[发明专利]一种高触变性3D打印混凝土及其制备方法

说明书

本发明公开一种高触变性3D打印混凝土及其制备方法，按一立方混凝土计，各组分所占重量百分比为：水泥35～40%、聚羧酸减水剂0.1～0.4%、聚丙烯纤维0.1～0.4%、3D打印混凝土专用触变剂1.0～3.0%、水12.5～14.5%、其余为砂。本发明使用3D打印混凝土专用触变剂制备出高触变性、良好流变性能、打印过程不开裂、稳泡能力强、泵送性、可挤出性和可建造性的3D打印混凝土，兼具早强性能，3D打印的凝结时间缩短，有利于在多层覆盖荷载后也不发生明显变形；本发明原材料获取简单、成本低、制作工艺简单，而且能极大改善3D打印混凝土的可打印性、外表面的平整度和早期强度。

技术领域

本发明涉及混凝土材料领域，尤其涉及一种满足可泵送性、可挤出性和良好建造性的高触变性混凝土，具体是一种高触变性3D打印混凝土及其制备方法。

背景技术

3D打印技术的概念在上个世纪70年代提出，它是一种快速成型的技术，通常被称为增材制造(additive manufacturing)。它的基本原理是，将目标物在电脑上用3D模型呈现出来，然后将模型分块分层，打印机分层打印，层层叠加，最后形成完整的物体。3D打印技术被称为“第三次工业革命”的开始。随着3D打印技术的快速发展，人们开始研究在建筑领域中的应用，相对于传统建造方式，混凝土3D打印环保、节能和安全，如果实现大规模应用，必将给人类带来极大的方便。

3D打印技术对混凝土提出了如下特殊性能要求：(1)流变性，3D打印混凝土一般是通过泵送的方式将材料输送至打印头，需要打印材料具有良好的流变性，具有一定的可泵送性；(2)可挤出性，打印混凝土在压力作用下通过打印头挤出时，应能保持良好的均匀性；(3)可建造性，材料挤出至设计位置后需保持一定的形状，并且在第二层材料叠上来前，第一层材料应具有一定的承载力，而不发生明显变形。形状保持能力一方面取决于浆体的触变性和凝结速度，另一方面取决于打印层厚度和打印的速度。如材料不具备良好的形状保持能力，难以打印出设计外形。

触变剂的作用机理是触变剂在水泥基材料中能形成絮凝结构。当新拌水泥基材料受到剪切作用时，所形成的的絮凝结构被打破，恢复流动性；当剪切作用停止时，水泥基材料中重新形成絮凝结构，流动性降低。

目前大部分水泥基触变剂都是适用于预应力灌浆、自流平混凝土和自密实混凝土中，比如申请号为201410283518.0名为“一种水泥基体系用触变剂及其制备方法”主要适用于大流动度体系，主要解决混凝土和易性问题。申请号为201310459296.9名为“一种预拌砂浆保水触变剂及其制备方法”更多的是提高砂浆的保水性和粘聚性。申请号为201611221165.7名为“一种水泥基体系用触变剂的制备方法”制备的液体触变剂不利于3D打印建筑干粉料的工厂化生产。申请号为201610894393.4名为“聚羧酸减水剂用触变剂、触变型聚羧酸减水剂及其应用”中白炭黑主要通过吸附水起到触变作用，而聚羧酸减水剂是通过空间位阻或者静电作用释放颗粒间水分，减少新拌混凝土用水量，增强用水量和耐久性。申请号为201710567069.6名为“一种环保型泡沫混凝土砌块及其制备方法”十二烷基硫酸钠作为发泡剂并不能起到絮凝作用，且不在无机盐范畴内，同时其中的聚丙烯酰胺作为稳泡剂的一种，不具备触变早强作用，聚丙烯酰胺在合理掺量范围内才能起到发挥触变早强作用，掺量低仅仅起到增稠或触变作用，掺量高，触变性过高，材料需要强大的剪切力才能破坏絮凝结构，难以实现流动性能。针对这些问题，3D打印混凝土必须采用合适的触变剂，能够满足流动性、泵送性、可挤出性和可建造性要求，这对3D打印技术在建筑行业上的应用会有很大的推动。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术存在的缺陷，提供一种高触变性3D打印混凝土及其制备方法。

本发明的目的可以通过以下技术方案实现：

一种高触变性3D打印混凝土，按一立方混凝土计，各组分所占重量百分比为：

进一步方案，所述3D打印混凝土专用触变剂由下列原料按重量百分比组成：