一种可以控制凝结时间的混凝土施工技术及其专用设备的制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种可以控制凝结时间的混凝土施工技术及其专用设备，一种能为3D 打印混凝土成型以及普通的混凝土成型提供施工技术和专用设备。
【背景技术】
[0002] 人类的生存和发展史就是一部各种材料的发展史。建筑材料是伴随人类的发展而 得到不断的更新、发展。混凝土材料具有凝结前的良好可塑性，硬化后的良好力学性能与耐 久性等优良性能。因此，混凝土材料是目前应用最广泛的建筑材料，也是各种建造基础设施 的优选基础性材料。混凝土可以根据胶凝材料的不同来分类，比如，硅酸盐类水泥混凝土， 碱矿渣混凝土，硫铝酸盐混凝土，磷酸盐混凝土等。这些混凝土材料具有大致相同的技术性 能。
[0003] 3D打印建筑为未来的建筑提供新的方法。3D打印建筑通过逐层叠加混凝土油墨 方式形成所需要的建筑结构。混凝土油墨的性能决定了 3D建筑的施工质量和进度，特别是 混凝土油墨的凝结时间和力学性能。混凝土油墨是现有3D建筑打印的核心技术，其配方和 施工技术很少公开。为了保证混凝土 3D打印建筑结构时的凝结时间，通常根据施工的速 度，需要预定好固定的凝结时间确定在材料中添加固定比例的胶凝材料，一旦采用这种添 加固定比例的胶凝材料经过拌合后，凝结时间不能轻易改变。专利文献"一种建筑物梁构件 的3D打印方法"（申请号201310697608.X)介绍了一种利用热蒸汽提高混凝土的温度从而 缩短凝结时间的方法，但这种热蒸汽来缩短凝结时间的方法虽然能缩短时间，但改变的效 果较慢，可调整凝结时间的范围较窄，且受环境温度的影响很大，还是不能实现控制混凝土 凝结时间的技术问题。
[0004] 由于目前调整混凝土凝结时间的方法都是在混凝土中加入一定量的各种早强剂、 速凝剂或缓凝剂等外加剂，通过改变外加剂的组分和剂量来调整的凝结硬化时间。存在混 凝土的配合比一旦确定，其凝结、硬化时间就已经基本确定，不能使所制备的混凝土既具有 良好的流动性、长的凝结时间，以满足搅拌、输送等施工性能要求又能快速凝结；另外，本申 请人的专利申请，专利名称为"可以控制凝结时间的碱激发胶凝材料、控制方法及应用"（专 利申请号2015100322160)的文献中介绍了利用外加电场控制完成浇筑成型后的碱激发胶 凝材料配制的混凝土的凝结时间的技术。该技术由于是在成型后再根据需求调整和控制混 凝土的凝结时间，并不适合成型前或成型过程中就需要控制混凝土凝结时间的要求，特别 是不适合3D打印混凝土技术在成型过程中就需要控制混凝土凝结时间的要求。
【发明内容】
[0005] 本发明的技术方案所要解决的技术问题是针对上述预先设定好早强剂、速凝剂或 缓凝剂等外加剂，通过改变外加剂的组分和剂量来调整的凝结硬化时间技术方案中存在的 混凝土凝结时间在材料确定后就不可调节控制的缺陷以及只是在混凝土成型后才调节控 制凝结时间的不足，提出一种新的可以控制凝结时间的混凝土施工技术及专用设备，从而 达到在施工过程中根据需要能改变混凝土凝结时间的效果，一方面能满足在成型前就能调 整和控制混凝土的凝结时间的要求，另一方面又能使所制备的混凝土在成型前既具有良好 的流动性、长的凝结时间，以满足搅拌、输送等施工性能要求，还能根据需求，快速方便的调 整凝结时间，快速合理的提高混凝土早期强度，合理提高施工效率。
[0006] 本发明的第一个目的是提供一种在挤出时控制碱激发胶凝材料凝结时间的施工 技术； 本发明的第二个目的是提供一种采用上述施工技术的专用设备。
[0007] 为实现本发明的第一个目的，本发明提供一种可以控制凝结时间的混凝土施工技 术，包括以下步骤， 第一步，拌合，将所述混凝土的原材料与适量的拌合水、集料混合均匀形成混凝土拌合 物，所述的混凝土原材料中至少包括有激发剂和粉状的含硅铝氧化物活性材料组成的胶凝 材料； 第二步，泵送，采用输送泵，将拌合物通过输送管道，泵送到挤出装置； 第三步，挤出，将混凝土拌合物通过挤出口挤出； 第四步，成型，挤出后的拌合物形成所需尺寸与形状的建筑构件； 第五步，凝结硬化，建筑构件凝结硬化； 在所述的第二步泵送和第三步挤出之间，还包括有对混凝土拌合物进行外加电场的电 处理步骤，经过外加电场电处理的拌合物通过挤出口后立即挤出。
