～3.0％；两种纤维(PVA纤维和玄武岩纤维)的加入一方面减少水泥基早期因水分蒸发而形成的开裂，同时能提高硬化后水泥基的断裂韧性。
所述羟丙基甲基纤维素(HPMC)为一种粘度改性剂，优选粘度规格为5万粘度，粘度改性剂的使用能提高3D打印结构层与层之间的截面粘结力，从而提高3D打印结构的整体性。
一种上述新型3D打印破碎陶粒混凝土材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)按重量份数计，将上述原料分成四组，快硬性硫铝酸盐水泥3.0～4.9份、粉煤灰0.75～1.15份、天然砂5.0～6.0份、NaOH颗粒0.002～0.005份、石灰石粉0.08～0.12份和PVA纤维0.005～0.007份；第二组为硅灰0.20～0.40份、陶粒2.4～3.2份、玄武岩纤维0.005～0.007份；第三组为水1.3～1.8份和减水剂0.040～0.052份；第四组为余量的水和0.04～0.06份的羟丙基甲基纤维素。
(2)将第一组或第二组的原料分别送入横卧式搅拌机进行混合搅拌，至完全混合均匀，然后再对应地将第二组和第一组的原料同时加入到上述已混合均匀的拌合物中，进行混合搅拌，至完全混合均匀。
(3)将第三组和第四组的原料先分别混合均匀，然后分别将混合后的物料加入到步骤(2)得到的拌合物中，分别搅拌90～180s，即得到所述的新型3D打印破碎陶粒混凝土材料。
本发明制备方法中将粉末、砂和纤维分成两组进行先后混合，然后再将每一种添加剂与部分水混合后再分别加入，能提高水泥基的混合均匀性，且粉末和纤维分两次投放能提高纤维的分散性，减少纤维抱团的现象，水分两次加入可以减少起球成团的现象。该制备方法中第一组和第二组的加入顺序没有要求，第三组和第四组的加入顺序没有要求，保证能充分混合即可。
一种上述新型3D打印破碎陶粒混凝土材料的使用方法，该使用方法是：将上述混凝土材料泵送或机械输送至3D打印机的打印喷头内，静置时间30～40min，所述静置时间是指从混凝土拌合料制备好到打印开始之间的时间；设置打印喷头出口截面积为200～220mm2，挤出速度为0.35～0.45m3/h，水平向打印速度为255～295m/h，垂直向打印速度为0.75～0.95m/h，喷头打印高度为22～35mm，然后进行逐条逐层打印。
将按照本发明所提供的配方及制备方法得到的混凝土拌合料进行打印，对打印后的结构体进行相关性能测试，即流动性评价、可建造性评价、抗压强度评价及抗弯强度评价，经测试使用本发明大掺量破碎陶粒混凝土在满足所提出的3D打印技术要求前提下可保证打印过程的顺利进行，并且打印后所得混凝土结构体稳定结实。
实施例1
本实施例新型3D打印破碎陶粒混凝土材料，按重量份数计，其组成和配比为：
快硬性硫铝酸盐水泥3.0份；
粉煤灰0.75份；
硅灰0.20份；
石灰石粉0.08份；
陶粒2.4份；
砂子5.0份；
NaOH颗粒试剂0.002份；
水2.3份；
减水剂0.040份；
长度为7～10mm的PVA纤维0.005份；
长度为10～15mm的玄武岩纤维0.005份；
粘度为2万～7万的羟丙基甲基纤维素0.04份。
所述快硬性硫铝酸盐水泥的比表面积为450m2/kg，密度为3.43g/cm3，标准稠度用水量为25.9％，初凝时间为40min，终凝时间为70min，氧化钙含量为48.2％，硫铝比为3.5，碱度系数为0.9，3天抗折强度为7.2MPa，3天抗压强度为53MPa。快硬性水泥的使用是为了使水泥基获得较高的早起强度，有利于提高水泥基材料的建造性。
所述粉煤灰的烧失量为7.1％，含水率为0.1％，氧化钙含量为3.7％，需水量比为104％，细度为45μm方孔筛筛余17.5％。
所述硅灰的密度为2.3g/cm3，比表面积为25～29m2/g；所述砂子为平均粒径387.5μm、比表面积0.101m2/g的天然砂；所述减水剂为聚羧酸系减水剂，减水率大于30％，含固量为36.5％；所述陶粒是经过固废淤泥干化、预烧、焙烧和冷却等过程得到的(如图1)，陶粒经破碎、碾散到颗粒粒径控制在0.25～5mm范围(如图2)，密度为0.86g/cm3，堆积密度为0.69g/cm3。
所述石灰石粉的粒径为0.2～25μm，密度为0.46g/cm3，堆积密度为0.29g/cm3，抗压强度为41.37MPa，漂浮率为96％，石灰石粉可发挥其润滑的作用，可提高混凝土的挤出性。
所述PVA纤维的长度为9mm，直径为50μm，密度为0.9g/cm3，抗拉强度为4MPa，弹性模量为3～8GPa；
所述玄武岩纤维的长度为12mm，拉伸强度为3300～4500MPa，弹性模量为95～115GPa，断裂伸长率为2.4～3.0％；两种纤维(PVA纤维和玄武岩纤维)的加入一方面减少混凝土早期因水分蒸发而形成的开裂，同时能提高硬化后混凝土的断裂韧性。
