CN115572088A - 一种用于建筑3d打印材料用超细复合粉及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种用于建筑3D打印材料用超细复合粉,所述的超细复合粉包括矿渣和钢渣或包括矿渣和矿热炉渣,经粉碎混合制备得到;将所述的超细复合粉与硅酸盐水泥、骨料(固废基)、减水剂、增稠剂和水混合后制备得到的材料可用于建筑领域的3D打印。本发明的超细复合粉将工矿企业的难以处理的废渣有效利用,提高了所述3D打印材料的强度,缩短了凝结时间,与现有技术相比具有显著的经济价值和社会效益。

Description

一种用于建筑3D打印材料用超细复合粉及其制备方法
【技术领域】
本发明属于建筑3D打印技术材料领域,具体涉及一种用于3D打印材料的超细复合粉、制备方法及其应用。
【背景技术】
建筑3D打印技术本质上属于一种增材制造工艺,工程设计人员将数字化设计模型输入专业化建筑打印机中,转化为打印指令,机器就会按照设计要求,将特殊胶凝材料一层层叠加成特定形状的建筑部件。3D打印建筑在施工效率提升、非线性复杂建筑造型和绿色建筑可持续发展等方面具有明显优势,其实是用一种特殊的胶凝材料,根据电脑设计图纸和方案,在施工现场利用数控喷嘴挤压材料逐层叠加成型。建筑3D打印材料是经过特殊的工艺手段制备形成的一种胶凝材料,其在流动性、挤出性、凝结时间、早期强度、各向异性强度、耐久性等方面均区别与传统的混凝土材料。利用3D打印技术,可充分依托建筑行业当今工业化发展趋势,为高效、经济化自动化施工提供一种创新和前沿的技术方案,同时结合各类固废综合利用的背景,推动建筑和工矿行业绿色低碳发展。。
随着近年来建筑3D打印技术的发展完善,特别是3D打印设备的工艺技术的提高,越来越多的工程结构可以通过3D打印完成,3D打印材料在装饰构件、基础公共设施、一般民用建筑、桥梁领域得到一定的试点应用。目前建筑3D打印技术,是将整个3D打印对象进行模块化设计,根据工程结构尺寸大小在施工现场或工厂内利用3D打印机将其直接打印出来或进行二次拼装。其施工过程与传统的施工工艺存在显著不同,由于采用特殊的无模板、无筋化、逐层堆叠成型施工工艺,对建筑3D打印材料的性能指标要求也有更高的要求。无筋化的结构一方面便于打印,另一方面也是为了实现3D打印材料模块轻、薄、强的性能优势,可利用更多品种的3D打印材料打印出不同功能、结构的工程模块。因而3D打印材料的原材料来源更广泛、品种更多样,其凝结硬化和强度产生的机理也会区别于传统混凝土材料的理论范畴。
与此同时,各类工矿企业在生产冶炼过程中产生大量的废渣,这些废渣的处置及综合利用仍存在较大压力。目前建材行业中有将固废材料超细化的利用趋势,以提高固废资源利用效率。本发明即是将钢业冶炼过程生产过程中产生的废渣经微粉超细化,与传统的硅酸盐水泥混合制备成超细复合粉,获得的复合粉可用于建筑3D打印材料,所述的打印材料成本低,用于3D打印领域主要技术指标效果优异,从而实现了工业废渣的高值化综合使用。
【发明内容】
本发明提供一种工业固废基超细粉组合物,其特征在于所述的工业固废基超细粉组合物为组合物1或组合物2,所述的组合物1包括矿渣和钢渣,所述组合物2包括矿渣和矿热炉渣,所述矿渣与钢渣的质量比为1:0.5-2,优选为1:0.6-1.8,或优选为1:0.8-1.6,更优选为1:1.0-1.5或1:1.2-1.3;所述矿渣与矿热炉渣的质量比为1:0.5-2,优选为1:0.6-1.8,或优选为1:0.8-1.6,更优选为1:1.0-1.5或1:1.2-1.3;
进一步的,本发明的工业固废基超细粉组合物的粒径≤10.0μm。
