混凝土及其制备方法、3D打印材料与流程

本发明涉及混凝土材料，特别涉及混凝土及其制备方法、3d打印材料。

背景技术：

1、将应用于3d打印混凝土工艺的混凝土材料称为3d打印混凝土或者增材制造混凝土，3d打印混凝土工艺指的是，采用3d打印机对混凝土材料进行打印，使得混凝土材料层层堆积，按照电子模型精确构建期望的形状和结构。

2、3d打印混凝土工艺能够显著减少建筑废料，提高材料使用效率，缩短建设周期，同时还能实现设计上的多样性和创新性。然而，目前已知的3d打印混凝土，仍然存在以下问题：混凝土层间结合力差、混凝土强度和耐久性不足、混凝土对环境的不友好。

技术实现思路

1、鉴于此，本发明提供一种混凝土及其制备方法、3d打印材料。具体而言，包括以下的技术方案：

2、一方面，提供了一种混凝土，所述混凝土包括干混料和水，所述干混料与所述水的质量比为2-5：1；

3、所述干混料包括以下质量份的各组分：固废基矿物掺合料10-20份、硅酸盐水泥55-75份、硫铝酸盐水泥5-15份、石英砂70-100份、膨胀剂5-15份、早强剂0.4-0.8份、硅灰10-15份和增强添加剂；

4、所述增强添加剂包括：0.6-0.9质量份的锰离子掺杂方解石型纳米碳酸钙、0.5-0.7质量份的复合纤维中的至少一种；

5、所述复合纤维包括：质量比为1：5-10：5-10：8-15的二氧化钛纳米纤维、pp纤维、氧化铝纤维、聚酰胺66纤维。

6、在一些可能的实现方式中，所述固废基矿物掺合料包括固废混料和改性粉煤灰，所述固废混料和所述改性粉煤灰的质量比为2：3-10；

7、所述固废混料包括陶瓷废料、矿渣、蒸压加气混凝土废料中的至少一种，且所述固废混料的粒径大于或等于20目。

8、在一些可能的实现方式中，所述改性粉煤灰通过粉煤灰与活化改性剂混合并球磨后制备得到，其中，所述活化改性剂包括质量比为1：2-3的碳酸钠和氢氧化钠。

9、在一些可能的实现方式中，所述锰离子掺杂方解石型纳米碳酸钙通过以下方法制备得到：

10、将硝酸钙与尿素以摩尔比为1：1-10的比例溶解于去离子水，边搅拌边加入氯化锰溶液，获得原料液，其中，氯化锰在所述原料液中的浓度为0.1mol/l-0.5mol/l；

11、将所述原料液的ph值调节至7-9，并转移至微波消解仪进行处理；

12、处理完毕，对处理产物进行离心处理，获得沉淀物，对所述沉淀物进行洗涤处理，得到所述锰离子掺杂方解石型纳米碳酸钙。

13、在一些可能的实现方式中，所述微波消解仪的处理温度为180℃-250℃，所述微波消解仪的处理时间为1小时-2小时。

14、在一些可能的实现方式中，所述二氧化钛纳米纤维通过以下方法制备得到：将磷化钛溶解于乙醇中，并使用乙酸作为螯合剂，依次经静电纺丝处理、煅烧处理，制备得到所述二氧化钛纳米纤维；

15、其中，所述煅烧处理的温度为800℃-1200℃，煅烧时间为2小时-4小时。

16、在一些可能的实现方式中，所述二氧化钛纳米纤维的长度为300nm-500nm，所述pp纤维、所述氧化铝纤维、所述聚酰胺66纤维的长度各自独立地为3mm-8mm。