所述羟丙基甲基纤维素(HPMC)为一种粘度改性剂，优选粘度规格为5万粘度，粘度改性剂的使用能提高3D打印结构层与层之间的截面粘结力，从而提高3D打印结构的整体性。
本实施例新型3D打印破碎陶粒混凝土材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)按重量份数计，将上述原料分成四组，快硬性硫铝酸盐水泥3.0份、粉煤灰0.75份、天然砂5.0份、NaOH颗粒0.002份、石灰石粉0.08份和PVA纤维0.005份；第二组为硅灰0.20份、陶粒2.4份、玄武岩纤维0.005份；第三组为水1.3份和减水剂0.040份；第四组为余量的水和0.04份的羟丙基甲基纤维素。
(2)将第一组或第二组的原料分别送入横卧式搅拌机进行混合搅拌，至完全混合均匀，然后再对应地将第二组和第一组的原料同时加入到上述已混合均匀的拌合物中，进行混合搅拌，至完全混合均匀。
(3)将第三组和第四组的原料先分别混合均匀，然后分别将混合后的物料加入到步骤(2)得到的拌合物中，分别搅拌90～180s，即得到所述的新型3D打印破碎陶粒混凝土材料。
本实施例新型3D打印破碎陶粒混凝土材料进行3D打印，具体使用方法是：将上述混凝土材料泵送或机械输送至3D打印机的打印喷头内，静置时间35min，所述静置时间是指从混凝土拌合料制备好到打印开始之间的时间；设置打印喷头出口截面积为200mm2，挤出速度为0.35m3/h，水平向打印速度为255m/h，垂直向打印速度为0.75m/h，喷头打印高度为22mm，然后进行逐条逐层打印。打印过程进行顺利，而且所打印结构整体性较好、稳定性较好。
对本实施例的新型3D打印破碎陶粒混凝土材料及所述打印出的结构体进行工作性能和强度等性能测试：
流动性评价：
参照国家标准GB/T 2419-2005《水泥胶砂流动度测定方法》，GB/T 14902-2012《预拌水泥基》和GB/T 50080-2016现行《普通水泥基拌合物性能试验方法标准》测试本实施例3D打印破碎陶粒混凝土拌合料的流动性，测试结果为：坍落度为75～88mm，流动扩展度为205～210mm，V型漏斗流动时间为20～25s。
挤出性评价：
挤出性指的是材料通过设定出口的一个能力，如果能在小出口的条件下被挤出，那换成大口的喷头，自然也可以被顺利地挤出来，在挤出性评价选用小出口8mm×8mm的打印喷头进行测试。本实施例混凝土拌合料在3D打印机的打印参数为打印喷头尺寸8mm×8mm，挤出速度为5.4L/min，水平向打印速度为255m/h，垂直向打印速度为0.75m/h，喷头打印高度22mm的条件下能持续地、连续地、打印长度为200mm的细丝，且无中断和堵塞发生，如图3所示。
建造性评价：
建造性表征的是材料被堆积起一定的高度而不发生坍塌的能力，选用尺寸为8mm×24mm的打印喷头进行打印，使材料堆积，进行建造性评价(建造性是指打印材料在垂直方向堆积的能力或者性质，太小的喷口无法进行建造性的评价测试)。本实施例混凝土材料，在3D打印机的打印参数为打印喷头尺寸8mm×24mm，挤出速度为5.4L/min，水平打印速度为270m/min，垂直打印速度1.3cm/min，喷头打印高度22mm的条件下，垂直打印42层无中断、无垮塌，所得结构体的高宽比为10:1，每打印层的竖向变形仅为0.59％，如图4所示，说明本实施例混凝土材料表现出优异的建造性和结构稳定性。
早期刚度评价：
参照国家标准GB/T50080-2002《普通水泥基拌合物性能试验方法标准》对本实施例混凝土材料进行早期刚度测试。测试结果为：龄期为30min时贯入阻力为20～23kPa，60min时贯入阻力为30～35kPa，90min时贯入阻力为40～48kPa，3h时贯入阻力为100～120kPa，6h时贯入阻力为185-225kPa，8h时贯入阻力可达0.75MPa。
抗压强度评价：
参照GB/T50081-2002《普通水泥基力学性能试验方法标准》对本实施例混凝土材料进行抗压强度测试。测试结果为：龄期为3d时抗压强度为30MPa，龄期为14d时抗压强度为40.6MPa，龄期为28d时抗压强度为50.5MPa。
抗弯强度评价：
参照GB/T50081-2002《普通水泥基力学性能试验方法标准》对本实施例混凝土材料进行抗弯强度测试。测试结果为：7d抗弯强度可达7.5MPa，跨中挠度为0.30mm。
从上述的测试结果中可以看出，本实施例混凝土材料在设定的3D打印机的参数条件下，可以被连续地(流动性问题)、不发生堵塞的(挤出性问题，附图1)、能够竖向堆积起来而不坍塌地(建造性问题，附图2)打印成一个结构体，而且打印成型的这个结构体在硬化之后具有高抗压强度和抗弯强度。该混凝土拌合料的流动性、挤出性、可建造性、抗压强度及抗弯强度均良好，可以作为3D打印混凝土材料制备和打印建筑构件或结构等使用。
实施例2