进一步的,本发明还提供了一种建筑3D打印材料,所述的建筑3D打印材料包括所述的工业固废基超细粉组合物和水泥,所述水泥选自硅酸盐水泥,其中所述硅酸盐水泥包括水泥熟料、石膏、石灰石和粉煤灰;经粉碎混合均匀后获得。
进一步的,本发明的建筑3D打印材料中工业固废基超细粉组合物和水泥的质量比为1:2-6,优选为1:3-5,更优选为1:4,。
进一步的本发明的建筑3D打印材料中的硅酸盐水泥中水泥熟料、石膏、石灰石和粉煤灰的质量比为1:(0.06-0.075):(0.04-0.06):(0.08-0.12);经粉碎混合均匀后获得。
进一步的本发明所述的建筑3D打印材料,还包括骨料、减水剂、增稠剂和水;所述骨料优选为砂石或细砂;优选的所述水泥与骨料的质量比为1:1.5-2.5,优选为1:1.8-2.2,最优选为1:2;水泥与水的质量比为1:0.25-0.4。
进一步的,本发明的建筑3D打印材料中所述减水剂选自木质素磺酸盐减水剂、萘磺酸盐减水剂、三聚氰胺系减水剂类、氨基磺酸盐系减水剂、脂肪酸系减水剂、聚羧酸盐系减水剂类中的一种或多种。
进一步的,所述增稠剂选自羧甲基纤维素、羧甲基纤维素盐中的一种或多种,优选自羧甲基纤维素钠。
进一步的,本发明所述的建筑3D打印材料中所述增稠剂为水的0.3%-0.8%(质量比),所述减水剂为水的0.2%-0.6%(质量比)。
进一步的,本发明所述的建筑3D打印材料所述水泥与骨料的质量比为1:1.5-2.5,所述水泥与水的质量比为1:0.25-0.4
本发明还提供了一种工业固废基超细粉组合物的制备方法,该方法包括以下步骤:将上述比例的块状矿渣和钢渣(或矿渣和矿热炉渣)破碎至粒径小于10mm的颗粒,然后用粉磨60-120分钟,粉磨后筛分出小于0.5mm的颗粒,得到磨细钢渣粉;继续用球磨机研磨至所需的粒度。
本发明具有以下有益效果:
(1)本发明利用工矿企业在生产过程中产生大量的废渣,减少了所述废渣的大量堆积,变废为宝。
(2)本发明制备得到的工业固废基超细粉组合物与一定比例的水泥混合后,制备得到的产品固化后强度显著提高。
(3)本发明利用工业固废基超细粉组合物对传统水泥材料进行改性,与其他辅料混合制备成混凝土后凝结时间缩短,硬化后强度高,尤其适用于建筑3D打印领域。
【具体实施方式】
为便于更好地理解本发明,通过以下实例加以说明,这些实例属于本发明的保护范围,但不限制本发明的保护范围。下面通过更具体实施例对本发明进行说明。
实施例1:将质量比为1:1.2的矿渣和钢渣混合,用破碎机破碎至粒径小于10mm的颗粒,然后用粉磨60-120分钟,粉磨后筛分出小于0.5mm的颗粒,得到磨细钢渣粉;继续用球磨机研磨至粒度在10μm以下。
实施例2:将质量比为1:1.2的矿渣和矿热炉渣混合,用破碎机破碎至粒径小于10mm的颗粒,然后用粉磨60-120分钟,粉磨后筛分出小于0.5mm的颗粒,得到磨细钢渣粉;继续用球磨机研磨至粒度在10μm以下。
实施例3:将质量比为1.2:1的矿渣和钢渣混合,用破碎机破碎至粒径小于10mm的颗粒,然后用粉磨60-120分钟,粉磨后筛分出小于0.5mm的颗粒,得到磨细钢渣粉;继续用球磨机研磨至粒度在10μm以下。
实施例4:将质量比为1.2:1的矿渣和矿热炉渣混合,用破碎机破碎至粒径小于10mm的颗粒,然后用粉磨60-120分钟,粉磨后筛分出小于0.5mm的颗粒,得到磨细钢渣粉;继续用球磨机研磨至粒度在10μm以下。
对比例:调整矿渣和钢渣的相对比例,其他研磨方式与实施例1相同,列表(表1)如下:
Figure BDA0003859473260000051
Figure BDA0003859473260000061
