一种用于3D打印的粗骨料混凝土油墨材料及其应用制造技术

本发明专利技术公开了一种用于3D打印的粗骨料混凝土油墨材料及其应用，该材料按照重量百分比包括以下组分：水泥31％～44％、矿物掺合料2％～10％、纤维0.1％～2％、砂子18.7％～45.3％、石子20.3％～45.3％、减水剂0.1％～1％、保水增稠剂0.01％～0.1％。该粗骨料混凝土油墨材料与拌合水搅拌均匀用于建筑3D打印。本发明专利技术利用石子的骨架和填充作用，抑制混凝土收缩并显著提高混凝土湿坯强度，可兼顾泵送与打印对混凝土材料的要求，即打印前泵送时不会发生喷涌或堵塞现象，经打印后又具有充足湿坯强度，具有可站立性；此外通过其良好的胶结强度和内部纤维拉结作用可避免混凝土层的撕裂与早期裂缝的产生。

A Coarse Aggregate Concrete Ink Material for 3D Printing and Its Application

【技术实现步骤摘要】
一种用于3D打印的粗骨料混凝土油墨材料及其应用
本专利技术涉及一种用于3D打印的粗骨料混凝土油墨材料及其应用，属于建筑材料

技术介绍
3D打印技术为综合了数学、信息、机械、材料及化学等多方面技术的一种新型快速成型、增材制造技术，其实际应用可大幅度节约人力成本、能源与资源并提高加工产品的精度和效率，从而显著改变制造业的生产方式，是第三次工业革命中重要的技术性标志之一。2015年2月，我国出台《国家增材制造产业发展推进计划(2015-2016)》将增材制造升格为国家战略。2016年8月住建部《2016-2020年建筑业信息化发展纲要》中提出“积极开展建筑业3D打印设备及材料的研究，结合BIM技术应用，探索3D打印技术运用于建筑部品、构件生产，开展示范应用”。近年来，3D打印技术在机械制造、航空、医疗等领域得到广泛的应用，并且逐渐拓展至建筑领域。3D打印技术能够有效解决建筑传统施工中存在的手工作业多、模板用量大、复杂造型难以实现等问题，并且在建筑个性化设计、智能化建造等方面具有显著优势。2015年，上海盈创建筑科技有限公司在苏州工厂内利用3D打印技术制造了6层(地上5层地下1层)建筑和一幢1000平米别墅。2019年3月，苏黎世联邦理工学院(ETHZurich)用机器人臂和3D打印机建造了一栋名为“DFABHOUSE”的三层建筑，建造团队认为该项目是“世界上第一栋用主要的数字化工艺设计、规划和建造的房子”。混凝土材料的研发是3D打印在建筑领域应用中一个非常重要的方面。建筑领域的3D打印要求混凝土材料具有快速成型的特性，即要求混凝土材料从打印机挤出后，需要达到“自行站立”“静止不动”的特性，因此所需的混凝土应具有优良的触变性能且同时具备较短的凝结时间与较高的湿坯强度。目前广泛使用的混凝土3D打印材料主要骨料均为细骨料即砂子，其所能达到的强度有限、收缩大、易开裂且成本较高，无法满足目前土木工程行业建造超高、超长跨度、超大体积形式建筑的方向需求，因此含粗骨料的混凝土3D打印油墨材料长远发展亟待强度较高、成本廉价的材料。当前混凝土3D打印所制出的混凝土层存在单层抗折强度较低且内部易出现断裂现象，因此对混凝土3D打印材料提出了新的要求，即需保证在打印后单层内部应具有较好的胶结能力且不宜有过多早期裂缝。未来混凝土3D打印势必将向泵送式送料方向发展，因此开发可同时满足泵送要求与上述各项要求的混凝土材料将具有重要的理论意义和工程应用价值。
技术实现思路
技术问题：本专利技术的目的是提供一种用于3D打印的粗骨料混凝土油墨材料及其应用，该材料利用石子的骨架和填充作用，抑制混凝土收缩并显著提高混凝土湿坯强度，同时可大幅降低传统3D打印混凝土造价；同时该材料可兼顾泵送与打印对混凝土材料的要求，即打印前泵送时不会发生喷涌或堵塞现象，经打印后又具有充足湿坯强度，可实现混凝土层多层叠加打印且不发生扭曲、坍塌或流动；此外该材料具有良好的胶结强度和内部纤维拉结作用，可避免混凝土层的撕裂与早期裂缝的产生。技术方案：本专利技术提供了一种用于3D打印的粗骨料混凝土油墨材料，该材料按照重量百分比包括以下组分：其中：所述的水泥为硅酸盐水泥，其比表面积为340～370m2/kg，每立方所述的油墨材料中水泥的掺入量为560～652kg。所述矿物掺合料为硅灰或石灰石粉中的一种或者两种。所述硅灰的比表面积为15000～25000m2/kg，每立方所述的油墨材料中硅灰的掺入量为12～32kg，石灰石粉的比表面积为300～400m2/kg，每立方所述的油墨材料中石灰石粉的掺入量为12～32kg。所述的纤维为有机纤维，纤维单丝长度范围为9～19mm，每立方所述的油墨材料中纤维的掺入量为6.2～31.3kg。所述的有机纤维为聚丙烯纤维。所述的砂子为连续级配的砂子，其粒径范围为0.35～0.5mm，每立方所述的油墨材料中砂子的掺入量为325～560kg。所述的石子为连续级配的石子，石子的粒径范围为5～20mm，每立方所述的油墨材料中石子的掺入量为375～610kg。所述的减水剂为聚羧酸型减水剂，其固含量为30％～40％，每立方所述的油墨材料中减水剂的掺入量为0.6～3.1kg。所述的保水增稠剂为有机类保水剂，每立方所述的油墨材料中保水增稠剂的掺入量为0.062～0.62kg。所述的有机类保水剂为纤维素醚，纤维素醚可增加混凝土的黏稠度，并显著地改善混凝土的保水性与和易性，减少离析和泌水现象的发生。本专利技术还提供了一种用于3D打印的粗骨料混凝土油墨材料的应用，该粗骨料混凝土油墨材料应用于建筑3D打印，具体为将该粗骨料混凝土油墨材料与拌合水搅拌均匀用于建筑3D打印，其中拌合水与用于3D打印的粗骨料混凝土油墨材料的质量比为9.6％～12.8％。本专利技术提供的一种用于3D打印的粗骨料混凝土油墨材料配方中，各组分通过协同作用可在满足3D打印要求所需的混凝土材料流变性能的同时，达到混凝土泵送要求且可提高打印出的混凝土层强度。配方中的石子可以起骨架和填充作用，抑制混凝土收缩并显著提高混凝土湿坯强度，同时降低混凝土材料整体造价；配方中的硅灰具有保水、防止离析泌水、大幅降低混凝土泵送阻力的作用，并且显著提高混凝土抗压、抗折、抗渗、防腐、抗冲击及耐磨性能；配方中的石灰石粉可加速水泥早期水化，有利于提高混凝土早期强度，通过对水化初期水泥颗粒的解絮作用还可改善混凝土材料的流动性；配方中的纤维可在混凝土搅拌后均匀分布，相互连接的纤维可对骨料起到承载作用，通过纤维拉结作用减少混凝土初期裂缝尤其是横向裂缝的产生并显著提高了单层混凝土内部胶结强度；配方中的减水剂可通过分散作用和缓释作用降低混凝土材料的用水量，提高混凝土的和易性；配方中的保水剂通过亲水性基团形成大量的微交联结构使混凝土材料具有一定稠度的同时提高混凝土保水性，提高混凝土的可打印性能。有益效果：与现有技术相比，本专利技术的技术方案所具有以下优势：1、本专利技术提供的用于3D打印的粗骨料混凝土油墨材料掺加了大量的5～20mm的粗骨料，而目前国内外开发的3D打印混凝土不含粗骨料，仅掺加细骨料，通过大量石子的骨架和填充作用，可抑制混凝土收缩并显著提高混凝土湿坯强度，同时大幅降低传统3D打印混凝土造价；2、本专利技术提供的用于3D打印的粗骨料混凝土油墨材料可兼顾泵送与打印对混凝土材料的要求，即打印前泵送时不会发生喷涌或堵塞现象，经打印后又具有充足湿坯强度，可实现混凝土层多层叠加打印且不发生扭曲、坍塌或流动；3、本专利技术提供的用于3D打印的粗骨料混凝土油墨材料具有其良好的胶结强度和内部纤维拉结作用，可避免混凝土层的撕裂与早期裂缝的产生。具体实施方式以下对本专利技术的技术方案做进一步说明，但是本专利技术要求保护的范围并不局限于此。实施例1一种用于3D打印的粗骨料混凝土油墨材料，该材料按照重量百分比包括以下组分：31％(27.14kg)硅酸盐水泥、2％(1.75kg)硅灰、2％(1.75kg)石灰石粉、18.7％(17.86kg连续级配)砂子、45.3％(39.66kg、连续级配)5～20mm粒径石子(连续级配)、0.5％(0.44kg)PCA(Ⅶ)高性能减水剂、0.45％(0.39kg)聚丙烯纤维、0.05％(43.8g)保水增稠剂丙甲基纤维素醚。其中：硅酸盐水泥的比表本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于3D打印的粗骨料混凝土油墨材料，其特征在于：该材料按照重量百分比包括以下组分：

