[发明专利]绿色高性能3D打印混凝土及其制备方法

说明书

本发明提供了一种绿色高性能3D打印混凝土及其制备方法，能够赋予3D打印混凝土优异的工作性和力学性能。绿色高性能3D打印混凝土特征在于，包括：3D打印胶凝材料、3D打印标准砂、和3D打印塑化剂(为3D打印胶凝材料质量的2.0％)，其中，3D打印胶凝材料包含：硅酸盐水泥70～80份，辅助胶凝材料14～24份，硫铝酸盐水泥3～5份，晶种1～2份，3D打印标准砂与3D打印胶凝材料质量之比为2～2.5：1。制备方法的特征在于：按重量称取3D打印胶凝材料1份、3D打印标准砂2～2.5份、和3D打印混凝土塑化剂，3D打印混凝土塑化剂占3D打印胶凝材料质量的2％，水胶比为0.38～0.40。

技术领域

本发明属于建筑材料领域，具体涉及一种绿色高性能3D打印混凝土及其制备方法。

技术背景

3D打印(又称增材制造)是以数字3维模型为基础，将材料逐层堆积制造出实体物品的新兴制造技术，将对传统的工艺流程、生产线、工厂模式、产业链组合产生深刻影响，是制造业有代表性的颠覆性技术[1]。因此，国家知识产权局印发的《知识产权重点支持产业目录(2018年本)》明确了国家重点发展和亟需知识产权支持的10个重点产业，其中3个提到了3D打印产业的发展。

无模增材建造是基于3D模型将3D打印混凝土挤出3D打印机喷嘴逐层铺设材料建造3D结构的一种新兴技术，建造过程不使用模板，也无须振捣[2-5]。它将“数字世界”和“实体世界”连接起来，实现了“数字向实体”的转换，是一场真正的建造革命。该技术使得传统的建造技术被数字化建造技术所取代[6]，颠覆了传统建造工艺和施工技术，对于推动建筑产业自动化具有特别重要的意义[7,8]。随着世界特别是发达国家工程建造建设概念的转变，实现快速、高效的自动化建造已成为世界建筑行业的发展趋势[9]。

但是，普通混凝土的性能，特别是工作性，已经无法满足其技术要求。在一定的打印条件下(打印头喷嘴形状和大小、喷嘴至试件表面的距离、挤出速率和打印速率等)，混凝土应具有一定的流动性、挤出性、建造性、凝结性、粘聚性和力学性能等[10,11]。因此，亟需发明一种高性能3D打印混凝土，以满足增材建造技术的快速发展。

引用文献

[1]中华人民共和国工业和信息化部,增材制造产业发展行动计划(2017-2020年),北京,2017.

[2]R.A.Buswell,R.C.Soar,A.G.F.Gibb,A.Thorpe,Freeform Construction:Mega-scale Rapid Manufacturing for construction,Autom.Constr.,16(2007)224-231.

[3]W.Gao,Y.Zhang,D.Ramanujan,K.Ramani,Y.Chen,C.B.Williams,C.C.Wang,Y.C.Shin,S.Zhang,P.D.Zavattieri,The status,challenges,and future of additivemanufacturing in engineering,Computer-Aided Design,69(2015)65-89.

[4]张大旺,王栋民,3D打印混凝土材料及混凝土建筑技术进展,硅酸盐通报,(2015)1583-1588.

[5]G.Ma,Z.Li,L.Wang,Printable properties of cementitious materialcontaining copper tailings for extrusion based 3D printing,Constr.Build.Mater.,162(2018)613-627.

[6]丁烈云,徐捷,覃亚伟,建筑3D打印数字建造技术研究应用综述,土木工程与管理学报,(2015)1-10.

[7]尤完,3D打印建造技术的原理与展望,北京建筑大学学报,(2015)76-79.