本实施例新型3D打印破碎陶粒混凝土材料，按重量份数计，其组成和含量为：
快硬性硫铝酸盐水泥3.5份；
粉煤灰0.80份；
硅灰0.20份；
石灰石粉0.08份；
陶粒2.8份；
砂子5.0份；
NaOH颗粒试剂0.003份；
水2.5份；
减水剂0.04份；
长度为7～10mm的PVA纤维0.005份；
长度为10～15mm的玄武岩纤维0.006份；
粘度为2万～7万的羟丙基甲基纤维素0.04份。
本实施例新型3D打印破碎陶粒混凝土材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)按重量份数计，将上述原料分成四组，快硬性硫铝酸盐水泥3.5份、粉煤灰0.80份、天然砂子5.0份、NaOH颗粒0.003份、石灰石粉0.08份和PVA纤维0.005份；第二组为硅灰0.20份、陶粒2.8份、玄武岩纤维0.006份；第三组为水1.3份和减水剂0.04份；第四组为余量的水和0.04份的羟丙基甲基纤维素。
(2)将第一组或第二组的原料分别送入横卧式搅拌机进行混合搅拌，至完全混合均匀，然后再对应地将第二组和第一组的原料同时加入到上述已混合均匀的拌合物中，进行混合搅拌，至完全混合均匀。
(3)将第三组和第四组的原料先分别混合均匀，然后分别将混合后的物料加入到步骤(2)得到的拌合物中，分别搅拌90～180s，即得到所述的新型3D打印破碎陶粒混凝土材料。
本实施例新型3D打印破碎陶粒混凝土材料进行3D打印，具体使用方法是：将上述混凝土材料泵送或机械输送至3D打印机的打印喷头内，静置时间35min，所述静置时间是指从混凝土拌合料制备好到打印开始之间的时间；设置打印喷头出口截面积为200mm2，挤出速度为0.38m3/h，水平向打印速度为258m/h，垂直向打印速度为0.77m/h，喷头打印高度为24mm，然后进行逐条逐层打印。打印过程进行顺利，而且所打印结构整体性较好、稳定性较好。
新型3D打印破碎陶粒混凝土材料的3d龄期时抗压强度为31MPa，14d时抗压强度为42.6MPa，28d时抗压强度为52.5MPa。7d抗弯强度可达7.8MPa，跨中挠度为0.33mm。
实施例3
本实施例新型3D打印破碎陶粒混凝土材料，按重量份数计，其组成和含量为：
快硬性硫铝酸盐水泥4.0份；
粉煤灰0.90份；
硅灰0.40份；
石灰石粉0.10份；
陶粒3.0份；
砂子5.0份；
NaOH颗粒试剂0.005份；
水2.7份；
减水剂0.042份；
长度为7～10mm的PVA纤维0.006份；
长度为10～15mm的玄武岩纤维0.006份；
粘度为2万～7万的羟丙基甲基纤维素0.06份。
本实施例的制备方法同实施例1。
将本实施例所得的3D打印破碎陶粒混凝土材料进行3D打印，具体使用方法是：将上述混凝土材料泵送或机械输送至3D打印机的打印喷头内，静置时间35min，所述静置时间是指从混凝土拌合料制备好到打印开始之间的时间；设置打印喷头出口截面积为200mm2，挤出速度为0.38m3/h，水平向打印速度为268m/h，垂直向打印速度为0.78m/h，喷头打印高度为24mm，然后进行逐条逐层打印。打印过程进行顺利，而且所打印结构整体性较好、稳定性较好。
新型3D打印破碎陶粒混凝土材料的3d龄期时抗压强度为38MPa，14d时抗压强度为47.4MPa，28d时抗压强度为56.8MPa。7d抗弯强度可达6.8MPa，跨中挠度为0.29mm。
实施例4
本实施例混凝土的组成及制备方法、打印参数同实施例3，不同之处在于本实施例中陶粒3.2份、水2.8份、羟丙基甲基纤维素为0.045份。
打印过程进行顺利，而且所打印结构整体性较好、稳定性较好。
新型3D打印破碎陶粒混凝土材料的3d龄期时抗压强度为30MPa，14d时抗压强度为40.4MPa，28d时抗压强度为48.6MPa。7d抗弯强度可达5.7MPa，跨中挠度为0.38mm。
对比例1
除天然砂子6.0份、陶粒2.0份外，其他的材料种类、添加量、搅拌混合方式以及打印参数均与实施例1相同。测试结果显示：打印过程可进行顺利，但因混凝土流动性较强，打印的结构发生了倾斜以至于坍塌，结构无法成型。该对比例中陶粒掺量为10％，进行28d抗压强度测试，其抗压强度为40.1MPa，小于实施例1的抗压强度。
对比例2
除将混凝土拌合料搅拌完成后的静置时间调整为46min，其他的材料种类、添加量、制备方法以及打印参数均与实施例2相同。测试结果显示：由于静置时间过长，混凝土由流态转化为塑形状态，从打印喷头挤出时经常出现中断的现象，打印过程无法顺利进行。
对比例3
除PVA纤维0.01份、玄武岩纤维0.01份外，其他的材料种类、添加量、制备方法以及打印参数均与实施例3相同。测试结果显示：由于纤维的掺入量较大，导致混凝土拌合料中的纤维出现了抱团现象，从而在打印过程中，喷头处出现了堵塞的现象，打印过程无法顺利进行。

