【技術實現步驟摘要】
本專利技術涉及一種3d打印磷酸鎂膠凝材料，尤其涉及一種生物質材料-固廢基3d打印磷酸鎂膠凝材料，還涉及上述3d打印磷酸鎂膠凝材料的制備方法。
技術介紹
1、磷酸鎂水泥(mpc)具有凝結硬化快、早期強度高、干燥收縮小、黏結力強、體積穩定性好、耐高溫耐冷凍等優點，被廣泛應用于快速修補、核廢料和重金屬固化以及3d打印生物材料領域。盡管磷酸二氫鹽和重燒氧化鎂已被廣泛用于制備磷酸鎂水泥，但據報道，因酸堿反應帶來的高放熱、快速凝結速率及高成本制約其推廣應用。目前的主要方法包括引入緩凝劑、通過高溫煅燒降低重燒氧化鎂的活性、復配磷酸鹽及改變鎂磷比等，但是緩凝效果仍然有限。這種方法并未從根本上改善劇烈的酸堿反應問題，制備的磷酸鎂水泥在引入緩凝劑后存在的力學性能損失嚴重的問題。
2、授權專利cn107162451b提出一種無需緩凝劑的高耐水性磷酸鎂水泥，包含主要原材料為鎂粉，磷酸氫二鹽和硅灰，提高了凝結時間不低于30min，耐水性能優異。授權專利cn113816635b提出利用堿性磷酸氫鹽制備的高堿度磷酸鎂膠凝材料經水作用后的產物作為激發物質，制備出一種快硬早強高耐水磷酸鎂堿激發混合型膠凝材料。專利技術專利cn114956773a公開了一種新型超高性能磷酸鎂水泥基材料，解決現有超高性能混凝土養護繁瑣及材料加固修補困難的問題。專利技術專利cn117800702a公開了一種復合鎂水泥與堿激發爐渣的路面快速修補砂漿及其制備方法。上述專利的材料多為面向修補加固材料的工程需求，為方便施工，材料流動度較大，同時隨著引入硅灰摻量的增大漿體的流動度增大
3、現有的3d打印材料有硅酸鹽水泥及堿激發水泥等，仍普遍存在打印時間過長或過短、耐久性差和打印結構穩定性差等問題。因此，有必要開發一種新的能夠用于3d打印建筑材料的特種高強鎂基膠凝材料制備及應用方法，以期解決上述的現有技術中存在的問題。
技術實現思路
1、專利技術目的：本專利技術的目的是提供一種流變性能、觸變性及打印結構的穩定性強的生物質材料-固廢基3d打印磷酸鎂膠凝材料，還提供上述3d打印磷酸鎂膠凝材料的制備方法。
2、技術方案：本專利技術公開了一種生物質材料-固廢基3d打印磷酸鎂膠凝材料，包括以下重量份的組分：生物質材料5～20份；重燒氧化鎂30～60份；磷酸氫二鹽10～25份；硅灰5～30份；工業固體廢棄物5～30份；粉末填料10～50份；外加劑0.2～0.4份；水10～24份；所述生物質材料為稻殼灰。
3、其中，所述稻殼灰的制法為：以稀鹽酸作為預處理劑浸泡原料，水洗，得到中性原料，去除原料中的堿金屬離子，避免碳的不完全燃燒；烘干后加熱煅燒，冷卻后得到預處理稻殼灰；研磨處理，得到稻殼灰；所述原料為稻殼、棉花秸稈、玉米秸稈、小麥秸稈或秸稈粉末中的一種或多種。
4、進一步的，所述稀鹽酸的質量濃度為2.5～3.5％，浸泡時間為1～1.5h；所述烘干溫度為25～35℃，燃燒溫度為580～630℃，時間為3～4h；所述研磨處理使用的研磨機器為振動研磨機，研磨機內部裝入研磨介質和預處理稻殼灰，研磨時間為2～2.5h。
5、其中，所述磷酸氫二鹽為磷酸氫二鉀或磷酸氫二鈉的一種或兩種；所述硅灰的粒徑范圍為0.2～100μm，sio2含量大于90％，密度為2.3g/cm3；所述重燒氧化鎂的平均粒徑為平均粒徑為25～35μm，其中氧化鎂含量≥92％。
