【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
本專利技術(shù)涉及3d打印建筑材料的，尤其是涉及一種含再生骨料的3d打印用高強(qiáng)抗裂砂漿及其制備方法。
技術(shù)介紹
1、3d打印技術(shù)作為第四次工業(yè)革命的一部分，近年來已經(jīng)逐漸滲透進(jìn)建筑行業(yè)中。3d打印建筑技術(shù)是一種新型建造技術(shù)，其主要通過將數(shù)字建筑模型轉(zhuǎn)化為打印路徑，控制建筑材料逐層擠出，實(shí)現(xiàn)建筑實(shí)體的建造。3d打印建筑技術(shù)也因其較短的生產(chǎn)時(shí)間、較低的勞動(dòng)力配置、強(qiáng)大的復(fù)雜結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)能力，被認(rèn)為是一種可推進(jìn)建筑行業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)的技術(shù)。同時(shí)，在過去的幾十年里，人們對(duì)建筑環(huán)境的可持續(xù)性給予了很多關(guān)注，如何將可持續(xù)發(fā)展理念融入到3d打印的概念中，在保護(hù)環(huán)境和生態(tài)安全條件下進(jìn)行建筑廢棄物再利用正成為十分重要的研究?jī)?nèi)容。
2、隨著河砂、碎石等不可再生自然資源因在建筑中的高消耗而變得稀缺，目前通過將廢棄混凝土破碎后作為再生骨料添加到新制備的混凝土中已成為應(yīng)對(duì)該問題一種可行的方法。而且將3d打印建造技術(shù)和環(huán)境友好型聚合物相結(jié)合，并輔以建筑固廢再利用，不僅可以提升建筑固廢利用率，解決天然砂石資源匱乏，建筑固廢產(chǎn)量逐年增多等難題，還能降低建筑生產(chǎn)過程中的碳排放，發(fā)展綠色循環(huán)經(jīng)濟(jì)。
3、目前，3d打印建筑所需的3d打印混凝土漿料和普通混凝土漿料相比，需要具有特定的工作性能，例如具有一定的流動(dòng)性和建造性(擠出后保持穩(wěn)定)。然而常見的3d打印混凝土漿料，其密度和普通混凝土接近，通常在2000kg/m3以上，一方面造成了很大的負(fù)重，不僅對(duì)打印設(shè)備的承載力要求高，而且在攪拌、泵送、打印噴頭移動(dòng)和擠出時(shí)也需要更高的能耗；另一方面可能會(huì)使得打印出的建
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
1、為了降低3d打印建筑漿料的密度，同時(shí)保持其固化后仍具有較高的材料力學(xué)性能以及建造性能，進(jìn)一步改善3d打印混凝土漿料的綜合性能，對(duì)本申請(qǐng)?zhí)峁┮环N含再生骨料的3d打印用高強(qiáng)抗裂砂漿及其制備方法。
2、第一方面，本申請(qǐng)?zhí)峁┑囊环N高強(qiáng)抗裂砂漿采用如下的技術(shù)方案：
3、一種高強(qiáng)抗裂砂漿，包括以下重量份原料：
4、水泥：100-120份；
5、再生骨料：30-50份；
6、改性輕質(zhì)骨料：50-70份；
7、粉煤灰：45-60份；
8、生物質(zhì)灰：15-20份；
9、堿激發(fā)劑：50-65份；
10、補(bǔ)強(qiáng)纖維：1.2-1.8份；
11、緩凝減水劑：1.2-1.6份；
12、水：45-50份；
13、其中，所述再生骨料具體由廢棄混凝土充分粉碎并篩分出粒徑小于2mm的粗粒料，并通過浸水處理使其處于飽和面干狀態(tài)；所述改性輕質(zhì)骨料包括由石灰石、煤矸石以及空心玻璃微珠三種按比例混合，并通過煅燒、以及與硅藻土在疏水乳液中混合改性制得；所述補(bǔ)強(qiáng)纖維包括聚乙烯醇纖維以及聚丙烯腈纖維中的任意一種。
14、通過采用上述技術(shù)方案，利用石灰石、煤矸石、硅藻土以及疏水乳液對(duì)空心玻璃微珠進(jìn)行改性制得改性輕質(zhì)骨料，再利用改性輕質(zhì)骨料代替常規(guī)的再生骨料，不僅能有效提高砂漿的流動(dòng)性，而且也能大大降低砂漿固化后混凝土的密度，具有良好的建造性能，有利于使砂漿更適配應(yīng)用在3d打印建筑漿料上。同時(shí)配合補(bǔ)強(qiáng)纖維、特定的火山灰質(zhì)材料和堿激發(fā)劑，即使改性輕質(zhì)骨料替代50％-70％的再生骨料后，所形成的混凝土仍能保持未替代前混凝土的80％以上的力學(xué)強(qiáng)度，具有良好的抗壓強(qiáng)度和抗折強(qiáng)度，有利于形成輕質(zhì)高強(qiáng)抗裂混凝土。