[0008] 由于在上述混凝土施工技术中，增加了对混凝土拌合物进行外加电场的电处理步 骤，外加电场的电处理步骤能加快混凝土中胶凝材料的水化速度，控制凝结时间，所以可以 在成型前任何阶段都能调整和控制混凝土的凝结时间；采用外加电场的电处理技术可以根 据需要随时通电和断电，还可以随时根据需要调整通电压的大小，根据需求快速合理的提 高混凝土早期强度，合理提高施工效率；同时，由于原来的具有胶凝材料的混凝土具有良好 的流动性、长的凝结时间，能满足搅拌、输送等施工性能要求，而本施工技术方案的混凝土 在不通电的情况下，同样具有普通的混凝土材料特性，混凝土也能满足具有良好的流动性、 长的凝结时间，能满足搅拌、输送等施工性能要求，相对采用预先设定好早强剂、速凝剂或 缓凝剂等外加剂，通过改变外加剂的组分和剂量来调整的凝结硬化时间技术方案而言更能 满足满足搅拌、输送等施工性能要求。经过外加电场处理的拌合物通过挤出口后立即挤出。 另外，可以根据成型的时间和挤出的速度调整外加电场的电压，不同的电压调整能控制混 凝土凝结时间，相对现有技术采用水蒸汽而言，电压的调节简单方便，可调整的范围更宽， 同时，能保证在混凝土成型前能随时根据成型的时间要求改变调整和控制混凝土凝结时间 的要求，是一种混凝土成型前动态可调的技术，不仅适用于目前采用3D打印混凝土成型的 技术上，还适用于普通的混凝土成型技术上。
[0009] 进一步，限定所述的激发剂是至少包括氢氧化钠、氢氧化钾、碳酸钠、碳酸钾、水玻 璃中的一种或几种组成的混合物。含有上述碱激发胶凝材料的激发剂与拌合水混合后形成 的拌合物中的拌合液是一种强碱性的溶液，其氢氧根离子浓度很高，是一种良的导电体，具 有将电能转化为热能提高拌合物温度、加快胶凝材料的水化反应速度的能力。在外电场的 作用下，氢氧根离子在固体颗粒表面形成电场条件下的临时富集，提高局部的反应物的浓 度，进一步促进水化反应。另外，碱激发胶凝材料的水化过程是一个放热反应，水化速度越 快，所释放的热能越多，拌合物的温度就越高。因此，在外加电场的作用下，上述碱激发胶 凝材料的激发剂拌合物内形成了一个水化速度与温度正反馈的水化环境，水化产物快速形 成，表现为拌合物的凝结硬化。通过外加电场，改变碱激发胶凝材料拌合物内的温度和电场 梯度，可以控制其水化速度和水化进度，从而控制凝结时间。
[0010] 进一步，限定所述的粉状的含硅铝氧化物活性材料是指经过高温处理或通过高温 加工阶段而得到的一类以硅铝氧化物为主要化学成分的且具有火山灰活性的、具有200平 方米/千克以上比表面积的粉状材料，至少包括粒化高炉矿渣粉、磨细钢渣、拜耳法赤泥、 粉煤灰、磨细炉渣、磨细的煅烧粘土矿物、磷矿渣粉、磨细的煅烧煤矸石、磨细的煅烧页岩中 的一种或多种组成的混合物。
[0011] 进一步，限定所述的胶凝材料的质量组成范围为：粉状的含硅铝氧化物活性材料 60-80份，以Na20+0. 658K20计算的激发剂2-16份，减水剂0-10份、缓凝剂0-10份、膨胀剂 0-10份，掺合料0-40份。
[0012] 在本技术方案中，对所述的外加电场进行限定，限定所述的外加电场是交流电。
[0013] 另外，为实现本发明的第二个目的，本发明的技术方案，一种可以控制凝结时间的 混凝土施工技术的专用设备，包括输送泵、输送管道、挤出装置，所述的挤出装置包括电处 理设备和挤出口，电处理设备与所述的输送管道连接，挤出口位于电处理设备后，电处理设 备上至少设置有一组与混凝土拌合物相接触的电极，电极之间通电后形成电压差；所述的 输送泵是指将拌合物加压、提供输送和挤出所需动力的设备；所述的输送管道是指连接输 送泵和电处理设备间的能够承受一定压力的管道；所述的电处理设备能对流经本设备中的 拌合物提供外加电场并形成电流的设备；所述的挤出口，是指能将电处理后的拌