[发明专利]一种自调温3D打印无机聚合建筑材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种自调温3D打印无机聚合建筑材料及其制备方法，包括以下质量份原料：粉煤灰10‑20份，矿渣微粉10‑20份，偏高岭土1‑5份，锂渣微粉1‑5份，硅灰0.5‑3份，硅酸盐水泥0‑3份，碱性激发剂1‑6份，细骨料40‑60份，复合固‑固相变材料0.1‑0.5份，高强纤维0.5‑3份，外加剂0.1‑1.5份，外加水3‑7份。本发明提供的自调温3D打印无机聚合建筑材料具有养护过程温度自调节、尺寸精度高、力学性能优异、耐久性能好、建筑能耗低等特点，尤其适用于极端气候条件下的建筑施工，具有良好的工程应用前景。

技术领域

本发明属于3D打印建筑材料技术领域，具体涉及一种自调温3D打印无机聚合建筑材料及其制备方法。

背景技术

3D打印又称增材制造，是利用粉末状、丝状、浆体状等快硬、早强型打印材料，通过逐层增材将复杂的三维加工简化成一系列二维加工来实现材料快速成型的技术，可实现结构优化、材料和能源节约，尤其适合于新产品开发、复杂形状及小批量零件制造、模具设计等。目前，3D打印技术在航空航天、军工领域、电子制造等方面均得到广泛的应用。其中，在建筑材料领域的研究，近年来已得到广泛关注并取得较多的成果。与传统建筑技术相比，3D打印建筑技术可制造出复杂多样化的建筑结构，无需模板浇注，减少了材料浪费，降低了建筑成本，同时3D打印建筑技术还具有设计自由化、自动化程度高、施工速度快、人工成本低、环境污染小等诸多优点。

高屈服应力和低粘度的触变性材料是3D打印技术应用的核心和关键。首先，打印材料必须能通过挤出头挤出，然后在打印后能够保持其形状并在后续层的荷载作用下不会发生坍塌。3D打印建筑技术中主要的打印材料分为水泥基和非水泥基胶凝材料两大类。水泥基胶凝材料是以硫铝酸盐水泥或者铝酸盐改性硅酸盐水泥为主要成分的打印材料，具有产品质量稳定，性能评价体系健全的优点，但由于水泥基胶凝材料制备能耗高、水化时间长、凝结速度慢、工作性能差、材料韧性差的特性，在3D打印大体积、高精度建筑构件过程中仍存在较多技术瓶颈。非水泥基胶凝材料一般是指碱激发胶凝材料，主要通过利用硅铝质原料在碱性条件下的地聚合反应实现胶结成型和固化硬化。碱激发胶凝材料作为打印材料因其较高的固废利用率、低碳排放、凝结速度快、早期强度高、养护周期短以及反应速率且易调节的特点受到广泛的关注和研究，目前已在3D打印建筑中取得较多的成果和技术突破。

目前，由于打印材料自身特性(成本及性能)的诸多限制，3D打印建筑构件仍主要应用在低层非民用建筑、小型建筑主体围护结构以及传统施工方式较为困难的区域环境中(如西部地区极端气候环境下)。尤其对于特殊环境领域的应用，对3D打印材料的养护过程以及硬化后建筑材料的综合性能提出了更高的要求，成为限制其大规模推广应用的重要瓶颈。

相变材料(PCM)是指利用材料在相变过程的热效应进行能量的储存和释放，具有储能密度大和热效率高的特点。将相变材料应用在建筑材料中，一方面能够调整反应过程的温度变化，减少因反应热导致的早期开裂，改善大体积结构材料的耐久性。另一方面，相变蓄能型建筑围护结构可以改善围护结构的蓄热作用，从而提高建筑结构的温度自调节能力，实现建筑结构高效节能的目的。然而，由于相变材料的相变特性与打印性能和建筑材料基体之间的匹配关系较为复杂，仍存在相变潜热低、使用周期短、成本较高、打印性能差、建筑材料力学性能及耐久性不足等一系列技术问题。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的在于提供一种自调温3D打印无机聚合建筑材料及其制备方法。通过将3D打印技术、复合相变材料与碱激发无机聚合材料有机结合，克服现有3D打印建筑材料中存在的浆体打印性能差、养护条件苛刻、综合性能不足以及应用水平较低等一系列问题。

为实现上述目的，本发明所提供的技术方案如下：

一种自调温3D打印无机聚合建筑材料及其制备方法，包括以下质量份原料：粉煤灰10-20份，矿渣微粉10-20份，偏高岭土1-5份，锂渣微粉1-5份，硅灰0.5-3份，硅酸盐水泥0-3份，碱性激发剂1-6份，细骨料40-60份，复合固-固相变材料0.1-0.5份，高强纤维0.5-3份，外加剂0.1-1.5份，外加水3-7份。