6、其中，所述工業固體廢棄物包括粉煤灰、礦渣粉、鋼渣粉中的的一種或多種；
7、所述粉煤灰為ⅰ級或ⅱ級粉煤灰，活性指數大于70％，需水量比93％；
8、所述礦粉為s95級礦粉，粒徑范圍為10～100μm；
9、其中，所述粉末填料為石英砂、碳酸鈣粉、灰鈣粉或再生細骨料中的一種或多種，粉末填料具有較大的吸水率，從而提高漿體的屈服應力，降低打印后漿體變形率；
10、所述石英砂粒徑為70目到150目；所述再生細骨料的粒徑為0.075～4.75mm；
11、所述外加劑為氧化石墨烯、硅溶膠、木質纖維素類改性劑、醚類改性劑、聚丙烯酸酯改性劑或淀粉醚、纖維素醚、硅藻土、膨潤土或偏高領土中的一種或多種。
12、上述的生物質材料-固廢基3d打印磷酸鎂膠凝材料的制備方法，包括以下步驟：將生物質材料、重燒氧化鎂、磷酸氫二鹽、硅灰、工業固體廢棄物、粉末填料、外加劑與水混勻得到生物質材料-固廢基3d打印磷酸鎂膠凝材料。
13、上述制備方法具體包括以下步驟：
14、(1)將氧化鎂、磷酸氫二鹽、硅灰、生物質材料混合，低速攪拌得到混合干料；
15、(2)向步驟(1)得到的混合干料中加入水，低速攪拌得到混合物；
16、(3)向步驟(2)得到的混合物中加入工業固體廢棄物、粉末填料、外加劑，先低速攪拌再高速攪拌，即得所述生物質材料-固廢基3d打印磷酸鎂膠凝材料。
17、其中，步驟(1)中，攪拌轉速為25～35r/min，攪拌時間為15～20s；步驟(2)中攪拌轉速為50～65r/min，攪拌時間為15～25s；步驟(3)中低速攪拌轉速為50～80r/min，攪拌時間為25～35s，高速攪拌轉速為100～150r/min，攪拌時間為260～350s；進一步優選為，步驟(1)中，攪拌轉速為30r/min，攪拌時間為10s；步驟(2)中攪拌轉速為60r/min，攪拌時間為20s；步驟(3)中低速攪拌轉速為60r/min，攪拌時間為30s，高速攪拌轉速為120r/min，攪拌時間為300s。
18、專利技術原理：本專利技術通過引入包含稻殼灰生物質材料、工業固體廢棄物、粉末填料及外加劑，通過材料顆粒間的物理-化學作用達到提升材料流變性能、觸變性及打印結構的穩定性的目的。制得的鎂基膠凝材料呈堿性，當具有巨大比表面積的稻殼灰的sio2顆粒與堿性物質接觸時，堿性物質中的氫氧化物離子(oh-)會與sio2分子中的硅氧鍵發生反應，導致硅氧鍵斷裂，形成亞硅酸鹽離子或硅酸根離子。離子與溶液中大量存在的鎂離子和磷酸根離子反應生成硅酸鎂和鳥糞石晶體，與硅灰復摻時更能發揮協同作用，促進水化反應生成更多的水化產物。同時，工業固體廢棄物中的如氧化鋁(al2o3)、氧化鈣(cao)及氧化硅(sio2)等也在鎂基膠凝材料的堿性溶液中發生水化反應生成c-a-s-h凝膠，進一步提高打印結構的水化性能和力學性能。此外，蜂窩狀多孔結構的稻殼灰具有有效的吸放水功能，水化顆粒在范德華力和靜電引力的作用下更容易團聚，生成的絮凝網狀結構增多，使材料具有更優異的觸變性及層間粘結性能。當填料采用再生細骨料時，進一步降低了體系內自由水，增加內摩擦力，降低成本并改善打印性能。
19、有益效果：與現有技術相比，本專利技術具有以下顯著優點：(1)本專利技術提供了一種鎂基堿溶液激發硅灰及稻殼灰中的潛在sio2本文檔來自技高網...