Claims (7)

1.一种新型3D打印破碎陶粒混凝土材料，按重量份数计，混凝土的组成和含量分别为：
快硬性硫铝酸盐水泥3.0～4.9份；
粉煤灰0.75～1.15份；
硅灰0.20～0.40份；
石灰石粉0.08～0.12份；
陶粒2.4～3.2份；
砂子5.0～6.0份；
NaOH颗粒试剂0.002～0.005份；
水2.3～2.8份；
减水剂0.040～0.052份；
长度为7～10mm的PVA纤维0.005-0.007份；
长度为10～15mm的玄武岩纤维0.005～0.007份；
粘度为2万～7万的羟丙基甲基纤维素0.04～0.06份。
2.根据权利要求1所述的新型3D打印破碎陶粒混凝土材料，其特征在于所述快硬性硫铝酸盐水泥的比表面积为450m2/kg，密度为3.43g/cm3，标准稠度用水量为25.9％，初凝时间为40min，终凝时间为70min，氧化钙含量为48.2％，硫铝比为3.5，碱度系数为0.9，3天抗折强度为7.2MPa，3天抗压强度为53MPa。
3.根据权利要求1所述的新型3D打印破碎陶粒混凝土材料，其特征在于所述粉煤灰的烧失量为7.1％，含水率为0.1％，氧化钙含量为3.7％，需水量比为104％，细度为45μm方孔筛筛余17.5％。
4.根据权利要求1所述的新型3D打印破碎陶粒混凝土材料，其特征在于所述硅灰的密度为2.3g/cm3，比表面积为25～29m2/g；所述砂子为平均粒径387.5μm、比表面积0.101m2/g的天然砂；所述减水剂为聚羧酸系减水剂，减水率大于30％，含固量为36.5％。
5.根据权利要求1所述的新型3D打印破碎陶粒混凝土材料，其特征在于所述陶粒是经过固废淤泥干化、预烧、焙烧和冷却等过程得到的，陶粒经破碎、碾散到颗粒粒径控制在0.25～5mm范围。
6.一种权利要求1～5任一所述的新型3D打印破碎陶粒混凝土材料的制备方法，该制备方法包括以下步骤：
(1)按重量份数计，将上述原料分成四组，快硬性硫铝酸盐水泥3.0～4.9份、粉煤灰0.75～1.15份、天然砂5.0～6.0份、NaOH颗粒0.002～0.005份、石灰石粉0.08～0.12份和PVA纤维0.005～0.007份；第二组为硅灰0.20～0.40份、陶粒2.4～3.2份、玄武岩纤维0.005～0.007份；第三组为水1.3～1.8份和减水剂0.040～0.052份；第四组为余量的水和0.04～0.06份的羟丙基甲基纤维素；
(2)将第一组或第二组的原料分别送入横卧式搅拌机进行混合搅拌，至完全混合均匀，然后再对应地将第二组和第一组的原料同时加入到上述已混合均匀的拌合物中，进行混合搅拌，至完全混合均匀；
(3)将第三组和第四组的原料先分别混合均匀，然后分别将混合后的物料加入到步骤(2)得到的拌合物中，分别搅拌90～180s，即得到所述的新型3D打印破碎陶粒混凝土材料。
7.一种权利要求1-5任一所述的新型3D打印破碎陶粒混凝土材料的使用方法，该使用方法是：将上述混凝土材料泵送或机械输送至3D打印机的打印喷头内，静置时间30～40min；设置打印喷头出口截面积为200～220mm2，挤出速度为0.35～0.45m3/h，水平向打印速度为255～295m/h，垂直向打印速度为0.75～0.95m/h，喷头打印高度为22～35mm，然后进行逐条逐层打印。
CN201910330138.0A 2019-04-23 2019-04-23 一种新型3d打印破碎陶粒混凝土材料及其制备和使用方法 Pending CN110078459A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201910330138.0A CN110078459A (zh) 2019-04-23 2019-04-23 一种新型3d打印破碎陶粒混凝土材料及其制备和使用方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201910330138.0A CN110078459A (zh) 2019-04-23 2019-04-23 一种新型3d打印破碎陶粒混凝土材料及其制备和使用方法