实施例5:建筑3D打印材料制备实施例:
(1)分别准确称量减水剂木质素磺酸钠和增稠剂羧甲基纤维素钠,将其加入水中混合均匀备用,所述木质素磺酸钠的质量为水的0.5%,所述羧甲基纤维素钠的质量为水的0.5%。
(2)将实施例1-4及对比例1-7获得废渣超细粉分别与市售硅酸盐水泥所述混合均匀,所述废渣超细粉与市售硅酸盐水泥的质量比为1:4,然后加入细砂,市售硅酸盐水泥与细砂的质量比为1:2;最后加入步骤(1)制备得到的木质素磺酸钠-羧甲基纤维素钠-水的混合物,所述市售硅酸盐水泥与水的质量比为1:0.3,混合均匀,制得可用于3D打印的混凝土。
测试例1:本发明的工业固废基超细粉组合物(实施例1-4,对比例1-7)应用于市售硅酸盐水泥,利用实施例5的方法制备得到的3D打印混凝土性能试验(表2):
Figure BDA0003859473260000062
Figure BDA0003859473260000071
以上数据表明本发明的3D打印混凝土具有相对于普通硅酸盐水泥更短的初凝时间和终凝时间,可以控制在60分钟以内,终凝时间能满足建筑构件及部品的3D打印需求。另外,本发明的3D打印混凝土同时兼具很高的3d和28d强度,这意味着通过打印获得的构件具有更好的强度和耐久度,与现有技术相比具有显著的经济价值和社会价值。
以上内容不能认定本发明具体实施只局限于这些说明,对于本发明所述技术领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明构思前提下,还可以做出若干简单推演或替换,都应当视为属于本发明由所提交的权利要求书确定的专利保护范围。

Claims (10)

1.一种工业固废基超细粉组合物,其特征在于所述的工业固废基超细粉组合物为组合物1或组合物2,所述的组合物1选自矿渣和钢渣的组合,所述组合物2选自矿渣和矿热炉渣的组合,所述矿渣与钢渣的质量比为1:0.5-2;所述矿渣与矿热炉渣的质量比为1:0.5-2。
2.根据权利要求1所述的工业固废基超细粉组合物,其特征在于所述工业固废基超细粉组合物的粒径≤10.0μm。
3.一种建筑3D打印材料,其特征在于所述的建筑3D打印材料包括权利要求1或2任一项所述的工业固废基超细粉组合物和水泥,所述水泥选自硅酸盐水泥,其中所述硅酸盐水泥包括水泥熟料、石膏、石灰石和粉煤灰。
4.根据权利要求3所述的建筑3D打印材料,其特征在于所述工业固废基超细粉组合物和水泥的质量比为1:2-6。
5.根据权利要求3所述的建筑3D打印材料,其特征在于所述硅酸盐水泥中水泥熟料、石膏、石灰石和粉煤灰的质量比为1:(0.06-0.075):(0.04-0.06):(0.08-0.12)。
6.根据权利要求3所述的建筑3D打印材料,其特征在于所述建筑3D打印材料还包括骨料、减水剂、增稠剂和水。
7.根据权利要6所述的建筑3D打印材料,其特征在于所述减水剂选自木质素磺酸盐减水剂、萘磺酸盐减水剂、三聚氰胺系减水剂类、氨基磺酸盐系减水剂、脂肪酸系减水剂、聚羧酸盐系减水剂类中的一种或多种。
8.根据权利要6所述的建筑3D打印材料,其特征在于所述增稠剂选自羧甲基纤维素、羧甲基纤维素盐中的一种或多种。
9.根据权利要求6所述的建筑3D打印材料,其特征在于所述增稠剂为水的0.3%-0.8%(质量比),所述减水剂为水的0.2%-0.6%(质量比)。
10.根据权利要6所述的建筑3D打印材料,其特征在于所述水泥与砂石的质量比为1:1.5-2.5,所述水泥与水的质量比为1:0.25-0.4。
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