【技術保護點】
1.一種生物質材料-固廢基3D打印磷酸鎂膠凝材料，其特征在于，所述膠凝材料包括以下重量份的組分：生物質材料5～20份；重燒氧化鎂30～60份；磷酸氫二鹽10～25份；硅灰5～30份；工業固體廢棄物5～30份；粉末填料10～50份；外加劑0.2～0.4份；水10～24份；所述生物質材料為稻殼灰。
2.根據權利要求1所述的3D打印磷酸鎂膠凝材料，其特征在于，所述稻殼灰的制法為：以稀鹽酸作為預處理劑浸泡原料，水洗后得到中性原料；烘干后加熱煅燒，冷卻后得到預處理稻殼灰；研磨處理得到改性稻殼灰。
3.根據權利要求2所述的3D打印磷酸鎂膠凝材料，其特征在于，所述原料為稻殼、棉花秸稈、玉米秸稈、小麥秸稈或秸稈粉末中的一種或多種。
4.根據權利要求1所述的3D打印磷酸鎂膠凝材料，其特征在于，所述所述的磷酸氫二鹽為磷酸氫二鉀或磷酸氫二鈉的一種或兩種；所述硅灰的粒徑范圍為0.2～100μm，SiO2含量大于90％，所述重燒氧化鎂的平均粒徑為0.1～100μm，其中氧化鎂含量≥92％。
5.根據權利要求1所述的3D打印磷酸鎂膠凝材料，其特征在于，所述工業
6.根據權利要求1所述的3D打印磷酸鎂膠凝材料，其特征在于，所述粉末填料為石英砂、碳酸鈣粉、灰鈣粉或再生細骨料中的一種或多種；所述石英砂粒徑為70目到150目；所述再生細骨料的粒徑為0.075～4.75mm；所述外加劑為氧化石墨烯、硅溶膠、木質纖維素類改性劑、醚類改性劑、聚丙烯酸酯改性劑或淀粉醚、纖維素醚、硅藻土、膨潤土或偏高領土中的一種或多種。
7.一種權利要求1所述生物質材料-固廢基3D打印磷酸鎂膠凝材料的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：將生物質材料、重燒氧化鎂、磷酸氫二鹽、硅灰、工業固體廢棄物、粉末填料、外加劑與水混勻得到生物質材料-固廢基3D打印磷酸鎂膠凝材料。
8.根據權利要求7所述的制備方法，其特征在于，具體包括以下步驟：
9.根據權利要求7所述的制備方法，其特征在于，步驟(1)中，攪拌轉速為25～35r/min，攪拌時間為15～20s；步驟(2)中攪拌轉速為50～65r/min，攪拌時間為15～25s；步驟(3)中低速攪拌轉速為50～80r/min，攪拌時間為25～35s，高速攪拌轉速為100～150r/min，攪拌時間為260～350s。
...【技術特征摘要】
1.一種生物質材料-固廢基3d打印磷酸鎂膠凝材料，其特征在于，所述膠凝材料包括以下重量份的組分：生物質材料5～20份；重燒氧化鎂30～60份；磷酸氫二鹽10～25份；硅灰5～30份；工業固體廢棄物5～30份；粉末填料10～50份；外加劑0.2～0.4份；水10～24份；所述生物質材料為稻殼灰。
2.根據權利要求1所述的3d打印磷酸鎂膠凝材料，其特征在于，所述稻殼灰的制法為：以稀鹽酸作為預處理劑浸泡原料，水洗后得到中性原料；烘干后加熱煅燒，冷卻后得到預處理稻殼灰；研磨處理得到改性稻殼灰。
3.根據權利要求2所述的3d打印磷酸鎂膠凝材料，其特征在于，所述原料為稻殼、棉花秸稈、玉米秸稈、小麥秸稈或秸稈粉末中的一種或多種。
4.根據權利要求1所述的3d打印磷酸鎂膠凝材料，其特征在于，所述所述的磷酸氫二鹽為磷酸氫二鉀或磷酸氫二鈉的一種或兩種；所述硅灰的粒徑范圍為0.2～100μm，sio2含量大于90％，所述重燒氧化鎂的平均粒徑為0.1～100μm，其中氧化鎂含量≥92％。
5.根據權利要求1所述的3d打印磷酸鎂膠凝材料，其特征在于，所述工業固體廢棄物包括粉煤灰、礦渣粉、鋼渣粉中的的一種或多種；所述粉煤灰為ⅰ級或ⅱ級粉煤灰，活性指數...
【專利技術屬性】
技術研發人員：趙智慧，蔡賢歡，劉明昊，康愛紅，肖鵬，吳正光，
申請(專利權)人：揚州大學，
類型：發明
國別省市：
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