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN110078459A true CN110078459A (zh) 2019-08-02

Family

ID=67416218

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201910330138.0A Pending CN110078459A (zh) 2019-04-23 2019-04-23 一种新型3d打印破碎陶粒混凝土材料及其制备和使用方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN110078459A (zh)

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112694291A (zh) * 2021-01-18 2021-04-23 佛山科学技术学院 一种基于3d打印的再生水泥基材料及其制备方法
CN112895058A (zh) * 2021-01-15 2021-06-04 北京工业大学 一种水泥基3d打印技术制作隧洞试验地质模型的方法
CN113248224A (zh) * 2021-05-07 2021-08-13 河南工程学院 一种轻烧固废3d打印通风密闭材料及其制备方法
CN113884357A (zh) * 2021-10-08 2022-01-04 南京工业大学 一种基于挤压成型工艺的打印混凝土力学指标的表征方法
CN117627357A (zh) * 2023-11-13 2024-03-01 华东交通大学 一种3d打印陶瓷粉混凝土及其打印方法

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2013043908A1 (en) * 2011-09-20 2013-03-28 The Regents Of The University Of California 3d printing powder compositions and methods of use
CN104891891A (zh) * 2015-05-06 2015-09-09 同济大学 一种3d打印水泥基材料及其制备方法
CN105948668A (zh) * 2016-06-22 2016-09-21 重庆建工新型建材有限公司 一种用于3d打印的轻质混凝土及其制备方法与应用
CN107417204A (zh) * 2017-06-29 2017-12-01 河北工业大学 一种可3d打印的尾矿砂纤维混凝土及其制备、使用方法
CN108164215A (zh) * 2017-12-26 2018-06-15 同济大学 一种用于3d打印的轻骨料混凝土及其制备方法与应用