【技术特征摘要】
1.一种用于3D打印的粗骨料混凝土油墨材料，其特征在于：该材料按照重量百分比包括以下组分：2.如权利要求1所述的一种用于3D打印的粗骨料混凝土油墨材料，其特征在于：所述的水泥为硅酸盐水泥，其比表面积为340～370m2/kg，每立方所述的油墨材料中水泥的掺入量为560～652kg。3.如权利要求1所述的一种用于3D打印的粗骨料混凝土油墨材料，其特征在于：所述矿物掺合料为硅灰或石灰石粉中的一种或者两种。4.如权利要求3所述的一种用于3D打印的粗骨料混凝土油墨材料，其特征在于：所述硅灰的比表面积为15000～25000m2/kg，每立方所述的油墨材料中硅灰的掺入量为12～32kg，石灰石粉的比表面积为300～400m2/kg，每立方所述的油墨材料中石灰石粉的掺入量为12～32kg。5.如权利要求1所述的一种用于3D打印的粗骨料混凝土油墨材料，其特征在于：所述的纤维为有机纤维，纤维单丝长度范围为9～19mm，每立方所述的油墨材料中纤维的掺入量为6.2～31.3kg。6.如权利要求1所述的一种用于3D打印的粗骨料混凝土油墨材料，...

【专利技术属性】
技术研发人员：张云升，陈逸东，张宇，乔宏霞，石加顺，钱佳佳，
申请(专利权)人：东南大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32