15、可選的，所述改性輕質(zhì)骨料的制備方法包括以下步驟：
16、a1、先將石灰石、煤矸石按照1：(2-3)的重量比混合，然后充分粉碎至粒徑小于0.2mm，即可得到混合粉料，再加入空心玻璃微珠，繼續(xù)混合4-5min，得到初混輕骨料，其中所述混合粉料與所述空心玻璃微珠的重量比為1：(1-1.5)；
17、a2、將步驟a1得到的所述初混輕骨料在2h內(nèi)將溫度緩慢加熱至850℃-900℃，且保持溫度持續(xù)焙燒2-3h，冷卻后將其浸沒在疏水乳液中，然后加入硅藻土再次充分?jǐn)嚢杌旌?-2h，再靜置3-4h，減壓抽濾并自然風(fēng)干濾渣，再次粉碎濾渣至其平均粒徑小于0.2mm，得到改性輕質(zhì)骨料。
18、通過采用上述技術(shù)方案，粉碎的石灰石和煤矸石在與空心玻璃微珠充分混合后再高溫煅燒時(shí)，會(huì)分別產(chǎn)生生石灰以及少量的偏高嶺土包覆在空心玻璃微珠的表面，然后再與硅藻土一同加入疏水乳液中，而疏水乳液中的水分會(huì)引發(fā)生石灰生成氫氧化鈣，并與偏高嶺土在疏水乳液中產(chǎn)生火山灰反應(yīng)形成膠體，從而使硅藻土以及其他水化產(chǎn)物便能充分粘附并包覆于空心玻璃微珠的表面，重新形成一個(gè)表面高度多孔性的混合輕質(zhì)骨料，同時(shí)該混合輕質(zhì)骨料還能作為載體將疏水乳液中的聚甲基氫硅氧烷充分吸附，能進(jìn)一步提高混合輕質(zhì)骨料的表面疏水性，并有效減少骨料的整體吸水率和滲透率，進(jìn)而有利于改善混凝土的密實(shí)度、力學(xué)強(qiáng)度以及抗?jié)B性能。
19、可選的，所述疏水乳液具體由聚甲基氫硅氧烷和水按照1：(3-4)的重量比分散混合。
20、通過采用上述技術(shù)方案，聚甲基氫硅氧烷作為疏水劑充分分散在水中形成疏水乳液，能通過吸附或反應(yīng)包覆在改性輕質(zhì)骨料的表面，進(jìn)一步提高改性輕質(zhì)骨料的表面疏水性，當(dāng)改性輕質(zhì)骨料代替部分再生骨料時(shí)，能有效減少骨料的整體吸水率和滲透率，進(jìn)而有利于改善混凝土的密實(shí)度、力學(xué)強(qiáng)度以及抗?jié)B性能。
21、可選的，在步驟a2中，所述初混輕骨料、疏水乳液以及硅藻土的重量比為1：2：(0.4-0.6)。
22、通過采用上述技術(shù)方案，在此混合比例下，有利于得到密度、孔隙度、疏水程度以及綜合性能均適合的改性輕質(zhì)骨料。
23、可選的，所述補(bǔ)強(qiáng)纖維具體選用聚乙烯醇纖維，且所述聚乙烯醇纖維的平均長(zhǎng)度為5-12mm。
24、通過采用上述技術(shù)方案，聚乙烯醇纖維具有良好的耐堿性，在本技術(shù)方案的高堿性體系下，能長(zhǎng)時(shí)間保持其補(bǔ)強(qiáng)效果，有利于保持混凝土的力學(xué)性能，提高混凝土的耐久性。其次，聚乙烯醇纖維在此長(zhǎng)度下，砂漿能具有較高的流動(dòng)性，同時(shí)固化后形成的混凝土也具有良好的抗折強(qiáng)度。
25、可選的，所述堿激發(fā)劑具體選用硅酸鈉溶液，其中所述硅酸鈉溶液的na2o的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為12.8％，并通過氫氧化鈉將所述硅酸鈉溶液中的sio2和na2o的摩爾比調(diào)節(jié)至1.6-2。
26、通過采用上述技術(shù)方案，當(dāng)硅酸鈉溶液的模數(shù)在1.6-2時(shí)，不僅砂漿具有較高的流動(dòng)性，而且砂漿固化后的混凝土具有良好的力學(xué)強(qiáng)度。
27、可選的，所述生物質(zhì)灰為稻殼灰與玉米秸稈灰的混合物、稻殼灰與蔗渣灰的混合物、稻殼灰與玉米秸稈灰與蔗渣灰混合物中的一種。
28、通過采用上述技術(shù)方案，由于玉米秸稈灰與蔗渣灰中的磷酸鹽含量較高，而少量的磷酸鹽不僅能促進(jìn)水泥的水化反應(yīng)，提高混凝土的密實(shí)性和力學(xué)強(qiáng)度，當(dāng)生物質(zhì)灰具體選用稻殼灰與玉米秸稈灰或蔗渣灰中的任意一種混合時(shí)，有利于提高混凝土的力學(xué)強(qiáng)度，同時(shí)對(duì)砂漿的流動(dòng)度和混凝土的密度影響不大。
【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
1.一種高強(qiáng)抗裂砂漿，其特征在于，包括以下重量份原料：
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高強(qiáng)抗裂砂漿，其特征在于：所述改性輕質(zhì)骨料的制備方法包括以下步驟：