17、另一方面，提供了一种混凝土的制备方法，所述混凝土如上述任一所述；

18、所述混凝土的制备方法包括：

19、提供或者制备用于组成干混料的各组分，将所述各组分混合均匀，制备得到所述干混料；

20、将所述干混料与水混合均匀，制备得到所述混凝土。

21、再一方面，提供了一种3d打印材料，所述3d打印材料采用上述任一种混凝土，通过3d打印工艺制备得到。

22、本发明实施例提供的技术方案的有益效果至少包括：

23、本发明实施例提供的混凝土，其干混料包括固废基矿物掺合料10-20份、硅酸盐水泥55-75份、硫铝酸盐水泥5-15份、石英砂70-100份、膨胀剂5-15份、早强剂0.4-0.8份、硅灰10-15份。通过采用固废基矿物掺合料、硅酸盐水泥、硫铝酸盐水泥、石英砂、膨胀剂、早强剂和硅灰作为混凝土基料，这利于混凝土产品的结构稳定性、可持续性和绿色环保性，从而构筑基于固废资源化利用的高性能混凝土产品。特别地，干混料还包括增强添加剂，增强添加剂包括：0.6-0.9质量份的锰离子掺杂方解石型纳米碳酸钙、0.5-0.7质量份的复合纤维中的至少一种，复合纤维包括：质量比为1：5-10：5-10：8-15的二氧化钛纳米纤维、pp纤维、氧化铝纤维、聚酰胺66纤维。这利于增加混凝土的抗拉强度、韧性及层间结合力，适用于建筑、基建、装饰等多个领域中的3d打印应用，提升3d打印混凝土产品的强度、层间结合力和耐久性。

技术特征：

1.一种混凝土，其特征在于，所述混凝土包括干混料和水，所述干混料与所述水的质量比为2-5：1；

2.根据权利要求1所述的混凝土，其特征在于，所述固废基矿物掺合料包括固废混料和改性粉煤灰，所述固废混料和所述改性粉煤灰的质量比为2：3-10；

3.根据权利要求2所述的混凝土，其特征在于，所述改性粉煤灰通过粉煤灰与活化改性剂混合并球磨后制备得到，其中，所述活化改性剂包括质量比为1：2-3的碳酸钠和氢氧化钠。

4.根据权利要求1所述的混凝土，其特征在于，所述锰离子掺杂方解石型纳米碳酸钙通过以下方法制备得到：

5.根据权利要求4所述的混凝土，其特征在于，所述微波消解仪的处理温度为180℃-250℃，所述微波消解仪的处理时间为1小时-2小时。

6.根据权利要求1所述的混凝土，其特征在于，所述二氧化钛纳米纤维通过以下方法制备得到：将磷化钛溶解于乙醇中，并使用乙酸作为螯合剂，依次经静电纺丝处理、煅烧处理，制备得到所述二氧化钛纳米纤维；

7.根据权利要求1所述的混凝土，其特征在于，所述二氧化钛纳米纤维的长度为300nm-500nm，所述pp纤维、所述氧化铝纤维、所述聚酰胺66纤维的长度各自独立地为3mm-8mm。

8.一种混凝土的制备方法，其特征在于，所述混凝土如权利要求1-7任一项所述；

9.一种3d打印材料，其特征在于，所述3d打印材料采用权利要求1-7任一项所述的混凝土，通过3d打印工艺制备得到。

技术总结
本发明公开了混凝土及其制备方法、3D打印材料，属于混凝土材料技术领域。混凝土包括质量比为2‑5：1的干混料和水；干混料包括以下质量份的各组分：固废基矿物掺合料10‑20份、硅酸盐水泥55‑75份、硫铝酸盐水泥5‑15份、石英砂70‑100份、膨胀剂5‑15份、早强剂0.4‑0.8份、硅灰10‑15份和增强添加剂。增强添加剂包括：0.6‑0.9份的锰离子掺杂方解石型纳米碳酸钙和/或0.5‑0.7份的复合纤维中的至少一种。复合纤维包括质量比1：5‑10：5‑10：8‑15的二氧化钛纳米纤维、PP纤维、氧化铝纤维、聚酰胺66纤维。增强添加剂利于增加混凝土的强度、韧性及层间结合力且混凝土适于3D打印。

技术研发人员：张晓萌,刘玉亭,田野,孙谋华,李洋波,曹俊,田梓阳,赵经宇,赵兴兰,姜晴,郑毅,高向东
受保护的技术使用者：安徽省高迪循环经济产业园股份有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/9/9