[发明专利]一种用于3D打印的纤维混凝土材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种用于3D打印的纤维混凝土材料及其制备方法。所述纤维混凝土材料的原料组成为：水泥7.8‑8.4份；矿粉4.0‑6.7份；硅灰1.3‑1.7份；石英砂4.7‑7.7份；水2.3‑2.9份；减水剂0.2‑0.39份；缓凝剂0.0065‑0.0168份；触变剂0‑0.004份；纤维0.1‑0.2份。本发明提供的纤维混凝土材料具有合适的初凝时间和终凝时间、较高的抗压强度、抗折强度和韧性、良好的和易性和触变性，层与层之间能实现有效粘结，并且在堆积过程中不会发生变形和坍塌，可以做到针对工程需要而精准设计纤维混凝土材料的凝结和触变性能，可以满足不同的打印速度和结构施工的需求。

技术领域

本发明属于建筑材料领域，特别涉及一种用于3D打印的纤维混凝土材料及其制备方法。

背景技术

在过去的二十年中，现场浇筑混凝土的传统方法已经逐渐被预制装配式混凝土所取代。人们不断寻求更自动化更便捷的建筑方式来减少劳动力和施工时间，提高建筑质量并减少施工对环境的影响。

3D打印作为一种增材制造技术，自诞生以来不断发展，已应用于多个领域。因为此技术具有无模、快速和精细成型的优点，近年来越来越多的被尝试应用于土木行业，被证实是更快更好地完成工程建设的新型建筑技术。但此项技术在建筑行业的应用和推广尚面临着诸多挑战，最关键之处就是打印材料设计及成型材料的性能和强度。

普通混凝土材料含有粒径较大的粗骨料，无法通过3D打印设备的进行泵送输出；普通混凝土材料只具有流动性，不具有触变性，无法满足3D打印结构竖直堆积成型的要求；普通混凝土材料初凝时间一般在2-3h以上，终凝时间在10-24h左右，也不能满足3D打印材料快速凝结成型的要求。所以现有混凝土材料不能直接应用于3D打印建造，需要基于3D打印对材料的要求进行研发和调整。

目前3D打印混凝土技术还处于探索阶段，国内外有一些成功的材料配合比设计。新加坡的Suvash Chandra Paul等人利用普通水泥、粉煤灰、硅灰、细砂、玻璃纤维等材料研制了具有良好触变性的3D打印材料，28d抗压强度在36-57MPa范围内。

中国专利CN107417204A公开了一种可3D打印的尾矿砂纤维混凝土及其制备、使用方法，使用42.5快硬性普通硅酸盐水泥、粉煤灰、硅灰、空心玻璃微珠、石英砂、尾矿砂、聚丙烯纤维等原材料制成的混凝土材料3d抗压强度为36MPa，14d抗压强度为49.6MPa，28d抗压强度为54.6MPa；7d抗折强度为7.8MPa。

中国专利CN104310918A公布了一种用于3D打印技术的水泥基复合材料，利用复合水泥、无机粉料、尾矿砂、高分子聚合物、复合调凝剂、体积稳定剂等材料制成了3d抗压强度40-50MPa，28d抗压强度50-60MPa的3D打印混凝土。但现有研究并未涉及其成型过程中的触变性能，形塑能力和成型后实际结构的力学性能。

虽然现阶段研制出的材料工作性能上可以满足技术要求，但强度还处于普通混凝土的范围(60Mpa)。由于3D打印逐层堆积的性质和打印施工的自动化设置，钢筋骨架的添加对整个快速施工设计增加技术障碍，仅使用普通强度的混凝土材料，能实现的结构型式十分有限。为了满足现代结构建造需求，亟待提升打印混凝土材料的强度和形塑能力，这也直接关系到该技术能否具有结构普适性和广泛实施性。

发明内容

本发明旨在提供一种用于3D打印的纤维混凝土材料及其制备方法，提供的纤维混凝土材料的强度高，延性好，空间成型和造型能力好，可以实现结构空间较大跨越；并且制备方法简单易行。

本发明提供如下技术方案：

一种用于3D打印的纤维混凝土材料，按重量份数计，所述纤维混凝土材料的原料组成为：

水泥7.8-8.4份；

矿粉4.0-6.7份；

硅灰1.3-1.7份；