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種高強(qiáng)抗裂砂漿，其特征在于：所述疏水乳液具體由聚甲基氫硅氧烷和水按照1：（3-4）的重量比分散混合。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種高強(qiáng)抗裂砂漿，其特征在于：在步驟A2中，所述初混輕骨料、疏水乳液以及硅藻土的重量比為1：2：（0.4-0.6）。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高強(qiáng)抗裂砂漿，其特征在于：所述補(bǔ)強(qiáng)纖維具體選用聚乙烯醇纖維，且所述聚乙烯醇纖維的平均長(zhǎng)度為5-12mm。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高強(qiáng)抗裂砂漿，其特征在于：所述堿激發(fā)劑具體選用硅酸鈉溶液，其中所述硅酸鈉溶液的Na2O的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為12.8%，并通過氫氧化鈉將所述硅酸鈉溶液中的SiO2和Na2O的摩爾比調(diào)節(jié)至1.6-2。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高強(qiáng)抗裂砂漿，其特征在于：所述生物質(zhì)灰為稻殼灰與玉米秸稈灰的混合物、稻殼灰與蔗渣灰的混合物、稻殼灰與玉米秸稈灰與蔗渣灰混
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高強(qiáng)抗裂砂漿，其特征在于：所述緩凝減水劑由高效減水劑、羥基羧酸鹽以及非離子型纖維素醚按照1：（0.1-0.14）：(0.06-0.15)的重量比混合復(fù)配，其中所述高效減水劑包括的多環(huán)芳香族磺酸鹽類減水劑或氨基磺酸鹽類減水劑中的任意一種；所述羥基羧酸鹽包括的檸檬酸鈉或者酒石酸鈉中的至少一種；所述纖維素醚包括羥丙基纖維素、羥丙基羧甲基纖維素中的任意一種。
9.權(quán)利要求1-8任意一項(xiàng)所述的一種高強(qiáng)抗裂砂漿的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：
10.權(quán)利要求1-8中任意一項(xiàng)所述的一種高強(qiáng)抗裂砂漿在3D打印建筑漿料中的應(yīng)用。
...【技術(shù)特征摘要】
1.一種高強(qiáng)抗裂砂漿，其特征在于，包括以下重量份原料：
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高強(qiáng)抗裂砂漿，其特征在于：所述改性輕質(zhì)骨料的制備方法包括以下步驟：
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種高強(qiáng)抗裂砂漿，其特征在于：所述疏水乳液具體由聚甲基氫硅氧烷和水按照1：（3-4）的重量比分散混合。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種高強(qiáng)抗裂砂漿，其特征在于：在步驟a2中，所述初混輕骨料、疏水乳液以及硅藻土的重量比為1：2：（0.4-0.6）。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高強(qiáng)抗裂砂漿，其特征在于：所述補(bǔ)強(qiáng)纖維具體選用聚乙烯醇纖維，且所述聚乙烯醇纖維的平均長(zhǎng)度為5-12mm。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高強(qiáng)抗裂砂漿，其特征在于：所述堿激發(fā)劑具體選用硅酸鈉溶液，其中所述硅酸鈉溶液的na2o的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為12.8%，并通過氫氧化鈉將所述硅酸鈉溶液中的sio2和...
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：向海濤，鄧承飛，張俊江，袁行，吳承龍，蘆江麗，
申請(qǐng)(專利權(quán))人：武漢新中環(huán)環(huán)保有限公司，
類型：發(fā)明
國(guó)別省市：
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