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2013043908A1 (en) * 2011-09-20 2013-03-28 The Regents Of The University Of California 3d printing powder compositions and methods of use
CN104891891A (zh) * 2015-05-06 2015-09-09 同济大学 一种3d打印水泥基材料及其制备方法
CN105948668A (zh) * 2016-06-22 2016-09-21 重庆建工新型建材有限公司 一种用于3d打印的轻质混凝土及其制备方法与应用
CN107417204A (zh) * 2017-06-29 2017-12-01 河北工业大学 一种可3d打印的尾矿砂纤维混凝土及其制备、使用方法
CN108164215A (zh) * 2017-12-26 2018-06-15 同济大学 一种用于3d打印的轻骨料混凝土及其制备方法与应用

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112895058A (zh) * 2021-01-15 2021-06-04 北京工业大学 一种水泥基3d打印技术制作隧洞试验地质模型的方法
CN112694291A (zh) * 2021-01-18 2021-04-23 佛山科学技术学院 一种基于3d打印的再生水泥基材料及其制备方法
CN113248224A (zh) * 2021-05-07 2021-08-13 河南工程学院 一种轻烧固废3d打印通风密闭材料及其制备方法
CN113248224B (zh) * 2021-05-07 2021-12-28 河南工程学院 一种轻烧固废3d打印通风密闭材料及其制备方法
CN113884357A (zh) * 2021-10-08 2022-01-04 南京工业大学 一种基于挤压成型工艺的打印混凝土力学指标的表征方法
CN117627357A (zh) * 2023-11-13 2024-03-01 华东交通大学 一种3d打印陶瓷粉混凝土及其打印方法

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN107417204B (zh) 一种可3d打印的尾矿砂纤维混凝土及其制备、使用方法
CN110078459A (zh) 一种新型3d打印破碎陶粒混凝土材料及其制备和使用方法
CN104891891B (zh) 一种3d打印水泥基材料及其制备方法
CN111233407B (zh) 一种3d打印固废混凝土构件及制备方法
CN105948653B (zh) 一种再生湿拌砂浆及其制备方法
CN108275924B (zh) 可3d打印的粉煤灰基地聚物及其制备、使用方法
CN109020456A (zh) 一种机制砂干混砂浆及其制备方法
CN109956725A (zh) 纤维增强3d打印高性能轻质混凝土及其制备和使用方法
CN106242398A (zh) 一种可用于3d建筑打印的新型高强高韧防水砂浆材料及其制备方法
CN111620624B (zh) 一种自密实混凝土及其制备方法
CN102924014A (zh) 一种轻质高抗垂性粘结砂浆及其制备、使用方法
CN108249851A (zh) 一种环保型清水混凝土及其制备方法
CN108996969B (zh) 一种白色自密实清水c40泵送混凝土
CN112250355A (zh) 一种碱激发粉煤灰/矿渣再生混凝土及其制备方法
CN109279861B (zh) 一种自密实复合混凝土及其制备方法、混凝土墙砖
CN109160791A (zh) 一种再生细骨料高强自密实混凝土
CN104446245A (zh) 一种超早强砂浆
CN106186958B (zh) 一种再生微粉轻骨料高强混凝土及其制备方法
CN106699039A (zh) 一种建筑3d打印油墨及其用途
CN113072342A (zh) 一种含再生骨料的混凝土及其制备方法和应用
CN114163183A (zh) 一种含粗骨料的3d打印混凝土材料及其制作方法
CN110759661A (zh) 一种再生骨料混凝土和易性耐久性改良添加剂
CN109626884A (zh) 复合固化外加剂水泥稳定煤矸石混合料及其应用方法
CN105110754A (zh) 一种无水泥砂浆
CN112661479B (zh) 一种可3d打印的氯氧镁风积沙复合材料及其制备方法与应用

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
CB02 Change of applicant information
CB02 Change of applicant information

Address after: 518102 Guangdong Shenzhen Baoan District Xin'an street Xin'an six road 1003 financial port C block

Applicant after: China Power Construction Ecological Environment Group Co.,Ltd.

Address before: 518102 Guangdong Shenzhen Baoan District Xin'an street Xin'an six road 1003 financial port C block

Applicant before: POWERCHINA WATER ENVIRONMENT GOVERANCE

RJ01 Rejection of invention patent application after publication
RJ01 Rejection of invention patent application after publication

Application publication date: 20190802