[发明专利]一种3D打印的碱矿渣水泥混凝土及其制备方法

说明书

本发明涉及建筑材料技术领域，具体涉及一种以矿渣、钢渣为原料的3D打印的碱矿渣水泥混凝土。由以下原料组成：固体颗粒物、碱激发剂、缓凝剂和水，所述碱激发剂质量为固体颗粒物质量的4%～10%，缓凝剂为固体颗粒物质量的0.5‑3.5%，水为固体颗粒物质量的10%～45%。本发明以矿渣粉和钢渣粉为主要原料，采用碱激发技术，制备方法简单、易于操作，不需要高温煅烧，降低了能耗，降低了钢渣等工业废渣排放占用的大量土地，保护和节约了土地。减少了对自然资源的依赖，节约了能源，减少了CO₂的排放，减轻了环境污染，且可采用3D打印技术，可以节省建筑及养护时间，减少混凝土结构浇筑拆模时间，提高施工效率，节约材料等优点。

技术领域

本发明涉及建筑材料技术领域，具体涉及一种以矿渣、钢渣为原料的3D打印的碱矿渣水泥混凝土。

背景技术

碱矿渣水泥与混凝土具有优良物理力学性能和耐久性能，是节能、利废、环保的新型绿色建筑材料。碱矿渣水泥与混凝土发展至今已有50多年，经过各国学者几代人共同努力，矿渣组成与结构、水化的物理化学基础、水化产物等碱矿渣水泥与混凝土理论基础日趋成熟。碱矿渣水泥与混凝土的难点和疑点（凝结时间控制的问题和发生碱集料反应疑虑）在19世纪八九十年代得到系统的研究。这些成果有力推动了碱矿渣水泥与混凝土的开发与应用。

碱矿渣水泥混凝土具备早期强度高、耐火性能良好、抗渗性能优良、抗海水侵蚀性良等一系列优点，其性能优良，应用范围广，但因其凝结时间不易控制。限制了其应用。

发明内容

本发明为了弥补现有技术的缺陷，采用碱激发技术，利用矿渣、钢渣等工业废渣，结合3D打印技术要求，提供了一种3D打印的碱矿渣水泥混凝土及其制备方法，实现了变废为宝，工艺简单，易于实施。

本发明是通过以下技术方案来实现的：

一种3D打印的碱激发矿渣水泥混凝土，其特征是，由以下原料组成：固体颗粒物、碱激发剂、缓凝剂和水，所述碱激发剂质量为固体颗粒物质量的4%～10%，缓凝剂为固体颗粒物质量的0.5-3.5%，水为固体颗粒物质量的10%～45%。

所述碱激发剂为固体碱，或固体碱与水玻璃的混合溶液。

所述固体碱为氢氧化钠、氢氧化钾、氢氧化钠、碳酸钠的一种或几种，所述混合溶液为固体碱与水玻璃混合后的模数为0.9-2.0溶液。

所述缓凝剂为碳酸钠、硫酸钠或硼酸钠的一种或几种的混合物，当缓凝剂为两种的混合物时，硼酸钠与硫酸钠或碳酸钠比例为1:1，当缓凝剂为三种的混合物时，硼酸钠与碳酸钠及硫酸钠的比例2:1:1。

所述固体颗粒物由下列重量比的原料组成：矿渣粉40～55份，钢渣粉10～20份、河沙或机制砂15～20份、石灰石骨料5～35份。

所述矿渣粉的比表面积为370～500m²/kg、钢渣粉的比表面积分别为300～450m²/kg。

所述河沙或机制砂的细度模数为2.0-3.0，含泥量低于1.0%。

所述石灰石骨料的粒径为5-10mm。

上述3D打印的碱激发矿渣水泥混凝土制备方法，其特征是：包括如下步骤：（1）制备混合粉料：分别将矿渣、钢渣粉磨至符合要求，混合均匀，备用；

（2）制备碱激发剂溶液：将固体碱溶于水中制成碱激发剂溶液或者将固体碱溶于水玻璃中制备出规定模数的混合溶液作为碱激发剂溶液，备用；

（3）按照配比称取混合粉料、缓凝剂、河沙或机制砂、石灰石骨料，置于混料机搅拌混合均匀，加入步骤（2）制备的碱激发剂溶液继续搅拌，再加入缓凝剂继续搅拌，混合均匀，然后倒入3D打印机中，按照3D打印机定制程序打印出混凝土。