[发明专利]3D打印掺杂轻质二氧化硅微球的泡沫混凝土及其制备方法

说明书

本发明提供一种3D打印掺杂轻质二氧化硅微球的泡沫混凝土及其制备方法，该3D打印掺杂轻质二氧化硅微球的泡沫混凝土通过挤出式3D打印制备，所用基质材料为磷石膏矿渣混凝土，有效实现磷石膏的资源化利用。本发明为解决3D打印制备泡沫混凝土受压挤出过程易出现的泡沫合并、破裂现象，通过引入轻质二氧化硅微球作为稳泡剂吸附在泡沫表面，有效阻止气泡的破裂、排水和聚集，并且其本身对泡沫混凝土的结构存在支撑作用。本发明采用模拟软件进行最优打印路径模拟，有效降低经济和人力消耗。

技术领域

本发明涉及建筑材料技术领域，特别涉及一种3D打印掺杂轻质二氧化硅微球的泡沫混凝土及其制备方法。

背景技术

磷石膏作为磷肥工业的副产物，产量巨大，利用率低，长期的堆放占据了大量的土地资源且其中含有的放射性元素等对环境造成了一定的危害，提高磷石膏的利用率是解决这一问题的有效方法。泡沫混凝土是新兴的保温材料，与发泡聚苯保温板、聚氨酯类泡沫保温材料等有机保温材料相比，其具有良好的保温、防火、利废等特点，而且具有一定的强度，因此将磷石膏应用于泡沫混凝土对解决其利用问题有很大的研究价值。而且随着3D打印技术的兴起，其在建筑领域的应用得到了人们的广泛关注，建材3D打印具有无模成型，工艺环保等优点，因此，设想将磷石膏矿渣泡沫混凝土运用于3D打印，但其内部的泡沫结构在受到3D打印系统的挤压力时易破裂，从而影响其性能，因此需要提出一种方法，加固泡沫在混凝土内部的强度。

发明内容

有鉴于此，本发明旨在提出一种3D打印掺杂轻质二氧化硅微球的泡沫混凝土，以解决现有泡沫混凝土运用于3D打印时，其内部的泡沫结构受到3D打印系统的挤压力易破裂，从而影响其性能的问题。

为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

一种3D打印掺杂轻质二氧化硅微球的泡沫混凝土，主要由以下组分按照0.3-0.5的水胶比拌和后，通过3D打印技术制得：胶凝材料、减水剂、发泡剂、轻质二氧化硅、纤维；按重量份计，所述胶凝材料包括：碱激发剂：2-15份，速凝剂：2-4份，磷石膏：35-50份，矿渣：40-60份；所述减水剂的用量为所述胶凝材料质量的0.3％-0.5％；所述发泡剂由表面活性剂、增稠剂和水组成；所述表面活性剂的用量为所述胶凝材料质量的0.3％-1.0％，所述增稠剂的用量为所述胶凝材料质量的0.15％-0.5％，所述水的用量为所述泡沫混凝土总拌和水量的40％-60％；所述轻质二氧化硅的用量为所述胶凝材料质量的1-7％；所述纤维的体积掺量为0.05-1％。

可选地，所述碱激发剂为钢渣、熟料中的一种或多种。

可选地，当所述碱激发剂为钢渣和熟料的混合物时，所述钢渣和所述熟料的质量比为(5-15)∶(2-4)。

可选地，所述速凝剂为快硬性硫铝酸盐水泥，在本发明中，快硬性硫铝酸盐水泥中的主要矿物成分为无水硫铝酸钙和硅酸二钙，二者迅速水化和磷石膏反应提供早期强度，消耗的Ca(OH)₂使系统的碱度降低促进了硅酸三钙和硅酸二钙水化。

可选地，所述减水剂为聚羧酸盐减水剂、聚磷酸盐减水剂中的一种。

可选地，所述表面活性剂为十二烷基硫酸钠、十二烷基二甲基甜菜碱、十二烷基聚氧乙烯醚、α-烯烃磺酸钠中的一种；所述增稠剂为十二醇、氯化钠、羧甲基纤维素钠、聚丙烯酸钠、羟丙基甲基纤维素中的一种或多种。