[发明专利]制备3D打印超高性能混凝土的强制式真空搅拌机

说明书

本发明涉及3D打印混凝土技术领域。一种制备3D打印超高性能混凝土的强制式真空搅拌机，包括搅拌筒体、搅拌组件、抽真空组件、进料组件、出料组件和控制系统，在所述搅拌筒体的底部设置有出料口；搅拌组件设置在所述搅拌筒体内，所述搅拌组件与所述搅拌筒体之间设置有密封单元；抽真空组件与所述搅拌筒体连接；进料组件通过输料管道与所述搅拌筒体连接。本申请结构设计合理，能够实现整个搅拌组件的真空密封搅拌，智能控制系统可实现对各组件及单元的动作进行精准调控，从而减少拌合物料中存在的气泡，提高混凝土的均质性、密实性、强度和耐久性，特别适用于掺有纤维的超高性能混凝土及3D打印超高性能混凝土拌合物的拌制。

技术领域

本发明涉及3D打印混凝土技术领域，特别是涉及一种制备3D打印超高性能混凝土的强制式真空搅拌机。

背景技术

传统混凝土对资源和能源的高消耗及对环境的高污染等弊端制约着其未来的发展，以3D打印等增材制造为标志的第三次工业革命使混凝土技术迈向了更高水平，发展成以三维建模、机电控制、信息处理和材料科学等为基础的新型3D打印混凝土技术，借助计算机对建筑物及构件进行三维建模，然后通过智能控制的3D打印设备将制备好的混凝土拌合物按设定的程序分层打印到预定位置，最后得到混凝土建筑物或构件制品。3D打印混凝土技术可在建造前精确计算原材料用量，打印中可调控拌合物性能和用量，无需模板支撑和振捣，便于复杂构件的建造，可最大程度地实现节能节材，并可在打印中实现结构的优化。但3D打印混凝土作为一种新兴技术，无论是材料还是制备装备都尚未成熟。3D打印对混凝土性能要求较高，传统混凝土已很难满足，现有理论已不能很好的指导3D打印混凝土的设计和施工。如，3D打印混凝土必须具备优异的触变性，即打印时应有足够的流变性以便从喷嘴挤出，打印后能在空气中快速凝结硬化且具有足够的体积稳定性和适宜的早期强度，可承载自身和后续层重量，防止过大累计形变及出现塌落、倾斜等失稳现象。前后打印层间还应具有良好的界面粘结性能及较高的基准强度，避免界面过渡层导致的强度衰减。这使得具有较好流变性、较高强度和优良耐久性的超高性能混凝土（UHPC）成为3D打印混凝土更为理想的选择，但UHPC为获得密实的微结构添加了硅灰等高活性微粉，为提高强度又采用了较低的水胶比，为满足流变性性要求又添加较多的外加剂，致使胶凝材料总量和外加剂用量都远高于常规混凝土，使拌合物更为粘稠，搅拌过程中引入的气泡也更难消除。通常来讲，引入的空气对新拌混凝土工作性及硬化混凝土质量都有重要影响，特别是对强度更为不利。

研究表明，在搅拌过程中采取降低大气压力的措施可以有效消除拌合物中气泡的含量，降低气泡孔径尺寸，从而改善硬化混凝土的性能。为此，科研人员开发出了可降低混凝土拌合物气泡含量的真空搅拌机，如，中国专利（CN201620604914.3）公开了一种混凝土真空搅拌机，目的是提高混凝土的密实性、强度和耐久性。但是该申请的强制式混凝土真空搅拌机结构特点是电机置于搅拌筒外，与电机连接的转动轴要穿过搅拌筒，转动轴与搅拌筒的连接处很难保证搅拌筒的气密性和真空度。同时，该申请的加料和搅拌程序也会影响混凝土性能，更不适于对UHPC拌合物的拌制。针对该申请存在的问题，另一中国专利（CN201721108634.4）试图加以解决，该申请提出的是一种锥形反转出料混凝土真空搅拌机，其特点是搅拌过程中电机驱动搅拌筒旋转，但由于搅拌过程中搅拌筒的旋转，同样需要在搅拌之前完成抽真空，由于不能连续抽真空，仍会导致加水及搅拌过程中真空度的损失，使得对拌合物内气泡的消除效果仍有限，特别是搅拌筒相对低的转速及缺乏强制式叶片对气泡的刺破作用，决定了这种搅拌机不适于对粘度更大特别是掺有纤维的UHPC拌合物的拌制。

因此，为推动3D打印混凝土技术的发展和应用，有必要开发出一种结构合理、环保高效且更适用于3D打印超高性能混凝土（UHPC）拌合物制备的新型强制式真空搅拌机。

发明内容

本发明目的是针对上述存在的问题和不足，提供一种制备3D打印超高性能混凝土的强制式真空搅拌机，其结构设计合理，能够实现整个搅拌组件的真空密封搅拌，从而减少拌合物料中存在的气泡，提高混凝土的均质性、密实性、强度和耐久性。